CN115077320B - 二氧化碳相变定向爆破装置及定向爆破方法 - Google Patents

二氧化碳相变定向爆破装置及定向爆破方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及二氧化碳相变定向爆破装置及定向爆破方法，所述定向爆破装置包括帽形上堵头、上定位环、柔性气囊、定位片、下定位环；所述柔性气囊为上端开口的圆柱形柔性密封袋；所述帽形上堵头顶板上设有激发导线和充气孔，所述帽形上堵头周向侧板与上定位环配合连接并挤压柔性气囊上端开口处产生密封作用；所述下定位环放置于柔性气囊的底部；定位片有多个，皆为圆弧片，定位片内面固定于柔性气囊外柱面，上下分别与上定位环、下定位环插接；在柔性气囊内还设置有与激发导线连接的激发器。本发明利用二氧化碳相变爆破产生的高压气体在定位片方向上产生的压力对岩体定向方向的拉破坏，结合高压气体射流作用，实现岩体定向爆破效果。

Description

二氧化碳相变定向爆破装置及定向爆破方法
技术领域
本发明涉及工程爆破领域，尤其是涉及二氧化碳相变定向爆破装置及定向爆破方法。
背景技术
二氧化碳相变爆破是一种安全高效的非炸药爆破方法，利用二氧化碳变成气体时急剧膨胀的能量来爆破岩体，具有安全性好、振动低、方便快捷等特点，广泛应用于道路施工、矿山开采、边坡施工等方面。
传统相变爆破装置利用可重复使用的致裂管，当致裂管里气体压力大于剪切卸能片强度时，剪切卸能片发生破坏，气体从卸能头释放，能量集中在一点且易导致飞管事故的发生，产生潜在危险。近年来，逐步使用的一次性致裂管，利用气体高压直接将致裂管主体产生破坏，作用在周围岩体上。以上装置和方法的爆破能量方向均不可控制，无法满足定向爆破致裂的需求。通过在一次性致裂管上预先切缝或开孔的方法虽然能够使高压气体沿固定方向进行释放，达到定向致裂的目的，但是仅利用高压气体射流冲击的作用，定向效果有限，对能量利用率低。因此，亟需一种能够高效实现定向爆破致裂的相变爆破装置及方法，扩展二氧化碳相变爆破的适用范围。
发明内容
本发明为了弥补上述不足，提供了一种二氧化碳相变定向爆破装置及定向爆破方法，能利用二氧化碳气体相变过程中产生的压力使得岩体在固定方向产生拉应力，从而实现定向爆破致裂的结果。
为了实现前述目的，本发明提供的一种二氧化碳相变定向爆破装置，包括帽形上堵头、上定位环、柔性气囊、定位片、下定位环；所述柔性气囊为上端开口的圆柱形柔性密封袋；所述帽形上堵头顶板上设有激发导线和充气孔，所述帽形上堵头周向侧板与上定位环配合连接并挤压柔性气囊上端开口处产生密封作用；所述下定位环放置于柔性气囊的底部；定位片有多个，皆为圆弧片，定位片内面固定于柔性气囊外柱面，上下分别与上定位环、下定位环插接；在柔性气囊内还设置有与激发导线连接的激发器。
优选的，在帽形上堵头周向侧板的内面设有内螺纹，在上定位环上部外侧设有的外螺纹；柔性气囊上端开口处周向密封固定于上定位环顶面和帽形上堵头顶板的底面周侧间的空隙中。
优选的，在上定位环底面开设有沿圆周分布的上限位孔，在下定位环顶面上设有与上限位孔对应配合的下限位孔，在定位片上下设有限位插头，分别与上定位环的上限位孔和下定位环的下限位孔连接。
优选的，定位片能够组装成一个近于完整的圆环。
优选的，所述定位片设置两个。
优选的，两个定位片可以依据爆破方向设置成不同角度的圆弧片。
优选的，可以根据爆破方向的需求将定位片的上下限位插头插入不同的上限位孔和下限位孔。
一种定向爆破方法，基于前述的二氧化碳相变定向爆破装置来实施，包括如下步骤：
S1、沿预设定向线基于一定的间距钻孔；
S2、将定向爆破装置放入钻孔，使得两片定位片连接方向和预设定向线方向一致；
S3、将二氧化碳充装至定向爆破装置；
S4、利用电导线连接的电起爆装置引爆激发器。
1.本发明通过帽形上堵头与上定位环的螺纹连接挤压密封柔性气囊，密封效果好。
2.本发明通过上定位环、定位片、下定位环的配合可以实现不同方向/角度的定位爆破。
3.本发明通过柔性气囊和定位片的结合，将气体膨胀产生的压应力作用在定位片周围岩体上，使得岩体在定向方向上产生拉应力，利用岩体抗拉强度远低于抗压强度的性质，结合高压气体定向冲击射流特性，使得岩体在固定方向断裂，具有能量利用率高，定向效果明显的特征，减少了周围其他方向岩体的损伤，提高了定向爆破效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述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申请中记载的一些实施例，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为本发明定向爆破装置剖面结构示意图；
图2为本发明定向爆破装置主要结构立体示意图；
图3为本发明一种实施方式的定向线及钻孔布置示意图；
图4为本发明另一种实施方式的定向线及钻孔布置示意图；
附图标记说明：1、帽形上堵头；2、上定位环；3、柔性气囊；4、定位片；5、下定位环；6、激发器；7、导线；8、充气孔；201、上限位孔；401、限位插头；501、下限位孔；9、定向线。
