CN113048845A - 一种液态co2相变水压爆破筒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液态CO2相变水压爆破筒，包括：注液阀、延时激发器、发热管、储液管、剪切片和注水泄压头；所述储液管一端大开口、另一端小开口，注液阀螺纹连接在储液管的大开口端，并在螺纹连接处进行密封；所述发热管通过定位结构支撑在储液管的大端内部，且定位结构中设有连通注液阀和储液管的通孔；所述延时激发器设置设定的延迟时间并从储液管的大开口端插入发热管中，剪切片从储液管小开口端对储液管密封；其中，注水泄压头螺纹连接在储液管的小开口端，并将剪切片压紧在二者之间。
Description
技术领域
本发明涉及属于矿山开采、隧道施工等岩土静态爆破装备技术领域，具体涉及一种液态CO2相变水压爆破筒。
背景技术
聚能水压爆破是水压爆破与常规凿岩爆破的有效结合，是在聚能穴效应和水压爆破理论研究基础上，综合考虑二者优点而形成的控制爆破方法，该方法在实现定向断裂控制的同时，还能有效利用水压爆破减振以及具有环保等优点。其炮孔中由聚能管装置替代了常规爆破炮孔中的药卷和传爆线，炮孔的最底部和上部有水袋，用炮泥机加工成的炮泥回填。聚能管的高温高压射流、“水楔”作用增强了膨胀气体的静力作用，解决了常规爆破的不足，同时由于在炮孔中放置了水袋，在爆破过程中产生的水雾起到了降尘的效果，改善了作业环境，保护了施工人员的身体健康，是近几年新兴的一种爆破技术。
与此同时，液态CO2相变爆破技术由于其理念先进、绿色环保、安全高效、效果显著等特点，广泛应用于瓦斯煤矿破岩、基坑、边坡、沟渠、路堑开挖等工程，成为不能采用炸药爆破时首选的非爆炸破岩方法。该技术是利用液态CO2瞬间相变成气态，体积膨胀近600倍，形成的高压气体射流进行破岩。与一般炸药爆破相比，气体缓慢膨胀、扩散，爆破产生高压气体的压力比炸药爆破的压力小，约为黑火药1/3、硝铵炸药的1/6，剪切效果平稳，适合爆破强度低的脆性多孔岩体。但是，高压CO2气体射流破岩效果有限，仅适用于煤岩、风化岩土体等，若想进一步增大爆破威力，只能通过增加储液管容积和剪切片强度来实现，这也增加了炮孔堵塞的难度和飞管的风险。
为了使液态CO2相变爆破技术适应各种强度岩体爆破工况，急需结合现有先进的聚能水压爆破技术和液态CO2相变爆破技术，研发一种高威力、绿色环保、非炸药爆破的新技术。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种液态CO2相变水压爆破筒，能够有效利用液态CO2相变瞬间产生的高压，作用于泄压头内部的水体，形成密度大于气体CO2射流两个量级的高压水射流作用于岩体，从而增强液态CO2相变爆破管威力，以适应坚硬岩石非炸药爆破工程，增大致裂范围、提高岩体破碎率，充分发挥液态CO2相变爆破的优势和适用范围。
本发明的技术方案为：一种液态CO2相变水压爆破筒，包括：注液阀、延时激发器、发热管、储液管、剪切片和注水泄压头；
所述储液管一端大开口、另一端小开口，注液阀螺纹连接在储液管的大开口端，并在螺纹连接处进行密封；所述发热管通过定位结构支撑在储液管的大端内部，且定位结构中设有连通注液阀和储液管的通孔；所述延时激发器设置设定的延迟时间并从储液管的大开口端插入发热管中，剪切片从储液管小开口端对储液管密封；其中，注水泄压头螺纹连接在储液管的小开口端，并将剪切片压紧在二者之间。
优选地，所述注水泄压头包括：筒体、底部分流结构和水袋，所述筒体一端开口，另一端封闭，且封闭端内底面中心一体加工有底部分流结构，底部分流结构为锥形，其与筒体同轴，且底部分流结构的顶部朝向筒体的开口端，筒体的壁面上沿轴向设有两圈以上垂直射孔，每圈垂直射孔含有两个以上沿筒体的周向均匀分布的垂直射孔；底部分流结构的底端上方设定位置处对应的筒体壁面上沿周向均匀设有两个或三个斜射孔，且斜射孔的孔轴向与筒体的轴向之间成设定大小的夹角，并与底部分流结构的底端圆滑过渡；其中，底部分流结构顶部以上的筒体内部设置水袋，筒体开口端设有外螺纹，用于与储液管的小开口端螺纹连接。
