CN109238062B - 一种动能弹装置及利用该装置疏通堵塞溜井的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动能弹装置及利用该装置疏通堵塞溜井的方法，动能弹装置包括动能弹、伸缩平台、发射架；动能弹包括从头部至尾部依次连接的实心弹头、燃料舱和驱动舱，燃料舱包括舱体、电加热装置及定压破裂装置，电加热装置连接于舱体的实心弹头连接端，定压破裂装置连接于舱体的驱动舱连接端，燃料舱舱体内充满液态二氧化碳；伸缩平台包括固定段、可伸缩段和驱动装置，可伸缩段通过驱动装置推动其沿固定段移动使其伸入溜井中和回位；发射架安置于可伸缩段上，动能弹以实心弹头端朝向堵塞体安置于发射架上。利用液态二氧化碳相变后的高压气体冲破定压破裂装置后从驱动舱冲出产生的动能使动能弹快速发射撞击溜井中的堵塞体，使堵塞体解体后落下。

Description

一种动能弹装置及利用该装置疏通堵塞溜井的方法

技术领域

本发明属于堵塞溜井疏通技术领域，具体为一种动能弹装置及利用该装置疏通堵塞溜井的方法。

背景技术

为实现矿山主提升系统与工作平面之间的连接，完成矿井开拓系统中矿石与废石的转运，矿山通常在主提升系统与工作平面之间开凿一系列的溜井来实现以上工程目的。但在长时间矿山的生产中，由于粗糙的溜井壁面、长时间的矿渣压实堆积、大型物体的堵塞等问题，高深溜井经常会出现堵塞、结拱等不正常现象，对于矿山持续健康生产、工程作业人员的安全作业带来了极大的威胁。在此情况下，必须安全高效的疏通溜井才能保证矿山的正常运营。

纵观矿山发展历史，传统的溜井疏通方法主要包括水冲疏通法及爆破疏通法。

水冲疏通法是指从溜井上部往溜井内注水，一方面使矿渣被水充分润湿，降低溜井内堵塞物料的摩擦力；另一方面，注入溜井的水溶液可以增大了溜井中物料的含水率，亦即增大了堵塞物料的自重。二者的综合作用下，溜井内堵塞物料在自重力作用下下落，最终达到疏通溜井的目的。但水冲疏通溜井的方法存在注水量无法控制、溜井疏通时间无法准确把握等系列不足，注水量无法控制给矿山带来了泥石流的风险，溜井疏通时间无法准确把握则对矿山的生产经营调度存在影响。

爆破疏通法包括有爆震处理法、裸露药包支杆爆破法、矿用火箭筒爆破法、钻孔爆破法、氢气球爆破法、输气软管爆破法和无人机爆破法等。爆震处理法和裸露药包支杆爆破法效果不佳，操作风险较大，操作要求较高。钻孔爆破法（如申请号为201210537691.X的中国专利文件公开的一种高效解除溜井堵塞的方法和解堵装置）操作程序复杂，成本高，且伴随着钻孔偏斜无法判断具体钻孔位置；矿用火箭筒爆破法和氢气球爆破法（如CN203981038 U的中国专利文件公开的一种采用氢气球悬挂药包的溜井堵井爆破装置）主要是利用火箭筒和氢气球将炸药运送至溜井堵塞部位底部，但这两种方法炸药携带量小，炸药通常在堵塞部位表面爆炸，爆炸能量无法完全作用于堵塞部位，溜井疏通效果相对较差，往往需要多次疏通才能达到疏通溜井的工程目的，给矿山安全作业带了较大的安全隐患。此外，输气软管爆破法（如申请号为201710318504.1的中国专利文件公开的一种溜井悬浮爆破装置及其应用的溜井堵塞疏通方法）、无人机爆破法（如申请号201710019426.5的中国专利文件公开的一种溜井堵塞爆破装置及方法）虽然解决了炸药携带量的问题，但对于爆炸能量的作用问题依旧没有解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、疏通效果明显、安全系数高的动能弹装置及应用该装置疏通堵塞溜井的方法。

本发明提供的这种动能弹装置，包括动能弹、伸缩平台、发射架；动能弹包括从头部至尾部依次连接的实心弹头、燃料舱和驱动舱，燃料舱包括舱体、电加热装置及定压破裂装置，电加热装置连接于舱体的实心弹头连接端，定压破裂装置连接于舱体的驱动舱连接端，燃料舱舱体内充满液态二氧化碳；伸缩平台包括固定段、可伸缩段和驱动装置，可伸缩段通过驱动装置推动其沿固定段移动，实现其伸入溜井中和回位；发射架安置于伸缩平台的可伸缩段上，动能弹以实心弹头端朝向溜井中的堵塞体安置于发射架上。

