CN111998736A - 一种基于二氧化碳爆破的定向致裂装置 - Google Patents

一种基于二氧化碳爆破的定向致裂装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，包括CO2致裂器和两个沿CO2致裂器轴线对称设置的定向结构，各定向结构均包括弧形板，弧形板上开设有若干孔洞，弧形板的下端与侧板的上端连接，侧板的下端与模具的上端连接，模具的下端与CO2致裂器连接，弧形板与侧板的上端之间、侧板的下端与模具的上端之间均设置有薄膜，两薄膜与侧板形成储水腔。本发明采用CO2致裂器进行爆破，不产生有害气体，不受周围环境的影响，安全可靠，通过借助水作为能量传递的介质，能量强度高，能够达到良好的破碎岩石的效果，并且通过孔洞实现定向爆破。

Description

一种基于二氧化碳爆破的定向致裂装置
技术领域
本发明涉及岩石爆破技术领域，特别是涉及一种基于二氧化碳爆破的定向致裂装置。
背景技术
基于社会安全稳定形势的需要，在岩石破碎工程中，非必要尽可能不使用炸药等火工品。CO2爆破致裂技术展现出明显的优势。它的原理主要是利用CO2的液相和气相转变过程中体积迅速膨胀对外做功，达到破碎岩石的效果。但是，在某些岩石工程领域，如煤层切顶卸压、井巷光面爆破等，则需要使指定方向的裂缝充分扩展，而在非指定方向则最大限度的保护围岩。因此，亟需一种能够实现岩石定向爆破的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，形成指定方向的岩石裂纹，实现岩石的定向爆破。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，包括CO2致裂器和两个沿所述CO2致裂器轴线对称设置的定向结构，各所述定向结构均包括弧形板，所述弧形板上开设有若干孔洞，若干所述孔洞排成一列，所述弧形板的下端与侧板的上端连接，所述侧板的下端与模具的上端连接，所述模具的下端与所述CO2致裂器连接，所述弧形板与所述侧板的上端之间、所述侧板的下端与所述模具的上端之间均设置有薄膜，两所述薄膜与所述侧板形成储水腔。
优选的，所述孔洞呈倒置的漏斗状，所述孔洞突出于所述弧形板的外表面。
优选的，所述弧形板的边缘设置有弧形板外沿，所述侧板的上端设置有上外沿，所述弧形板外沿与所述上外沿平行设置且所述弧形板外沿与所述上外沿通过若干第一螺栓可拆卸连接，所述弧形板与所述侧板之间的所述薄膜的折叠部位于所述弧形板外沿与所述上外沿之间且位于所述第一螺栓的内侧。
优选的，所述侧板的下端设置有下外沿，所述模具的上端设置有模具外沿，所述下外沿与所述模具外沿平行设置且所述下外沿与所述模具外沿通过若干第二螺栓可拆卸连接，所述侧板与所述模具之间的所述薄膜的折叠部位于所述下外沿与所述模具外沿之间且位于所述第二螺栓的内侧。
优选的，所述模具与所述CO2致裂器之间设置有若干支撑板，各所述支撑板的一端均与所述模具触接，各所述支撑板的另一端均与所述CO2致裂器通过若干第三螺栓可拆卸连接。
优选的，所述模具的下端设置有突出部，所述突出部的下端设置有连接外沿，所述连接外沿与所述CO2致裂器的外表面相匹配，所述连接外沿与所述CO2致裂器通过若干第四螺栓可拆卸连接。
优选的，所述模具与所述CO2致裂器的泄能器连通，所述泄能器与所述CO2致裂器的发热装置之间设置有定压泄能片。
优选的，所述薄膜为防水塑料薄膜，所述弧形板、所述侧板和所述模具均由特种钢材制成。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过CO2致裂器爆破，微电流通过高导热棒，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态CO2气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，CO2气体进入模具中，利用水的不可压缩性，借助CO2气体瞬间膨胀所产生的压强推动储水腔中的水体从弧形板上的孔洞射流，形成一道水刃，对岩壁进行定向切割，从而达到定向破岩的目的，同时CO2气体在将水刃推出后将继续膨胀，进而弥漫整个炮孔，残余能量仍能够起到部分爆破效果。本发明采用CO2致裂器进行爆破，不产生有害气体，不受周围环境的影响，安全可靠，并且，本发明通过借助水作为能量传递的介质，能量强度高，能够达到良好的破碎岩石的效果，并且通过孔洞实现定向爆破。
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为本发明的基于二氧化碳爆破的定向致裂装置的主视图(省略了一侧的定向结构)；
图2为本发明的基于二氧化碳爆破的定向致裂装置的侧视图；
图3为本发明的基于二氧化碳爆破的定向致裂装置的俯视图；
图4为本发明中的薄膜折叠部及弧形板与侧板连接示意图；
图5为本发明中的模具与CO2致裂器连接示意图；
图6为现有技术中的CO2致裂器示意图；
其中：1-弧形板，2-孔洞，3-侧板，4-模具，5-突出部，6-薄膜，7-连接外沿，8-泄能器，9-定压泄能片，10-支撑板，11-储水腔，12-CO2致裂器，13-折叠部，14-第一螺栓，15-弧形板外沿，16-上外沿，17-第四螺栓，18-外壁，19-内壁，20-储液管，21-发热装置，22-充装阀。