优选地，所述斜射孔的孔轴向与筒体的轴向之间夹角为45°。
优选地，所述筒体封闭端外端中心设有凸起。
优选地，所述底部分流结构的顶角为90°。
优选地，所述底部分流结构和筒体的材料均采用高强合金钢。
优选地，所述水袋的袋体采用可降解植物纤维密封袋。
优选地，所述水袋内充装的水体为再利用废水。
优选地，所述定位结构为海绵或塑料支撑物。
有益效果：
1、本发明的爆破筒采用先进的聚能水压爆破理论技术和液态CO2相变爆破技术及成套装备，主要部件包括充气阀、储液管、发热管、剪切片和注水泄压头的筒体，均为现有成熟部件，容易匹配和更换，且质量可靠、可多次回收重复利用、货源丰富；延时激发器结构简单、经久耐用；注水泄压头中装填水袋绿色环保，组装方便，操作简单高效；对于现有液态CO2相变爆破筒，本发明可进行一定的改进，应用于各种型号及系列的液态CO2相变爆破筒上，实现不同强度岩体的爆破破碎工程。
2、本发明的注水泄压头在施工过程中只需将封装水袋置于泄压头内，再将泄压头固定连接在储液管底部，操作简单、效率高，且爆破效果显著，环境友好。
附图说明
图1为本发明液态CO2相变水压爆破筒的结构示意图。
图2为本发明中注水泄压头的结构示意图。
图3为本发明中水袋的结构示意图。
其中，1-注液阀、2-延时激发器、3-发热管、4-储液管、5-剪切片、6-注水泄压头、61-注水泄压头螺纹接口、62-垂直射孔、63-底部分流结构、64-斜射孔、65-水袋。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种液态CO2相变水压爆破筒，能够有效利用液态CO2相变瞬间产生的高压，作用于泄压头内部的水体，形成密度大于气体CO2射流两个量级的高压水射流作用于岩体，从而增强液态CO2相变爆破管威力，以适应坚硬岩石非炸药爆破工程，增大致裂范围、提高岩体破碎率，充分发挥液态CO2相变爆破的优势和适用范围。
如图1所示，该爆破筒包括：注液阀1、延时激发器2、发热管3、储液管4、剪切片5和注水泄压头6；
该爆破筒的连接关系为：储液管4一端大开口、另一端小开口，且小开口端为漏斗状开口，注液阀1螺纹连接在储液管4的大开口端，并在螺纹连接处进行密封；在固定注液阀1前，先将发热管3通过定位结构(如海绵或塑料支撑物等)支撑在储液管4的大端内部，且定位结构中设有连通注液阀1和储液管4的通孔，之后将延时激发器2设定好延迟时间并从储液管4的大开口端插入发热管3中，剪切片5从储液管4小开口端对储液管4密封，防止储液管4中的液态CO2相变之前流入注水泄压头6中；其中，注水泄压头6螺纹连接在储液管4的小开口端，并将剪切片5压紧在注水泄压头6和储液管4之间；该爆破筒连接固定完毕后，从注液阀1注入液态CO2，并引出导线接入起爆网路；
如图2和图3所示，注水泄压头6包括：筒体、底部分流结构63和水袋65，该筒体一端开口，另一端封闭，且封闭端内底面中心一体加工有底部分流结构63，底部分流结构63为锥形，其与筒体同轴，且底部分流结构63的顶部朝向筒体的开口端，筒体的壁面上沿轴向设有两圈以上垂直射孔62，每圈垂直射孔62含有两个以上沿筒体的周向均匀分布的垂直射孔62；底部分流结构63的底端上方设定位置处对应的筒体壁面上沿周向均匀设有两个或三个斜射孔64，且斜射孔64的孔轴向与筒体1的轴向之间夹角为45°，并与底部分流结构63的底端圆滑过渡；其中，底部分流结构63顶部以上的筒体内部设置水袋65，筒体开口端设有外螺纹，用于与储液管4的小开口端螺纹连接，封闭端外端中心设有凸起，以便于握持；
本实施例中，水袋65的袋体采用可降解植物纤维密封袋，其内充装的水体可为再利用废水；
本实施例中，注水泄压头6与储液管4固定连接之前应将注满水的水袋65置于其中；
本实施例中，底部分流结构63的顶角为90°；
