一种基于非火工品进行工程破裂、破碎的方法与流程

本发明涉及非火工品破裂领域，具体涉及一种基于非火工品进行工程破裂、破碎的方法。

背景技术：

人们在提到爆炸极限时，常常是谈爆炸色变。因为当达到爆炸极限时，稍不留神，就会引起爆炸，因而会造成损坏甚至是破坏。

所谓爆炸极限也称爆炸浓度极限，是指可燃物质(可燃气体、蒸气和粉尘)与空气(或氧气)必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围。有时也指液相物质在遇到合适的热量能够变成气相的热量极限。

日常生活或工作中担心碰到这个极限，而在工程破裂、破碎过程中恰恰可以充分利用这个极限，本发明的基本思想就基于这一点。

由爆炸极限理论可以知道，可燃气体或蒸气与空气的混合物，并不是在任何组成下都可以燃烧或爆炸，而且燃烧(或爆炸)的速率也随组成而变。实验发现，当混合物中可燃气体浓度接近化学反应式的化学计量比时，燃烧最快、最剧烈。若浓度减小或增加，火焰蔓延速率则降低。当浓度低于或高于某个极限值，火焰便不再蔓延。

可燃气体或蒸气与空气的混合物能使火焰蔓延的最低浓度，称为该气体或蒸气的爆炸下限；反之，能使火焰蔓延的最高浓度则称为爆炸上限。

可燃气体或蒸气与空气的混合物，若其浓度在爆炸下限以下或爆炸上限以上，便不会着火或爆炸。

爆炸极限一般用可燃气体或蒸气在混合气体中的体积百分数表示，有时也用单位体积可燃气体的质量(kg·m^-3)表示。

混合气体浓度在爆炸下限以下时含有过量空气，由于空气的冷却作用，活化中心的消失数大于产生数，阻止了火焰的蔓延。若浓度在爆炸上限以上，含有过量的可燃气体，助燃气体不足，火焰也不能蔓延。但此时若补充空气，仍有火灾和爆炸的危险。所以浓度在爆炸上限以上的混合气体不能认为是安全的。

现有的工程岩石破裂、破碎过程，通常采用炸药破裂对岩石进行破碎，其具有诸多弊端和限制，尤其是安全上的弊端和政策上的限制，往往在需要进行炸药破裂的时候，无法得到使用炸药的许可，即使得到使用炸药的许可，也因其容易出现诸如飞石，震动，噪音，粉尘等负面效应，使得炸药在矿山开采和废石剥离的过程中呈现出弊多利少。

因而凡是涉及到需要爆破破裂或破碎的领域都在寻找非炸药作业方式，实际上，现实中存在的这种爆炸极限现象就是完全可以充分主动利用的现象，当然要配合起必要的手段和工艺。

技术实现要素：

基于此，针对上述问题，有必要提出一种基于非火工品进行工程破裂、破碎的方法，其施工方式灵活，效率高，实现施工现场直接进行介质充装，不会造成飞石，震动，噪音，粉尘等负面效应，安全性和可操作性高；充分合理的利用了资源，能根据施工现场的需求改变介质的量和压力来满足爆破条件。

本发明的技术方案是：

一种基于非火工品进行工程破裂、破碎的方法，包括以下步骤：

a、对待破裂、破碎的工作面进行定位、观察，并钻孔；

b、向钻孔内插入充装管，充装管的输入端暴露在钻孔外部，然后对钻孔的入口端进行密闭封堵，钻孔的底部留作空腔；

c、通过充装管向钻孔的空腔内充入用于借助其物理膨胀实现破裂的介质，对充装管内的介质进行加压；

d、当达到介质需要的压力时，激活介质，让介质物理膨胀，实现利用介质的物理膨胀来实现对对象物体的破裂。

在本操作工艺或施工方法中，采用了先进行堵孔再充入介质(先堵孔，后装填)，并通过激活介质产生物理膨胀引起破裂，整个过程更安全，简化了破裂过程，提高了效率和效果。钻孔的底部空腔作为充装介质的物理空间，实际上是被限制或固定的，或者说预留作空腔的钻孔的容量是有限的，于是体积膨胀了的介质对钻孔产生挤压，因而引起破裂或破碎，从而实现利用非火工品进行工程破裂或破碎。