上述技术方案的一种实施方式中，所述舱体包括圆柱形壳体及分别连接于其内腔两端的平封板和外凸弧形封板，圆柱形壳体的两端分别伸出于平封板和外凸弧形封板外。

上述技术方案的一种实施方式中，所述电加热装置包括加热药柱、引火药头、恒流源、电源和堵塞；引火药头嵌装于加热药柱的一端，加热药柱沿圆柱形壳体的轴向布置，其引火药头嵌装端为近外凸弧形封板端，恒流源可控制通电时间长短，它和电源连接位于圆柱形壳体内对应外凸弧形封板的外侧，引火药头和恒流源之间通过穿过堵塞的电缆连接；堵塞密封连接于所述外凸圆弧形封板的中心位置处，其上有液态二氧化碳注入口。

上述技术方案的一种实施方式中，所述恒流源可通过无线遥控器设置通电及持续通电时间，所述电源为蓄电池或者高能电池组。

上述技术方案的一种实施方式中，所述定压破裂装置包括定压破裂片和凸字型的喷射连接头，喷射连接头有轴向中心孔，定压破裂片封堵于喷射连接头小径段的末端；喷射连接头的小径段穿过所述平封板插入所述圆柱形壳体中。

上述技术方案的一种实施方式中，所述驱动舱包括喷管构件和尾翼，喷管构件包括外壳和连接于其内腔中的喷管，外壳为圆柱形的壳体，喷管由大径端口径不等的两个喇叭口对接而成，喷管构件以大径端口径较大的喇叭口朝向燃料舱布置，其外壳与燃料舱舱体的圆柱形壳体对接，尾翼沿外壳的轴线布置，在外壳的周向均布。

上述技术方案的一种实施方式中，所述尾翼的长度大于所述驱动舱外壳的长度，其前端与所述燃料舱圆柱形壳体的外壁连接为一体。

上述技术方案的一种实施方式中，所述驱动装置为电动推杆或者液压缸。

上述技术方案的一种实施方式中，所述动能弹通过尾翼安置于发射架上，发射架设置有与尾翼匹配的安装槽。

本发明提供的这种利用上述动能弹装置疏通堵塞溜井的方法，包括以下步骤：

（1）估算堵塞体厚度；

（2）将动能弹装置伸缩平台的固定段安装于对应堵塞体下方的溜井联络道边缘处，并使伸缩平台的可伸缩段向溜井中伸出；

（3）将动能弹平稳安置于发射架上，随后根据堵塞体实际情况将发射架安置在可伸缩段上预定撞击目标的正下方；

（4）使用无线遥控器设置电加热装置恒流源的通电及持续通电时间，使加热药柱给液态二氧化碳的相变提供能量；

（5）液态二氧化碳相变气体产生压力至超过定压破裂装置的承受极限时，高压的二氧化碳气体冲破定压破裂装置后经驱动舱喷射而出产生动能，使动能弹脱离发射架撞向预定撞击目标，使堵塞体解体后落下。

本动能弹装置伸缩平台的可伸缩段在驱动装置作用下可伸入溜井中，动能弹安置于发射架上，发射架安置于可伸缩段上。动能弹通过其电加热装置给其燃料舱内液态二氧化碳的相变提供能量，利用液态二氧化碳相变后的高压二氧化碳气体冲破定压破裂装置后从驱动舱冲出，高压二氧化碳产生的动能使动能弹快速发射撞击溜井中的堵塞体，使堵塞体解体后落下。装置安装好后，工作人员在溜井联络道中控制伸缩平台可伸缩段的伸缩，通过无线遥控器控制电加热装置持续工作设定时间，即可实现动能弹的发射，具有操作简单，疏通效果明显，安全系数高的优势，具有广泛的推广应用价值。动能弹使用液态二氧化碳相变成的高压气体驱动，相比较于水冲法或爆破法，二氧化碳无色、无味、无毒、不助燃、来源广泛、成本低廉，与爆炸品相比安全稳定，同时动能弹冲击法振动效应微弱、不污染环境、无有毒有害气体。液态二氧化碳在电加热装置的作用下能够在极短时间内快速膨胀600-1000倍以上，冲击力大，能够给动能弹提供巨大的动能，对于堵塞溜井的疏通极为适用。

