本发明涉及一种气体爆破方法，尤其涉及一种基于v形切槽的直接注入式定向气体爆破方法。
背景技术：
气体爆破技术是利用液态气体(目前二氧化碳气体相对比较安全且市场容易购买价格低廉；多选二氧化碳为爆破辅材)受热汽化膨胀，快速释放高压气体断裂、松动岩石，与炸药爆破相比具有安全性高、破坏性小和污染少等特点，为矿山安全开采和松动提供有利帮助。因此广泛适用于各类矿山(石子矿、铁矿、煤矿、金矿等)、隧道、坑道、壕沟崛起、道路建设、冻土层松动等等工程。
目前气体爆破技术采用的设备是气体爆破管，包括充气结构、引爆结构、膨胀介质储存结构和密封结构，其中膨胀介质储存结构主要是钢管或钢瓶结构。这种膨胀介质储存结构，由于其各个方向的强度和受力相同，对岩体造成的破裂方向具有不确定性，难以控制岩石爆破过程中裂缝的扩展方向，且膨胀介质储存结构在爆破之后发生严重的变形和破损，难以返修重复使用，增加了爆破成本。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种基于v形切槽的直接注入式定向气体爆破方法，本发明能够有效控制岩石气体爆破过程中裂缝的扩展方向，保证在岩石在气体爆破过程中沿着预定破裂方向形成平整度较高的贯穿裂缝，且操作简单，工作效率高，节约经济成本。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于v形切槽的直接注入式定向气体爆破方法，包括以下步骤：
1)根据爆破设计方案在开挖轮廓线上进行钻孔作业；
2)在炮孔壁上沿预定破裂方向切出两个v形切槽；
3)在炮孔中安装有发热封孔装置，然后通过发热封孔装置将液态气体注入到炮孔中；
4)发热封孔装置连接有并联元件，并通过并联连接元件将发热封孔装置进行并联；
5)接通电源进行起爆。
优选的，所述步骤2)中所述v形切槽的深度与炮孔直径按比例相匹配。
优选的，所述步骤2)中所述v形切槽的顶角在35°-45°之间，且v形切槽顶角的角平分线与预定破裂方向重合。
优选的，所述步骤3)中所述发热封孔装置包括封孔器、连接件和发热管，所述封孔器底部与连接件相连，并与连接件一体成型，所述封孔器与连接件中间开有充液通道，所述充液通道在连接件的一侧开设有出口，所述充液通道的另一侧在封孔器中安装有二进四出电线连接器，所述二进四出电线连接器的输入端连接有电源入口插孔，所述二进四出电线连接器的一个输出端连接有电源出口插孔，所述连接件的下方在发热管中设有转接头，所述转接头连接二进四出电线连接器的另一输出端，所述连接件安装在发热管中，所述发热管底部装填发热剂，所述发热剂上方安装有密封塞，所述密封塞内部贯穿点火电线，所述点火电线的输出端连接有电热丝，且点火电线的输入端与转接头连接。
优选的，所述封孔器直径和炮孔直径按比例相匹配。
优选的，所述封孔器两侧有两个倒v形凸起，倒v形凸起尺寸和v形切槽尺寸按比例相匹配。
优选的，所述充液通道中部安装有单向阀，所述单向阀的流向为自上而下。
优选的，所述步骤4)中所述并联连接元件包括并联导线和并联插头，所述并联导线两端连接并联插头。
本发明的有益效果是：
1)本发明在进行气体爆破之前在炮孔壁上沿预定破裂方向切出两个v形切槽，起爆之后液态气体受热汽化膨胀，对孔壁产生巨大的压力，气体压力使得v形切槽尖端产生应力集中区的同时，又使得v形切槽根部附近产生压应力和低拉应力区(亦称裂纹生长抑制区)，在这两个力学效应的作用下，裂纹从切槽尖端开始向前沿预定破裂方向延伸扩展，并且抑制了裂纹在其它位置和方向上的生成，本发明能够有效控制岩石气体爆破过程中裂缝的扩展方向，保证在岩石在气体爆破过程中沿着预定破裂方向形成平整度较高的贯穿裂缝。
2)本发明在发热封孔装置内部设置各种电路元件，使用时只需使用并联连接元件进行简单的连接，操作简单，避免了现场的连线混乱，工作效率高。
3)本发明通过发热封孔装置中的充液通道的将液态气体直接注入到炮孔中，将炮孔作为膨胀介质储存结构，可以避免使用传统气体爆破中钢管或钢瓶等形式的膨胀介质储存结构，不仅降低了爆破器材的生产制造难度，而且发热封孔装置可以重复使用，节约经济成本。
