CN112268488B - 一种干冰致裂器温压控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干冰致裂器温压控制系统及控制方法，属于工程爆破技术领域。包括便携式可移动电源、带有气管的干冰致裂筒、压力传感系统、电路控制系统及指示系统；干冰致裂筒包括致裂筒本体和致裂筒端部，致裂筒端部包括凹字形的旋紧封口螺块，气管以及塑性垫片，塑性垫块、气管和螺母构成气管连接系统；伸出的气管上设置有压力传感器；干冰致裂筒内设置有加热棒、加热药、激发器。本发明可实现所有干冰致裂器预裂起爆的精确控制，实现延时爆破功能，从根本上提高作业安全性、可靠性、效率以及破岩效果。

Description

一种干冰致裂器温压控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种干冰致裂器温压控制系统及控制方法，属于工程爆破技术领域。

背景技术

干冰致裂筒爆破是一种新型的爆破方式，先通过加热棒系统将干冰加热融化至液态，再通过内部的药剂极速发热引发CO₂的相变使CO₂的体积急剧增加冲破钢管引发爆炸，实现爆破的目的。

干冰致裂筒的发热药剂不会引起爆炸，在生产和运输过程中不存在安全隐患，但在加热棒系统加热干冰融化过程中会存在加热过度使铁管胀破和加热不足使致裂效果不佳的问题。此外，大批量干冰致裂器起爆过程中存在干冰致裂器起爆时间不准确的问题，没办法实现干冰致裂器的延时起爆和精确控制，亟需一种可以反馈干冰致裂管内干冰加热状态的一种装置。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种干冰致裂器温压控制系统及控制方法，用以解决干冰致裂筒过度加热致爆的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种干冰致裂器温压控制系统，包括便携式可移动电源、带有气管的干冰致裂筒、压力传感系统、电路控制系统及指示系统；所述电路控制系统由所述便携式可移动电源供电，电路控制系统分别控制连接压力传感系统、指示系统以及带有气管的干冰致裂筒内的加热棒；所述电路控制系统以及指示系统集成在一控制箱中；其特征在于：所述带有气管的干冰致裂筒包括致裂筒本体和致裂筒端部，所述致裂筒端部包括凹字形的旋紧封口螺块，气管以及塑性垫片，所述塑性垫片设置在旋紧封口螺块的内端，所述气管贯穿旋紧封口螺块，气管上拧紧套设有塑性垫块和螺母，所述塑性垫块位于旋紧封口螺块一侧的内部凹槽内，所述螺母拧紧于所述塑性垫块的外侧，其端帽覆盖所述致裂筒本体和致裂筒端部外侧，所述塑性垫块、气管和螺母构成气管连接系统；伸出的所述气管上设置有压力传感器；所述干冰致裂筒内设置有加热棒、加热药、激发器，激发器设置于所述加热药内，激发器导线和加热棒导线的一端分别连接所述激发器以及加热棒，其另一端穿出所述塑性垫片以及旋紧封口螺块的中央并分别与起爆器、电路控制系统连接，电路控制系统又与220V交流电源连接；所述220V交流电源以及起爆器均与所述便携式可移动电源连接。

进一步地，所述激发器导线包围所述加热药设置。

进一步地，所述塑性垫片采用尼龙材料制成；所述激发器导线和加热棒导线在塑性垫片处采用漆包线与塑性垫片在热塑成型时一体加工而成。

进一步地，所述塑性垫片周边设置有密封凹槽，密封凹槽宽4mm、深4mm，所述密封凹槽内设置有密封圈。

进一步地，所述加热棒设置在加热药的一端，加热药的另一端设置有隔热层。

进一步地，所述电路控制系统选用简易型单回路数字显示控制仪，由便携式可移动电源经过滤波电路接入所述220V交流电源，压力传感器为两线制压力传感，压力传感器将测得的压力值转换为4mA至20mA的电流值送入所述简易型单回路数字显示控制仪，所述简易型单回路数字显示控制仪通过电磁继电器控制加热棒电路、加热显示灯电路、压力指示灯电路的开闭；加热棒电路中包括有所述加热棒导线；所述加热显示灯电路、压力指示灯电路构成所述指示系统；电路控制系统以及指示系统集成在一控制箱中；压力传感器及其线路构成所述压力传感系统。

