CN109737841A - 一种可定向等离子破岩装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可定向等离子破岩装置，包括高压等离子气产生装置、破岩组件、进气塞组件和定向位置调节装置，其特征在于：所述进气塞组件与单进气管相连，用以将外部气体通入所述高压等离子产生装置的内部；所述高压等离子气产生装置用以将其内部的气体电离形成高压等离子通道；所述破岩组件与岩石直接接触，用以将岩石击碎；所述定向位置调节装置用于对整体装置的位置及方向进行调节，实现定向破岩，本发明可以通过调节有效控制岩石破碎的区域、方向、块度等，实现定向破岩，既能提高爆炸能量利用率，提高破岩效率，又能满足工程具体需要。

Description

一种可定向等离子破岩装置

技术领域

本发明涉及破岩装置，尤其涉及一种可定向等离子破岩装置。

背景技术

岩石破碎是人类改造自然、利用自然资源的主要方法。在人类社会发展的进程中，破岩技术无论在城市建设方面还是在铁路、勘探、钻井及其工业应用方面都发挥着重要的作用。传统的方法主要是利用炸药爆破和机械冲击进行岩石破碎，随着科学技术的发展和社会的进步，炸药爆破产生的地震、空气冲击波、飞石危害、空气污染、噪声等负面效应越来越难以满足安全、环保的要求，而机械冲击破岩也由于效率低下、经济性差等缺点使其适用性受到限制，难以满足工程需要。

在这种情况下，等离子破岩作为一种新兴的破岩技术应运而生。它是利用高压脉冲放电产生的冲击波、射流或等离子体通道的力学效应对岩石产生破坏。破碎岩石的方式主要有液电破碎和电破碎两种。电破碎是将放电电极与岩石接触紧密，电场强度足够强，使岩石体击穿，等离子体通道发生在岩体内部。液电破碎方式中，放电电极并未与岩石接触，放电通道直接发生在液体介质中，利用放电产生的冲击波或者水射流对岩石进行破碎。在这种情况下，可以在高、低压放电电极间连接金属丝，放电过程中能量沉积在金属丝上，利用金属丝在液体介质中瞬间爆炸产生的冲击波对岩石进行破碎。

等离子破岩爆破安全性提高而爆破成本降低，可以代替炸药爆破，并克服机械破岩效率偏低的缺点，具有安全可靠、节能环保、经济实用的特点，应用前景良好。

在实际工程中，针对对岩石破碎的区域、方向、块度方面的研究尚属空白，现场施工急需要一种可定向破岩，破岩效率高的破岩装备。

发明内容

本发明提供的一种可定向等离子破岩装置，可以有效解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可定向等离子破岩装置，包括高压等离子气产生装置、破岩组件、进气塞组件和定向位置调节装置，所述进气塞组件与单进气管相连，用以将外部气体通入所述高压等离子产生装置的内部；所述高压等离子气产生装置用以将其内部的气体电离形成高压等离子通道；所述破岩组件与岩石直接接触，用以将岩石击碎；所述定向位置调节装置用于对整体装置的位置及方向进行调节，实现定向破岩。

进一步的，作为优选，所述高压等离子气产生装置包括上端盖、壳体和下端盖，所述壳体的主体部分为圆柱形空腔，所述壳体还向外凸起形成多个小型圆柱形凸起空腔，所述凸起空腔排布在壳体的三个方向上，每个方向上布有2-3个，所述壳体的上端固定有上端盖，所述壳体的下端固定有下端盖，所述上端盖上固定有高压电极，所述下端盖上固定有低压电极。

进一步的，作为优选，所述高压电极和低压电极同轴设置在壳体的主体部分的内部，所述高压电极外接电极导线。

进一步的，作为优选，所述进气塞组件包括进气塞外壳和单向头，所述进气塞外壳设置在上端盖上，所述进气塞外壳的内部设有空腔，所述单向头滑动设置在进气塞外壳的空腔内，所述单向头与进气弹簧的一端接触，所述进气弹簧的另一端与进气塞螺钉相接触，所述进气塞螺钉螺纹旋入进气塞外壳的内部，所述进气塞螺钉为中空结构，用以通过气体，所述进气弹簧为压缩状态，用以对单向头施加压力。