附图说明
图1为本发明一种基于v形切槽的直接注入式定向气体爆破方法流程图；
图2为本发明v形切槽示意图；
图3为本发明发热封孔装置的结构示意图；
图4为本发明发热封孔装置内部电路电流流向示意图；
图5为本发明并联连接元件的结构示意图；
图6为本发明爆破案例中气体爆破示意图；
图7为本发明爆破案例中气体爆破俯视图。
图中：1、炮孔，2、v形切槽，3、发热管，4、密封塞，5、连接件，6、封孔器，7、单向阀，8、充液通道，9、电源出口插孔，10、二进四出电线连接器，11、电源入口插孔，12、倒v形凸起，13、转接头，14、点火电线，15、电热丝，16、发热剂，17、并联插头，18、并联导线，19、一号炮孔，20、二号炮孔，21、三号炮孔，22、四号炮孔，23、五号炮孔，24、电源输出插头，25、电源输送电线，26、电源输出端口，27、电源控制开关。
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1-5，一种基于聚能预处理的直接注入式定向气体爆破方法，包括以下步骤：
1)根据爆破设计方案在开挖轮廓线上进行钻孔作业；
2)在炮孔1壁上沿预定破裂方向切出两个v形切槽2；
3)在炮孔中安装有发热封孔装置，然后通过发热封孔装置将液态气体注入到炮孔中；
4)发热封孔装置连接有并联元件，并通过并联连接元件将发热封孔装置进行并联；
5)接通电源进行起爆。
所述步骤2)中所述v形切槽2的深度与炮孔1直径按照0.3：1的比例相匹配，因为v形切槽2深度过小会使得定向效果降低，而v形切槽2深度过大则会使得切槽效率降低。
所述步骤2)中所述v形切槽2的顶角在35°-45°之间，因为根据断裂力学观点,尖锐的切槽能够有利于实现岩石的低应力脆断，且v形切槽2顶角的角平分线与预定破裂方向重合，能够进一步保证裂缝沿预定破裂方向生成。
所述步骤3)中所述发热封孔装置包括封孔器6、连接件5和发热管3，所述封孔器6底部与连接件5相连，并与连接件5一体成型，所述封孔器6与连接件5中间开有充液通道8，所述充液通道8在连接件5的一侧开设有出口，所述充液通道8的另一侧在封孔器6中安装有型号为zq-2的二进四出电线连接器10，其中，二进是指一正一负组成一个输入端，四出是指一正一负组成一个输出端，共有两个输出端，所述二进四出电线连接器10的输入端连接有电源入口插孔11，所述二进四出电线连接器10的一个输出端连接有电源出口插孔9，所述连接件5的下方在发热管3中设有转接头13，所述转接头13连接二进四出电线连接器10的另一输出端，所述连接件5安装在发热管3中，所述发热管3底部装填发热剂16，所述发热剂16上方安装有密封塞4，所述密封塞4内部贯穿点火电线14，所述点火电线14的输出端连接有电热丝15，且点火电线14的输入端与转接头13连接。
所述封孔器6直径和炮孔直径按照1.05：1的比例相匹配，能够将封孔器6卡紧在孔口。
所述封孔器6两侧有两个倒v形凸起12，倒v形凸起12顶角和和v形切槽2顶角相等，倒v形凸起12高度和v形切槽2深度按照1.05：1的比例相匹配，能够防止气体从v形切槽2逸散泄漏。
所述充液通道8中部安装有单向阀7，所述单向阀7的流向为自上而下。
所述步骤4)中所述并联连接元件包括并联导线18和并联插头17，所述并联导线18两端连接并联插头17。
爆破案例
在开挖轮廓线上基于v形切槽进行直接注入式定向气体爆破，参照图1-7，包括以下步骤：
1)在某岩石坚固系数为13.0的实际爆破工程中，沿开挖轮廓线上钻出一排炮孔，分别为一号炮孔19、二号炮孔20、三号炮孔21、四号炮孔22和五号炮孔23，孔深为3.0m，孔径为40mm，孔距为1.0m；
2)在每个炮孔的孔壁上沿预定破裂方向切出两个v形切槽2，v形切槽2的深度为12mm，v形切槽2的顶角为40°，且v形切槽2顶角的角平分线与预定破裂方向重合。
