一种用于矿山、岩石或煤岩的二氧化碳爆破结构及方法与流程

本发明涉及一种用于矿山、岩石或煤岩的二氧化碳爆破结构及方法，属于矿山矿体开采技术领域。

背景技术：

在传统的矿山、岩石或煤岩采集作业中，预防和控制采掘工作面瓦斯爆炸的方法主要是杜绝井下明火的产生，并加大矿井下的通风量以稀释瓦斯浓度达到安全标准。上述方法在一定程度上降低了瓦斯爆炸的概率，但是，在采掘工作面放炮过程中，不可避免地会产生大量的煤尘和瓦斯涌出，且传统的放炮过程会产生火花，潜在爆炸的风险，对矿井及井下人员造成潜在的威胁。

为此，十九世纪六十年代初在一些采矿业发达的国家开始研究应用高压气体爆破方法，美国的埃多克斯公司最先研制成功了液态二氧化碳爆破筒，其原理为：在爆破筒内灌装液态二氧化碳，并在爆破筒中设置起爆装置，所述起爆装置可为电击发或炸药击发，击发后液态二氧化碳瞬间气化膨胀并产生高压，体积膨胀600倍以上，从而达到爆破的效果。此方法相较于传统的爆破方法，安全性获得了较大的提高，但是，电能起爆或者炸药起爆在高爆炸性气体环境下使用就是一种危险，具有一定的危险性，同时，此类爆破方法还存在着爆破范围小的缺点，难以满足实际需要。

因此，亟需一种爆破范围大且安全性好的用于矿山、岩石或煤岩的二氧化碳爆破结构及方法。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种爆破范围大且安全性好的用于矿山、岩石或煤岩的二氧化碳爆破结构及方法，以解决现有技术中存在的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种用于矿山、岩石或煤岩的二氧化碳爆破结构，包括钻设于石体上的炮孔，在所述炮孔内注入有液态二氧化碳，所述炮孔的上部通过封孔器封堵，在所述封孔器上密封贯穿插设有注油管，该注油管的上端口与液压源连接，在所述炮孔中设有由液压能引爆的二氧化碳震裂装置，所述二氧化碳震裂装置的引爆液压接口与所述注油管的下端口连接。

进一步优化地，在所述封孔器上设有二氧化碳注入通孔。

进一步优化地，所述封孔器包括中心柱体，所述注油管纵向穿插于所述中心柱体中，所述二氧化碳注入通孔纵向设置于所述中心柱体中，在所述二氧化碳注入通孔的外孔口处设有内螺纹并旋入一封堵螺栓，在所述中心柱体上还插设有注水管；在所述中心柱体的侧壁上设有若干排水孔；在所述中心柱体外锁箍有弹性膨胀套，所述注水管通过排水孔与所述弹性膨胀套的内腔相连通；所述注水管的上管口与高压水源相连接。

进一步优化地，所述二氧化碳震裂装置包括上下相对连接固定的起爆部件和释放部件，在所述释放部件和起爆部件间夹设有破裂部件，所述释放部件的上端开口向内形成释放腔，在所述释放腔四周的侧壁上设有多个与外界连通的径向释放孔；所述起爆部件的下端开口向内形成起爆腔，在所述起爆腔内滑配设有可上下滑动的隔离件，该隔离件与所述起爆腔的内壁密封设置，在所述起爆腔顶端的顶壁上设有引爆液压接口，在所述隔离件下侧的起爆腔中注入有液态二氧化碳；在所述起爆部件的侧壁上设有灌注接口，在所述灌注接口上螺纹连接有灌注螺塞。

进一步优化地，所述破裂部件包括破裂片和橡胶垫圈，所述起爆腔的下端口处直径变大形成台肩，在该直径变大处设有内螺纹，在所述释放部件的上端设有外螺纹，所述外螺纹旋入所述内螺纹中，所述破裂部件夹设于所述台肩和所述释放部件的上端端口之间，所述橡胶垫圈夹设于所述台肩和破裂片之间。

一种用于矿山、岩石或煤岩的二氧化碳爆破方法，其步骤包括：

第一步：布孔，根据将要爆破石体的形状及尺寸，布设炮孔的位置；

第二布：钻孔，在布设好的位置进行钻孔，该炮孔的孔径为7-28cm，该炮孔的深度为6-20m；

第三布：安装爆破装置，将穿插有注油管和设有二氧化碳注入通孔的封孔器准备妥当，将注油管的上端与液压源连接，在注油管的下端连接有由液压能引爆的二氧化碳震裂装置，将所述二氧化碳震裂装置及封孔器放入所述炮孔中，并使所述封孔器将炮孔封堵；