作为上述方案的进一步优化，所述步骤b中采用堵孔定位器对钻孔进行封堵，所述的堵孔定位器，包括封堵器和连接套筒，所述封堵器包括伸缩爪、封堵筒和空心连杆，所述封堵筒上设置有空心连杆的插入孔，空心连杆通过该插入孔贯穿封堵筒；所述伸缩爪的一端与空心连杆的伸出端固定连接，另一端滑动连接于封堵筒的边缘处；所述连接套筒包括操作套筒和贯穿操作套筒设置的操作连杆，所述操作连杆为空心杆，且操作连杆的一端与空心连杆可拆卸连接。

封堵筒为圆柱形的筒状物体，中间设有插入孔供空心连杆穿过，方便空心连杆与连接套筒发生相对运动(左右或上下相对运动即可)，在连接套筒相对运动的时候，可以伸缩或收回伸缩爪；当空心连杆与封堵筒发生相对运动时，伸缩爪被推出，由以前的相对于空心连杆的倾斜状态变成了垂直于杆的状态，起到了顶紧孔壁的作用。

本发明所述的堵孔定位器能够在指定的位置固定住，用于精准地定位堵孔的位置；不仅仅能精准地确定堵孔的位置，更能够承受足够的力量，将堵孔材料拦截在指定的位置之外，为堵孔预留足够的空腔，能够将堵孔材料固定在该位置，使堵孔材料不至于落入空腔中。

作为上述方案的进一步优化，所述伸缩爪包括第一伸缩爪和第二伸缩爪，所述第一伸缩爪和第二伸缩爪分别位于封堵筒的两端，且第一伸缩爪的一端和第二伸缩爪的一端分别固定设置在空心连杆的两端，第一伸缩爪的另一端和第二伸缩爪的另一端分别滑动连接在封堵筒两端的边缘处。

伸缩爪的长度大于钻孔的半径。在伸缩爪未伸出之前，封堵筒可以移动到任何位置，但是，在伸缩爪伸出来以后，由于爪子顶住了孔壁，又分为上下两层的结构，紧紧地顶在孔壁上，因此起到了固定作用；采用两层伸缩爪，使固定更稳定，承重效果更好。

作为上述方案的更进一步优化，所述封堵筒的直径小于钻孔孔径2cm以内。防止堵塞材料掉下进入空腔中。

作为上述方案的进一步优化，所述步骤b中封堵钻孔的具体步骤如下：

b1、根据钻孔的孔径大小，安装堵孔定位器；

b2、将堵孔定位器放入到孔中破裂设计指定的堵孔位置；

b3、向上拉动空心连杆使伸缩爪张开顶住钻孔的孔壁，堵孔定位器固定在指定的位置；

b4、卸下堵孔定位器的操作连杆和操作套筒；

b5、向孔内注入堵孔材料；

b6、待堵孔材料凝固。

所述指定位置为将钻孔预留出来用作空腔的长度后需要堵塞的钻孔与空腔的分解线，由破裂介质的数量决定和破裂设计确定，或者由抵抗线的大小决定其堵孔的长度,堵孔材料为早强速凝水泥混凝土。

作为上述方案的进一步优化，所述钻孔内还设置有激活材料。在达到介质的破裂条件时通过激活材料激活介质，安全性更高。

作为上述方案的更进一步优化，所述充装管的管径为10-20mm，充装管的输出端伸入保护套，且输入端位于保护套外部；充装管的外部设置有激活装置，充装管的输出端和激活装置密封设置于保护套内，所述激活装置为用于容纳激活材料的密封容器。

充装管用于将介质单向输送介质(气体或者液体)进入保护套内，实现介质的快速输入，可根据需求控制输送进入的介质量，更加方便、快捷、安全；保护套具有密封效果，借助孔壁的帮助承受高压，在需要进行破裂操作时，激活装置内部的激活材料发生热化学反应，引起介质发生相变，由液相变成气相发生体积膨胀，而且通常在变化的一瞬间体积会增加很多倍，而充装液态介质的物理空间实际上是被限制或固定的，或者说预留作空腔的钻孔的容量是有限的，于是体积膨胀了的介质对钻孔产生挤压，因而引起破裂或破碎，从而实现利用非火工品进行工程破裂或破碎

所述充装管还包括引线，所述引线的一端暴露于保护套外，另一端位于激活装置内部。通过引线通电，传输到激活装置，从而使激活装置内部发生化学反应，起到激活的作用；其激活方式安全、高效，不会造成环境污染。