进一步地，在所述电路控制系统中，简易型单回路数字显示控制仪将220V交流电转化为24V直流电供给两线制压力传感器，而加热棒电路、加热显示灯电路、压力指示灯电路之间并联，再与简易型单回路数字显示控制仪串联；两线制压力传感器将测得的压力值转换为4mA至20mA的电流值送入所述简易型单回路数字显示控制仪，所述简易型单回路数字显示控制仪通过电磁继电器控制加热棒电路、加热显示灯电路、压力指示灯电路的开闭。

一种干冰致裂器温压控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：将激发器导线和加热棒导线在塑性垫片处采用漆包线与塑性垫片热塑成型一体加工；将激发器导线和加热棒导线分别与激发器以及加热棒连接，在致裂筒本体内装入加热棒以及加热药，并在加热药内部设置激发器；

步骤二：将干冰装入干冰致裂筒中，先在干冰致裂筒的端部装入塑性垫片并按压紧，用管子钳装好旋紧封口螺块，再将气管插入旋紧封口螺块一侧的凹槽内，并伸入致裂筒本体，同时在凹槽内下入塑性垫块，并在其外侧设置螺母，用扳手将螺母旋紧，压紧塑性垫块和气管，从而实现密封，形成致裂筒端部；

步骤三：将压力传感器与气管相连接，将干冰致裂筒放入钻孔，将控制箱布置在钻孔周围2m范围之外，封好钻孔后将加热棒导线与220V交流电源连接，将激发器导线与起爆器相连接；

步骤四：将220V交流电源开关打开，加热棒开始加热，打开压力传感器控制干冰致裂筒加热，加热显示灯电路用于显示正在加热，压力指示灯电路显示干冰致裂筒内压力，设置上限报警压力值以及下限值，当测量值到达上限报警压力值时加热开关断开，加热棒停止加热并报警，当压力值降为下限值时，加热开关再次闭合加热棒重新开始加热；

步骤五：当压力值达到上限报警压力值时，加热棒停止加热，压力会回降，此时可以等待时机引爆，待确定安全且天气适宜时可充电激发起爆器引爆干冰致裂筒；

步骤六：引爆完成，断开220V交流电源，取出压力传感器和控制箱留待下次使用。

进一步地，所述压力传感器与气管之间采用螺管和螺母的连接方式。

进一步地，所述上限报警压力值为25MPa，所述下限值为20MPa。

相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：

本发明的带有气管的干冰致裂筒端部包括高压气管和塑性垫片，用于解决高压气体密封传输问题；所述压力传感系统用于监测加热过程致裂筒内压力变化，所述电路控制系统用于控制加热电路的开关，所述指示系统用于指示干冰致裂筒的状态。本装置通过压力传感系统监测干冰致裂筒内压力状态，通过指示系统提醒操作人员，通过电路控制系统控制加热电路的开关。

气管连接系统的作用有2个：①联接致裂管内CO₂与压力传感器，实现管内气压可监测，②在干冰致裂管出现未成功引爆时可以用割管钳将管子割断，放出高压气体使管子不再具有致裂能力保障施工人员安全，干冰致裂管端部的塑性垫片、旋紧封口螺块、塑性垫块和螺母密封方式可以极大地减少工作量，提高生产速度。

干冰致裂器内部高压气体压力测量与精确控制，压力量测主要通过压力传感器测量高压气体压力，并输出电信号；电路控制系统主要用来控制干冰致裂器内部电加热棒，电加热棒工作可以加热致裂器内部二氧化碳温度，直到预设指定值；指示系统即信号反馈主要通过压力传感器输出的电信号来控制点加热棒工作状态，从而达到调控干冰致裂器内部温度和压力的目的。

本发明通过该干冰致裂器温压控制系统及其方法，实现了干冰致裂筒加热过程干冰状态的准确区分，可以解决干冰致裂筒过度加热致爆的难题，同时也可以将干冰致裂筒的致裂能力极大优化。可实现所有干冰致裂器预裂起爆的精确控制，实现延时爆破功能，从根本上提高作业安全性、可靠性、效率以及破岩效果。

