一种基于CO₂液气相变的块石破碎方法

一种基于CO₂液气相变的块石破碎方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于CO2液气相变的块石破碎方法，属于岩石破碎技术技术领域；对将要破碎的块石进行测量或目测，确定基本形状及尺寸；布孔可以根据实际情况进行调整，基本原则为每八立方块石布设一个钻孔；钻孔尽量布设成垂直或稍倾斜面，并尽量布设在块石的宽边，孔深原则上不超过两米；灌装二氧化碳；该步骤可以视情况，于前三步的任一阶段进行；用灌装机向管体内灌注高压液态二氧化碳；灌装时，必须要确保先将管体内的碴子清除，用液态二氧化碳清洗并排空管体内的空气；它结构设计合理，器材少，携带方便，操作容易，单人可完成作业；非炸药，非机械；安全效应好，零飞石，无振动，无冲击破坏；成本低，装置可重复使用；效率高，操作灵活性好。
【专利说明】
_种基于002液气相变的块石破碎方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及岩石破碎技术领域，具体涉及一种基于CO2液气相变的块石破碎方法。【背景技术】:
[0002]出于安全考虑，我国矿山开采强制推行台阶爆破，从此台阶爆破技术得到了飞速发展。矿山台阶爆破技术应用中，往往会产生大量的大块岩石;而钻孔孔径越大，爆破下来的岩石块度就越大。对于爆破下来的大块岩石的破碎，通常采用的方法有二次爆破法、机械破碎法、人工法等。其中，爆破法极易产生飞石危害，安全性极差，已经被普遍淘汰;机械法主要靠液压破碎锤，其主要缺点是成本高、效率低;而人工法则效率极低，劳动强度极大。
[0003]在道路、桥梁、隧道等基础工程施工中，在抗震救灾打通生命通道时，往往也会碰到少量的块石或孤石需要破碎。而此时，会因为工程量少(如工程施工中偶遇的块石)而无法采用爆破方法也不可能采用机械的方法;或者会因为交通不便(如抗震救灾)机械根本无法接近而放弃机械法，等等。

【发明内容】

[0004]针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种结构设计合理、操作方便、加工效率高且安全可靠的基于CO2液气相变的块石破碎方法。
[0005]本发明的一种基于CO2液气相变的块石破碎方法，它分为两种情况，一是钻孔块石破碎方法:
[0006]第一步:布孔;对将要破碎的块石进行测量或目测，确定基本形状及尺寸;布孔可以根据实际情况进行调整，基本原则为每八立方块石布设一个钻孔;钻孔尽量布设成垂直或稍倾斜面，并尽量布设在块石的宽边，孔深原则上不超过两米；
[0007]第二步:钻孔;按布设的孔位、角度和深度进行钻孔；
[0008]第三步:验孔;用卷尺或木棍检查钻孔的深度和角度，并确保钻孔孔内不出现异物堵塞，如有堵塞需导通；
[0009]第四步:灌装二氧化碳;该步骤可以视情况，于前三步的任一阶段进行；用灌装机向管体内灌注高压液态二氧化碳;灌装时，必须要确保先将管体内的碴子清除，用液态二氧化碳清洗并排空管体内的空气；
[0010]第四步:安装块石破碎装置;将灌装二氧化碳的管体放入钻孔内，将接线触点的线引出，专用检测仪表测定导通情况，用现场的钻肩将钻孔堵塞好；
[0011]第五步:击发;将一次需要破碎的块石孔外的引出线连接成串联回路，用专用检测仪表测定导通情况，用专用击发器击发；
[0012]第六步:检查破碎效果;击发完成后，需要进行效果检查，确认破碎质量;检查破碎效果时，首先是从远处直接观察判定是否破碎，是否存在安全隐患(如岩石不稳易滚动等)；当确定块石未破碎或者装置未动作时，需要查明原因，并采取必要的处置措施；当确定无安全隐患时，可以慢慢接近现场检查破碎质量。