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付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，形成指定方向的岩石裂纹，实现岩石的定向爆破。
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。
如图1-图6所示：本实施例提供了一种基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，包括CO2致裂器12和两个沿CO2致裂器12轴线对称设置的定向结构，各定向结构均包括弧形板1，弧形板1上开设有若干孔洞2，若干孔洞2排成一列，弧形板1的下端与侧板3的上端连接，侧板3的下端与模具4的上端连接，模具4的下端与CO2致裂器12连接，弧形板1与侧板3的上端之间、侧板3的下端与模具4的上端之间均设置有薄膜6，两薄膜6与侧板3形成储水腔11。本实施例通过CO2致裂器12爆破，微电流通过高导热棒，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态CO2气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，CO2气体进入模具4中，利用水的不可压缩性，借助CO2气体瞬间膨胀所产生的压强推动储水腔11中的水体从弧形板1上的孔洞2射流，形成一道水刃，对岩壁进行定向切割，从而达到定向破岩的目的，同时CO2气体在将水刃推出后将继续膨胀，进而弥漫整个炮孔，残余能量仍能够起到部分爆破效果。本实施例采用CO2致裂器12进行爆破，不产生有害气体，不受周围环境的影响，安全可靠，并且，本实施例通过借助水作为能量传递的介质，能量强度高，能够达到良好的破碎岩石的效果，并且通过孔洞2实现定向爆破。
本实施例中，薄膜6为防水塑料薄膜，具有一定的强度，避免被储水腔11中的水体压变形，弧形板1、侧板3和模具4均由特种钢材制成，确保装置使用时不会发生变形。
本实施例中，孔洞2呈倒置的漏斗状，孔洞2突出于弧形板1的外表面。具体地，孔洞2与弧形板1连接处的直径大于孔洞2突出于弧形板1端的直径。倒置的漏斗状孔洞2使CO2释放后，挤压水体，使得水体从孔洞2中射流，形成了一道水刃，水刃定向打入岩壁，能够在岩壁中形成一道明显的岩石裂缝。
本实施例中，弧形板1的边缘设置有弧形板外沿15，侧板3的上端设置有上外沿16，弧形板外沿15与上外沿16平行设置且弧形板外沿15与上外沿16通过若干第一螺栓14可拆卸连接，若干第一螺栓14沿弧形板外沿15均布，弧形板1与侧板3之间的薄膜6的折叠部13位于弧形板外沿15与上外沿16之间且位于第一螺栓14的内侧；侧板3的下端设置有下外沿，模具4的上端设置有模具外沿，下外沿与模具外沿平行设置且下外沿与模具外沿通过若干第二螺栓可拆卸连接，侧板3与模具4之间的薄膜6的折叠部13位于下外沿与模具外沿之间且位于第二螺栓的内侧。两个薄膜6折叠部13位置的设置，使得CO2致裂器12爆破产生的气体不会通过第一螺栓14和第二螺栓的连接处泄露，从而避免因为气体泄漏而造成的能量损失。
本实施例中，模具4与CO2致裂器12之间设置有若干支撑板10，各支撑板10的一端均与模具4触接，支撑板10仅承压，给上部的模具4一个托举力，各支撑板10的另一端均与CO2致裂器12通过若干第三螺栓可拆卸连接，第三螺栓的端部位于CO2致裂器12的内壁19和外壁18之间，且支撑板10的下部具有弧度，能够与CO2致裂器12的外表面很好的贴合。
本实施例中，模具4的下端设置有突出部5，使得模具4为凸形模具，突出部5的下端设置有连接外沿7，连接外沿7具有弧度，并且弧度与CO2致裂器12的外表面相匹配，能够保证连接外沿7与CO2致裂器12能够很好的贴合，连接外沿7与CO2致裂器12通过若干第四螺栓17可拆卸连接，第四螺栓17的端部位于CO2致裂器12的内壁19和外壁18之间。
本实施例中，模具4与CO2致裂器12的泄能器8连通，泄能器8与CO2致裂器12的发热装置21之间设置有定压泄能片9。本实施例中，CO2致裂器12的结构为现有技术，如图6所示，CO2致裂器12还包括储液管20和充装阀22。
本实施例具体使用时，先将模具4与泄能器8进行连接，并检查其密封性；检查完成后将支撑板10与CO2致裂器12进行连接以保证其使用期间的稳定性；然后将薄膜6铺在模具4上端并向内折叠，安装侧板3，薄膜6的边缘贴在侧板3内壁19上，检查第二螺栓连接处的密封性；之后在侧板3上端铺设薄膜6，薄膜6向内折叠贴在侧板3内壁19上，覆盖弧形板1，通过第一螺栓14固定弧形板1及侧板3，检查其密封性；密封性检查良好后向储水腔11内注水；在CO2致裂器12内装入定压泄能片9，然后进行CO2爆破操作，爆破完成之后对装置进行拆卸，装置可重复使用。
在检查密封性的过程中先不装入定压泄能片9，利用充气装置从CO2致裂器12的充装阀22中通入带有微量乙硫醇的CO2气体，然后在各螺栓连接位置查看是否漏气，若闻到恶臭味气体，即为漏气，重新进行组装，若未闻到气体，则继续组装。
