CN110700792B - 去除炮孔结冰的可移动除冰装置及去除炮孔结冰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采矿及岩土工程设备，公开了一种去除炮孔结冰的可移动除冰装置，包括可移动除冰装置本体，可移动除冰装置本体内设有微波加热系统和抽水系统，微波加热系统包括微波辐射棒、同轴波导、同轴转换器、矩形波导、磁控管和微波电源，同轴波导和微波辐射棒适于插入炮孔内，微波辐射棒能够辐射微波并促使炮孔内的冰融化成水；抽水系统包括水泵和连接于水泵进水端的水管，水管适于插入炮孔内，并将炮孔内的水抽出。此外，本发明还公开了一种去除炮孔结冰的方法。本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置能够快速有效解决炮孔结冰问题，提高破岩效率，降低破岩成本。

Description

去除炮孔结冰的可移动除冰装置及去除炮孔结冰的方法

技术领域

本发明涉及采矿及岩土工程设备，具体地，涉及一种去除炮孔结冰的可移动除冰装置。此外，本发明还涉及一种去除炮孔结冰的方法。

背景技术

冬季我国北方地区和西部高寒高海拔地区气温低、昼夜温差大，隧道、巷道掘进和露天矿台阶爆破往往面临炮孔结冰堵塞炮孔，除冰困难，装药困难及与设计不符等情况，严重影响爆破效果和施工进度，提高了破岩成本，尤其在露天矿爆破中表现的尤为明显。采用常规的钻机二次钻孔除冰工艺繁琐，效率低，成本高。因此，解决好炮孔除冰问题可以有效缩短炮孔处理时间，加快爆破循环进度，改善爆破效果。

微波加热技术是一种新兴的加热技术，其加热具有快速性、无污染性、整体性和选择性等优点。在炮孔装药前，通过微波加热结冰炮孔使冰融化成水，解决采用钻机除冰时的费时费力问题，即可提高破岩效率，降低破岩成本。

有鉴于此，需要提供一种去除炮孔结冰的可移动除冰装置，以解决炮孔结冰问题，提高破岩效率，降低破岩成本。

发明内容

本发明首先所要解决的问题是提供一种去除炮孔结冰的可移动除冰装置，该去除炮孔结冰的可移动除冰装置能够方便快速解决炮孔结冰问题，节省炮孔结冰处理的时间，提高作业效率。

此外，本发明还要解决的问题是提供一种去除炮孔结冰的方法，该去除炮孔结冰的方法能够有效解决炮孔结冰问题，提高破岩效率，降低破岩成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种去除炮孔结冰的可移动除冰装置，包括可移动除冰装置本体，所述可移动除冰装置本体内设有微波加热系统和抽水系统，所述微波加热系统包括微波辐射棒、与所述微波辐射棒一端相连的同轴波导、设于所述同轴波导的远离所述微波辐射棒一端的同轴转换器、至少两个矩形波导、磁控管和用于供电的微波电源，所述至少两个矩形波导连接于所述同轴转换器的远离所述同轴波导的一端与所述磁控管之间且依次相连，所述同轴波导和所述微波辐射棒适于插入炮孔内，所述微波辐射棒能够辐射微波以促使所述炮孔内的冰融化成水；所述抽水系统包括水泵和连接于所述水泵进水端的水管，所述水管适于插入所述炮孔内以将所述炮孔内的水抽出。

作为本发明的一个具体实施方式，所述微波电源电连接于所述磁控管。

作为本发明的另一个具体实施方式，本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置还包括微波控制系统，所述微波控制系统包括环形器水负载、功率计和三销钉，以能够用于控制微波电源启停、微波加热功率、微波时间和微波正向功率与反向功率监测。

作为本发明的又一个具体实施方式，所述可移动除冰装置本体包括多个滚轮、可移动除冰装置箱体、驱动装置和制动装置；所述驱动装置适于驱动所述可移动除冰装置本体前进或后退；所述制动装置适于调节所述可移动除冰装置本体的减速或停止。

