CN110849221B - 多裂面瞬时胀裂器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及爆破技术领域，尤其涉及一种多裂面瞬时胀裂器。多裂面瞬时胀裂器包括：多裂面切缝管，所述多裂面切缝管的管壁上设置有多个在周向上间隔排布的聚能区，所述聚能区包括多个在所述多裂面切缝管轴向上间隔排布的聚能孔，其中，多个聚能区包括多对聚能区，每对聚能区中的两者在所述多裂面切缝管的径向上相对设置；胀裂件，所述胀裂件设于所述多裂面切缝管内。本公开提供的多裂面瞬时胀裂器具有多裂面胀裂、安全性高、胀裂效果好、破岩噪声小、制造成本低的优点。
Description
技术领域
本公开涉及爆破技术领域，尤其涉及一种多裂面瞬时胀裂器。
背景技术
目前，煤矿中的坚硬顶板与坚硬顶煤弱化、隧道钻爆法开挖、路基中的孤石处理等岩土工程均需在岩体中形成多条裂缝。但采用传统炸药破岩技术存在审批困难、运输风险高、爆破能量难以控制，噪声大，以及分裂面数量和方向不可控等一系列问题。因此急需寻找炸药的替代品。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开目的在于提供一种能够实现多裂面胀裂，且安全性高、破岩噪声小、制造成本低的多裂面瞬时胀裂器。
本公开提供了一种多裂面瞬时胀裂器，包括：
多裂面切缝管，所述多裂面切缝管的管壁上设置有多个在周向上间隔排布的聚能区，所述聚能区包括多个在所述多裂面切缝管轴向上间隔排布的聚能孔，其中，多个聚能区包括多对聚能区，每对聚能区中的两者在所述多裂面切缝管的径向上相对设置；
胀裂件，所述胀裂件设于所述多裂面切缝管内。
在本公开的一种示例性实施例中，所述多裂面切缝管的径向截面为圆形。
在本公开的一种示例性实施例中，多个所述聚能区在所述多裂面切缝管的周向上等间隔设置。
在本公开的一种示例性实施例中，所述聚能区中多个所述聚能孔在所述多裂面切缝管的轴向上等间隔排布。
在本公开的一种示例性实施例中，根据权利要求1所述的多裂面瞬时胀裂器，其特征在于，所述聚能孔为圆形孔。
在本公开的一种示例性实施例中，所述多裂面瞬时胀裂器还包括：位于所述多裂面切缝管内的第一耦合介质部和第二耦合介质部，所述第一耦合介质部和第二耦合介质部在轴向上间隔设置；
其中，所述胀裂件设置在所述第一耦合介质部和第二耦合介质部之间。
在本公开的一种示例性实施例中，所述多裂面切缝管的两端分别设置有连接部。
在本公开的一种示例性实施例中，所述连接部上设置有卡槽。
在本公开的一种示例性实施例中，所述胀裂件包括：
容纳管，所述容纳管设于所述胀裂件内；
胀裂剂，所述胀裂剂设于所述容纳管内；
第一引线、引发头与第二引线，所述第一引线与所述第二引线分别与所述引发头的正负极连接；
第三引线，位于所属容纳管外壁与所述多裂面切缝管内壁之间，且所述第三引线贯穿所述多裂面瞬时胀裂器。
在本公开的一种示例性实施例中，所述胀裂件还包括至少两个固定部，所述固定部分别穿过所述聚能孔，用于对所述容纳管进行限位。
本公开提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本公开所提供的多裂面瞬时胀裂器，包括多裂面切缝管和胀裂件。相比于传统炸药破岩技术，一方面，本公开所提供的多裂面瞬时胀裂器中的胀裂件位于多裂面切缝管内，所以胀裂件在胀裂过程中产生的噪声低，并且在工作和运输过程中具有更高的安全性；另一方面由于多裂面瞬时胀裂器设置有多个在多裂面切缝管的轴向上间隔排布的聚能孔，所以胀裂件产生的高温气体会通过聚能孔排出，由于聚能孔的面积较小，所以从聚能孔中排出的高温气体具有很大的冲击力，从而使得胀裂效果更加明显。每列在多裂面瞬时胀裂器轴向上间隔排布的聚能孔组成了一个聚能区，由多个聚能区组成多对聚能区，每对聚能区中的两个聚能区在多裂面切缝管的径向上相对设置，所以多裂面瞬时胀裂器在胀裂的过程中可以同时形成多个裂缝面，且通过限定聚能区的位置和数量可控制形成的裂缝面的方向和数量。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本公开一示例性实施例的瞬时胀裂器的胀裂管的整体示意图；
