CN111396049A - 一种安全环保的岩石爆破装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全环保的岩石爆破装置及方法。该装置包括：控制器、高压电源、储能电容器、放电开关、高压电极、封孔器和注水系统；所述控制器，分别与高压电源以及放电开关控制连接，用于控制高压电源向储能电容器充电，以及控制放电开关的开闭；所述储能电容器，通过放电开关与高压电极连接；所述高压电极用于设置在岩体钻孔中；所述注水系统用于向岩体钻孔中注水；所述封孔器，为胶圈封孔器，用于密封岩体钻孔的孔口，所述胶圈封孔器上开设有供高压电缆穿过的电缆孔，所述高压电缆为连接放电开关与高压电极的电缆，所述电缆孔尺寸与所述高压电缆横截面尺寸相匹配。本发明提供的岩石爆破装置及方法具有环保性好、安全性高的优势。

Description

一种安全环保的岩石爆破装置及方法

技术领域

本发明涉及岩石爆破领域，特别是涉及一种安全环保的岩石爆破装置及方法。

背景技术

随着工业化进程的高速发展，岩石爆破技术在城镇建设、桥梁隧道工程、水利电力工程、矿山开采及各种道路工程建设中得到了广泛应用。岩石具有坚硬、质脆的物理特性，通常其抗压强度高于其抗剪强度和抗拉强度。传统的岩石爆破多采用的是利用炸药产生的爆炸能转化为机械能破碎岩体。但岩石爆破用炸药在运输、储存及使用过程中存在一定的安全隐患，而且，由于炸药爆炸能量和爆炸冲击波方向的不可控制性，导致爆破作业过程中会产生大量碎飞石，这给作业区域一定范围内的人员和设备带来严重危害；此外，爆破过程中产生的大量有毒有害烟雾和粉尘颗粒污染环境。因此，亟需寻求一种能够替代传统炸药且爆破效果能够达到甚至优于炸药的绿色、安全的岩石爆破技术及装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种环保且安全的岩石爆破装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种安全环保的岩石爆破装置，包括：控制器、高压电源、储能电容器、放电开关、高压电极、封孔器和注水系统；

所述控制器，分别与所述高压电源以及所述放电开关控制连接，用于控制所述高压电源向所述储能电容器充电，以及控制所述放电开关的开闭；

所述储能电容器，通过所述放电开关与所述高压电极连接；

所述高压电极用于设置在岩体钻孔中，所述岩体钻孔为在待爆破岩体上钻出的孔洞；

所述注水系统用于向所述岩体钻孔中注水；

所述封孔器，为胶圈封孔器，用于密封所述岩体钻孔的孔口，所述胶圈封孔器上开设有供高压电缆穿过的电缆孔，所述高压电缆为连接所述放电开关与所述高压电极的电缆，所述电缆孔尺寸与所述高压电缆横截面尺寸相匹配。

可选的，所述注水系统包括注水泵、储水罐和注水管，所述储水罐通过所述注水泵与所述注水管连接，所述注水管用于向所述岩体钻孔中注水。

可选的，所述封孔器上开设有供所述注水管穿过的注水孔，所述注水孔尺寸与所述注水管横截面尺寸相匹配，且所述注水管为高压金属管。

可选的，所述注水系统还包括导水管，所述封孔器上还开设有供所述导水管穿过的导水孔，所述导水孔尺寸与所述导水管横截面尺寸相匹配，且所述导水管为高压金属管。

可选的，所述注水系统还包括高压胶管，所述注水泵分别通过所述高压胶管与所述注水管以及所述储水罐连接。

可选的，所述注水系统还包括第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述第一阀门安装在所述注水泵与所述储水罐之间的高压胶管上，所述第二阀门安装在所述注水泵与所述注水管之间的高压胶管上，所述第三阀门安装在所述导水管位于所述封装器外侧的部分。