[0013]第七步撤收块石破碎装置;块石破碎装置完成喷射，经上述检查效果后，可以撤收该装置;撤收装置时，需要回收专用击发器、导线和块石破碎装置；
[0014]二是无法钻孔的块石破碎方法:
[0015]—、选点:
[0016]观察该块石的周围情况，确定好一个能够放置块石破碎装置的位置，或者用锹或镐挖掘出一个空间位置。
[0017]二、安装块石破碎装置:
[0018]将块石破碎装置放置于先好的地点，并尽量用就便的岩土堵填好，要求做到少空隙。
[0019]三、击发:
[0020]将一次需要破碎的块石孔外的引出线连接成串联回路，用专用检测仪表测定导通情况，用专用击发器击发。
[0021]四、检查破碎效果:
[0022]击发完成后，需要进行效果检查，确认破碎质量；
[0023]检查破碎效果时，首先是从远处直接观察判定是否破碎，是否存在安全隐患(如岩石不稳易滚动等)；当确定块石未破碎或者装置未动作时，需要查明原因，并采取必要的处置措施;当确定无安全隐患时，可以慢慢接近现场检查破碎质量。
[0024]五、撤收块石破碎装置:
[0025]块石破碎装置完成喷射，经上述检查效果后，可以撤收该装置;撤收装置时，需要回收专用击发器、导线和块石破碎装置。
[0026]作为优选，所述的块石破碎装置包含接线触点、击发器、液体二氧化碳、管体、锥头、喷射口、压力阀、灌注口、提环;所述的管体内设有液体二氧化碳;所述的管体内设有击发器;所述的击发器的一端与管体的端部连接;所述的击发器与管体的连接处设有接线触点;所述的接线触点的一侧设有灌注口；所述的接线触点的外侧设有提环;所述的管体的另一端设有锥头;所述的锥头的内侧设有压力阀;所述的压力阀的外侧设有喷射口。
[0027]所述的接线触点作用是将击发器线路的二个脚线引出，外界的电能通过该接线触点向管体里的击发器输送；
[0028]所述的击发器用是为二氧化碳液-气相变提供能量，通过击发器的动作可以实现二氧化碳由液态向气态的转变;击发器的形式可以为基于火药式的，可以是基于电磁加热式的，也可以是基于铝热效应式的，还可以是基于电加热式的；
[0029]所述的液体二氧化碳其压力较大，可达十多兆帕；采用灌装机通过灌注孔加压灌装进来的；
[0030]所述的管体由特种材料制作而成(可以是特种钢，也可以是特种复合材料)，强度相当大，主要作用是用于盛装液体二氧化碳和击发器，并为二氧化碳相变提供成长空间和强度；
[0031]所述的锥头由特种材料制作而成，其主要作用有三个，一是通过螺纹连接用于封堵管体的下端，二是用于安放压力阀和带角度(30-70度)的喷射孔，三是利于装置梭入孔底或者插入地面/岩石缝隙内。
[0032]作为优选，所述的喷射口设置于锥头内，有两至四条喷射通道，通道一端通过压力阀与管体相连，通道另一端直接通到外面;主要作用是将高压二氧化碳气体喷射到外面进行破碎块石；
[0033]所述的压力阀是一个只能承载一定压力(如150MPa)的复合材料板形结构，安装于锥头内；当管体内的二氧化碳气体压力达到压力阈值后，压力阀破裂，高压气体进入喷射通道；
[0034]所述的灌注口用于向管体内灌装高压液态二氧化碳；
[0035]所述的提环用于人员操作，搬运块石破碎装置。
[0036]所述的块石破碎装置的的尺寸规格可以变化，根据需要进行定型。以直径90mm的钻孔为例，块石破碎装置的长度约为60cm，其外径约为75mm，其管体的壁厚约为8mm。
[0037]本发明基于二氧化碳液-气相变原理的，液态二氧化碳通过激发以后变成气态，标准状态下(温度约15度，压力约I个大气压)其体积会增大约600-1000倍，利用二氧化碳液气相变产生大量气体的这一特性，可以制作一种盛装液态二氧化碳的装置，将该装置安装于事先设计并钻凿好的炮孔内，通过简易击发器完成其液气相变，利用相变产生的大量气体来破碎大块岩石。