图2示出了根据本公开一示例性实施例的瞬时胀裂器的胀裂管的部分剖视示意图；
图3示出了根据本公开一示例性实施例的瞬时胀裂器切缝效果示意图；
图4示出了根据本公开一示例性实施例的双裂面切缝管的整体示意图；
图5示出了根据本公开一示例性实施例的双裂面切缝管的部分剖视示意图；
图6示出了根据本公开一示例性实施例的双裂面瞬时胀裂器切缝效果示意图；
图7示出了根据本公开一示例性实施例的三裂面切缝管的整体示意图；
图8示出了根据本公开一示例性实施例的三裂面切缝管的部分剖视示意图；
图9示出了根据本公开一示例性实施例的三裂面瞬时胀裂器切缝效果示意图；
图10示出了根据本公开一示例性实施例的单根多裂面瞬时胀裂器内部结构示意图；
图11-图17示出了根据本公开一示例性实施例的多根多裂面瞬时胀裂器使用方法的示意图。
附图标记说明：
1、瞬时胀裂器；2、双裂面切缝管；3、三裂面切缝管；4、裂缝面；5、多裂面瞬时胀裂管；6、钻孔；7、炮泥；8、电流引发装置；9、岩壁；21、聚能孔；22、连接部；51、第一耦合介质部；52、第二耦合介质部；53、胀裂件；531、容纳管；532、胀裂剂；533、第一引线；534、第二引线；535、第三引线；536、引发头；537、固定部。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本申请将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
为解决传统炸药破岩技术所带来的问题，发明人首先提供了一种瞬时胀裂器1(如图1和图2所示)，具体地，此瞬时胀裂器1可包括胀裂管和放置在胀裂管内的胀裂剂。其中，胀裂剂可由煤粉、煤矸石粉、过氧化钙粉、高氯酸钾粉制成，其在工作和运输过程中比炸药安全性高，并且振动小。因此该瞬时胀裂器1在工作和运输的过程中具有较高的安全性。但是，该瞬时胀裂器1无法控制胀裂的方向，所以其胀裂后会在岩壁9上形成数量和方向不定的裂缝面4，如图3所示，即：裂缝面4的数量与方向为随机的。因此，该瞬时胀裂器无法满足较高精度工程的要求。
其中，为了解决瞬时胀裂器在岩壁9上无法形成数量和方向一定的裂缝面4的问题。发明人又提供了一种多裂面瞬时胀裂器，如图4、图7和图10所示，此多裂面瞬时胀裂器可以在岩壁9上形成多个裂缝面4，例如：N个，此N为大于1的正整数，且多个裂缝面4的方向为预定方向，也就是说，该多裂面瞬时胀裂器会在岩壁9上形成定向和定量的裂缝面4。
详细说明，本实施例的多裂面瞬时胀裂器可包括多裂面切缝管5和设于多裂面切缝管5内的胀裂件53，其中，该多裂面切缝管5可为加有阻燃材料的PVC(Polyvinylchloride聚氯乙烯)管，以防止多裂面切缝管5在胀裂件53胀裂后发生燃烧的情况，从而防止煤矿使用过程产生的火焰点燃瓦斯，但多裂面切缝管5的材料不限于加有阻燃材料的PVC材料，也可为其他阻燃性能好、稳定性高的其他材料。
此外，该多裂面切缝管5的管壁上可设置有聚能区，此聚能区可包括多个在多裂面切缝管5的轴向上间隔排布的聚能孔21。当设置在多裂面切缝管5内的胀裂件53被引发后，胀裂件53瞬间产生的高温气体会通过聚能孔21排出，从而可以在岩壁9上定向形成裂缝面4。进一步地，多裂面切缝管5的管壁上可以设置有多个在周向上间隔排布的聚能区，其中，多个聚能区包括多对聚能区，每对聚能区中的两者在多裂面切缝管5的径向上相对设置，从而可以形成多个裂缝面4。具体的，聚能区的数量可以为4个、6个，这样可形成两对聚能区、三对聚能区，每对聚能区在胀裂后可以在岩壁9上形成两条裂缝，应当理解的是，每对聚能区胀裂后在岩壁9上所形成的两条裂缝处于同一个平面内，所以称这两条裂缝所在的平面为一个裂缝面4。也就是说，多裂面瞬时胀裂器胀裂后在岩壁9上形成的裂缝面4的数量可为两个、三个，但不限于此，聚能区的数量也可以为8个、10个、12个等，这样可形成4对聚能区、5对聚能区、6对聚能区等，从而形成4个、5个、6个裂缝面4等。
