CN110926293B - 一面破碎一面完整瞬时胀裂器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及爆破技术领域，尤其涉及一种一面破碎一面完整瞬时胀裂器。该一面破碎一面完整瞬时胀裂器包括：切缝管，所述切缝管具有第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分相互连接以形成胀裂腔，其中，所述第一部分上设置有沿所述切缝管的周向间隔排布的多个第一聚能区，所述第一聚能区包括多个在所述切缝管的轴向上间隔排布的第一聚能孔；胀裂件，设于所述胀裂腔内。本公开提供的一面破碎一面完整瞬时胀裂器能够同时在岩壁或煤体的一侧形成多个裂缝面，并使得另一侧不被破坏。该一面破碎一面完整瞬时胀裂器能够减少施工工序、减少施工时间。
Description
技术领域
本公开涉及爆破技术领域，尤其涉及一种一面破碎一面完整瞬时胀裂器。
背景技术
目前主要采用双向聚能拉伸爆破在顶板岩层中进行切缝。如果顶板是坚硬顶板，双向聚能拉伸爆破后只能切出一道裂缝，使顶板垮落，但是煤层上方的顶板较为坚硬，垮落后的矸石尺寸较大，根据现场实测，最大的矸石块度长达十几米，这种矸石垮落后，冲击较大，且易破坏挡矸支护结构。因此在坚硬顶板进行切顶卸压无煤柱自动成巷时，需要使得切缝面煤壁侧的顶板破碎，同时切缝面巷道侧的顶板完整。
为了解决坚硬顶板的定向切顶问题，目前需要先采用聚能爆破技术，然后再在煤层上方另外打一排爆破孔，进行松动爆破。该方法施工程序多、操作麻烦、审批手续复杂，并且炸药爆破切顶危险性较大。因此需要寻找操作简单、施工程序少、危险性小的方法以替代炸药爆破的方法。
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同时在岩壁或煤体的一侧形成多个裂缝面，而另一侧则不被破坏，并且能够减少施工工序以及施工时间的一面破碎一面完整瞬时胀裂器。
本公开提供了一种一面破碎一面完整瞬时胀裂器，包括：
切缝管，所述切缝管具有第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分相互连接以形成胀裂腔，其中，所述第一部分上设置有沿所述切缝管的周向间隔排布的多个第一聚能区，所述第一聚能区包括多个在所述切缝管的轴向上间隔排布的第一聚能孔；
胀裂件，设于所述胀裂腔内。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一部分和所述第二部分均为圆弧形，所述胀裂腔的径向截面为圆形。
在本公开的一种示例性实施例中，多个所述第一聚能区在所述第一部分上等间隔设置，所述第一聚能区中多个所述第一聚能孔在所述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，在所述第一部分和所述第二部分连接处设置有第二聚能区，所述第二聚能区包括多个在所述切缝管轴向上间隔排布的第二聚能孔，所述第二聚能区中多个所述聚能孔在所述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，所述第一聚能孔和所述第二聚能孔为圆形孔，且所述第二聚能孔的大小与所述第一聚能孔的大小相同。
在本公开的一种示例性实施例中，所述一面破碎一面完整瞬时胀裂器还包括：位于所述胀裂腔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，位于所述容纳管外壁与所述第一部分或所述第二部分之间，且所述第三引线贯穿所述一面破碎一面完整瞬时胀裂器。
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：
本公开所提供的一面破碎一面完整瞬时胀裂器相比于聚能爆破定向切缝技术，能够在胀裂的过程中同时在岩体或煤体的一侧形成多个裂缝面，另一侧则不被破坏，从而减少了施工的工序并节省了大量的施工时间。另外，通过限定第一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切缝管的整体示意图；
图2示出了根据本公开一示例性实施例的切缝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一面破碎一面完整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单根一面破碎一面完整瞬时胀裂器内部结构示意图；
图5-图11示出了根据本公开一示例性实施例的多根一面破碎一面完整瞬时胀裂器使用方法的示意图。
附图标记说明：
1、切缝管；2、胀裂件；3、裂缝面；4、岩壁；5、钻孔；6、炮泥；7、电流引发装置；11、第一部分；12、第二部分；13、第一耦合介质部；14、第二耦合介质部；15、连接部；16、胀裂腔；21、容纳管；22、胀裂剂；23、第一引线；24、引发头；25、第二引线；26、第三引线；27、固定部；111、第一聚能孔；121、第二聚能孔。
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。