[0038]本发明的有益效果:它结构设计合理，器材少，携带方便，操作容易，单人可完成作业;非炸药，非机械;安全效应好，零飞石，无振动，无冲击破坏;成本低，装置可重复使用;效率高，操作灵活性好。
【附图说明】
[0039]为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
[0040]图1是本发明中钻孔块石破碎方法的示意图；
[0041 ]图2是本发明中无法钻孔块石破碎方法的示意图；
[0042]图3是本发明中块石破碎装置的示意图；
[0043]图中:
[0044]A-块石破碎装置;B—块石;C-钻孔;D-引出线；I—接线触点；2—击发器;3—液体二氧化碳;4一管体;5—锥头;6—喷射口 ； 7-压力阀;8—灌注口 9一提环。
【具体实施方式】
[0045]如图1至图3所示，本【具体实施方式】采用以下技术方案:它分为两种情况，一是钻孔块石破碎方法(如图1):
[0046]第一步:布孔;对将要破碎的块石B进行测量或目测，确定基本形状及尺寸;布孔可以根据实际情况进行调整，基本原则为每八立方块石布设一个钻孔C;钻孔尽量布设成垂直或稍倾斜面，并尽量布设在块石的宽边，孔深原则上不超过两米；
[0047]第二步:钻孔;按布设的孔位、角度和深度进行钻孔；
[0048]第三步:验孔；用卷尺或木棍检查钻孔的深度和角度，并确保钻孔孔内不出现异物堵塞，如有堵塞需导通；
[0049]第四步:灌装二氧化碳;该步骤可以视情况，于前三步的任一阶段进行；用灌装机向管体内灌注高压液态二氧化碳;灌装时，必须要确保先将管体内的碴子清除，用液态二氧化碳清洗并排空管体内的空气；
[0050]第四步:安装块石破碎装置A;将灌装二氧化碳的管体放入钻孔内，将接线触点的线引出，专用检测仪表测定导通情况，用现场的钻肩将钻孔堵塞好；
[0051]第五步:击发;将一次需要破碎的块石孔外的引出线D连接成串联回路，用专用检测仪表测定导通情况，用专用击发器击发；
[0052]第六步:检查破碎效果;击发完成后，需要进行效果检查，确认破碎质量;检查破碎效果时，首先是从远处直接观察判定是否破碎，是否存在安全隐患；当确定块石未破碎或者装置未动作时，需要查明原因，并采取必要的处置措施；当确定无安全隐患时，可以慢慢接近现场检查破碎质量。
[0053]第七步:撤收块石破碎装置A;块石破碎装置完成喷射，经上述检查效果后，可以撤收该装置;撤收装置时，需要回收专用击发器、导线和块石破碎装置A;
[0054]二是无法钻孔的块石破碎方法(如图2):
[0055]—、选点:
[0056]观察块石B的周围情况，确定好一个能够放置块石破碎装置的位置，或者用锹或镐挖掘出一个空间位置。
[0057]二、安装块石破碎装置A:
[0058]将块石破碎装置放置A于先好的地点，并尽量用就便的岩土堵填好，要求做到少空隙。
[0059]三、击发:
[0060]将一次需要破碎的块石孔外的引出线D连接成串联回路，用专用检测仪表测定导通情况，用专用击发器击发。
[0061]四、检查破碎效果:
[0062]击发完成后，需要进行效果检查，确认破碎质量；
[0063]检查破碎效果时，首先是从远处直接观察判定是否破碎，是否存在安全隐患；当确定块石未破碎或者装置未动作时，需要查明原因，并采取必要的处置措施；当确定无安全隐患时，可以慢慢接近现场检查破碎质量。
[0064]五、撤收块石破碎装置A:
[0065]块石破碎装置完成喷射，经上述检查效果后，可以撤收该装置;撤收装置时，需要回收专用击发器、导线和块石破碎装置。
[0066]如图3所示，其中，所述的块石破碎装置A包含接线触点1、击发器2、液体二氧化碳