进一步的，作为优选，所述上端盖上设置有四个进气塞组件，所述进气塞外壳与单进气管连接，所述单进气管与五通头连接，所述五通头与总进气管连接。

进一步的，作为优选，所述破岩组件包括破岩组件滑筒，所述破岩组件滑筒通过粗牙螺钉固定设置在凸起空腔，所述破岩组件滑筒为回转体，其内部为阶梯结构，所述破岩组件滑筒与破岩头同轴滑动接触，同时在破岩组件滑筒与破岩头之间设置有破岩复位弹簧，所述破岩头为中空结构，其前端设置有高压气体射流喷口，所述破岩头靠近高压电极的一端与破岩头塞接触，所述破岩头塞为圆柱形，所述破岩头塞内嵌滑动设置在破岩组件滑筒的内部，所述破岩组件滑筒内部的尾端固定装有限位环，用以避免破岩头塞与壳体的撞击，所述破岩组件滑筒的一端还旋有保护头。

进一步的，作为优选，所述破岩头塞中心位置设有与破岩头内径相匹配的凸起，用以阻止壳体内部的气体通过破岩头外泄出去，所述破岩头塞上还设有多个通孔，所述破岩复位弹簧处于复位状态时，破岩头与破岩头塞紧密贴合，破岩复位弹簧处于压紧状态时，破岩头与破岩头塞可通过破岩组件滑筒上的阶梯结构分离。

进一步的，作为优选，所述定向位置调节装置包括环架，所述环架固定设置在上端盖上，所述环架上设有吊环，所述环架上装有四只自驱动轮和驱动轮控制盒，所述环架上设置有驱动信号导线，地面通过驱动信号导线对自驱动轮进行控制，所述环架上还设有陀螺仪和位置信号导线，用以将破岩装置的位置信息通过位置信号导线传向地面工作人员。

与现有技术相比，本发明提供了一种可定向等离子破岩装置，具备以下有益效果：本发明中设置有定向位置调节装置，可实现对本装置整体进行方向控制，使其移动到具体工作位置，提高破岩效率，另外破岩组件有规律的设置在壳体的三个方向上，有效控制岩石破碎的区域、方向、块度等，实现定向破岩，既能提高爆炸能量利用率，提高破岩效率，又能满足工程具体需要。

附图说明

图1为本发明的外形图；

图2为本发明的剖视图；

图3为本发明破岩组件的爆炸视图；

图4为本发明破岩组件的工作状态图；

图中：1.环架；2.上端盖；3.壳体；4.下端盖；5.高压电极；6.低压电极；7.电极导线；8.破岩组件滑筒；9.破岩头；10.破岩复位弹簧；11.破岩头塞；12.限位环；13.粗牙螺钉；14.进气塞外壳；15.单向头；16.进气弹簧；17.进气塞螺钉；18.单进气管；19.五通头；20.总进气管；21.自驱动轮；22.驱动轮控制盒；23.陀螺仪；24.位置信号导线；25.驱动信号导线；26.吊环；27、保护头；28凸起空腔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种可定向等离子破岩装置，包括高压等离子气产生装置、破岩组件、进气塞组件和定向位置调节装置，其特征在于：所述进气塞组件与单进气管18相连，用以将外部气体通入所述高压等离子产生装置的内部；所述高压等离子气产生装置用以将其内部的气体电离形成高压等离子通道；所述破岩组件与岩石直接接触，用以将岩石击碎；所述定向位置调节装置用于对整体装置的位置及方向进行调节，实现定向破岩。

本实施例中，所述高压等离子气产生装置包括上端盖2、壳体3和下端盖4，所述壳体3的主体部分为圆柱形空腔，所述壳体3还向外凸起形成多个小型圆柱形凸起空腔28，所述凸起空腔28排布在壳体3的三个方向上，每个方向上布有2-3个，所述壳体3的上端固定有上端盖2，所述壳体3的下端固定有下端盖4，所述上端盖2上固定有高压电极5，所述下端盖4上固定有低压电极6。