多个聚能区在多裂面切缝管5的周面上可为等间隔设置，但不限于此，也可按照具体工况要求设置。
其中，当多个聚能区等间隔设置且多裂面切缝管5的径向截面为圆形时，相邻两个聚能区的间隔角度可为(360/2N)°。举例而言，如图4和图5所示，多裂面切缝管5可为双裂面切缝管2，即：N可为2，该双裂面切缝管2具有两对聚能区，其中，相邻两个聚能区之间的角度α为90°，所以应用该双裂面切缝管2的双裂面瞬时胀裂器可以在岩壁9上形成两个裂缝面4，裂缝面4如图6中的虚线所示。如图7和图8所示，多裂面切缝管5可为三裂面切缝管3，即：N可为3，该三裂面切缝管3具有三对聚能区，其中，相邻两个聚能区之间的角度β为60°，所以应用该三裂面切缝管3的三裂面瞬时胀裂器可以在岩壁9上形成3个裂缝面4，裂缝面4如图9中的虚线所示。当每个聚能区在多裂面切缝管5的周面上间隔相同时，每一个裂缝面4所承受的力相同，从而能够保证胀裂的效果。
可选地，每对聚能区中的两个聚能区上的聚能孔21的数量可以相同，从而胀裂件53被引发后瞬间产生的高温气体可从聚能孔21中均匀排出，提高了多裂面瞬时胀裂器对岩石或煤体定向裂开的可靠性；此外，多个聚能孔21沿多裂面切缝管5的轴向方向上等间隔分布，从而能够进一步提高多裂面瞬时胀裂器对岩石或煤体定向裂开的可靠性，避免岩石或煤体的裂面偏离预设裂面。
进一步地，每对聚能区中的两个聚能区可在多裂面切缝管5的径向上正对设置，即每对聚能区中一者的聚能孔21与另一者的聚能孔21在多裂面切缝管5的径向方向上正对设置，以进一步保证两个聚能区的挤压力一致，从而进一步保证多裂面瞬时胀裂器对岩石或煤体定向裂开的可靠性。
应当理解的是，前述多裂面切缝管5径向截面的形状不限于圆形，多裂面切缝管5径向截面的形状也可以为矩形或者椭圆形等，其中，在径向截面为矩形截面时，矩形截面的多裂面切缝管5径向方向可为矩形截面的长度方向、宽度方向；在径向截面为椭圆形截面时，椭圆形截面的多裂面切缝管5的径向方向可为椭圆形的短轴方向、长轴方向。此外，前述多个聚能区不限于等间隔设置，也可非等间隔设置，视具体情况而定。
此外，如图4和图7所示，前述提到的聚能孔21可呈圆形，且各聚能孔21的大小和形状可以一致。本实施例中，通过将聚能孔21设计为圆形，相比于同面积其他形状的孔，可使排出的高温气体具有更大的冲击力，产生更好地胀裂效果。本领域技术人员也可选取其他形状的聚能孔21，例如椭圆形、矩形等形状，本公开对聚能孔21的大小、形状、数量不做限制。
如图10所示，在本实施例中，胀裂件53可包括容纳管531，胀裂剂532，第一引线533、第二引线534、第三引线535和引发头536。其中，容纳管531可设置于胀裂件53内。容纳管531的可为有塑料制成的塑膜，其作用有两个：一方面，由于胀裂剂532颗粒较小，一般情况下呈黑色固体颗粒状，直径3mm，长度7mm，无法直接固定在多裂面切缝管5中，需要将胀裂剂532装到容纳管531中，才可以固定，所以该容纳管531用来承装胀裂剂532；另一方面，由于有些巷道或者隧道的钻孔6中会有一些水，所以容纳管531可以起到防水防潮的作用。由于容纳管531的表面张力远远小于胀裂剂532引发后由高温气体所带来的冲击力，所以容纳管531在胀裂剂532引发后破裂，胀裂剂532引发后产生的大量高温气体可从聚能孔21中排出。