3、管体4、锥头5、喷射口 6、压力阀7、灌注口 8、提环9;所述的管体4内设有液体二氧化碳3;所述的管体4内设有击发器2;所述的击发器2的一端与管体I的端部连接;所述的击发器2与管体I的连接处设有接线触点I;所述的接线触点I的一侧设有灌注口 8;所述的接线触点I的外侧设有提环9;所述的管体4的另一端设有锥头5;所述的锥头5的内侧设有压力阀7;所述的压力阀7的外侧设有喷射口 6。
[0067]所述的接线触点I作用是将击发器线路的二个脚线引出，外界的电能通过该接线触点向管体里的击发器输送;所述的击发器2作用是为二氧化碳液-气相变提供能量，通过击发器的动作可以实现二氧化碳由液态向气态的转变;击发器的形式可以为基于火药式的，可以是基于电磁加热式的，也可以是基于铝热效应式的，还可以是基于电加热式的；所述的液体二氧化碳3其压力较大，可达十多兆帕；采用灌装机通过灌注孔加压灌装进来的；所述的管体4由特种材料制作而成(可以是特种钢，也可以是特种复合材料)，强度相当大，主要作用是用于盛装液体二氧化碳和击发器，并为二氧化碳相变提供成长空间和强度;所述的锥头5由特种材料制作而成，其主要作用有三个，一是通过螺纹连接用于封堵管体的下端，二是用于安放压力阀和带角度(30-70度)的喷射孔，三是利于装置梭入孔底或者插入地面/岩石缝隙内。所述的喷射口 6设置于锥头5内，有两至四条喷射通道，通道一端通过压力阀7与管体4相连，通道另一端直接通到外面;主要作用是将高压二氧化碳气体喷射到外面进行破碎块石;所述的压力阀7是一个只能承载一定压力(如150MPa)的复合材料板形结构，安装于锥头内；当管体内的二氧化碳气体压力达到压力阈值后，压力阀破裂，高压气体进入喷射通道;所述的灌注口 8用于向管体内灌装高压液态二氧化碳;所述的提环9用于人员操作，搬运块石破碎装置;所述的块石破碎装置A的的尺寸规格可以变化，根据需要进行定型。以直径90mm的钻孔为例，块石破碎装置的长度约为60cm，其外径约为75mm，其管体的壁厚约为8mm ο
[0068]本【具体实施方式】结构设计合理，器材少，携带方便，操作容易，单人可完成作业;非炸药，非机械;安全效应好，零飞石，无振动，无冲击破坏;成本低，装置可重复使用;效率高，操作灵活性好。
[0069]实施例:
[0070]实例1:
[0071 ]湖北某露天采石场，岩石整体为弱风化石灰岩，正常生产采用的爆破参数为:钻孔直径90mm、台阶高20m、孔间距4m、排间距4.5m，二台全液压履带式钻机钻孔，每天爆破方量约5000方，装载机装岩。
[0072]该采石场爆破后的岩石块度普遍较大，最大块度达四米见方，由于当地安监部门不准采用炸药进行二次破碎，矿山上只能采用液压破碎锤进行破碎块石，块石破碎成本较高，接近甚至超过一次爆破成本，同时效率特别低。
[0073]采用基于二氧化碳相变的岩石破碎装置可以大大降低成本、提高效率。按照第一种操作方法的作业，按一台钻钻90_孔，四个工人每成二个小组负责操作块石破碎装置，按每天8小时不间断地循环破碎块石(除爆破短暂停止外)，钻好孔立即安装块石破碎装置，每个小组每10分钟可完成一个装置的作业，每个装置平均可破碎块石八方;每天则可实现破碎块石约800方的任务;其综合成本约为纯机械法的1/3，而效率为三台机械同时破碎的两倍以上。
[0074]实例2:
[0075]四川某次地震造成大量山体滑坡，唯一的救援通道-某县级公路被大量石块冲毁，巨大的孤石挡住了通路，而机械无法进入清障。
[0076]采用基于二氧化碳相变的岩石破碎装置可以快速破碎块石，迅速打开生命通道。按照第二种操作方法的作业，在安全地带实现二氧化碳的灌装，由人工背入滑坡地带，每个战士一次事背三个破碎装置;二名战士为一组，每30分钟可完成一个破碎装置的作业，平均破碎方量可达五方，每天按12小时计可完成约120方的块石破碎任务。
[0077]以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【主权项】