本实施例提供了一种一面破碎一面完整瞬时胀裂器，如图1、图2和图3所示，该一面破碎一面完整瞬时胀裂器可以在岩壁4上同时形成多个裂缝面3，且多个裂缝面3的方向为预定方向，也就是说，该瞬时胀裂器会在岩壁4上同时形成定向和定量的裂缝面3，使得岩壁4的一侧发生破坏，另一侧不被破坏。
详细说明，本实施例的一面破碎一面完整瞬时胀裂器可包括切缝管1和设于胀裂腔16内的胀裂件2，其中，该切缝管1可为加有阻燃材料的PVC(Polyvinyl chloride聚氯乙烯)管，以防止切缝管1在胀裂件2胀裂后发生燃烧的情况，从而可利于实现切缝管1的重复使用，但切缝管1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，该切缝管1具有第一部分11和第二部分12，其中，第一部分11和第二部分12相互连接可以形成胀裂腔16。举例而言，如图2所示，第一部分11和第二部分12均可设为圆弧形，也就是说，第一部分11和第二部分12相连形成的胀裂腔16的径向截面为圆形。当胀裂腔16的径向截面的形状为圆形时，切缝管1的受力最均匀，膨胀效果最佳。但第一部分11和第二部分12的形状不限于此，例如，第一部分11和第二部分12的形状也可为“L形”，即第一部分11和第二部分12相互连接所形成的胀裂腔16的径向截面形状为矩形，其中，矩形截面的胀裂腔16的径向方向为矩形的长度方向、宽度方向，本公开对第一部分11和第二部分12的形状不做限定。
如图1所示，在第一部分11上设置有第一聚能区，此第一聚能区可包括多个在切缝管1的轴向上间隔排布的第一聚能孔111。当设置在胀裂腔16内的胀裂件2被引发后，胀裂件2瞬间产生的高温气体会通过第一聚能孔111排出，从而可以在第一部分11所在一侧的岩壁4上定向形成裂缝面3。进一步地，在第一部分11上可以设置有多个在周向上间隔排布的第一聚能区，每个第一聚能区可以在岩壁4上形成一条裂缝面3，从而该一面破碎一面完整瞬时胀裂器可以同时在第一部分11所在一侧的岩壁4上定向形成多个裂缝面3。具体的，第一聚能区的数量可以为2个、3个、4个等，这样可同时在第一部分11所在的一侧的岩壁4上定向形成2个、3个、4个裂缝面3等。因此，相比于聚能爆破定向切缝技术，该瞬时胀裂器简化了施工工序，节省了大量的施工时间。
多个第一聚能区在第一部分11上可为等间隔设置，如图2所示，当多个第一聚能区等间隔设置时，该一面破碎一面完整瞬时胀裂器胀裂后能够在岩壁4的一侧上同时形成多个均匀排布的裂缝面3，如图3中的虚线所示。当每个第一聚能区在第一部分11上间隔相同时，每一个裂缝面3所承受的力相同，从而能够保证胀裂的效果。但不限于此，多个第一聚能区的间隔也可按照具体工况要求设置。
在第一部分11和第二部分12的连接处还可设置有第二聚能区，此第二聚能区可包括多个在切缝管1的轴向上间隔排布的第二聚能孔121。当设置在胀裂腔16内的胀裂件2被引发后，胀裂件2瞬间产生的高温气体也可通过第二聚能孔121排出，从而可以在第一部分11和第二部分12的连接线处定向形成裂缝面3。通过在第一部分11和第二部分12连接线处定向形成的裂缝面3，可以将岩壁4分为破碎面和完整面，从而实现了对岩壁4进行一面破碎一面完整胀裂的目的。其中，第一部分11所在一侧的岩壁4为破碎面，第二部分12所在一侧的岩壁4为完整面。在具体工况下，通过改变第一部分11相对第二部分12的大小，从而能够改变胀裂后所形成的破碎面和完整面的相对大小。
可选地，每个第一聚能区中第一聚能孔111的数量可以相同，且每个第二聚能区中第二聚能孔121的数量与第一聚能区中第一聚能孔111的数量可以相同，从而胀裂件2被引发后瞬间产生的高温气体可从聚能孔中均匀排出，提高了瞬时胀裂器对岩石或煤体定向裂开的可靠性；此外，多个聚能孔沿切缝管1的轴向方向上等间隔分布，从而能够进一步提高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。
此外，如图1所示，前述提到的第一聚能孔111和第二聚能孔121均可呈圆形，且各个第一聚能孔111和第二聚能孔121大小可以一致。本实施例中，通过将第一聚能孔111和第二聚能孔121设计为圆形，相比于同面积其他形状的孔，可释放更大的冲击力，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，例如椭圆形、矩形等形状，本公开对第一聚能孔111和第二聚能孔121的大小、形状、数量不做限制。
如图4所示，在本实施例中，胀裂件2可包括容纳管21，胀裂剂22，第一引线23、第二引线25、第三引线26和引发头24。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。因此该一面破碎一面完整瞬时胀裂器在工作和运输的过程中具有较高的安全性。
容纳管21可设置于胀裂件2内，该容纳管21的可为由塑料制成的塑膜，其作用有两个：一方面，由于胀裂剂22颗粒较小，一般情况下呈黑色固体颗粒状，直径3mm，长度7mm，无法直接固定在切缝管1中，需要将胀裂剂22装到容纳管21中，才可以固定，所以该容纳管21用来承装胀裂剂22；另一方面，由于有些巷道或者隧道的钻孔5中会有一些水，所以容纳管21可以起到防水防潮的作用。由于容纳管21的表面张力远远小于胀裂剂22引发后的冲击力，所以容纳管21在胀裂剂22引发后破裂，胀裂剂22引发后产生的大量能量可从第一聚能孔111和第二聚能孔121中排出。