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。
如图1、图2所示，本发明提出的二氧化碳相变定向爆破装置，包括帽形上堵头1、上定位环2、柔性气囊3、定位片4、下定位环5；所述帽形上堵头1顶板上设有激发导线7和充气孔8，周向侧板的内面设有内螺纹，与上定位环2上部外侧设有的外螺纹配合连接；所述柔性气囊3为上端开口的圆柱形柔性密封袋，上端开口处周向固定于上定位环2顶面和帽形上堵头1顶板的底面周侧间的空隙中，使用时将柔性气囊3上端放置在上定位环2内侧，上端开口处出漏于上定位环2并固定于上定位环2顶面，利用上定位环2的外螺纹和帽形上堵头1的内螺纹旋紧，挤压柔性气囊上端开口处产生密封作用；在上定位环2底面开设有沿圆周分布的上限位孔201，下定位环5放置于柔性气囊3的底部，在下定位环5顶面上设置有与上限位孔201对应配合的下限位孔501；定位片4有两个，皆为圆弧片，定位片内面固定于柔性气囊3外柱面，在定位片4上下设有限位插头401，分别与上定位环2的上限位孔201和下定位环5的下限位孔501连接；在柔性气囊3内还设置有与激发导线7连接的激发器6。
两个定位片4的连接处为定向爆破的爆破方向，本领域技术人员可以根据爆破方向的需求将定位片4安置在不同的位置，即将定位片4的上下限位插头401插入不同的上限位孔201和下限位孔501。同时定位片4还可以依据爆破方向设置成不同角度的圆弧片，两个定位片4能够组装成一个近于完整的圆环。如图3、图4所示，两个定位片4的角度平分线可以根据定向方向的需求在同一直径上，或者角度平分线所在的半径呈一定角度。此外，本领域技术人员还可以根据爆破需求设置多片定位片而不仅仅局限于两个。
本发明还提供一种定向爆破方法，基于前述的二氧化碳相变定向爆破装置来实施，包括如下步骤：
S1、沿预设定向线9基于一定的间距钻孔；如图3所示，作为本发明的一个实施实例，定向线为一条直线，钻孔沿直线等间距分布；如图4所示，作为本发明的另一个实施实例，两条定位线9呈钝角连接，在两条定向线上以及两条定向线的连接处(转折处)分别钻孔；
S2、将定向爆破装置放入钻孔，使得两片定位片4连接方向和预设定向线9方向一致；如图3所示，作为本发明的一个实施实例，两片定位片4为相等的近于半圆的结构，定位片的连接处位于定向线9上；如图4所示，作为本发明的另一个实施实例，在直线处两片定位片4为为相等的近于半圆的结构，连接处位于同一条定向线9上；在转折处选择两个角度不同的定位片4，两个定位片4相接处分别位于不同的定向线9上；
S3、将二氧化碳充装至定向爆破装置；
S4、利用电导线7连接的电起爆装置引爆激发器6，使得柔性气囊3里的二氧化碳急剧膨胀成气体；高压气体在定位片上产生压应力作用在周围岩体上，使得在钻孔定向线方式产生拉应力，与柔性气囊破裂产生的高压气流共同作用，使得岩体沿着定向线方向破裂。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种二氧化碳相变定向爆破装置，包括帽形上堵头、上定位环、柔性气囊、定位片、下定位环；其特征在于，所述柔性气囊为上端开口的圆柱形柔性密封袋；所述帽形上堵头顶板上设有激发导线和充气孔，所述帽形上堵头周向侧板与上定位环配合连接并挤压柔性气囊上端开口处产生密封作用；所述下定位环放置于柔性气囊的底部；定位片有多个，皆为圆弧片，定位片能够组装成一个近于完整的圆环，定位片之间具有缝隙，两个定位片的连接处为定向爆破的爆破方向，定位片内面固定于柔性气囊外柱面，上下分别与上定位环、下定位环插接；在上定位环底面开设有沿圆周分布的上限位孔，在下定位环顶面上设有与上限位孔对应配合的下限位孔，在定位片上下设有限位插头，分别与上定位环的上限位孔和下定位环的下限位孔连接；在柔性气囊内还设置有与激发导线连接的激发器。
2.根据权利要求1所述的定向爆破装置，其特征在于，在帽形上堵头周向侧板的内面设有内螺纹，在上定位环上部外侧设有外螺纹；柔性气囊上端开口处周向密封固定于上定位环顶面和帽形上堵头顶板的底面周侧间的空隙中。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的定向爆破装置，其特征在于，所述定位片设置两个。
4.根据权利要求3所述的定向爆破装置，其特征在于，两个定位片依据爆破方向设置成不同角度的圆弧片或者相同角度的圆弧片。
5.根据权利要求4所述的定向爆破装置，其特征在于，根据爆破方向的需求将定位片的上下限位插头插入不同的上限位孔和下限位孔。
6.一种定向爆破方法，采用权利要求4-5任意一项所述的二氧化碳相变定向爆破装置来实施，其特征在于，包括如下步骤：
S1、沿预设定向线基于一定的间距钻孔；
S2、将定向爆破装置放入钻孔，使得两片定位片连接处的连接方向和预设定向线方向一致；
S3、将二氧化碳充装至定向爆破装置；
S4、利用电导线连接的电起爆装置引爆激发器。
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