更具体地，所述可移动除冰装置箱体的内部下方设有水泵，所述可移动除冰装置箱体的下部设有开口，所述开口适于水管或所述水泵进水口穿过。

作为本发明的一个优选结构形式，所述同轴波导为可拆卸式同轴波导。

更优选地，所述微波辐射棒为四周均匀型微波辐射棒，所述微波辐射棒的外部设有保护套，所述微波辐射棒辐射的微波能够穿透所述保护套，以促使所述炮孔内的冰融化成水。

作为本发明的另一个优选结构形式，所述同轴波导为圆柱体结构，包括多个首尾相连的外导体、内导体和导体支撑筒，单个所述外导体的一端外周面上设有接头，所述接头适于将相邻两个所述外导体连接以更改所述同轴波导的长度，从而能够适应不同深度的炮孔。

本发明另一方面还提供一种去除炮孔结冰的方法，包括以下步骤：

S01、检查炮孔内是否结冰；

S02、根据结冰的所述炮孔的直径大小选择能够与所述炮孔的直径相匹配的同轴波导，使所述同轴波导和微波辐射棒进入所述炮孔内，并使微波辐射棒能够接触冰；

S03、开启微波，根据冰的厚度、炮孔的孔壁岩石材料特性选择微波功率和时间，对炮孔中的冰进行微波加热处理；

S04、关闭微波，收回所述同轴波导和微波辐射棒；

S05、将炮孔内的水抽出。

由以上描述可看出，本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置包括可移动除冰装置本体，该包括可移动除冰装置本体内设有微波加热系统和抽水系统，所述微波加热系统包括微波辐射棒、与所述微波辐射棒一端相连的同轴波导、设于所述同轴波导的远离所述微波辐射棒一端的同轴转换器、至少两个矩形波导、磁控管和用于供电的微波电源，所述至少两个矩形波导连接于所述同轴转换器的远离所述同轴波导的一端与所述磁控管之间且依次相连，所述同轴波导和所述微波辐射棒适于插入炮孔内，所述微波辐射棒能够辐射微波以促使所述炮孔内的冰融化成水；所述抽水系统包括水泵和连接于所述水泵进水端的水管，所述水管适于插入所述炮孔内以将所述炮孔内的水抽出。本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置能够有效去除炮孔内的冰，释放炮孔结冰空间，大大降低了炮孔的二次穿凿率，提高爆破效果和生产效率，且操作简单，无污染。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置的一个具体实施例的除冰状态下的结构示意图；

图2是本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置的一个具体实施例的抽水状态下的结构示意图；

图3是图1中A的局部放大示意图；

图4本发明的去除炮孔结冰的方法的流程示意图。

附图标记说明

1 可移动除冰装置本体

102 滚轮

201 外导体

203 导体支撑筒

3 微波辐射棒

5 矩形波导

7 环形器水负载

9 三销钉

11 保护套

13 炮孔

15 水泵

101可移动除冰装置箱体

2 同轴波导

202内导体

204 接头

4 同轴转换器

6 磁控管

8功率计

10 微波电源

12 水

14 冰

16 水管

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在这里需要说明的是，在下文的描述中为清楚地说明本发明的技术方案而涉及的一些方位词，例如“底部”等均是可移动除冰装置正常所指的方位类推所具有的含义，例如在可移动除冰装置工作时，滚轮102接触地面，此时靠近地面的部位为底部，反之则为顶部。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置包括可移动除冰装置本体1，所述可移动除冰装置本体1内设有微波加热系统和抽水系统，所述微波加热系统包括微波辐射棒3、与所述微波辐射棒3一端相连的同轴波导2、设于所述同轴波导2的远离所述微波辐射棒3一端的同轴转换器4、至少两个矩形波导5、磁控管6和用于供电的微波电源10，所述至少两个矩形波导5连接于所述同轴转换器4的远离所述同轴波导2的一端与所述磁控管6之间且依次相连，所述同轴波导2和所述微波辐射棒3适于插入炮孔13内，所述微波辐射棒3能够辐射微波以促使所述炮孔13内的冰14融化成水12；所述抽水系统包括水泵15和连接于所述水泵15进水端的水管16，所述水管16适于插入所述炮孔13内以将所述炮孔13内的水12抽出。

从图中可以看出，本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置的可移动除冰装置本体1可以为车辆（可称为除冰作业车），也可以是任何其他可移动的装置，优选实施方式为车辆，这样不仅可以更好地进行除冰作业，并且在转移过程中更加便捷、有效，能够增加除冰作业的效率。并且，当遇到特殊情况下（比如山路、戈壁等路况或天气条件比较极端的地区），也能够更顺利地到达除冰作业点。而且车辆在行驶过程中，能够更好地保护好装置内的各个零部件（比如同轴波导2、微波辐射棒3和水泵15等）不会轻易损坏。还有一些结构比较简单的可移动装置（比如移动平板车），在使用过程中使用电力作为动力，或者是使用人力作为动力，使用环境为相对比较平坦的地方，作业范围较小，且各个炮孔13之间的距离较短，使用简单的可移动装置作业，可以节约成本，并且并不影响除冰效果和效率。