附图说明

图1是本发明干冰致裂筒控制系统示意图；

图2是本发明干冰致裂器温压控制系统各部件连接示意图；

图3为本发明干冰致裂筒端部结构示意图；

图4是本发明图2中控制箱内部电路示意图；

图5是本发明图2中控制箱连接示意图；

图6为管内压力随加热时间变化曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例以及附图1-6对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1所示，本发明的一种干冰致裂器温压控制系统，包括便携式可移动电源500、带有气管的干冰致裂筒600、压力传感系统700、电路控制系统800及指示系统900。电路控制系统800由便携式可移动电源供电500，电路控制系统800分别控制连接压力传感系统700、指示系统900以及带有气管7的干冰致裂筒内的加热棒1。如图2-3所示，电路控制系统800以及指示系统900集成在一控制箱300中。带有气管的干冰致裂筒600包括致裂筒本体601和致裂筒端部602，致裂筒端部602包括凹字形的旋紧封口螺块6，气管7以及塑性垫片9，塑性垫片9设置在旋紧封口螺块6的内端，气管7贯穿旋紧封口螺块6，气管7上拧紧套设有塑性垫块5和螺母8，塑性垫块5位于旋紧封口螺块6一侧的内部凹槽1000内，螺母8拧紧于塑性垫块5的外侧，其端帽覆盖致裂筒本体601和致裂筒端部602外侧，塑性垫块5、气管7和螺母8构成气管连接系统。伸出的气管7上设置有压力传感器12。干冰致裂筒600内设置有加热棒1、加热药2、激发器3，激发器3设置于加热药2内，激发器导线10和加热棒导线11的一端分别连接激发器3以及加热棒1，其另一端穿出塑性垫片9以及旋紧封口螺块6的中央并分别与起爆器100、电路控制系统800连接，电路控制系统800又与220V交流电源110连接。220V交流电源110以及起爆器100均与便携式可移动电源500连接。激发器导线10包围加热药2设置。塑性垫片9采用尼龙材料制成。塑性垫片9周边设置有密封凹槽，密封凹槽宽4mm、深4mm，所述密封凹槽内设置有密封圈。激发器导线10和加热棒导线11在塑性垫片9处采用漆包线与塑性垫片9在热塑成型时一体加工而成。加热棒1设置在加热药2的一端，加热药2的另一端设置有隔热层4。

本实施例中，如图4-5所示，电路控制系统800选用简易型单回路数字显示控制仪3000，由便携式可移动电源500经过滤波电路接入220V交流电源110，压力传感器12为两线制压力传感，压力传感器12将测得的压力值转换为4mA至20mA的电流值送入简易型单回路数字显示控制仪3000，简易型单回路数字显示控制仪3000通过电磁继电器控制加热棒电路51、加热显示灯电路61、压力指示灯电路71的开闭。加热棒电路51中包括有加热棒导线11。加热显示灯电路61、压力指示灯电路71构成指示系统900。电路控制系统800以及指示系统900集成在一控制箱300中。压力传感器12及其线路构成压力传感系统700。简易型单回路数字显示控制仪3000将220V交流电转化为24V直流电供给两线制压力传感器12，而加热棒电路51、加热显示灯电路61、压力指示灯电路71之间并联，再与简易型单回路数字显示控制仪3000串联；两线制压力传感器12将测得的压力值转换为4mA至20mA的电流值送入所述简易型单回路数字显示控制仪3000，所述简易型单回路数字显示控制仪3000通过电磁继电器3001控制加热棒电路51、加热显示灯电路61、压力指示灯电路71的开闭。其中，301、302、303分别为数字显示屏、压力指示表以及加热指示表。

上述干冰致裂器温压控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：将激发器导线10和加热棒导线11在塑性垫片9处采用漆包线与塑性垫片9热塑成型一体加工。将激发器导线10和加热棒导线11分别与激发器3以及加热棒1连接，在致裂筒本体601内装入加热棒1以及加热药2，并在加热药2内部设置激发器3。