1.一种基于CO2液气相变的块石破碎方法，其特征在于钻孔块石破碎方法为: 第一步:布孔;对将要破碎的块石(B)进行测量或目测，确定基本形状及尺寸;布孔可以根据实际情况进行调整，基本原则为每八立方块石布设一个钻孔(C);钻孔尽量布设成垂直或稍倾斜面，并尽量布设在块石的宽边，孔深原则上不超过两米； 第二步:钻孔;按布设的孔位、角度和深度进行钻孔； 第三步:验孔；用卷尺或木棍检查钻孔的深度和角度，并确保钻孔孔内不出现异物堵塞，如有堵塞需导通； 第四步:灌装二氧化碳;该步骤可以视情况，于前三步的任一阶段进行；用灌装机向管体内灌注高压液态二氧化碳;灌装时，必须要确保先将管体内的碴子清除，用液态二氧化碳清洗并排空管体内的空气； 第四步:安装块石破碎装置(A);将灌装二氧化碳的管体放入钻孔内，将接线触点的线引出，专用检测仪表测定导通情况，用现场的钻肩将钻孔堵塞好； 第五步:击发;将一次需要破碎的块石孔外的引出线(D)连接成串联回路，用专用检测仪表测定导通情况，用专用击发器击发； 第六步:检查破碎效果;击发完成后，需要进行效果检查，确认破碎质量;检查破碎效果时，首先是从远处直接观察判定是否破碎，是否存在安全隐患；当确定块石未破碎或者装置未动作时，需要查明原因，并采取必要的处置措施；当确定无安全隐患时，可以慢慢接近现场检查破碎质量； 第七步撤收块石破碎装置(A);块石破碎装置完成喷射，经上述检查效果后，可以撤收该装置;撤收装置时，需要回收专用击发器、导线和块石破碎装置。2.根据权利要求1所述的一种基于CO2液气相变的块石破碎方法，其特征在于无法钻孔的块石破碎方法为: 一、选点:观察块石(B)的周围情况，确定好一个能够放置块石破碎装置的位置，或者用锹或镐挖掘出一个空间位置； 二、安装块石破碎装置(A):将块石破碎装置放置(A)于先好的地点，并尽量用就便的岩土堵填好，要求做到少空隙； 三、击发: 将一次需要破碎的块石孔外的引出线(D)连接成串联回路，用专用检测仪表测定导通情况，用专用击发器击发； 四、检查破碎效果:击发完成后，需要进行效果检查，确认破碎质量;检查破碎效果时，首先是从远处直接观察判定是否破碎，是否存在安全隐患；当确定块石未破碎或者装置未动作时，需要查明原因，并采取必要的处置措施；当确定无安全隐患时，可以慢慢接近现场检查破碎质量； 五、撤收块石破碎装置(A):块石破碎装置完成喷射，经上述检查效果后，可以撤收该装置;撤收装置时，需要回收专用击发器、导线和块石破碎装置(A)。3.根据权利要求1所述的一种基于CO2液气相变的块石破碎方法，其特征在于所述的块石破碎装置(A)包含接线触点(1)、击发器(2)、液体二氧化碳(3)、管体(4)、锥头(5)、喷射口(6)、压力阀(7)、灌注口(8)、提环(9);所述的管体(4)内设有液体二氧化碳(3);所述的管体(4)内设有击发器(2);所述的击发器(2)的一端与管体(I)的端部连接;所述的击发器(2)与管体(I)的连接处设有接线触点(I);所述的接线触点(I)的一侧设有灌注口(8);所述的接线触点(I)的外侧设有提环(9);所述的管体(4)的另一端设有锥头(5);所述的锥头(5)的内侧设有压力阀(7);所述的压力阀(7)的外侧设有喷射口(6)。4.根据权利要求3所述的一种基于CO2液气相变的块石破碎方法，其特征在于所述的喷射口( 6)设置于锥头(5)内，有两至四条喷射通道，通道一端通过压力阀(7)与管体(4)相连，通道另一端直接通到外面。
【文档编号】B02C19/18GK105833972SQ201610150491
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】李必红, 宋林辉, 辛燎原, 郭嘉, 严胜奇
【申请人】湖南天拓工程科技有限责任公司