在本发明的微波加热系统中，微波辐射棒3安装在同轴波导2的末端，便于将微波辐射棒3插入到炮孔13内，这样可以保证微波辐射棒3与炮孔13底部的冰14尽可能地靠近，便于微波辐射棒3发出的微波将冰14融化。冰14经由微波融化成水12，有一部分水12会经由炮孔13渗出，还有一部分水12会积留在炮孔13内，而本发明的抽水系统的水管16能够插入炮孔13内，将没有渗透的水12抽走，这样就可以保证炮孔13的有效深度，便于装药，从而改善爆破效果。

本发明的微波电源10为风冷数字化智能电源模块，将外接电压升高，可以为磁控管6提供稳定电压；磁控管6为一种单一大功率磁控管，由磁控管6发出频率为915MHz和2450MGHz的微波，这两种频率的微波均可以保证炮孔13内的冰14融化成水12，而两者的区别在于穿透深度不同，根据冰14的厚度可以选择不同频率的微波。优选频率为915MHz的微波，因为频率为915MHz的微波比频率为2450MHz的微波具有更大的穿透深度，更加适用炮孔除冰。

本发明的矩形波导5用于传输磁控管发出的微波。在这里需要说明的是，通常由金属材料（铜、铝等）制成的，矩形截面的、内部填充空气介质的规则金属波导称之为矩形波导，用以传输磁控管6发出的微波。

本发明的微波加热系统中的同轴转换器4分别与矩形波导5和同轴波导2相连，实现不同波导管之间的转换，从而使矩形波导5与同轴波导2相连接，冰能够使得微波从矩形波导5传输到同轴波导2中。

作为本发明的一个优选实施方式，所述微波电源10电连接于所述磁控管6。微波电源10与磁控管6电连接，并能够为整个微波加热系统提供电力能源。

作为本发明的另一个优选实施方式，本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置还包括微波控制系统，所述微波控制系统包括环形器水负载7、功率计8和三销钉9，以能够用于控制微波电源启停、微波加热功率、微波时间和微波正向功率与反向功率监测。

在这里需要解释一下，本发明的环形器水负载7包括环形器和水负载，环形器为阻止反射的微波返回磁控管，防止磁控管损坏；水负载设置有进水口和出水口，通过水的连续流动吸收反射微波的能量。功率计8的作用是实时监测反射微波正向功率和反向功率，从而计算吸收的微波能。设于矩形波导5上的三销钉9则可以用于调节反射功率，使系统反射功率达到最小值，提高系统稳定性。

作为本发明的又一个优选实施方式，所述可移动除冰装置本体1包括多个滚轮102、可移动除冰装置箱体101、驱动装置和制动装置；所述驱动装置适于驱动所述可移动除冰装置本体1前进或后退；所述制动装置适于调节所述可移动除冰装置本体1的减速或停止。

作为本发明的一个优选实施例，所述可移动除冰装置本体1可以设计为可移动除冰车，可移动除冰装置箱体101即为车体，可以为四方体结构，由不锈钢材焊接而成，车体前后左右设置有门；滚轮102即为行走机构，可以是设置在车体下方的四个圆形车轮，每个车轮可以实现360°转向。

更优选地，所述可移动除冰装置箱体101的内部下方设有水泵15，所述可移动除冰装置箱体101的下部设有开口，所述开口适于水管16或所述水泵15进水口穿过。

本发明的抽水系统包括水泵15和水管16，水泵15设置在可移动除冰装置箱体101的底部，为环形器水负载7中水的流动提供动力和抽出炮孔13中冰14融化后形成的水12，而水管16为柔性水管，可弯曲折叠，便于使用，同时也便于收纳。

作为本发明的一个具体结构形式，所述同轴波导2为可拆卸式同轴波导。

更具体地，所述同轴波导2为圆柱体结构，包括多个首尾相连的外导体201、内导体202和导体支撑筒203，单个所述外导体201的一端外周面上设有接头204，所述接头204适于将相邻两个所述外导体201连接以更改所述同轴波导2的长度，从而能够适应不同深度的炮孔13。