3)选用封孔器6直径为42mm的发热封孔装置，在封孔器6两侧设置两个倒v形凸起12，倒v形凸起12的顶角为40°，高度为12.6mm，将固体粉末状发热剂16原料，按质量百分比为高氯酸钙：硝酸钠：淀粉：十二烷基苯本磺酸钠：黄杨木粉：干法木纤维：氟化钙：铝粉：酚醛树脂＝15％：45％：14％：4％：4％：5％：5％：5％：3％的比例混合均匀得到发热剂16，并装填到发热管3中，将电热丝15放入发热剂16中的同时在发热剂16上方安装密封塞4，之后将点火电线14连接转接头13，再将连接件5安装在发热管3顶部，清理炮孔，然后在各个炮孔中安装发热封孔装置，从封孔器6中间的充液通道8上方注入液态co2，液态co2自上而下通过单向阀7，之后又随着充液通道8到达连接件5一侧开设的出口，由于连接件5和发热管3直径小于封孔器6直径，所以液态co2可以从沿着孔壁直接注入到炮孔中；
4)选用长度与孔距匹配的并联导线18，并联导线18两端连接并联插头17从而得到并联连接元件，将并联导线18一端的并联插头17插入一号炮孔19中发热封孔装置顶部的电源出口插孔9，另一端的并联插头插入二号炮孔20中发热封孔装置的顶部的电源入口插孔11，后面依次进行这种操作，从而将一号炮孔19、二号炮孔20、三号炮孔21、四号炮孔22和五号炮孔23中的发热封孔装置都并联在一起；
5)将电源输送电线25前端的电源输出插头24插入一号炮孔19中的发热封孔装置顶部的电源入口插孔11，电源输送电线25的另一端连接电源输出端口26，打开电源控制开关27通电进行起爆。
工作原理：使用时，首先在炮孔壁上沿预定破裂方向切出两个v形切槽2；然后在炮孔中安装发热封孔装置，从封孔器6中间的充液通道8上方注入液态co2，液态co2自上而下通过单向阀7，之后又随着充液通道8到达连接件5一侧开设的出口，由于连接件5和发热管3直径小于封孔器6直径，所以液态co2可以从沿着孔壁直接注入到炮孔中，本发明通过发热封孔装置中的充液通道8的将液态co2直接注入到炮孔中，将炮孔作为膨胀介质储存结构，可以避免使用传统气体爆破中钢管或钢瓶等形式的膨胀介质储存结构，不仅降低了爆破器材的生产制造难度，而且发热封孔装置可以重复使用，节约经济成本；然后将并联导线18一端的并联插头17插入前一个炮孔中发热封孔装置顶部的电源出口插孔9，另一端的并联插头17插入后一个炮孔中发热封孔装置的顶部的电源入口插孔11，从而将所有炮孔中的发热封孔装置内的电热丝15并联在一起，最后将电源输送电线25前端的电源输出插头24插入一号炮孔19中的发热封孔装置顶部的电源入口插孔11，电源输送电线25的另一端连接电源输出端口26，打开电源控制开关27通电进行起爆，本发明通过在发热封孔装置内部设置各种电路元件，使用时只需使用并联连接元件进行简单的连接，操作简单，避免了现场的连线混乱，工作效率高；通电以后相同大小的电流从正极到负极按照“二进四出电线连接器10→转接头13→电热丝15→转接头13→二进四出电线连接器10”的次序通过每个发热封孔装置内的电热丝15，，电热丝15点燃发热剂16，发热剂16释放大量的热量，使得炮孔中的液态co2迅速气化膨胀，对孔壁产生巨大的压力，气体压力在使v形切槽2尖端产生应力集中区的同时，又使得v形切槽2根部附近产生压应力和低拉应力区(亦称裂纹生长抑制区)，在这两个力学效应的作用下，裂纹从v形切槽2尖端开始向前沿预定破裂方向延伸扩展，并且抑制了裂纹在其它位置和方向上的生成。本发明在进行气体爆破之前在炮孔壁上沿预定破裂方向切出两个v形切槽2，能够有效控制岩石气体爆破过程中裂缝的扩展方向，保证在岩石在气体爆破过程中沿着预定破裂方向形成平整度较高的贯穿裂缝。
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仅局限于此，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。