步骤二：将干冰装入干冰致裂筒600中，先在干冰致裂筒的端部装入塑性垫片9并按压紧，用管子钳装好旋紧封口螺块6，再将气管7插入旋紧封口螺块6一侧的凹槽1000内，并伸入致裂筒本体601，同时在凹槽1000内下入塑性垫块5，并在其外侧设置螺母8，用扳手将螺母8旋紧，压紧塑性垫块5和气管7，从而实现密封，形成致裂筒端部602。

步骤三：将压力传感器12与气管7采用螺管和螺母的连接方式相连接，将干冰致裂筒600放入钻孔，将控制箱300布置在钻孔周围2m范围之外，封好钻孔后将加热棒导线11与220V交流电源110连接，将激发器导线10与起爆器100相连接。

步骤四：将220V交流电源110开关打开，加热棒1开始加热，打开压力传感器12控制干冰致裂筒加热，加热显示灯电路61用于显示正在加热，压力指示灯电路71显示干冰致裂筒内压力，设置上限报警压力值以及下限值，当测量值到达上限报警压力值25MPa时加热开关断开，加热棒1停止加热并报警，当压力值降为下限值20MPa时，加热开关再次闭合加热棒1重新开始加热。

步骤五：当压力值达到上限报警压力值25MPa时，加热棒1停止加热，压力会回降，此时可以等待时机引爆，待确定安全且天气适宜时可充电激发起爆器100引爆干冰致裂筒600。

步骤六：引爆完成，断开220V交流电源110，取出压力传感器12和控制箱300留待下次使用。

如图6所示，根据试验获得的数据干冰致裂筒的耐压极限为40MPa至50MPa,而在压力达到20MPa至25MPa时管内的干冰就已经完全融化了，图中AB点之间为为最优加热区间，可见适宜的加热时间只有几分钟，靠经验难以预估，所以压力传感器控制干冰致裂筒加热可以精准加热。

上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书范围为准。

Claims (10)

1.一种干冰致裂器温压控制系统，包括便携式可移动电源（500）、带有气管的干冰致裂筒（600）、压力传感系统（700）、电路控制系统（800）及指示系统（900）；所述电路控制系统（800）由所述便携式可移动电源（500）供电，电路控制系统（800）分别控制连接压力传感系统（700）、指示系统（900）以及带有气管（7）的干冰致裂筒内的加热棒（1）；所述电路控制系统（800）以及指示系统（900）集成在一控制箱（300）中；其特征在于：所述带有气管的干冰致裂筒（600）包括致裂筒本体（601）和致裂筒端部（602），所述致裂筒端部（602）包括凹字形的旋紧封口螺块（6），气管（7）以及塑性垫片（9），所述塑性垫片（9）设置在旋紧封口螺块（6）的内端，所述气管（7）贯穿旋紧封口螺块（6），气管（7）上拧紧套设有塑性垫块（5）和螺母（8），所述塑性垫块（5）位于旋紧封口螺块（6）一侧的内部凹槽（1000）内，所述螺母（8）拧紧于所述塑性垫块（5）的外侧，其端帽覆盖所述致裂筒本体（601）和致裂筒端部（602）外侧，所述塑性垫块（5）、气管（7）和螺母（8）构成气管连接系统；伸出的所述气管（7）上设置有压力传感器（12）；所述干冰致裂筒（600）内设置有加热棒（1）、加热药（2）、激发器（3），激发器（3）设置于所述加热药（2）内，激发器导线（10）和加热棒导线（11）的一端分别连接所述激发器（3）以及加热棒（1），其另一端穿出所述塑性垫片（9）以及旋紧封口螺块（6）的中央并分别与起爆器（100）、电路控制系统（800）连接，电路控制系统（800）又与220V交流电源（110）连接；所述220V交流电源（110）以及起爆器（100）均与所述便携式可移动电源（500）连接。

2.根据权利要求1所述的一种干冰致裂器温压控制系统，其特征在于：所述激发器导线（10）包围所述加热药（2）设置。

3.根据权利要求1所述的一种干冰致裂器温压控制系统，其特征在于：所述塑性垫片（9）采用尼龙材料制成；所述激发器导线（10）和加热棒导线（11）在塑性垫片（9）处采用漆包线与塑性垫片（9）在热塑成型时一体加工而成。