应用案例：
在某山体隧道定向爆破中进行现场试验，炮孔深度为6m，直径为136mm。所选用的CO2致裂器12的规格为：直径为82mm，长度为2.2m，厚度为16mm，净重量为48kg，CO2充填速度为1.5kg/min，充装CO210kg，泄能器8直径为20mm。装置的外直径(对称的两侧装置外边缘的最大距离)为120mm，模具4厚度为14mm，储水腔11厚度为6mm，薄膜6厚度忽略不计，装置的长度为2.2m，模具4的连接外沿7的厚度为6mm，连接外沿7的外径为40mm，内径为36mm；本实施例采用6个支撑板10，支撑板10的厚度为20mm，支撑板10的长度与连接外沿7的外径相同，支撑板10间隔排列；孔洞2外径为5mm，孔洞2突出于弧形板1端的直径为3mm；第三螺栓和第四螺栓17的端部位于CO2致裂器12内8mm。
采用本实施例进行爆破，CO2气体在一定的高压下可转变为液态储存在CO2致裂器12的致裂管中，当爆破开始时，微电流通过高导热棒，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态CO2气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，被爆破物品或堆积物受几何级当量冲击波向外迅猛推进，从起爆至结束整个过程只需0.4ms，且是低温下运行，与周围环境的液体、气体不相融合，不产生任何有害气体，不产生电弧和电火花，不受高温、高热、高湿、高寒的影响。在井下爆破时对瓦斯具有稀释作用，无震荡，无粉尘。并且CO2属于惰性气体非易燃易爆物质，爆破过程就是体积膨胀的过程，物理做功而非化学反应。本实施例利用水的不可压缩性，借助CO2气体瞬间膨胀所产生的压强推动水体从弧形板1上的孔洞2进行射流，形成一道水刃，强度可达GPa量级，对岩壁进行定向切割，从而达到定向破岩的目的，同时CO2气体在将水刃推出后将继续膨胀，进而弥漫整个炮孔，残余能量仍能够起到部分爆破效果。
本说明书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 (8)

1.一种基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，其特征在于：包括CO2致裂器和两个沿所述CO2致裂器轴线对称设置的定向结构，各所述定向结构均包括弧形板，所述弧形板上开设有若干孔洞，若干所述孔洞排成一列，所述弧形板的下端与侧板的上端连接，所述侧板的下端与模具的上端连接，所述模具的下端与所述CO2致裂器连接，所述弧形板与所述侧板的上端之间、所述侧板的下端与所述模具的上端之间均设置有薄膜，两所述薄膜与所述侧板形成储水腔。
2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，其特征在于：所述孔洞呈倒置的漏斗状，所述孔洞突出于所述弧形板的外表面。
3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，其特征在于：所述弧形板的边缘设置有弧形板外沿，所述侧板的上端设置有上外沿，所述弧形板外沿与所述上外沿平行设置且所述弧形板外沿与所述上外沿通过若干第一螺栓可拆卸连接，所述弧形板与所述侧板之间的所述薄膜的折叠部位于所述弧形板外沿与所述上外沿之间且位于所述第一螺栓的内侧。
4.根据权利要求1所述的基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，其特征在于：所述侧板的下端设置有下外沿，所述模具的上端设置有模具外沿，所述下外沿与所述模具外沿平行设置且所述下外沿与所述模具外沿通过若干第二螺栓可拆卸连接，所述侧板与所述模具之间的所述薄膜的折叠部位于所述下外沿与所述模具外沿之间且位于所述第二螺栓的内侧。
5.根据权利要求1所述的基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，其特征在于：所述模具与所述CO2致裂器之间设置有若干支撑板，各所述支撑板的一端均与所述模具触接，各所述支撑板的另一端均与所述CO2致裂器通过若干第三螺栓可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，其特征在于：所述模具的下端设置有突出部，所述突出部的下端设置有连接外沿，所述连接外沿与所述CO2致裂器的外表面相匹配，所述连接外沿与所述CO2致裂器通过若干第四螺栓可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，其特征在于：所述模具与所述CO2致裂器的泄能器连通，所述泄能器与所述CO2致裂器的发热装置之间设置有定压泄能片。
8.根据权利要求1所述的基于二氧化碳爆破的定向致裂装置，其特征在于：所述薄膜为防水塑料薄膜，所述弧形板、所述侧板和所述模具均由特种钢材制成。
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