附图说明

图1为本发明一个实施例的工作状态示意图。

图2为图1中动能弹的主视示意图。

图3为图2的剖视示意图。

图4为图3中电加热装置的放大示意图。

图5 为图3中定压破裂装置的放大示意图。

图6为图3中驱动舱的放大示意图（未画尾翼）。

图7为图1中发射架的放大示意图。

图8为图7的俯视示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种动能弹装置，用于疏通溜井3中对应上部溜井联络道1和下部溜井联络道2之间的堵塞体4。动能弹装置设置于堵塞体的下方，通过发射动能弹来猛烈撞击堵塞体，使堵塞体破坏解体后落下，完成疏通堵塞溜井的工作。

如图1所示，本实施例的动能弹装置包括动能弹5、伸缩平台6、发射架7和无线遥控器。

如图2所示，动能弹5包括从头部至尾部依次连接的实心弹头51、燃料舱52和驱动舱53。

如图3所示，燃料舱52包括舱体521及连接于其两端的电加热装置522和定压破裂装置523。舱体521包括圆柱形壳体5211及分别连接于其内腔两端的平封板5212和外凸弧形封板5213，圆柱形壳体的两端分别伸出于平封板和外凸弧形封板外。

结合图3和图4可以看出，电加热装置522包括加热药柱5221、引火药头5222、恒流源5223、电源5224和堵塞5225；引火药头嵌装于加热药柱的一端，加热药柱沿舱体521圆柱形壳体5211的轴向布置，其引火药头嵌装端为近外凸弧形封板端，恒流源5223和电源5224连接位于圆柱形壳体5211内对应外凸弧形封板5213的外侧，引火药头和恒流源之间通过穿过堵塞的电缆连接。电缆与堵塞上的安装孔之间进行密封处理，堵塞5225密封连接于外凸圆弧形封板的中心位置处，以使液态二氧化碳5214注入后及相变过程中保证燃料舱的稳定。堵塞上有二氧化碳注液口52251。恒流源可控制通电时间的长短，其通电及持续通电时间可通过无线遥控器设置。

本实施例中点火药头采用注塑引线点火药头，加热药柱为硝化棉、木炭颗粒、铝粉、镁粉、高锰酸钾等的混合物。

圆柱形壳体及平封板和外凸弧形封板的厚度需能保证液态二氧化碳相变过程中动能弹的稳定。

结合图3和图5可以看出，定压破裂装置523包括定压破裂片5231和凸字型的喷射连接头5232，喷射连接头有轴向中心孔，定压破裂片封堵于喷射连接头小径段的末端。喷射连接头5232的小径段穿过燃料舱521圆柱形壳体5211一端的平封板5212插入圆柱形壳体5211中。

结合图3和图6可以看出，驱动舱53包括喷管构件531和尾翼532，喷管构件531包括外壳5311和连接于其内腔中的喷管5312，外壳为圆柱形壳体，喷管由大径端口径不等的两个喇叭口对接而成，喷管构件531以大径端口径较大的喇叭口朝向燃料舱与燃料舱舱体的圆柱形壳体对接，尾翼532沿外壳的轴线布置，在外壳的周向均布，尾翼的长度大于外壳的长度，尾翼的前端与燃料舱圆柱形外壳的外壁连接为一体。

实心弹头51、燃料舱52的舱体及驱动舱53的各构件均选用硬度较大的金属材质，相关连接可根据金属性质采用焊接或者螺纹连接方式。

如图1所示，伸缩平台6包括固定段61、可伸缩段62和驱动装置63，驱动装置优选电动推杆或者液压缸，本实施例选用电动推杆，安装于固定段上，其推杆与可伸缩段连接。可伸缩段和固定段之间设置滑动导向结构（图中未画出）。

发射架7的结构如图7、图8所示，结合图1及图7和图8可知，动能弹5通过发射架7夹持安放，发射架7设置有与动能弹驱动舱尾翼匹配的安装槽71。

应用前述动能弹装置疏通溜井中堵塞体的方法如下：

（1）堵塞物厚度估算

本实施例从上部溜井联络道1中放置测绳或皮尺测量堵塞物上部4至上部溜井联络道1的距离，记为L1，下部通过在伸缩平台6上放置激光测距仪测量堵塞物下部至下部溜井联络道2的距离，记为L2，已知上部溜井联络道至下部溜井联络道的距离记为H，则可以计算出堵塞厚度L=H-L1-L2。