本发明还提供了一种安全环保的岩石爆破方法，该方法应用于本发明提供的岩石爆破装置，所述方法包括：

在预爆破的岩体施工设定深度的钻孔；

将电缆穿过胶圈封孔器上的电缆孔后，与高压电极连接；

将所述高压电极下放至钻孔预设位置；

将所述胶圈封孔器在钻孔内离孔口设定距离处固定；

转动所述胶圈封孔器的螺杆对封孔器的胶圈进行压缩，利用胶圈的膨胀作用把胶圈与电缆、注水管和导水管以及钻孔周围壁面间的空隙封闭严密；

开启注水泵，向钻孔中反复多次进行注水，直至导水管管口有水溢出且液面水位下降值小于设定值时为止，关闭注水泵；

开启高压电源，通过控制器使高压电源向储能电容器充电，充电至设定电压时停止充电；

通过控制器打开放电开关使储能电容器向高压电极释放电能完成放电爆破作业。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的岩石爆破装置及方法，采用高压充电电源对储能电容器充电，当充电电压达到击穿电压后，控制器控制放电开关启动，将储能电容器中的高电能传输至高压电极，使高压电极的正负极间端形成高电压，高电压将正负极间隙中的液体介质击穿形成放电通道，储能电容器中存储的全部能量短时间内被释放在放电通道中并产生高温高压，放电通道周围的液体受到高温、高压的作用产生爆轰强冲击波(最大压力可达几百到几千MPa)，冲击波向外传输使周围的岩体爆破。本发明采用电爆破代替传统的炸药爆破，由于电爆破过程可以远距离操作以及不存在炸药等危险物品，在运输、存储和使用方面安全性高。另外，本发明提供的电爆破方法不会产生传统炸药爆破所产生的有毒有害烟雾，而且使用过程中爆破孔中充满了水，岩石破碎过程没有大量粉尘产生和飞扬，具有环保性好的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例中岩石爆破装置结构示意图。

1.岩体；2.岩体钻孔；3.高压电源；4.控制器；5.储能电容器；6.放电开关；7.高压电缆；8.高压电极；9.封孔器；10.注水管；11.导水管；12.高压胶管；13.注水泵；14.储水罐；15.第一阀门；16.第二阀门；17.第三阀门；18.封孔器螺杆；19.水。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种安全环保的岩石爆破装置，如图1所示，该岩石爆破装置包括：控制器4、高压电源3、储能电容器5、放电开关6、高压电极8、封孔器9和注水系统；控制器4，分别与高压电源3以及放电开关6控制连接，用于控制高压电源3向储能电容器5充电，以及控制放电开关6的开闭；储能电容器5通过放电开关6与高压电极8连接，高压电极8用于设置在岩体钻孔2中，注水系统用于向岩体钻孔2中注水，封孔器9用于密封岩体钻孔2的孔口；岩体钻孔2为在待爆破岩体1上钻出的孔洞。其中，封孔器9可以为胶圈封孔器，胶圈封孔器上可以开设有供高压电缆7穿过的电缆孔，高压电缆7为连接放电开关6与高压电极8的电缆，电缆孔尺寸与高压电缆7横截面尺寸相匹配。

使用时，首先，将高压电极8下方至岩体钻孔2中，通过注水系统向岩体钻孔2中注水，压缩封孔器9的胶圈，通过胶圈的膨胀将岩体钻孔2的孔口密封，然后控制储能电容器5向高压电极8传输高压电能，使高压电极8的正负极间端形成高电压，高电压将正负极间隙中的液体介质击穿形成放电通道，储能电容器5中存储的全部能量短时间内(时间约为1-10μs)被释放在放电通道中并产生高温高压，放电通道周围的液体受到高温、高压的作用产生爆轰强冲击波(最大压力可达几百MPa)，冲击波向外传输对周围的岩体进行爆破。

在本实施例中，注水系统可以包括注水泵13、储水罐14和注水管10，储水罐14通过注水泵13与注水管10连接，注水管10用于向岩体钻孔2中注水。作为一种优选的实施方式，封孔器9上可以开设供注水管10穿过的注水孔，注水孔尺寸与注水管10的横截面尺寸相匹配，且注水管为高压金属管，比如高压钢管。

在本实施例中，注水系统还可以包括导水管11，封孔器9上可以开设有供导水管11穿过的导水孔，导水孔尺寸与导水管11的横截面尺寸相匹配，且导水管11为高压金属管，比如高压钢管。

在本实施例中，注水系统还可以包括高压胶管12，注水泵13通过高压胶管12分别与注水管10以及储水罐14连接。

作为一种优选的实施方式，注水系统还可以包括第一阀门15、第二阀门16和第三阀门17，第一阀门15安装在储水罐14与注水泵13之间的高压胶管上，第二阀门16安装在注水泵13与注水管10之间的高压胶管上，第三阀门17安装在导水管11位于封装器外侧的部分。

在本实施例中，采用本发明提供的岩石爆破装置进行爆破的操作方法可以具体如下：

(1)选择施工地点的岩体1，在预爆破的岩体指定位置施工钻出一个直径10cm的岩体钻孔2，钻进深度达到设计深度时停止钻进，然后撤出钻具并将孔内的钻屑清理干净；将高压电缆7的一端以及注水管10和导水管11从封孔器胶圈9上预留电缆孔、注水孔和导水孔内穿出，引出的高压电缆7与高压电极8通过压接的方式连接，将连接好的高压电极8下放至钻孔中预定位置，然后将封孔器9在高压电缆7上移至岩体钻孔2内离孔口30-40cm的位置进行固定，注水管10和导水管11从封孔器9上的穿孔中露出即可。