固体圆柱颗粒状的胀裂剂22装在两端开口的筒状容纳管21中，在装胀裂剂22前，先把引发头24及第一引线23、第二引线25放入容纳管21中，第一引线23从容纳管21一端引出，第二引线25从容纳管21另一端引出；然后调整引发头24，可通过使用尺子测量塑膜的中间位置，使得引发头24位于容纳管21中间，接着把容纳管21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22，胀裂剂22装完后再对容纳管21的另一端进行封口。装填胀裂剂22的多少依据现场岩性的强度和地应力的大小决定。
如图4所示，单根切缝管1中的引线放置方式为：选一根与容纳管21内引线颜色不同(可以为绿色，白色等)的第三引线26放在切缝管1中，第三引线26是单独的一根线，不与引发头24相连，且第三引线26贯穿所述瞬时胀裂器，并位于容纳管21外壁与第一部分11或第二部分12之间；第一引线23与第二引线25分别接在引发头24的正负极上，并且第一引线23与第二引线25和引发头24连接后是一根线。第一引线23或第二引线25与第三引线26和电流接通后，即可引发胀裂剂22。其中，第一引线23与第二引线25可为矿用电线，引发头24可为铜片，但不限于此。
当只需要单根一面破碎一面完整瞬时胀裂器工作时，切缝管1可以不设置连接部15。但是需要多根一面破碎一面完整瞬时胀裂器共同工作的时候，切缝管1的两端还可以设置连接部15。当多根一面破碎一面完整瞬时胀裂器组合时，可以通过连接部15将相邻的一面破碎一面完整瞬时胀裂器连接在一起。举例而言，连接部15可以包括卡槽，通过卡槽可以实现相邻一面破碎一面完整瞬时胀裂器的相互卡合，使得多根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的连接更牢固。
进一步的，如图11所示，当多个一面破碎一面完整瞬时胀裂器组合时，在第一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器放入钻孔5的底部前，需要把第一引线23或者第二引线25中的其中一个与第三引线26一端连接在一起；第二根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的第一引线23或者第二引线25的一端与第一根的第二引线25或者第一引线23相连，第三引线26一端与第一根的第三引线26一端相连；第三根一面破碎一面完整瞬时胀裂器至第N根一面破碎一面完整瞬时胀裂器连接方式与第二根一样。当一面破碎一面完整瞬时胀裂器安装完后用炮泥6对钻孔5的开口端进行封堵，等炮泥6封住钻孔5的开口端后，通过一个与一面破碎一面完整瞬时胀裂器引线连通的电流引发装置7，可实现在岩体或煤体中进行一面破碎一面完整的切缝试验。
其中，切缝管1的内径可约为36.5mm，容纳管21的外径小于切缝管1的内径，优选地，在切缝管1的内径约为36.5mm的时候，容纳管21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切缝管1及具有其他外径的容纳管21，只要容纳管21的外径小于切缝管1的内径即可。
胀裂件2还可包括至少两个固定部27，至少两个固定部27分别穿过第一部分11和/或第二部分12上的固定孔，以用于对容纳管21在切缝管1中进行限位。
优选的，如图4所示，带有胀裂剂22的容纳管21可放在切缝管1的正中间，固定部27为铁丝，容纳管21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2在胀裂过程中释放出来的冲击力也可以从固定孔中排出。但应当理解的是，容纳管21在切缝管1中的位置不限于此，可根据具体情况而定。
本实施例中，一面破碎一面完整瞬时胀裂器还包括第一耦合介质部13和第二耦合介质部14。其中，第一耦合介质部13和第二耦合介质部14位于胀裂腔16内，且第一耦合介质部13和第二耦合介质部14在切缝管1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2沿轴向方向的两端，即胀裂件2可设置在第一耦合介质部13和第二耦合介质部14之间。
进一步的，第一耦合介质部13和第二耦合介质部14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。
本示例实施中多根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的使用方法为：
步骤S100、如图5所示，首先用钻机在岩壁4中打出钻孔5。
步骤S110、在第一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器放入钻孔5的底部前，需要把引线一端(即第一引线23或者第二引线25)与第三引线26一端连接在一起。