在这里需要说明的是，本发明的同轴波导2为圆柱体结构，包括多个首尾相连的外导体201、内导体202和导体支撑筒203，这样结构的同轴波导2具有极少的能量耗散，各同轴波导2之间可以通过螺纹或接头17连接，实现微波的远距离传输。

作为本发明的又一个具体结构形式，所述微波辐射棒3为四周均匀型微波辐射棒，所述微波辐射棒3的外部设有保护套11，所述微波辐射棒3辐射的微波能够穿透所述保护套11，以促使所述炮孔13内的冰14融化成水12。

如图3所示，作为本发明的一个具体结构形式，所述微波辐射棒3为四周均匀型微波辐射棒，所述微波辐射棒3的外部设有保护套11，所述微波辐射棒3辐射出的微波能够穿透所述保护套11，促使所述炮孔13内的冰14融化成水12。

与现有技术相比，本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置具有如下优点：

（1）本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置适用于气温低、昼夜温差大的矿山、隧道工程，尤其是露天矿台阶爆破，解决了结冰炮孔装药困难、影响爆破效果、施工进度缓慢的问题，生产效率得以提高。

（2）本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置能够有效去除炮孔13的结冰，释放炮孔13结冰空间，大大降低了炮孔的二次穿凿率，提高爆破效果和生产效率。

（3）本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置具有灵活性和方便性，降低了人工劳动强度；同轴波导2采用可拆卸式，可以根据炮孔13深度组装合适的同轴波导2的长度，具有组装与拆卸方便、适应性强；采用微波加热具有加热时间短、效率高、无污染、操作简单。

本发明另一方面还提供一种去除炮孔结冰的方法，包括以下步骤：

S01、检查炮孔13内是否结冰。隧道、巷道掘进和露天矿台阶爆破作业中，冬季或高原地区容易出现炮孔结冰的情况，炮孔结冰不仅影响装药作业，还会导致装药深度与设计不符的情况，严重影响爆破效果和施工进度，因此，首先需要检查炮孔13内是否结冰，保证按原有设计进行施工作业。

S02、根据结冰的所述炮孔13的直径大小选择能够与所述炮孔13的直径相匹配的同轴波导2，使所述同轴波导2和微波辐射棒3进入所述炮孔13内，并使微波辐射棒3能够接触冰14。在这里，可以使用可拆卸式圆柱体结构的同轴波导，根据炮孔13的直径和深度，选择合适的同轴波导，然后将多个同轴波导首尾依次连接在一起，连接好的同轴波导2的一端安装好微波辐射棒3，这样就可以保证同轴波导2和微波辐射棒3伸进炮孔13中时，微波辐射棒3与冰14尽可能地接触，这样可以提高工作效率，还可以降低能耗。

S03、开启微波，根据冰14的厚度、炮孔13的孔壁岩石材料特性选择微波功率和时间，对炮孔13中的冰14进行微波加热处理。本发明的磁控管6能够发出频率为915MHz和2450MHz的微波，这两种频率的微波均可以融化冰14，而这两个频率的微波的区别在于穿透深度不同，因此可根据冰14的厚度可以选择不同频率的微波。而这两种频率中，优选频率为915MHz的微波，因为频率为915MHz的微波比频率为2450MHz的微波具有更大的穿透深度，更加适用炮孔除冰。

S04、关闭微波，收回所述同轴波导2和微波辐射棒3。

S05、将炮孔13内的水12抽出。冰14融化成水12后，一部分水12会渗透到周围环境中，还有一部分水12则滞留在炮孔13中，此时可以使用本发明的抽水系统，将水12抽走，便于后续作业。

由以上描述可以看出，本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置包括可移动除冰装置本体1，该可移动除冰装置本体1内设有微波加热系统和抽水系统，微波加热系统包括微波辐射棒3、与微波辐射棒3一端相连的同轴波导2、设于同轴波导2的远离微波辐射棒3一端的同轴转换器4、至少两个矩形波导5、磁控管6和用于供电的微波电源10，至少两个矩形波导5连接于同轴转换器4的远离同轴波导2的一端与所述磁控管6之间且依次相连，同轴波导2和微波辐射棒3适于插入炮孔13内，微波辐射棒3能够辐射微波以促使炮孔13内的冰14融化成水12；而抽水系统包括水泵15和连接于所述水泵15进水端的水管16，水管16适于插入炮孔13内以将炮孔13内的水12抽出。本发明的去除炮孔结冰的可移动除冰装置能够有效去除炮孔13内的冰，释放炮孔结冰空间，大大降低了炮孔的二次穿凿率，提高爆破效果和生产效率，且操作简单，无污染。