固体圆柱颗粒状的胀裂剂532装在两端开口的筒状容纳管531中，在装胀裂剂532前，先把引发头536及第一引线533、第二引线534放入容纳管531中，第一引线533从容纳管531一端引出，第二引线534从容纳管531另一端引出；然后调整引发头536，可通过使用尺子测量塑膜的中间位置，使得引发头536位于容纳管531中间，接着把容纳管531的一端用细铁丝或铝丝封口，封口所用材质不限于此；接着开始装入胀裂剂532，胀裂剂532装完后再对容纳管531的另一端进行封口。装填胀裂剂532的多少依据现场岩性的强度和地应力的大小决定。
如图10所示，单根多裂面切缝管5中的引线放置方式为：选一根与容纳管531内引线颜色不同(可以为绿色，白色等)的第三引线535放在多裂面切缝管5中，第三引线535是单独的一根线，不与引发头536相连，且第三引线535贯穿所述多裂面瞬时胀裂器，并位于容纳管531外壁与多裂面切缝管5内壁之间；第一引线533与第二引线534分别接在引发头536的正负极上，并且第一引线533与第二引线534和引发头536连接后是一根线。第一引线533或第二引线534与第三引线535和电流接通后，即可引发胀裂剂532。其中，第一引线533与第二引线534可为矿用电线，引发头536可为铜片，但不限于此。
当只需要单根多裂面切缝管5工作时，该多裂面切缝管可以不设置连接部22。但是需要多根多裂面切缝管5共同工作的时候，该多裂面切缝管5的两端还可以设置连接部22。当多根多裂面切缝管5组合时，可以通过连接部22将相邻的多裂面切缝管5连接在一起。举例而言，连接部22可以包括卡槽，通过卡槽可以实现相邻多裂面切缝管5相互卡合，使得相邻多裂面切缝管5的连接更牢固。
进一步的，如图17所示，当多个多裂面瞬时胀裂器组合时，在第一根多裂面瞬时胀裂器放入钻孔6的底部前，需要把第一引线533或者第二引线534中的其中一个与第三引线535一端连接在一起；第二根胀裂器的第一引线533或者第二引线534的一端与第一根的第二引线534或者第一引线533相连，第三引线535一端与第一根的第三引线535一端相连；第三根多裂面瞬时胀裂器至第N根多裂面瞬时胀裂器连接方式与第二根一样。多裂面瞬时胀裂器安装完后用炮泥7对钻孔6的开口端进行封堵，等炮泥7封住钻孔6的开口端后，通过一个与多裂面瞬时胀裂器引线连通的电流引发装置8，可实现在岩体或煤体中进行多裂面切缝试验。
其中，多裂面切缝管5的内径可约为36.5mm，容纳管531的外径小于多裂面切缝管5的内径，优选地，在多裂面切缝管5的内径约为36.5mm的时候，容纳管531的外径可在32-35mm之间。本领域技术人员还可设置具有其他内径的多裂面切缝管5及具有其他外径的容纳管531，只要容纳管531的外径小于多裂面切缝管5的内径即可。
胀裂件53还可包括至少两个固定部537，至少两个固定部537分别穿过设置在多裂面切缝管5的管壁上的固定孔，以用于对容纳管531在多裂面切缝管5中进行限位。
优选的，如图10所示，带有胀裂剂532的容纳管531可放在多裂面切缝管5的正中间，固定部537为铁丝，容纳管531的两端用铁丝通过固定孔固定。其中，铁丝与固定孔之间可以存在间隙，从而胀裂件53在胀裂过程中释放出来的高温气体也可以从固定孔中排出。但应当理解的是，容纳管531在多裂面切缝管5中的位置不限于此，可根据具体情况而定。
本实施例中，多裂面瞬时胀裂器还包括第一耦合介质部51和第二耦合介质部52。其中，第一耦合介质部51和第二耦合介质部52位于多裂面切缝管5内，且第一耦合介质部51和第二耦合介质部52在多裂面切缝管5的轴向上间隔设置，举例而言第一耦合介质和第二耦合介质可分别设置于胀裂件53沿轴向方向的两端，即胀裂件53可设置在第一耦合介质部51和第二耦合介质部52之间。
进一步的，第一耦合介质部51和第二耦合介质部52可以具有相同的材料，可为空气，水，沙，土，岩棉，膏体等，通过更换不同材质的耦合介质，可以起到阻燃，聚力，降尘的功用。
本示例实施中多根多裂面瞬时胀裂器的使用方法为：
步骤S100、如图11所示，首先用钻机在岩壁9中打出钻孔6。