第四步：灌装液态二氧化碳，自所述二氧化碳注入通孔向炮孔内注入液态二氧化碳，注入完毕后，将所述二氧化碳注入通孔封闭；

第五步：击发，向所述注油管中通入高压油液，引爆所述二氧化碳震裂装置，进而引爆所述炮孔内的液态二氧化碳；

第六步：回收爆破装置。

进一步优化地，所述封孔器包括中心柱体，所述注油管纵向穿插于所述中心柱体中，所述二氧化碳注入通孔纵向设置于所述中心柱体中，在所述二氧化碳注入通孔的外孔口处设有内螺纹并旋入一封堵螺栓，在所述中心柱体上还插设有注水管；在所述中心柱体的侧壁上设有若干排水孔；在所述中心柱体外锁箍有弹性膨胀套，所述注水管通过排水孔与所述弹性膨胀套的内腔相连通；所述注水管的上管口与高压水源相连接。

进一步优化地，所述二氧化碳震裂装置包括上下相对连接固定的起爆部件和释放部件，在所述释放部件和起爆部件间夹设有破裂部件，所述释放部件的上端开口且向内形成释放腔，在所述释放腔四周的侧壁上设有多个与外界连通的径向释放孔；所述起爆部件的下端开口且向内形成起爆腔，在所述起爆腔内滑配设有可上下滑动的隔离件，该隔离件与所述起爆腔的内壁密封设置，在所述起爆腔顶端的顶壁上设有引爆液压接口，在所述隔离件下侧的起爆腔中注入有液态二氧化碳；在所述起爆部件的侧壁上设有灌注接口，在所述灌注接口上螺纹连接有灌注螺塞。

进一步优化地，所述破裂部件包括破裂片和橡胶垫圈，所述起爆腔的下端口处直径变大形成台肩，在该直径变大处设有内螺纹，在所述释放部件的上端设有外螺纹，所述外螺纹旋入所述内螺纹中，所述破裂部件夹设于所述台肩和所述释放部件的上端端口之间，所述橡胶垫圈夹设于所述台肩和破裂片之间。

进一步优化地，所述封孔器的高度为2-3.5m。

本发明的有益效果是：

1.本发明中，将所述二氧化碳震裂装置与所述液压源连通，在高压油液的推动下，所述二氧化碳震裂装置中的液态二氧化碳的压强达到一定的程度后，会爆破喷出并迅速发生相变形成大量的气态二氧化碳，排出的大量气态二氧化碳对所述炮孔内的液态二氧化碳产生冲击，使其高压气化，产生范围更广、强度更大的爆炸。

2.本发明在使用过程中，将液压能转化为液态二氧化碳的相变势能，没有使用到电能或炸药，完全不会产生高温或火花，具有非常优秀的安全性。

综上，本发明具有爆破范围大且安全性好的优点，适于广泛推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中二氧化碳震裂装置的结构示意图。

图3为本发明中中心柱体的立体结构示意图。

图4为本发明中封孔器的立体结构示意图。

图中，1、炮孔，2、液态二氧化碳，3、封孔器，4、注油管，5、液压源，6、二氧化碳震裂装置，7、引爆液压接口，8、二氧化碳注入通孔，9、中心柱体，10、封堵螺栓，11、注水管，12、弹性膨胀套，13、排水孔，14、高压水源，15、起爆部件，16、释放部件，17、释放腔，18、释放孔，19、起爆腔，20、隔离件，21、灌注接口，22、灌注螺塞，23、破裂片，24、橡胶垫圈，25、台肩，26、石体。

具体实施方式

为能清楚说明本发明技术方案的技术特点，下面通过具体实施例，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

