CN108278937A - 一次性致裂用膨胀管及其致裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一次性致裂用膨胀管及其致裂方法，属于膨胀管技术领域，主要包括外壳和外壳两端的第一堵头和第二堵头，所述的外壳两端设有螺孔，第二堵头中心设有中心孔，所述的外壳内设有气体发生器，所述的气体发生器内设有气体发生剂，所述的气体发生器中部设有触发装置，所述的触发装置两端连接有导线，所述的导线穿过气体发生器两端，通过中心孔延伸至膨胀管外部，在使用时，将膨胀管放入钻孔内，用堵孔塞堵住孔口密封，再向膨胀管内充气，最后启动起爆器将气体发生剂引燃，使膨胀管爆破；本发明提供了一种体积小、便于运输、使用安全和威力可控等特点的一次性致裂用膨胀管，致裂方法简单，适用于矿山开采、石油开采、水力电力工程建设等领域。

Description

一次性致裂用膨胀管及其致裂方法

技术领域

本发明涉及膨胀管及其致裂方法技术领域，尤其涉及一种一次性致裂用的膨胀管及其致裂方法。

背景技术

传统的爆破均采用炸药爆破，其能量在有限空间内急剧释放，产生一个压力极高(可达数千MPa)并向外传播的冲击波，冲击波传播至远处衰减为地震波。爆破振动波的能量约占炸药爆炸释能的2％-6％，严重的爆破地震效应可导致岩石结构(如边坡)和建筑结构破坏，波及临近建筑及人员的生命安全。

目前，从矿山开采到修桥筑路及城市基础建设，主要的破岩方法还包括一种利用二氧化碳致裂的技术，其性能不稳定，致裂器结构复杂，配套设备多，操作繁复，反应时间不可控，用量不可控，可能带有充装阀飞出的风险等诸多隐患，因此迫切需要一种能够替代炸药或二氧化碳致裂器的爆破装置，保证碎岩的安全性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种结构简单、组装方便、易操作、体积小、便于运输、使用安全和威力可控等特点的一次性致裂用膨胀管及其致裂方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一次性致裂用膨胀管及其致裂方法，包括外壳和外壳两端的第一堵头和第二堵头，其中，所述的外壳两端设有螺孔，第二堵头中心设有中心孔，所述的外壳内设有气体发生器，所述的气体发生器内设有气体发生剂，所述的气体发生器中部设有触发装置，所述的触发装置两端连接有导线，所述的导线穿过气体发生器两端，通过中心孔延伸至膨胀管外部。

进一步地，靠近第二堵头的一侧设有堵孔塞，堵孔塞上设有三个通孔，分别为第一充填孔、第二充填孔和排气孔，所述的第一充填孔与所述第二堵头中心孔位置相对，并通过连接管连接。

进一步地，所述的第一堵头和第二堵头外壁面均设有第一外螺纹，第二堵头内壁面设有内螺纹，所述的第一外螺纹与外壳的螺孔相适配。

进一步地，所述的连接管为可拆卸安装，连接管一端外壁面设有第二外螺纹，与第二堵头内壁面的内螺纹相适应。

进一步地，所述的导线两端电连接电线，所述的电线设于膨胀管外部。

进一步地，所述的电线两端连接外置起爆器的正负两极。

进一步地，所述的外壳采用塑胶材料制作。

进一步地，膨胀管与地面钻孔间形成空腔。

进一步地，致裂方法包括以下步骤：

1)定位钻孔，钻孔直径为70cm-100cm，孔深3m-4m；

2)将膨胀管内的导线与电线连接；

3)膨胀管放入到钻孔内，第二堵头方向向上，第一堵头方向向下；

4)安装连接管，在钻孔表面放置堵孔塞，堵孔塞直径与钻孔内径相同，电线穿过连接管至堵孔塞上的第一充填孔外；

5)密封堵孔塞上的排气孔；

6)通过第一充填孔和第二充填孔分别给膨胀管和膨胀管与钻孔间的空腔充气；

7)充气完成后，密封第一充填孔和第二充填孔；

8)将钻孔外的电线串联，串联后的电线两端，其一端连接起爆器正极，另一端连接起爆器负极；

9)远程控制启动起爆器，起爆器通过电线传电至导线，导线引发触动装置与气体发生剂反应，气体发生剂温度升高，气体发生器温度也升高，将膨胀管内的空气和膨胀管与钻孔间的空气高温气化，从而发生膨胀，实现膨胀爆破。

