CN112857163B - 一种二氧化碳破岩装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳爆破装置，包括外管，所述外管一端设置有短密封盖，另一端设置有长密封盖，长密封盖上设置有泄能槽，长密封盖、短密封盖均通过螺纹与外管连接，充液管一端穿过所述短密封盖且伸入所述外管内，排气管一端穿过所述短密封盖与所述外管内部相通，所述外管内设置有热激发装置，所述热激发装置的正负电极分别通过导线与启动电源电连接，所述启动电源上设置有开关。一种二氧化碳爆破方法，包括钻致裂孔、装设二氧化碳爆破装置、充装液态二氧化碳、爆破和处置方法。本发明二氧化碳破岩装置及方法提高了二氧化碳爆破装置的安全性和利用率。
Description
技术领域
本发明涉及岩石爆破技术领域，特别是涉及一种二氧化碳破岩装置及方法。
背景技术
液态二氧化碳破岩技术是一种新型的环境友好型破岩技术，属于非炸药爆破破岩范畴。它和以往的利用炸药进行爆破的技术不同，它是利用物理或非剧烈化学方式产生高压二氧化碳气体，通过在致裂孔中装设二氧化碳爆破管，然后再激发活化剂来加热使液态二氧化碳瞬间膨胀产生高压，以此产生高压气楔对岩石进行抛移和胀裂，实现破碎岩石的功能。二氧化碳破岩技术不属于真正意义的爆炸范畴，因为在整个爆破过程中只发生了物理反应，即通过二氧化碳高压气体的作用。所以二氧化碳爆破技术并不像炸药那样受到政府相关部门的管控。且该破岩技术具有污染少、振动小、安全性能好、噪声低、易控制等特点，所以它能适用于多种场合，比炸药的适用范围更广，可广泛用于市政工程、煤矿开采、公路工程、隧道工程、基坑开挖等。
现有的二氧化碳爆破管分为可重复使用爆破管和一次性的爆破管，现有的一次性二氧化碳爆破管大多数是提前充装好液态二氧化碳的密闭金属(或非金属)管(此时的爆破管实质是压力容器)，然后再运送到爆破现场。在运输过程中，由于震动以及碰撞等因素的影响，爆破管极易自爆，这不仅增加了运输的难度，也存在极大的风险。也有一次性的爆破管是在爆破现场致裂孔外先充装好液态二氧化碳，然后逐个放入致裂孔中实施爆破，现场致裂孔外实施液态二氧化碳充装，安全风险仍然大。另外，现普遍使用的一次性二氧化碳爆破管未设置薄弱点，高压气体围绕爆破筒四周扩散，爆破压强不集中，大大降低了破岩效果。目前，一次性二氧化碳爆破管大多数采用笨重的无缝钢管焊接制作而成，管子重、耗钢料多且成本较高，现场搬运和装管均较困难。
对于可重复性使用的二氧化碳爆破管，其由钢材料制成，加工难度较高，且比较笨重，所以其运输和安装的难度也较高，爆破后，爆破管或多或少的会产生一些弯曲甚至裂纹，后期矫正以及维护成本高。对于一些悬崖上的爆破，爆破管跌落悬崖会造成更严重的损坏，也为后期的回收工作增加了一定的难度。
另外，由于岩体的复杂性，目前由于岩体致密或开挖参数设置不当等原因，二氧化碳致裂管在工程现场应用中存在拒爆的现象，对其安全的进行废弃处置也是该技术应用中的一个难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种二氧化碳破岩装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高二氧化碳爆破装置的安全性和利用率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种二氧化碳爆破装置，包括外管，所述外管一端设置有短密封盖，一端设置有长密封盖，长密封盖上设置有泄能槽，长密封盖、短密封盖均通过螺纹与外管连接，充液管一端穿过所述短密封盖且伸入所述外管内，排气管一端穿过所述短密封盖与所述外管内部相通，所述外管内设置有热激发装置，所述热激发装置的正负电极分别通过导线与启动电源电连接，所述启动电源上设置有开关。
优选的，所述充液管和所述排气管上分别设置有阀门，且所述阀门位于所述外管外部。
优选的，所述充液管位于所述外管内部的一端靠近爆破片。
优选的，所述充液管和所述排气管均为金属管，所述充液管和所述排气管上均螺纹连接有两个位于所述短密封盖两侧的螺母，所述螺母与所述短密封盖紧密接触。
优选的，所述充液管和所述排气管分别与所述短密封盖螺纹连接。
本发明还提供一种基于上述二氧化碳爆破装置的二氧化碳爆破方法，包括以下步骤：
(1)首先根据工程需要钻致裂孔，然后将二氧化碳爆破装置放入所述致裂孔底部，充液管和排气管的自由端均伸出致裂孔外；
(2)使用高强度堵塞材料将致裂孔剩余空间填塞密实，且在填塞过程中尽量避免弯曲充液管和排气管；
(3)将所有致裂孔填塞完成后，等待2～3小时，待致裂孔填塞材料的强度达到10Mpa以上时，即可对二氧化碳爆破装置内进行液态二氧化碳的充装；