步骤S110、在第一根多裂面瞬时胀裂器放入钻孔6的底部前，需要把引线一端(即第一引线533或者第二引线534)与第三引线535一端连接在一起。
步骤S120、如图12所示，将第一根多裂面瞬时胀裂器通过炮棍送到钻孔6中的合适位置。
步骤S130、将第二根多裂面瞬时胀裂器的引线一端(即第一引线533或者第二引线534)与第一根多裂面瞬时胀裂器的引线一端(即第一引线533或者第二引线534)相连，第三引线535一端与第一根多裂面瞬时胀裂器的第三引线535一端相连。待两根多裂面瞬时胀裂器的引线连接完成后，再将第一根多裂面瞬时胀裂器和第二根多裂面瞬时胀裂器通过设置在其两端的连接部22彼此连接。
步骤S140、如图13所示，当第一根多裂面瞬时胀裂器和第二根多裂面瞬时胀裂器连接完后，将其推送至钻孔6中的合适位置。
步骤S150、如图14所示，按照步骤S110、S120、S130，进行第3，4，…，N根多裂面瞬时胀裂器的安装。其中N根多裂面瞬时胀裂器的安装方法不限于此，还可以将N跟多裂面瞬时胀裂器在钻孔6外拼接完成。
步骤S160、如图15所示，将所有多裂面瞬时胀裂器推送至钻孔6中，并且使得第一根多裂面瞬时胀裂器的前端抵靠钻孔6的底部。
步骤S170、如图16所示，当第一根多裂面瞬时胀裂器的前端抵靠钻孔6的底部后，用炮泥7对钻孔6的进口端进行封堵，炮泥7直接接触最后一根多裂面瞬时胀裂器的尾端。
步骤S180、如图17所示，将最后一根多裂面瞬时胀裂器的引线与电流引发装置8进行连接，即第一引线533或者第二引线534连接在电流引发装置8一个连接头上，并将第三引线535一端连接在电流引发装置8的另一个连接头上。待连接好引线并且等炮泥7封住钻孔6的开口端后，即可启动电流引发装置8，在岩体或煤体中进行多裂面切缝试验。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (9)
1.一种多裂面瞬时胀裂器，其特征在于，包括：
多裂面切缝管，所述多裂面切缝管的管壁上设置有多个在周向上间隔排布的聚能区，所述聚能区包括多个在所述多裂面切缝管轴向上间隔排布的聚能孔，其中，多个聚能区包括多对聚能区，每对聚能区中的两者在所述多裂面切缝管的径向上相对设置；
胀裂件，所述胀裂件设于所述多裂面切缝管内，所述胀裂件包括：容纳管，所述容纳管设于所述胀裂件内；胀裂剂，所述胀裂剂设于所述容纳管内；第一引线、引发头与第二引线，所述第一引线与所述第二引线分别与所述引发头的正负极连接；第三引线，位于所属容纳管外壁与所述多裂面切缝管内壁之间，且所述第三引线贯穿所述多裂面瞬时胀裂器；
第一耦合介质部和第二耦合介质部，所述第一耦合介质部和第二耦合介质部位于所述多裂面切缝管内，且所述第一耦合介质部和第二耦合介质部分别设置于所述胀裂件沿轴向方向的两端。
2.根据权利要求1所述的多裂面瞬时胀裂器，其特征在于，所述多裂面切缝管的径向截面为圆形。
3.根据权利要求1所述的多裂面瞬时胀裂器，其特征在于，多个所述聚能区在所述多裂面切缝管的周向上等间隔设置。
4.根据权利要求1所述的多裂面瞬时胀裂器，其特征在于，所述聚能区中多个所述聚能孔在所述多裂面切缝管的轴向上等间隔排布。
5.根据权利要求1所述的多裂面瞬时胀裂器，其特征在于，所述聚能孔为圆形孔。
6.根据权利要求1所述的多裂面瞬时胀裂器，其特征在于，所述胀裂件设置在所述第一耦合介质部和第二耦合介质部之间。
7.根据权利要求1所述的多裂面瞬时胀裂器，其特征在于，所述多裂面切缝管的两端分别设置有连接部。
8.根据权利要求7所述的多裂面瞬时胀裂器，其特征在于，所述连接部上设置有卡槽。
9.根据权利要求1所述的多裂面瞬时胀裂器，其特征在于，所述胀裂件还包括至少两个固定部，所述固定部分别穿过所述聚能孔，用于对所述容纳管进行限位。
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