作为上述方案的更进一步优化，所述保护套的材料为聚乙烯薄膜，能够在低温下保持很好的柔韧性。

先用专用胶水把聚乙烯薄膜粘接成密封套，在粘接之前将充装管和激活装置放入其中，使粘接好后的保护套，不会漏气体也不漏液体，防止进灰尘和回潮。

作为上述方案的更进一步优化，所述保护套的周长为钻孔孔径的1.20-1.30倍，充装管的输出端与保护套底部之间的距离为80-120毫米。

充分利用了力学原理进行密封，使保护套内部不会在充装介质的时候受力的作用，使其既起到密封作用，又不会承受拉力作用，增加了保护套的使用寿命，保证整个破裂、破碎流程能正常进行。确保带有压力从充装管进入的介质能够将保护套均匀地分布在孔的四周，且介质经充装管进入保护套时，有一个缓冲过程，不会因充入的介质过多而使保护套破损。

作为上述方案的更进一步优化，所述激活装置的材质为纸质管或pvc管。

其作用在于方便在发生激活反应的时候，将该反应传递到激活装置外部的介质中，使介质发生相变，由液相变成气相，实现物理膨胀，最终完成破裂工作。

由于纸质管和pvc管承受压力的极限值足够低，能快速的传递激活反应，实现引起介质相变产生膨胀。如果采用承受压力极限值高的材料，则会大大提高出现激活失败的概率，从而影响工人对破裂时间的判断，造成不必要的损失，具有安全隐患，甚至造成生命危险。

作为上述方案的更进一步优化，所述充装管为尼龙材质的充装管，能耐低温耐高压。

本发明的有益效果是：

1、现有技术普遍采用钢管充装炸药，本发明省去了钢管和钢管固定充装架，安装便捷且节约了成本，同时不会因为钢管的管径对钻孔大小产生限制影响，不受施工现场环境影响，可在爆破现场临时组装，施工更加方便，可随意地到达任何施工工地施工；施工方法更安全，提高了施工效率，简化了破裂过程的准备阶段。

2、本发明采用介质的物理膨胀特性进行膨胀破裂，提高了破裂破碎施工的工效，膨胀性能得到更有效的利用，使破裂、破碎的效果更好；提高了破裂破碎施工的安全性，减少了对环境的震动和噪音的危害，更没有飞石的危险。

3、减轻了施工人员的劳动强度；因为充装管很轻便，堵孔材料可以用搅拌机搅拌。

4、在本施工方法中，先进行堵孔再充入介质，通过介质实现膨胀破裂，整个过程更安全，简化了破裂过程的准备阶段，提高了效率；如果采用先放入破裂物质再堵孔的方式，容易造成意外炸裂，存在安全隐患，且不容易控制介质的充入量，易导致出现误差，影响破裂效果。

5、采用堵孔定位器，能够在指定的位置固定住，不仅仅能精准地确定堵孔的位置，更能够承受足够的力量，将堵孔材料拦截在指定的位置之外，为堵孔预留足够的空腔，使堵孔材料不至于落入空腔中。

6、堵孔定位器采用上下两层伸缩爪，更加紧紧地顶在孔壁上，使固定更稳定，承重效果更好。

7、本发明在钻孔内还设置有激活材料，在达到介质的破裂条件时通过激活材料激活介质，安全性更高。

8、激活装置的材质为纸质管或pvc管，其承受压力的极限值足够低，能快速的传递激活反应，实现引起介质相变产生膨胀。如果采用承受压力极限值高的材料，则会大大提高出现激活失败的概率，从而影响工人对破裂时间的判断，造成不必要的损失，具有安全隐患，甚至造成生命危险。

附图说明

图1是本发明实施例所述基于非火工品进行工程破裂、破碎的方法的流程图；

图2是本发明实施例充装管的结构示意图；

图3是本发明实施例所述基于非火工品进行工程破裂、破碎的方法中堵孔定位器的伸缩爪收缩时的结构示意图；

图4是本发明实施例所述基于非火工品进行工程破裂、破碎的方法中堵孔定位器的伸缩爪伸开时的结构示意图。

附图标记说明：

10-保护套；20-充装管；201-软管；202-单向阀；203-快速接头；30-激活装置；301-引线；401-伸缩爪；401a-第一伸缩爪；401b-第二伸缩爪；402-封堵筒；403-空心连杆；501-操作套筒；502-操作连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