(4)充装时，先将二氧化碳储液罐与制冷压力泵连接，打开二氧化碳储液罐，少量多次通过制冷压力泵排放二氧化碳，将充装管道温度降下来，然后打开制冷压力泵，压力表设置为预定值，将二氧化碳储液罐中的液态二氧化碳通过压力泵从充液管充入外管储液腔中，充装时，需使用带有压力计的充装头，在稳定的压力下进行二氧化碳充装，同时打开排气管压力阀，外接压力计检测管内压力，待制冷压力泵压力表达到预设压力值时，制冷压力泵自动停机，停止充装，关闭充液管阀门，排气管压力值正常时，关闭排气管阀门，并拆除相应安装设备；
(5)将充装好液态二氧化碳的二氧化碳爆破装置串联(或并联)，并连接启动电源；
(6)启动电源，实施爆破；
(7)引爆完成后15min，待爆破废气与粉尘消散后对现场进行回收处理工作，对于未能引爆或成功开挖的致裂孔，应对其进行废弃处置，处置人员应佩戴氧气面罩进入现场，于炮孔侧面打开排气管上的排气阀门，释放管内积存气体，待气体释放完成后，使用压力计对管内气压进行测量，确认安全后进行拆除工作。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明二氧化碳破岩装置及方法提高了二氧化碳爆破装置的安全性和利用率。本发明通过在致裂孔内对二氧化碳爆破装置充填液态二氧化碳，有效避免了传统爆破管在运输以及储存过程中容易意外引爆的问题；通过设置爆破片、泄能槽，既提高了能量利用率，又增加了高压气体的气楔作用，爆破效果优良；采用充液管与排气管双管设计，解决了管体拒爆时的废弃处置问题。本发明二氧化碳破岩装置成本低廉，外管、前、长密封盖的材质均可采用PVC，充液管、排气管为通用件，成本低。
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为本发明二氧化碳破岩装置的结构示意图；
图2为本发明二氧化碳破岩装置的部分结构示意图；
图3为本发明二氧化碳破岩装置的泄能槽纵切面图；
图4为本发明二氧化碳破岩装置的充装作业示意图；
图5为本发明二氧化碳破岩装置的导线连接示意图；
图6为本发明二氧化碳破岩方法的流程图；
其中：1、外管；2、储液腔；3、热激发装置；4、短密封盖；5、长密封盖；6、充液管；7、排气管；8、导线；9、密闭阀门；10、排气阀门；11、电极；12、螺母；13、外接压力计；14、泄能槽；15、制冷压力泵；16、致裂孔；17、二氧化碳爆破装置；18、岩石；19、压力监测装置；20、二氧化碳储液罐；21、启动电源；22、爆破片。
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二氧化碳破岩装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高二氧化碳爆破装置的安全性和利用率。
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至图4所示：本实施例二氧化碳爆破装置17包括外管1，外管1一端设置有短密封盖4，外管1另一端端设置有长密封盖5，短密封盖4、长密封盖5均通过螺纹与外管1连接，长密封盖5设置有泄能槽14，泄能槽14左侧设置有爆破片22，泄能槽14属于整个装置的薄弱环节，其承压能力极小，当启动热激发装置3的时候，高压二氧化碳气体压力达到预设值时将爆破片22涨破，冲破泄能槽14，以气楔的形式冲击岩体，破岩效果良好。
充液管6一端穿过短密封盖4且伸入外管1内，排气管7一端穿过短密封盖4与外管1内部相通，充液管6位于外管1内部的一端靠近爆破片22；充液管6伸入到外管1中的储液腔2的内部而排气管7没有伸入到外管1中的储液腔2的内部，保证充装的良好效果。充液管6上设置有密闭阀门9和压力监测装置19，在本实施例中压力监测装置19采用压力计，密闭阀门9位于压力监测装置19和短密封盖4之间，排气管7上设置有能匀速排气的排气阀门10，且密闭阀门9和排气阀门10均位于外管1外部。
在本实施例中，充液管6和排气管7均为金属管(如铜管)，充液管6和排气管7分别与短密封盖4螺纹连接；充液管6和排气管7上均螺纹连接有两个位于短密封盖4两侧的螺母12，螺母12与短密封盖4紧密接触，螺母12的设置增加了充液管6和排气管7与短密封盖4连接处的密封性。
外管1内设置有热激发装置3，热激发装置3的正负电极11分别通过导线8与启动电源21电连接，启动电源21上设置有开关。
本实施例还提供一种基于上述二氧化碳爆破装置17的二氧化碳爆破方法，包括以下步骤：
(1)首先根据工程需要在岩石18中竖向钻致裂孔16，然后将二氧化碳爆破装置17中的外管1放入致裂孔16底部，充液管6和排气管7的自由端均伸出致裂孔16外0.6～1.2米长；
(2)使用高强度堵塞材料将致裂孔16剩余空间填塞密实，且在填塞过程中尽量避免弯曲充液管6和排气管7；
(3)将所有致裂孔16填塞完成后，等待2～3小时，待致裂孔16填塞材料的强度达到10Mpa以上时，即可进行液态二氧化碳的充装；