本实施例中，所述高压电极5和低压电极6同轴设置在壳体3的主体部分的内部，所述高压电极5外接电极导线7。

本实施例中，所述进气塞组件包括进气塞外壳14和单向头15，所述进气塞外壳14设置在上端盖2上，所述进气塞外壳14的内部设有空腔，所述单向头15滑动设置在进气塞外壳14的空腔内，所述单向头15与进气弹簧16的一端接触，所述进气弹簧16的另一端与进气塞螺钉17相接触，所述进气塞螺钉17螺纹旋入进气塞外壳14的内部，所述进气塞螺钉17为中空结构，用以通过气体，所述进气弹簧16为压缩状态，用以对单向头15施加压力，保证气体单向通行。

本实施例中，所述上端盖2上设置有四个进气塞组件，所述进气塞外壳14与单进气管18连接，所述单进气管18与五通头19连接，所述五通头19与总进气管20连接。

本实施例中，所述破岩组件包括破岩组件滑筒8，所述破岩组件滑筒8通过粗牙螺钉13固定设置在凸起空腔28，所述破岩组件滑筒8为回转体，其内部为阶梯结构，所述破岩组件滑筒8与破岩头9同轴滑动接触，同时在破岩组件滑筒8与破岩头9之间设置有破岩复位弹簧10，所述破岩头9为中空结构，其前端设置有高压气体射流喷口，所述破岩头9靠近高压电极5的一端与破岩头塞11接触，所述破岩头塞11为圆柱形，所述破岩头塞11内嵌滑动设置在破岩组件滑筒8的内部，所述破岩组件滑筒8内部的尾端固定装有限位环12，用以避免破岩头塞11与壳体3的撞击，所述破岩组件滑筒8的一端还旋有保护头27。

本实施例中，所述破岩头塞11中心位置设有与破岩头9内径相匹配的凸起，用以阻止壳体3内部的气体通过破岩头9外泄出去，所述破岩头塞11上还设有多个通孔，所述破岩复位弹簧10处于复位状态时，破岩头9与破岩头塞11紧密贴合，破岩复位弹簧10处于压紧状态时，破岩头9与破岩头塞11可通过破岩组件滑筒8上的阶梯结构分离。

本实施例中，所述定向位置调节装置包括环架1，所述环架1固定设置在上端盖2上，所述环架1上设有吊环26，所述环架1上装有四只自驱动轮21和驱动轮控制盒22，所述环架1上设置有驱动信号导线25，地面通过驱动信号导线25对自驱动轮21进行控制，所述环架1上还设有陀螺仪23和位置信号导线24，用以将破岩装置的位置信息通过位置信号导线24传向地面工作人员。

本发明的工作原理：在使用时，先将保护头27旋下，将绳索扣在吊环26上，并拉住绳索慢慢将本装置下放到需破岩的大概位置，地面工作人员根据该装置提供的位置信息控制自驱动轮21对其位置进行调整使其达到具体位置后，向壳体3内通入气体，并使高压5放电形成等离子气，如图4，等离子气穿过11破岩头塞上的通孔推破岩头动9与破岩头塞11向外部运动并分离，从而使等离子气从高压气体射流喷口喷出击碎岩石。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种可定向等离子破岩装置，包括高压等离子气产生装置、破岩组件、进气塞组件和定向位置调节装置，其特征在于：所述进气塞组件与单进气管(18)相连，用以将外部气体通入所述高压等离子产生装置的内部；所述高压等离子气产生装置用以将其内部的气体电离形成高压等离子通道；所述破岩组件与岩石直接接触，用以将岩石击碎；所述定向位置调节装置用于对整体装置的位置及方向进行调节，实现定向破岩。