本发明中涉及的软件均采用现有技术。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (9)

1.一种去除炮孔结冰的可移动除冰装置，包括可移动除冰装置本体（1），其特征在于，所述可移动除冰装置本体（1）内设有微波加热系统和抽水系统，所述微波加热系统包括微波辐射棒（3）、与所述微波辐射棒（3）一端相连的同轴波导（2）、设于所述同轴波导（2）的远离所述微波辐射棒（3）一端的同轴转换器（4）、至少两个矩形波导（5）、磁控管（6）和用于供电的微波电源（10），所述至少两个矩形波导（5）连接于所述同轴转换器（4）的远离所述同轴波导（2）的一端与所述磁控管（6）之间依次相连，所述同轴波导（2）和所述微波辐射棒（3）适于插入炮孔（13）内，所述微波辐射棒（3）能够辐射微波以促使所述炮孔（13）内的冰（14）融化成水（12）；

所述抽水系统包括水泵（15）和连接于所述水泵（15）进水端的水管（16），所述水管（16）适于插入所述炮孔（13）内以将所述炮孔（13）内的水（12）抽出。

2.根据权利要求1所述的去除炮孔结冰的可移动除冰装置，其特征在于，所述微波电源（10）连接于所述磁控管（6）。

3.根据权利要求1所述的去除炮孔结冰的可移动除冰装置，其特征在于，还包括微波控制系统，所述微波控制系统包括环形器水负载（7）、功率计（8）和三销钉（9），以能够用于控制微波电源启停、微波加热功率、微波时间和微波正向功率与反向功率监测。

4.根据权利要求1所述的去除炮孔结冰的可移动除冰装置，其特征在于，所述可移动除冰装置本体（1）包括多个滚轮（102）、可移动除冰装置箱体（101）、驱动装置和制动装置；所述驱动装置适于驱动所述可移动除冰装置本体（1）前进或后退；所述制动装置适于调节所述可移动除冰装置本体（1）的减速或停止。

5.根据权利要求4所述的去除炮孔结冰的可移动除冰装置，其特征在于，所述可移动除冰装置箱体（101）的内部下方设有水泵（15），所述可移动除冰装置箱体（101）的下部设有开口，所述开口适于水管（16）或所述水泵（15）进水口穿过。

6.根据权利要求1所述的去除炮孔结冰的可移动除冰装置，其特征在于，所述同轴波导（2）为可拆卸式同轴波导。

7.根据权利要求1所述的去除炮孔结冰的可移动除冰装置，其特征在于，所述微波辐射棒（3）为四周均匀型微波辐射棒，所述微波辐射棒（3）的外部设有保护套（11），所述微波辐射棒（3）辐射的微波能够穿透所述保护套（11），以促使所述炮孔（13）内的冰（14）融化成水（12）。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的去除炮孔结冰的可移动除冰装置，其特征在于，所述同轴波导（2）为圆柱体结构，包括多个首尾相连的外导体（201）、内导体（202）和导体支撑筒（203），单个所述外导体（201）的一端外周面上设有接头（204），所述接头（204）适于将相邻两个所述外导体（201）连接以更改所述同轴波导（2）的长度，从而能够适应不同深度的炮孔（13）。

9.一种去除炮孔结冰的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、检查炮孔（13）内是否结冰；

S02、根据结冰的所述炮孔（13）的直径大小选择能够与所述炮孔（13）的直径相匹配的同轴波导（2），使所述同轴波导（2）和微波辐射棒（3）进入所述炮孔（13）内，并使微波辐射棒（3）能够接触冰（14）；

S03、开启微波，根据冰（14）的厚度、炮孔（13）的孔壁岩石材料特性选择微波功率和时间，对炮孔（13）中的冰（14）进行微波加热处理；

S04、关闭微波，收回所述同轴波导（2）和微波辐射棒（3）；

S05、将炮孔（13）内的水（12）抽出。

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