步骤S120、如图6所示，将第一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器通过炮棍送到钻孔5中的合适位置。
步骤S130、将第二根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的引线一端(即第一引线23或者第二引线25)与第一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的引线一端(即第一引线23或者第二引线25)相连，第三引线26一端与第一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的第三引线26一端相连。待两根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的引线连接完成后，再将第一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器和第二根一面破碎一面完整瞬时胀裂器通过设置在其两端的连接部15彼此连接。
步骤S140、如图7所示，当第一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器和第二根一面破碎一面完整瞬时胀裂器连接完后，将其推送至钻孔5中的合适位置。
步骤S150、如图8所示，按照步骤S110、S120、S130，进行第3，4，…，第N根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的安装。其中N根一面破碎一面完整胀裂器的安装方法不限于此，还可以将N根一面破碎一面完整瞬时胀裂器在钻孔5外拼接完成。
步骤S160、如图9所示，将所有一面破碎一面完整瞬时胀裂器推送至钻孔5中，并且使得第一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的前端抵靠钻孔5的底部。
步骤S170、如图10所示，当第一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的前端抵靠钻孔5的底部后，用炮泥6对钻孔5的进口端进行封堵，炮泥6直接接触最后一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的尾端。
步骤S180、如图11所示，将最后一根一面破碎一面完整瞬时胀裂器的引线与电流引发装置7进行连接，即第一引线23或者第二引线25连接在电流引发装置7一个连接头上，并将第三引线26一端连接在电流引发装置7的另一个连接头上。待连接好引线并且等炮泥6封住钻孔5的开口端后，即可启动电流引发装置7，在岩体或煤体中进行一面破碎一面完整的切缝试验。
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)
1.一种一面破碎一面完整瞬时胀裂器，其特征在于，包括：
切缝管，所述切缝管具有第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分相互连接以形成胀裂腔，其中，所述第一部分上设置有沿所述切缝管的周向间隔排布的多个第一聚能区，所述第一聚能区包括多个在所述切缝管的轴向上间隔排布的第一聚能孔；
胀裂件，设于所述胀裂腔内，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，位于所述容纳管外壁与所述第一部分或所述第二部分之间，且所述第三引线贯穿所述瞬时胀裂器。
2.根据权利要求1所述的一面破碎一面完整瞬时胀裂器，其特征在于，所述第一部分和所述第二部分均为圆弧形，所述胀裂腔的径向截面为圆形。
3.根据权利要求1所述的一面破碎一面完整瞬时胀裂器，其特征在于，多个所述第一聚能区在所述第一部分上等间隔设置，所述第一聚能区中多个所述第一聚能孔在所述切缝管的轴向上等间隔排布。
4.根据权利要求1所述的一面破碎一面完整瞬时胀裂器，其特征在于，在所述第一部分和所述第二部分连接处设置有第二聚能区，所述第二聚能区包括多个在所述切缝管轴向上间隔排布的第二聚能孔，所述第二聚能区中多个所述聚能孔在所述切缝管的轴向上等间隔排布。
5.根据权利要求4所述的一面破碎一面完整瞬时胀裂器，其特征在于，所述第一聚能孔和所述第二聚能孔为圆形孔，且所述第二聚能孔的大小与所述第一聚能孔的大小相同。
6.根据权利要求1所述的一面破碎一面完整瞬时胀裂器，其特征在于，还包括：位于所述胀裂腔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。
7.根据权利要求1所述的一面破碎一面完整瞬时胀裂器，其特征在于，所述切缝管的两端分别设置有连接部。
8.根据权利要求7所述的一面破碎一面完整瞬时胀裂器，其特征在于，所述连接部上设置有卡槽。
9.根据权利要求8所述的一面破碎一面完整瞬时胀裂器，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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