(4)充装时，先将二氧化碳储液罐20与制冷压力泵15连接，打开二氧化碳储液罐20，少量多次通过制冷压力泵15排放二氧化碳，将充装管道温度降下来，然后打开制冷压力泵15，压力表设置为预定值，将二氧化碳储液罐20中的液态二氧化碳通过压力泵从充液管6充入外管1储液腔2中，充装时，需使用带有压力计的充装头，在稳定的压力下打开充装密封阀，进行二氧化碳充装，同时打开排气管7压力阀，使用外接压力计13检测管内压力，待制冷压力泵15压力表达到预设压力值时，制冷压力泵15自动停机，停止充装。关闭充液管6阀门，待排气管7压力值正常时，关闭排气管7阀门，并拆除相应安装设备。
(5)将充装好液态二氧化碳的二氧化碳爆破装置17串联(或并联)，并连接启动电源21；
(6)启动电源21，实施爆破。
(7)引爆完成后15min，待爆破废气与粉尘消散后对现场进行回收处理工作，若未能引爆或成功开挖致裂孔16，应对其进行废弃处置，处置人员应佩戴氧气面罩进入现场，于炮孔侧面打开排气管7的排气阀门10，释放管内积存气体，待气体释放完成后，安装压力计对管内气压进行测量，确认安全后进行拆除工作。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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 (6)
1.一种二氧化碳爆破装置，其特征在于：包括外管，所述外管一端设置有短密封盖，一端设置有长密封盖，长密封盖上设置有泄能槽，所述泄能槽开设在所述长密封盖的内壁上，长密封盖、短密封盖均通过螺纹与外管连接，充液管一端穿过所述短密封盖且伸入所述外管内，排气管一端穿过所述短密封盖与所述外管内部相通，所述外管内设置有热激发装置，所述热激发装置的正负电极分别通过导线与启动电源电连接，所述启动电源上设置有开关；所述充液管伸入所述外管内的一端靠近所述长密封盖，所述排气管伸入所述外管内的一端靠近所述短密封盖，所述排气管远离所述外管的一端设置有外接压力计；所述外管靠近所述长密封盖的一端设置有开口，所述开口上设置有爆破片，所述长密封盖将所述爆破片罩住；所述外管靠近所述爆破片的一端的内径逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳爆破装置，其特征在于：所述充液管和所述排气管上分别设置有阀门，且所述阀门位于所述外管外部。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳爆破装置，其特征在于：所述充液管位于所述外管内部的一端靠近所述爆破片。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳爆破装置，其特征在于：所述充液管和所述排气管均为金属管，所述充液管和所述排气管上均螺纹连接有两个位于所述短密封盖两侧的螺母，所述螺母与所述短密封盖紧密接触。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳爆破装置，其特征在于：所述充液管和所述排气管分别与所述短密封盖螺纹连接。
6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的二氧化碳爆破装置的二氧化碳爆破方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）首先根据工程需要钻致裂孔，然后将二氧化碳爆破装置放入所述致裂孔底部，充液管和排气管的自由端均伸出致裂孔外；
（2）使用高强度堵塞材料将致裂孔剩余空间填塞密实，且在填塞过程中尽量避免弯曲充液管和排气管；
（3）将所有致裂孔填塞完成后，等待2~3小时，待致裂孔填塞材料的强度达到10Mpa以上时，即可对二氧化碳爆破装置内进行液态二氧化碳的充装；
（4）充装时，先将二氧化碳储液罐与制冷压力泵连接，打开二氧化碳储液罐，少量多次通过制冷压力泵排放二氧化碳，将充装管道温度降下来，然后打开制冷压力泵，压力表设置为预定值，将二氧化碳储液罐中的液态二氧化碳通过所述制冷压力泵从充液管充入外管储液腔中，充装时，需使用带有压力计的充装头，在稳定的压力下进行二氧化碳充装，同时打开排气管压力阀，外接压力计检测管内压力，待制冷压力泵压力表达到预设压力值时，制冷压力泵自动停机，停止充装，关闭充液管阀门，排气管压力值正常时，关闭排气管阀门，并拆除相应安装设备；
（5）将充装好液态二氧化碳的二氧化碳爆破装置串联或并联，并连接启动电源；
（6）启动电源，实施爆破；
（7）引爆完成后15min，待爆破废气与粉尘消散后对现场进行回收处理工作，对于未能引爆或成功开挖的致裂孔，应对其进行废弃处置，处置人员应佩戴氧气面罩进入现场，于致裂孔侧面打开排气管上的排气阀门，释放管内积存气体，待气体释放完成后，使用所述外接压力计对管内气压进行测量，确认安全后进行拆除工作。
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