本发明具有以下有益效果：本发明的膨胀管结构简单，体积小，便于运输；膨胀管无法单独被触发或独立工作，保证在储存运输及使用过程中安全；充入的空气体积可控，保证爆破的威力也可控，达到更好的爆破效果；起爆器连接电线控制气体膨胀能达到机械破坏的效果，不会产生振动、飞石、冲击波等危害；远程引爆膨胀管，保证了操作人员的安全。

附图说明

图1为本发明使用状态的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图。

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。

参照图1-2，一次性致裂用膨胀管，包括外壳1和外壳1两端的第一堵头2和第二堵头3，外壳1两端设有螺孔，第二堵头3中心设有中心孔，第一堵头2为完全密封，可以将膨胀管内的气体与膨胀管外的气体隔开，外壳1内设有气体发生器4，气体发生器4通过支架固定在外壳1内部，气体发生器4内设有气体发生剂5，气体发生器4中部设有触发装置6，触发装置6两端连接有导线7，导线7穿过气体发生器4两端，通过中心孔延伸至膨胀管外部，膨胀管使用时，竖向放入地面的钻孔8内，第二堵头3方向朝上。

如图1所示，靠近第二堵头3的一侧设有堵孔塞9，堵孔塞9设于钻孔8上方，用于密封钻孔8，膨胀管与钻孔8间形成空腔，堵孔塞9上设有三个通孔，分别为第一充填孔10、第二充填孔11和排气孔12，第一充填孔10与第二堵头3中心孔位置相对，并通过连接管13连接，连接管13为可拆卸安装，连接管13一端外壁面设有第二外螺纹130，与第二堵头内壁面的内螺纹30相适应，安装时，连接管13与第二堵头3螺接，方便拆卸。

第一堵头2和第二堵头3外壁面均设有第一外螺纹20，第二堵头3内壁面设有内螺纹30，第一外螺纹20与外壳的螺孔相适配。

导线7两端电连接电线，电线设于膨胀管外部，电线两端连接外置起爆器的正负两极。

外壳1采用塑胶材料制作，例如PVC、PP和PE等塑胶材料，保证制造成本低，重量轻，便于运输。

本发明的膨胀管为一次性用膨胀管，具体使用时，在需要破碎的岩石或矿石内钻若干个孔，孔的数量根据实际需要确定，将膨胀管放入，再用堵孔塞9将钻孔8密封，将导线7与电线连接，使电线外露在地面，再将外露的电线并联，两端连接起爆器，开启起爆器传电起爆，使周围的岩石机械破坏，可广泛用于矿山开采、石油开采、地质勘探和水力电力工程建设等领域，不适合炸药爆破领域，不能代替炸药作为震源。

膨胀管主要能量发生源为气体发生剂，开启起爆器后，触发装置启动，气体发生剂与膨胀管内充入的空气和钻孔内充入的空气迅速反应，使膨胀力急速上升，当膨胀力凝聚在最高力量点是，瞬间释放，达到膨胀的效果。膨胀管本身无法单独被触发或独立工作，必须配合介质才能发挥膨胀作用；另外，膨胀管经过试验表明，在经过大载荷碾压、碰撞、高空坠落和高温明火等外力的作用下，不会发生燃烧或爆炸等不安全现象，进一步表明，膨胀管的安全性能可靠；其中，充入的空气体积，可以根据实际情况设定，保证了本发明的膨胀管威力可控的特点。

本发明的膨胀管利用气体膨胀能发生技术，双耦合发生技术及综合能量调控技术，瞬间(20-30ms)产生大量气体，凝聚在最高力量点时瞬间释放气体膨胀威力，使周围介质(如岩石)发生巨大的机械破坏，实现爆破。

其中，膨胀能发生技术是一种基于破碎用的膨胀管，是膨胀能储存、触发、发生、控制及扩张的核心，膨胀管主要包括导线、触发装置、气体发生剂、气体发生器和堵头等部件，整体结构简单；双耦合发生技术主要增强膨胀管的能效比及安全性，膨胀管本身无法单独被触发或独立工作，必须基于导线7和触发装置6相关耦合介质的接触，才能发生膨胀或爆破；综合能量调控技术可以根据现场爆破要求和气体发生剂配比y与质量m、触发装置i、耦合介质种类k及耦合条件p等多种因素来进行综合调控的，如式(1)所示。

E＝E(y,m,I,k,p) (1)