本实施例中，底部分流结构63和筒体的材料均采用高强合金钢(35CrMnSiA)，可承受高压水射流的冲击压力；
本实施例中，通过地表电起爆网路和起爆电线连接可调延时激发器2，精确控制发热管3的反应时间，从而加热储液管4中液态CO2至超临界状态，发生瞬间相变，在储液管4内形成高压，并作用于剪切片5上；当储液管4内压力超过剪切片5的抗剪强度，剪切片5被剪破，高压气体瞬间进入注水泄压头6中，水袋65中的水体承压导致水袋65破裂，高压水通过斜射孔64和垂直射孔62射出，以高速水射流的形式作用于岩体；在高压水射流的冲击作用、冲蚀作用和水楔作用下岩体充分破裂，从而显著增强液态CO2相变爆破致裂的效率；
本实施例中，延时激发器2内置精确延时电子器，通过起爆电线控制起爆，抗杂散电流干扰，可重复回收利用，可使强液态CO2相变爆破筒实现孔内和孔间的毫秒级延期起爆。
该爆破筒的工作原理为：有效利用液态CO2相变瞬间产生的高压，作用于水体，形成密度大于气态CO2两个量级的高压水射流并作用于岩体，增强液态CO2相变爆破管威力，以适应坚硬岩石非炸药爆破工程，增大致裂范围、提高岩体破碎率，充分发挥液态CO2相变爆破的优势和适用范围。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种液态CO2相变水压爆破筒，其特征在于，包括：注液阀(1)、延时激发器(2)、发热管(3)、储液管(4)、剪切片(5)和注水泄压头(6)；
所述储液管(4)一端大开口、另一端小开口，注液阀(1)螺纹连接在储液管(4)的大开口端，并在螺纹连接处进行密封；所述发热管(3)通过定位结构支撑在储液管(4)的大端内部，且定位结构中设有连通注液阀(1)和储液管(4)的通孔；所述延时激发器(2)设置设定的延迟时间并从储液管(4)的大开口端插入发热管(3)中，剪切片(5)从储液管(4)小开口端对储液管(4)密封；其中，注水泄压头(6)螺纹连接在储液管(4)的小开口端，并将剪切片(5)压紧在二者之间。
2.如权利要求1所述的液态CO2相变水压爆破筒，其特征在于，所述注水泄压头(6)包括：筒体、底部分流结构(63)和水袋(65)，所述筒体一端开口，另一端封闭，且封闭端内底面中心一体加工有底部分流结构(63)，底部分流结构(63)为锥形，其与筒体同轴，且底部分流结构(63)的顶部朝向筒体的开口端，筒体的壁面上沿轴向设有两圈以上垂直射孔(62)，每圈垂直射孔(62)含有两个以上沿筒体的周向均匀分布的垂直射孔(62)；底部分流结构(63)的底端上方设定位置处对应的筒体壁面上沿周向均匀设有两个或三个斜射孔(64)，且斜射孔(64)的孔轴向与筒体的轴向之间成设定大小的夹角，并与底部分流结构(63)的底端圆滑过渡；其中，底部分流结构(63)顶部以上的筒体内部设置水袋(65)，筒体开口端设有外螺纹，用于与储液管(4)的小开口端螺纹连接。
3.如权利要求2所述的液态CO2相变水压爆破筒，其特征在于，所述斜射孔(64)的孔轴向与筒体的轴向之间夹角为45°。
4.如权利要求2所述的液态CO2相变水压爆破筒，其特征在于，所述筒体封闭端外端中心设有凸起。
5.如权利要求2所述的液态CO2相变水压爆破筒，其特征在于，所述底部分流结构(63)的顶角为90°。
6.如权利要求2所述的液态CO2相变水压爆破筒，其特征在于，所述底部分流结构(63)和筒体的材料均采用高强合金钢。
7.如权利要求2所述的液态CO2相变水压爆破筒，其特征在于，所述水袋(65)的袋体采用可降解植物纤维密封袋。
8.如权利要求2所述的液态CO2相变水压爆破筒，其特征在于，所述水袋(65)内充装的水体为再利用废水。
9.如权利要求1所述的液态CO2相变水压爆破筒，其特征在于，所述定位结构为海绵或塑料支撑物。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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