一种基于非火工品进行工程破裂、破碎的方法，包括以下步骤：

a、对待破裂、破碎的工作面进行定位、观察，并钻孔；

b、向钻孔内插入充装管，充装管的输入端暴露在钻孔外面，然后对钻孔的入口端进行密闭封堵，钻孔的底部留作空腔；

c、通过充装管向钻孔内充入破裂用介质；

d、激活介质，让介质产生物理膨胀，实现用介质对物体的物理膨胀破裂。

所述破裂介质为一氧化碳和氧气或空气的气体组合物，先向钻孔内充入一氧化碳，再充入氧气或空气，当一氧化碳与氧气或空气的体积比例达到12.5:100至74.2:100之间；达到爆炸极限的条件，点火头点火，即引爆介质。

在另一个实施例中，所述钻孔内还设置有引爆介质的激活材料，该激活材料为可引燃的化学物质，在点火头的引发下发出热量，引爆破裂介质。

实施例2

一种基于非火工品进行工程破裂、破碎的方法，包括以下步骤：

a、对待破裂、破碎的工作面进行定位、观察，并钻孔；

b、向钻孔内插入充装管，充装管的输入端暴露在钻孔外面，然后对钻孔的入口端进行密闭封堵，钻孔的底部留作空腔；

c、通过充装管向钻孔内充入破裂用介质；

d、激活介质，让介质产生物理膨胀，实现用介质对物体的物理膨胀破裂。

所述破裂介质为柴油和引爆柴油的氧气或空气，先向钻孔内充入事先密闭封装的氧气或空气，再向钻孔内充入柴油，当氧气或空气与柴油的质量比例达到0.6:100至7.5:100，达到爆炸极限的条件，点火头向氧气或空气点火，引爆柴油，实现膨胀破裂。

实施例3

一种基于非火工品进行工程破裂、破碎的方法，包括以下步骤：

a、对待破裂、破碎的工作面进行定位、观察，并钻孔；

b、向钻孔内插入充装管，充装管的输入端暴露在钻孔外面，然后对钻孔的入口端进行密闭封堵，钻孔的底部留作空腔；

c、通过充装管向钻孔内充入破裂用介质，对充装管内的介质进行加压；

d、当达到介质的爆炸极限压力时，激活介质，实现介质膨胀破裂。

所述破裂介质为液态二氧化碳；膨胀极限的条件为：在7.5兆帕下是液体，在液体状态的二氧化碳如果每公斤为其提供60焦耳的热量，则能瞬间气化，膨胀700倍，实现膨胀破裂。

先向钻孔内充入引爆介质的激活材料，该激活材料为提供二氧化碳破裂所需热量的氧化剂和还原剂，再向钻孔内充入液态二氧化碳，然后对液态二氧化碳加压，达到爆炸极限的所需压力时，通过点火头向激活材料点火，引爆二氧化碳，使得液态的二氧化碳发生相变，实现膨胀破裂。

不同的介质其所需压力不同，比如液态二氧化碳，需要的压力为8兆帕，液态氧气，需要的压力为5.5兆帕，当以这样的介质作为膨胀破裂介质时，要根据其自身的需要施加所需要的压力，检查施工现场周围的情况，在确保无人或其他在膨胀破裂范围内时，通过引线通电激活介质(所谓激活，是让其从液态转入气态，完成相变，由于相变时，气相的体积是液相的体积的很多倍，因而实现物理膨胀，比如液态氧气从液相到气相的体积比例是1:860，液态二氧化碳有液相到气相的体积比是1:700)，介质的体积发生急剧膨胀，因而完成对对象物体的膨胀破裂。

能够按照本发明实现物理膨胀破裂的物质尚有如下：

实施例4

本实施例在实施例1的基础上，

如图3和图4所示，所述步骤b中采用堵孔定位器对钻孔进行封堵，所述的堵孔定位器，包括封堵器和连接套筒，所述封堵器包括伸缩爪401、封堵筒402和空心连杆403，所述封堵筒402上设置有空心连杆403的插入孔，空心连杆403通过该插入孔贯穿封堵筒402；所述伸缩爪401的一端与空心连杆403的伸出端固定连接，另一端滑动连接于封堵筒402的边缘处；所述连接套筒包括操作套筒501和贯穿操作套筒501设置的操作连杆502，所述操作连杆502为空心杆，且操作连杆502的一端与空心连杆403可拆卸连接。