(2)转动封孔器螺杆18对封孔器9的胶圈进行压缩，使压缩的胶圈膨胀后与高压电缆7、注水管10和导水管11以及岩体钻孔2周围壁面间的缝隙紧密接触以密封岩体钻孔2。

(3)上述步骤完成后，依次打开第一阀门15、第二阀门16、第三阀门17，开启注水泵13，向钻孔2中注水，当有水从导水管11中排出后关闭注水泵13停止注水。隔5min后再次注水，反复进行多次注水，直至导水管11管口位置有水排出且水位5min内下降不明显(下降值小于预设值)时为止，然后关闭注水泵13和第一阀门15、第二阀门16、第三阀门17。

(4)开启高压电源3，通过控制器4控制高压电源3向储能电容器5充电，充电至设定电压阈值时停止充电，再通过控制器4控制放电开关6打开，使储能电容器5储集的电能通过高压电缆7传输至高压电极8，高电能瞬间被释放在高压电极两尖端间的水中，使水气化、膨胀而产生高温、高压冲击波，高压冲击波作用于岩体1使之损伤破裂。

重复上述步骤可完成多次放电作业，直至岩体1爆破效果达到预期要求。

本发明提供的岩石爆破装置及方法，主要利用高压电脉冲在具有不可压缩性质的液体水中产生的液电效应将电能转换为液体中的机械能，机械能以高压冲击波的形式作用于周围岩体，致使岩体破裂。与采用传统炸药进行岩石爆破相比，具有以下优势：

1)整套装置完全是机电设备，依靠电能作用，存储和运输没有安全隐患。

2)可重复多次放电，最大放电能量可达600KJ，能量可分级调控、作用范围大、能耗小、成本低、受环境影响小、适合各种爆破作业条件。

3)在钻孔水中放电，不会产生大量粉尘和烟雾，绿色环保。

4)可实现远程操作控制，能够保障放电过程中作业区域人员的安全。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种安全环保的岩石爆破装置，其特征在于，包括：控制器、高压电源、储能电容器、放电开关、高压电极、封孔器和注水系统；

所述控制器，分别与所述高压电源以及所述放电开关控制连接，用于控制所述高压电源向所述储能电容器充电，以及控制所述放电开关的开闭；

所述储能电容器，通过所述放电开关与所述高压电极连接；

所述高压电极用于设置在岩体钻孔中，所述岩体钻孔为在待爆破岩体上钻出的孔洞；

所述注水系统用于向所述岩体钻孔中注水；

所述封孔器，为胶圈封孔器，用于密封所述岩体钻孔的孔口，所述胶圈封孔器上开设有供高压电缆穿过的电缆孔，所述高压电缆为连接所述放电开关与所述高压电极的电缆，所述电缆孔尺寸与所述高压电缆横截面尺寸相匹配。

2.根据权利要求1所述的岩石爆破装置，其特征在于，所述注水系统包括注水泵、储水罐和注水管，所述储水罐通过所述注水泵与所述注水管连接，所述注水管用于向所述岩体钻孔中注水。

3.根据权利要求2所述的岩石爆破装置，其特征在于，所述封孔器上开设有供所述注水管穿过的注水孔，所述注水孔尺寸与所述注水管横截面尺寸相匹配，且所述注水管为高压金属管。

4.根据权利要求3所述的岩石爆破装置，其特征在于，所述注水系统还包括导水管，所述封孔器上还开设有供所述导水管穿过的导水孔，所述导水孔尺寸与所述导水管横截面尺寸相匹配，且所述导水管为高压金属管。

5.根据权利要求4所述的岩石爆破装置，其特征在于，所述注水系统还包括高压胶管，所述注水泵分别通过所述高压胶管与所述注水管以及所述储水罐连接。

6.根据权利要求5所述的岩石爆破装置，其特征在于，所述注水系统还包括第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述第一阀门安装在所述注水泵与所述储水罐之间的高压胶管上，所述第二阀门安装在所述注水泵与所述注水管之间的高压胶管上，所述第三阀门安装在所述导水管位于所述封装器外侧的部分。

7.一种安全环保的岩石爆破方法，其特征在于，应用于如权利要求4所述的岩石爆破装置，所述方法包括：

在预爆破的岩体施工设定深度的钻孔；

将电缆穿过胶圈封孔器上的电缆孔后，与高压电极连接；

将所述高压电极下放至钻孔预设位置；

将所述胶圈封孔器在钻孔内离孔口设定距离处固定；

转动所述胶圈封孔器的螺杆对封孔器的胶圈进行压缩，利用胶圈的膨胀作用把胶圈与电缆、注水管和导水管以及钻孔周围壁面间的空隙封闭严密；

开启注水泵，向钻孔中反复多次进行注水，直至导水管管口有水溢出且液面水位下降值小于设定值时为止，关闭注水泵；

开启高压电源，通过控制器使高压电源向储能电容器充电，充电至设定电压时停止充电；

通过控制器打开放电开关使储能电容器向高压电极释放电能完成放电爆破作业。

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