以上综合的能量调控主要为了增加膨胀管使用时的安全性。

本发明的膨胀管最核心的特性为安全、可控、高效、环保和适应性。对于安全性，与传统的爆破方法相比，膨胀管的使用安全主要由膨胀能发生技术、耦合发生技术及能量调控技术共同决定，当其他一种或两种发生技术存在时，不能引起膨胀管爆破；膨胀管的能量发生源为气体发生剂，膨胀管在经过大载荷碾压、碰撞、高空坠落及高温明火等试验后不会发生燃烧、爆炸等不安全反应现象；膨胀管本身无法单独被触发或独立工作，保证膨胀管生产、储存、运输及使用过程中的安全性；能量调控技术的安全性可以根据使用条件及要求进行多因素综合调控(式1)，由于调控方式灵活、精度高，不会由于能量过剩产生额外伤害；对于可控性，膨胀管的能量可控、发生条件可控，能在使用较少的气体发生剂及耦合介质时产生较高的膨胀能，同样保证在储存、运输及使用过程中的安全性；对于高效性，膨胀管能使用较少的气体发生剂配合耦合介质，产生较高的膨胀能，达到较高的膨胀效果；对于环保性，膨胀管为一次性塑胶材料制成，爆炸后不会产生有毒有害的气体或物质；对于适应性，在一些条件复杂的情况下，传统炸药爆破难以使用或禁止使用时，本发明的膨胀管仍能安全使用。

膨胀管在使用时，先用炮机修面，创造自由工作面，按照自由工作面范围钻孔，钻孔参数大小根据现场具体情况设定，再按如下步骤实现爆破：

1)定位钻孔，钻孔直径为70cm-100cm，孔深3m-4m；

2)将膨胀管内的导线与电线连接；

3)膨胀管放入到钻孔内，第二堵头方向向上，第一堵头方向向下；

4)安装连接管，在钻孔表面放置堵孔塞，堵孔塞直径与钻孔内径相同，电线穿过连接管至堵孔塞上的第一充填孔外；

5)密封堵孔塞上的排气孔；

6)通过第一充填孔和第二充填孔分别给膨胀管和膨胀管与钻孔间的空腔充气；

7)充气完成后，密封第一充填孔和第二充填孔；

8)将钻孔外的电线串联，串联后的电线两端，其一端连接起爆器正极，另一端连接起爆器负极；

9)远程控制启动起爆器，起爆器通过电线传电至导线，导线引发触动装置与气体发生剂反应，气体发生剂温度升高，气体发生器温度也升高，将膨胀管内的空气和膨胀管与钻孔间的空气高温气化，从而发生膨胀，实现膨胀爆破。

本发明的膨胀管，能应用于以下范围：矿山开采、石油开采、地质勘探、道路与桥梁建设、水力电力工程建设、军事爆破等多种领域，在不适合使用炸药爆破时，还可以代替炸药作为震源。