4.根据权利要求1所述的一种干冰致裂器温压控制系统，其特征在于：所述塑性垫片（9）周边设置有密封凹槽，密封凹槽宽4mm、深4mm，所述密封凹槽内设置有密封圈。

5.根据权利要求1所述的一种干冰致裂器温压控制系统，其特征在于：所述加热棒（1）设置在加热药（2）的一端，加热药（2）的另一端设置有隔热层（4）。

6.根据权利要求1所述的一种干冰致裂器温压控制系统，其特征在于：所述电路控制系统（800）选用简易型单回路数字显示控制仪（3000），由便携式可移动电源（500）经过滤波电路接入所述220V交流电源（110），压力传感器（12）为两线制压力传感器，压力传感器（12）将测得的压力值转换为4mA至20mA的电流值送入所述简易型单回路数字显示控制仪（3000），所述简易型单回路数字显示控制仪（3000）通过电磁继电器（3001）控制加热棒电路（51）、加热显示灯电路（61）、压力指示灯电路（71）的开闭；加热棒电路（51）中包括有所述加热棒导线（11）；所述加热显示灯电路（61）、压力指示灯电路（71）构成所述指示系统（900）；电路控制系统（800）以及指示系统（900）集成在一控制箱（300）中；压力传感器（12）及其线路构成所述压力传感系统（700）。

7.根据权利要求6所述的一种干冰致裂器温压控制系统，其特征在于：在所述电路控制系统（800）中，简易型单回路数字显示控制仪（3000）将220V交流电转化为24V直流电供给两线制压力传感器（12），而加热棒电路（51）、加热显示灯电路（61）、压力指示灯电路（71）之间并联，再与简易型单回路数字显示控制仪（3000）串联；两线制压力传感器（12）将测得的压力值转换为4mA至20mA的电流值送入所述简易型单回路数字显示控制仪（3000），所述简易型单回路数字显示控制仪（3000）通过电磁继电器（3001）控制加热棒电路（51）、加热显示灯电路（61）、压力指示灯电路（71）的开闭。

8.一种根据权利要求7所述的干冰致裂器温压控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将激发器导线（10）和加热棒导线（11）在塑性垫片（9）处采用漆包线与塑性垫片（9）热塑成型一体加工；将激发器导线（10）和加热棒导线（11）分别与激发器（3）以及加热棒（1）连接，在致裂筒本体（601）内装入加热棒（1）以及加热药（2），并在加热药（2）内部设置激发器（3）；

步骤二：将干冰装入干冰致裂筒（600）中，先在干冰致裂筒的端部装入塑性垫片（9）并按压紧，用管子钳装好旋紧封口螺块（6），再将气管（7）插入旋紧封口螺块（6）一侧的凹槽（1000）内，并伸入致裂筒本体（601），同时在凹槽（1000）内下入塑性垫块（5），并在其外侧设置螺母（8），用扳手将螺母（8）旋紧，压紧塑性垫块（5）和气管（7），从而实现密封，形成致裂筒端部（602）；

步骤三：将压力传感器（12）与气管（7）相连接，将干冰致裂筒（600）放入钻孔，将控制箱（300）布置在钻孔周围2m范围之外，封好钻孔后将加热棒导线（11）与220V交流电源（110）连接，将激发器导线（10）与起爆器（100）相连接；

步骤四：将220V交流电源（110）开关打开，加热棒（1）开始加热，打开压力传感器（12）控制干冰致裂筒加热，加热显示灯电路（61）用于显示正在加热，压力指示灯电路（71）显示干冰致裂筒内压力，设置上限报警压力值以及下限值，当测量值到达上限报警压力值时加热开关断开，加热棒（1）停止加热并报警，当压力值降为下限值时，加热开关再次闭合加热棒（1）重新开始加热；

步骤五：当压力值达到上限报警压力值时，加热棒（1）停止加热，压力会回降，此时可以等待时机引爆，待确定安全且天气适宜时充电激发起爆器（100）引爆干冰致裂筒（600）；

步骤六：引爆完成，断开220V交流电源（110），取出压力传感器（12）和控制箱（300）留待下次使用。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述压力传感器（12）与气管（7）之间采用螺管和螺母的连接方式。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述上限报警压力值为25MPa，所述下限值为20MPa。

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