2.根据权利要求1所述的一种可定向等离子破岩装置，其特征在于：所述高压等离子气产生装置包括上端盖(2)、壳体(3)和下端盖(4)，所述壳体(3)的主体部分为圆柱形空腔，所述壳体(3)还向外凸起形成多个小型圆柱形凸起空腔(28)，所述凸起空腔(28)排布在壳体(3)的三个方向上，每个方向上布有2-3个，所述壳体(3)的上端固定有上端盖(2)，所述壳体(3)的下端固定有下端盖(4)，所述上端盖(2)上固定有高压电极(5)，所述下端盖(4)上固定有低压电极(6)。

3.根据权利要求2所述的一种可定向等离子破岩装置，其特征在于：所述高压电极(5)和低压电极(6)同轴设置在壳体(3)的主体部分的内部，所述高压电极(5)外接电极导线(7)。

4.根据权利要求1所述的一种可定向等离子破岩装置，其特征在于：所述进气塞组件包括进气塞外壳(14)和单向头(15)，所述进气塞外壳(14)设置在上端盖(2)上，所述进气塞外壳(14)的内部设有空腔，所述单向头(15)滑动设置在进气塞外壳(14)的空腔内，所述单向头(15)与进气弹簧(16)的一端接触，所述进气弹簧(16)的另一端与进气塞螺钉(17)相接触，所述进气塞螺钉(17)螺纹旋入进气塞外壳(14)的内部，所述进气塞螺钉(17)为中空结构，用以通过气体，所述进气弹簧(16)为压缩状态，用以对单向头(15)施加压力。

5.根据权利要求4所述的一种可定向等离子破岩装置，其特征在于：所述上端盖(2)上设置有四个进气塞组件，所述进气塞外壳(14)与单进气管(18)连接，所述单进气管(18)与五通头(19)连接，所述五通头(19)与总进气管(20)连接。

6.根据权利要求1所述的一种可定向等离子破岩装置，其特征在于：所述破岩组件包括破岩组件滑筒(8)，所述破岩组件滑筒(8)通过粗牙螺钉(13)固定设置在凸起空腔(28)，所述破岩组件滑筒(8)为回转体，其内部为阶梯结构，所述破岩组件滑筒(8)与破岩头(9)同轴滑动接触，同时在破岩组件滑筒(8)与破岩头(9)之间设置有破岩复位弹簧(10)，所述破岩头(9)为中空结构，其前端设置有高压气体射流喷口，所述破岩头(9)靠近高压电极(5)的一端与破岩头塞(11)接触，所述破岩头塞(11)为圆柱形，所述破岩头塞(11)内嵌滑动设置在破岩组件滑筒(8)的内部，所述破岩组件滑筒(8)内部的尾端固定装有限位环(12)，用以避免破岩头塞(11)与壳体(3)的撞击，所述破岩组件滑筒(8)的一端还旋有保护头(27)。

7.根据权利要求6所述的一种可定向等离子破岩装置，其特征在于：所述破岩头塞(11)中心位置设有与破岩头(9)内径相匹配的凸起，用以阻止壳体(3)内部的气体通过破岩头(9)外泄出去，所述破岩头塞(11)上还设有多个通孔，所述破岩复位弹簧(10)处于复位状态时，破岩头(9)与破岩头塞(11)紧密贴合，破岩复位弹簧(10)处于压紧状态时，破岩头(9)与破岩头塞(11)可通过破岩组件滑筒(8)上的阶梯结构分离。

8.根据权利要求1所述的一种可定向等离子破岩装置，其特征在于：所述定向位置调节装置包括环架(1)，所述环架(1)固定设置在上端盖(2)上，所述环架(1)上设有吊环(26)，所述环架(1)上装有四只自驱动轮(21)和驱动轮控制盒(22)，所述环架(1)上设置有驱动信号导线(25)，地面通过驱动信号导线(25)对自驱动轮(21)进行控制，所述环架(1)上还设有陀螺仪(23)和位置信号导线(24)，用以将破岩装置的位置信息通过位置信号导线(24)传向地面工作人员。