膨胀管相对于传统爆破技术，具有如下特点：

1)具有本质的安全特性，从储存、运输、携带和使用等各方面均十分安全，实施过程无哑炮，安全警戒距离短，无安全隐患；

2)既可定向分裂又可延时控制，特别是在特殊环境下，如居民区、隧道、地铁、井下等环境，实施过程中无破坏性震动和冲击波，对周围环境无破坏性影响；

3)在石材开采中不破坏纹理结构，成材率和效率较高；

4)无需雷管、炸药，管理简便，操作易学；

5)在矿井下使用时，其性能更加突出，无论是高瓦斯矿井，冲击地压矿井、水文地质条件较复杂的矿井还是易自燃矿井均可应用；

6)更加省时省力，减少繁杂的报批审核程序和管理限制；

7)可根据施工现场情况，把膨胀管串并联接使用，根据临空面选用几支联接；

8)在应急抢险救援中，可将全部设施托运任何交通工具上，而雷管火药炸药等属管制物品，无此优势，可节约大量救援时间；

9)由于炸药雷管等对社会对环境有破坏性，必将控制更加严格，因此办理爆破手续周期较长，而采用气体膨胀管可随时进行膨胀分裂作业，满足工程建设的需要；

10)有效防止不法分子获取炸药机会从而影响社会安定及人民生命安全。

本发明的膨胀管使适用范围如下：

1)采矿业：露天矿的开采和矿井的掘进、回采、放顶、煤仓均可应用，如工作面的消突，消除冲击地压，石门揭煤，巷道底鼓治理，处理煤层断层，疏通煤仓等；

2)应急救援抢险：道路清障、堰塞湖处理、清除山体滑坡、泄洪，堤坝加固，更是矿井救护队的必备工具；

3)地铁与隧道及市政工程：强硬岩石的爆破和掘进，城市混凝土建筑物的定向爆破，道路壕沟的挖掘等；

4)水泥、钢铁、电力等行业：预热器、旋窖、炉窖钢渣等设备及设施的清堵，城市热电厂垃圾燃烧炉的结块处理，山区高压线路塔架底盘加固等；

5)地质勘探：野外钻探取样，各种石材、矿物开采和切割；

6)高寒地域：破冰，雪峰爆破，各种粉状块状物的疏松作业等；

7)水下工程：海底电缆和管道壕沟开挖，海底钻井爆破等。

本发明的膨胀管装置具有技术先进性与安全性，打破了常规爆破作业的理念、工艺，克服了长久以来无法解决的安全隐患；一方面本技术具备常见炸药爆破的基本功能，能够满足工程建设与矿山开采作业的基本需求；另一方面，基于其优越的技术先进性与安全性，本技术能够适应于各种复杂环境，甚至超越了炸药的使用范畴，在达到基本爆破、预裂的目的的同时，使得安全隐患降到最低限度。随着工程建设与矿山采掘作业环境的复杂化、工程技术本质安全化、社会安全最大化的不断深入，本技术将逐步取代传统炸药，而成为新形势下爆破的发展主线。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一次性致裂用膨胀管及其致裂方法，包括外壳和外壳两端的第一堵头和第二堵头，其特征在于：所述的外壳两端设有螺孔，第二堵头中心设有中心孔，所述的外壳内设有气体发生器，所述的气体发生器内设有气体发生剂，所述的气体发生器中部设有触发装置，所述的触发装置两端连接有导线，所述的导线穿过气体发生器两端，通过中心孔延伸至膨胀管外部。

2.根据权利要求1所述的一次性致裂用膨胀管，其特征在于，靠近第二堵头的一侧设有堵孔塞，堵孔塞上设有三个通孔，分别为第一充填孔、第二充填孔和排气孔，所述的第一充填孔与所述第二堵头中心孔位置相对，并通过连接管连接。

3.根据权利要求1所述的一次性致裂用膨胀管，其特征在于，所述的第一堵头和第二堵头外壁面均设有第一外螺纹，第二堵头内壁面设有内螺纹，所述的第一外螺纹与外壳的螺孔相适配。

4.根据权利要求2所述的一次性致裂用膨胀管，其特征在于，所述的连接管为可拆卸安装，连接管一端外壁面设有第二外螺纹，与第二堵头内壁面的内螺纹相适应。

5.根据权利要求1所述的一次性致裂用膨胀管，其特征在于，所述的导线两端电连接电线，所述的电线设于膨胀管外部。

6.根据权利要求5所述的一次性致裂用膨胀管，其特征在于，所述的电线两端连接外置起爆器的正负两极。

7.根据权利要求1所述的一次性致裂用膨胀管，其特征在于，所述的外壳采用塑胶材料制作。

8.根据权利要求1所述的一次性致裂用膨胀管，其特征在于，膨胀管与地面钻孔间形成空腔。

9.根据权利要求1所述的一次性致裂用膨胀管的致裂方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

1)定位钻孔，钻孔直径为70cm-100cm，孔深3m-4m；

2)将膨胀管内的导线与电线连接；

3)膨胀管放入到钻孔内，第二堵头方向向上，第一堵头方向向下；

4)安装连接管，在钻孔表面放置堵孔塞，堵孔塞直径与钻孔内径相同，电线穿过连接管至堵孔塞上的第一充填孔外；

5)密封堵孔塞上的排气孔；

6)通过第一充填孔和第二充填孔分别给膨胀管和膨胀管与钻孔间的空腔充气；

7)充气完成后，密封第一充填孔和第二充填孔；

8)将钻孔外的电线串联，串联后的电线两端，其一端连接起爆器正极，另一端连接起爆器负极；

9)远程控制启动起爆器，起爆器通过电线传电至导线，导线引发触动装置与气体发生剂反应，气体发生剂温度升高，气体发生器温度也升高，将膨胀管内的空气和膨胀管与钻孔间的空气高温气化，从而发生膨胀，实现膨胀爆破。