实施例一

如图1-4所示，本实施例提供了一种用于矿山、岩石或煤岩的二氧化碳爆破结构，包括钻设于石体26上的炮孔1，在所述炮孔1内注入有液态二氧化碳2，所述炮孔1的上部通过封孔器3封堵，在所述封孔器3上密封贯穿插设有注油管4，该注油管4的上端口与液压源5连接，在所述炮孔1中设有由液压能引爆的二氧化碳震裂装置6，所述二氧化碳震裂装置6的引爆液压接口7与所述注油管4的下端口连接；在所述封孔器3上设有二氧化碳注入通孔8；所述封孔器3包括中心柱体9，所述注油管4纵向穿插于所述中心柱体9中，所述二氧化碳注入通孔8纵向设置于所述中心柱体9中，在所述二氧化碳注入通孔8的外孔口处设有内螺纹并旋入一封堵螺栓10，在所述中心柱体9上还插设有注水管11；在所述中心柱体9的侧壁上设有若干排水孔13；在所述中心柱体9外锁箍有弹性膨胀套12，所述注水管11通过排水孔13与所述弹性膨胀套12的内腔相连通；所述注水管11的上管口与高压水源14相连接；所述二氧化碳震裂装置6包括上下相对连接固定的起爆部件15和释放部件16，在所述释放部件16和起爆部件15间夹设有破裂部件，所述释放部件16的上端开口且向内形成释放腔17，在所述释放腔17四周的侧壁上设有多个与外界连通的径向释放孔18；所述起爆部件15的下端开口且向内形成起爆腔19，在所述起爆腔19内滑配设有可上下滑动的隔离件20，该隔离件20与所述起爆腔19的内壁密封设置，在所述起爆腔19顶端的顶壁上设有引爆液压接口7，在所述隔离件20下侧的起爆腔19中注入有液态二氧化碳2；在所述起爆部件15的侧壁上设有灌注接口21，在所述灌注接口21上螺纹连接有灌注螺塞22；所述破裂部件包括破裂片23和橡胶垫圈24，所述起爆腔19的下端口处直径变大形成台肩25，在该直径变大处设有内螺纹，在所述释放部件16的上端设有外螺纹，所述外螺纹旋入所述内螺纹中，所述破裂部件夹设于所述台肩25和所述释放部件16的上端端口之间，所述橡胶垫圈24夹设于所述台肩25和破裂片23之间。

实施例二

如图1-4所示，本实施例提供了一种用于矿山、岩石或煤岩的二氧化碳爆破方法，其步骤包括：

第一步：布孔，根据将要爆破石体26的形状及尺寸，布设炮孔1的位置；

第二布：钻孔，在布设好的位置进行钻孔，该炮孔1的孔径为7-28cm，该炮孔1的深度为6-20m；

第三布：安装爆破装置，将穿插有注油管4和设有二氧化碳注入通孔8的封孔器3准备妥当，将注油管4的上端与液压源5连接，在注油管4的下端连接有由液压能引爆的二氧化碳震裂装置6，将所述二氧化碳震裂装置6及封孔器3放入所述炮孔1中，并使所述封孔器3将炮孔1封堵；

第四步：灌装液态二氧化碳，自所述二氧化碳注入通孔8向炮孔1内注入液态二氧化碳，注入完毕后，将所述二氧化碳注入通孔8封闭；

第五步：击发，向所述注油管4中通入高压油液，引爆所述二氧化碳震裂装置6，进而引爆所述炮孔1内的液态二氧化碳2；

第六步：回收爆破装置。

该爆破方法中所用封孔器3、二氧化碳震裂装置6及破裂部件均与实施例一中相同，在此不再累述。

在本实施例一和实施例二中，所述二氧化碳震裂装置6通过注油管4连接于所述封孔器3上，在使用时，将所述二氧化碳震裂装置6及封孔器3放入所述炮孔1中。将所述注水管11与高压水源14连接，高压水经过设于中心柱体9侧壁上的排水孔13进入所述弹性膨胀套12中，使其膨胀至塞满所述炮孔1，即可将所述封孔器3封堵固定于所述炮孔1中。在所述中心柱体9上还设有二氧化碳注入通孔8，向该二氧化碳注入通孔8中通入液态二氧化碳后，将所述封堵螺栓10将所述二氧化碳注入通孔8封闭；在所述起爆腔19内滑配设有可上下滑动的隔离件20，可将上侧的高压油液及下方的液态二氧化碳隔开，且可对液态二氧化碳进行推压；该隔离件20与所述起爆腔19的内壁密封设置，如此设计，防止了所述高压油液与液态二氧化碳相混合；所述破裂片23和橡胶垫圈24的设计，可使所述起爆腔19的下端口密封；当所述起爆腔19中的液态二氧化碳2的压强达到一定的程度时，所述破裂片23会破裂，起爆腔19中的液态二氧化碳2喷出并迅速发生相变形成大量的气态二氧化碳，所述排出的大量气态二氧化碳经过释放孔18对所述炮孔内的液态二氧化碳2产生冲击，使其高压气化，产生范围更广、强度更大的爆炸。

该爆破方法的孔径为7-28cm、深度为6-20m，相较于现有炮孔，在孔径和深度上均较大，使其存储更多的液态二氧化碳，具有更大的爆破威力。

综上，本实施例一和实施例二具有爆破范围大且安全性好的优点，适于广泛推广应用。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。