封堵筒402为圆柱形的筒状物体，中间有空洞，用于供空心连杆403穿过，方便空心连杆403与连接套筒发生相对运动(左右或上下相对运动即可)，在连接套筒相对运动的时候，可以伸缩或收回伸缩爪401；当空心连杆403与封堵筒402发生相对运动时，伸缩爪401被推出，由以前的相对于空心连杆403的倾斜状态变成了垂直于杆的状态，起到了顶紧孔壁的作用。

本发明所述的堵孔定位器能够在指定的位置固定住，用于精准地定位堵孔的位置；不仅仅能精准地确定堵孔的位置，更能够承受足够的力量，将堵孔材料拦截在指定的位置之外，为堵孔预留足够的空腔，能够将堵孔材料固定在该位置，使堵孔材料不至于落入空腔中。

实施例5

本实施例在实施例4的基础上，

所述伸缩爪401包括第一伸缩爪401a和第二伸缩爪401b，所述第一伸缩爪401a和第二伸缩爪401b分别位于封堵筒402的两端，且第一伸缩爪401a的一端和第二伸缩爪401b的一端分别固定设置在空心连杆403的两端，第一伸缩爪401a的另一端和第二伸缩爪401b的另一端分别滑动连接在封堵筒402两端的边缘处。

在伸缩爪401未伸出之前，封堵筒402可以移动到任何位置，但是，在伸缩爪401伸出来以后，由于爪子顶住了孔壁，又分为上下两层的结构，紧紧地顶在孔壁上，因此起到了固定作用；采用两层伸缩爪401，使固定更稳定，承重效果更好。

实施例6

本实施例在实施例4的基础上，

所述步骤b中封堵钻孔的具体步骤如下：

b1、根据钻孔的孔径大小，安装堵孔定位器；

b2、将堵孔定位器放入到孔中破裂设计指定的堵孔位置；

b3、将堵孔定位器张开，固定在指定的位置；

b4、卸下堵孔定位器的操作连杆502和操作套筒501；

b5、向孔内注入堵孔材料；

b6、待堵孔材料凝固。

实施例7

当钻孔内还设置有激活材料时，如图2所示，所述充装管20的管径为10mm，充装管20的输出端伸入保护套，且输入端位于保护套10外部；充装管20的外部设置有激活装置30，充装管20的输出端和激活装置30密封设置于保护套10内，所述激活装置30为用于容纳激活材料的密封容器。

实施例8

本实施例在实施例7的基础上，

如图2所示，所述充装管20的管径为20mm，充装管20的输出端伸入保护套，且输入端位于保护套10外部；充装管20的外部设置有激活装置30，充装管20的输出端和激活装置30密封设置于保护套10内，所述激活装置30为用于容纳激活材料的密封容器。

实施例9

本实施例在实施例7的基础上，

如图2所示，所述充装管20的管径为15mm，充装管20的输出端伸入保护套，且输入端位于保护套10外部；充装管20的外部设置有激活装置30，充装管20的输出端和激活装置30密封设置于保护套10内，所述激活装置30为用于容纳激活材料的密封容器。

实施例10

本实施例在实施例8的基础上，

所述充装管还包括引线301，所述引线301的一端暴露于保护套外，另一端位于激活装置内部。通过引线通电，传输到激活装置，从而使激活装置内部发生化学反应，起到激活的作用；其激活方式安全、高效，不会造成环境污染。

所述保护套10的材料为聚乙烯薄膜。

实施例11

本实施例在实施例7的基础上，

所述保护套的周长为钻孔孔径的1.20倍，充装管的输出端与保护套底部之间的距离为80毫米。

实施例12

本实施例在实施例8的基础上，

所述保护套的周长为钻孔孔径的1.30倍，充装管的输出端与保护套底部之间的距离为120毫米。

实施例13

本实施例在实施例9的基础上，

所述保护套的周长为钻孔孔径的1.25倍，充装管的输出端与保护套底部之间的距离为100毫米。

实施例14

本实施例在实施例9的基础上，

所述保护套10的材料为聚乙烯薄膜。

所述激活装置30的材质为纸质。

实施例15

本实施例在实施例10的基础上，

所述保护套10的材料为聚乙烯薄膜。

所述激活装置.30的材质为pvc。

所述充装管20为尼龙材质的充装管。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。