（2）安装伸缩平台

在下部溜井联络道靠近溜井边缘处安装固定伸缩平台的固定段。

（3）将动能弹平稳放置于发射架上，随后根据堵塞体实际情况将发射架安放在可伸缩段上预定撞击目标的正下方；

（4）使用无线遥控器设置电加热装置恒流源的通电及持续通电时间，使加热药柱给液态二氧化碳的相变提供能量；

（5）液态二氧化碳相变气体产生的压力超过定压破裂装置的承受极限时，高压的二氧化碳气体从冲破定压破裂装置的定压破裂片从驱动舱的喷管中喷射而出产生动能，使动能弹脱离发射架撞向预定撞击目标，从而使堵塞体解体后落下，完成疏通堵塞体的工作。

Claims (10)

1.一种动能弹装置，其特征在于：它包括动能弹、伸缩平台、发射架；动能弹包括从头部至尾部依次连接的实心弹头、燃料舱和驱动舱，燃料舱包括舱体、电加热装置及定压破裂装置，电加热装置连接于舱体的实心弹头连接端，定压破裂装置连接于舱体的驱动舱连接端，燃料舱舱体内充满液态二氧化碳；伸缩平台包括固定段、可伸缩段和驱动装置，可伸缩段通过驱动装置推动其沿固定段移动，实现其伸入溜井中和回位；发射架安置于伸缩平台的可伸缩段上，动能弹以实心弹头端朝向溜井中的堵塞体安置于发射架上。

2.如权利要求1所述的动能弹装置，其特征在于：所述舱体包括圆柱形壳体及分别连接于其内腔两端的平封板和外凸弧形封板，圆柱形壳体的两端分别伸出于平封板和外凸弧形封板外。

3.如权利要求2所述的动能弹装置，其特征在于：所述电加热装置包括加热药柱、引火药头、恒流源、电源和堵塞；引火药头嵌装于加热药柱的一端，加热药柱沿圆柱形壳体的轴向布置，其引火药头嵌装端为近外凸弧形封板端，恒流源可控制通电时间长短，它和电源连接位于圆柱形壳体内对应外凸弧形封板的外侧，引火药头和恒流源之间通过穿过堵塞的电缆连接；堵塞密封连接于所述外凸圆弧形封板的中心位置处，其上有液态二氧化碳注入口。

4.如权利要求3所述的动能弹装置，其特征在于：所述恒流源可通过无线遥控器设置通电及持续通电时间，所述电源为蓄电池或者高能电池组。

5.如权利要求2所述的动能弹装置，其特征在于：所述定压破裂装置包括定压破裂片和凸字型的喷射连接头，喷射连接头有轴向中心孔，定压破裂片封堵于喷射连接头小径段的末端；喷射连接头的小径段穿过所述平封板插入所述圆柱形壳体中。

6.如权利要求2所述的动能弹装置，其特征在于：所述驱动舱包括喷管构件和尾翼，喷管构件包括外壳和连接于其内腔中的喷管，外壳为圆柱形的壳体，喷管由大径端口径不等的两个喇叭口对接而成，喷管构件以大径端口径较大的喇叭口朝向燃料舱布置，其外壳与燃料舱舱体的圆柱形壳体对接，尾翼沿外壳的轴线布置，在外壳的周向均布。

7.如权利要求6所述的动能弹装置，其特征在于：所述尾翼的长度大于所述驱动舱外壳的长度，其前端与所述燃料舱圆柱形壳体的外壁连接为一体。

8.如权利要求1所述的动能弹装置，其特征在于：所述驱动装置为电动推杆或者液压缸。

9.如权利要求6所述的动能弹装置，其特征在于：所述动能弹通过尾翼安置于发射架上，发射架设置有与尾翼匹配的安装槽。

10.一种利用权利要求4所述装置疏通堵塞溜井的方法，包括以下步骤：

（1）估算堵塞体厚度；

（2）将动能弹装置伸缩平台的固定段安装于对应堵塞体下方的溜井联络道边缘处，并使伸缩平台的可伸缩段向溜井中伸出；

（3）将动能弹平稳安置于发射架上，随后根据堵塞体实际情况将发射架安置在可伸缩段上预定撞击目标的正下方；

（4）使用无线遥控器设置电加热装置恒流源的通电及持续通电时间，使加热药柱给液态二氧化碳的相变提供能量；

（5）液态二氧化碳相变气体产生压力至超过定压破裂装置的承受极限时，高压的二氧化碳气体冲破定压破裂装置后经驱动舱喷射而出产生动能，使动能弹脱离发射架撞向预定撞击目标，使堵塞体解体后落下。

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