用于爆破的装置和方法与流程

本申请要求于2017年8月4日提交的第15669802号美国非临时申请的优先权，该美国非临时申请要求2016年8月7日提交的第62/371,832号美国临时申请的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文并作为本说明书的一部分。

本发明涉及一种通过提供改进的爆炸物(explosive)来防止雪崩的装置和方法，该爆炸物提供在使用时制备的受限制的可燃蒸汽，代替目前使用的常规高爆爆炸物。本发明的方法提供了一种采用可燃蒸汽的高度限制的燃烧反应而不是目前使用的常规爆炸物的改进的和更安全的方法来防止雪崩。

雪崩控制或雪崩防御活动可减少雪崩对人类生命、活动和财产造成的危害。雪崩控制首先通过借助于识别指示雪崩的地理特征(如植被模式、排水和季节性雪分布等)对潜在的雪崩地形进行调查来进行风险评估。通过从已识别的雪崩风险中识别受威胁的人类地理特征(例如道路、滑雪场和建筑物)来评估危险。雪崩控制计划通过制定之后在冬季执行的预防和缓解计划来解决雪崩危害。

预防和缓解计划目前结合了广泛的积雪观察和三种主要的干预措施，即主动、被动和社会，根据每种干预措施中最常用的技术，这些干预措施有时被更加狭隘地定义为“爆炸性”、“结构性”和“意识”。雪崩控制技术要么直接干预积雪的演变，要么在雪崩发生后减轻雪崩的影响。雪崩控制组织为人类参与活动开发和培训详尽的响应和恢复计划。

主动的技术通过三种形式的干预(即破坏积雪中的薄弱层，增加积雪的均匀性，减少在雪崩中夹带的积雪的可用量)促进积雪的稳定和沉降，从而降低雪崩发生的风险。这可以通过触发较小且因此危害较小的雪崩或通过直接影响积雪的分层结构来实现。

主动雪崩控制可以大致分为通过机械或爆炸方法进行控制。机械方法通常用于偏远地形、较小地形或危险较小的地形，而爆炸性方法用于可进入的大型高危地形或具有工业、商业娱乐、城市化和交通使用的地形。

爆炸技术涉及通过引爆雪面上方或上的装药(charge)来人为触发较小的破坏性较小的雪崩。爆炸物可以通过手动手抛掷和降落、从直升机上轰炸、或用小型榴弹炮、无后坐力步枪或气枪轰击来部署。每种方法都有其在平衡人员危险方面的缺点和优势，以及在进入和触发雪崩地形时部署方法的有效性。

在最新的方法中，通过在雪崩起始区域内引爆积雪上方的燃料空气爆炸物而产生空气爆炸的战略性地放置的远程控制装置提供对雪崩控制决策的快速有效响应，同时最大限度地降低雪崩控制人员的风险，这对于交通走廊的雪崩控制尤为重要。

事实证明，爆炸物控制在容易进入雪崩起始区域并且可以容忍轻微雪崩的区域中是有效的。然而，在人类居住的地区甚至在较大的雪崩可能性很小的地区，这是不可接受的。

本发明提供一种改进现有方法的爆炸方法。本发明提供了一种更安全、更便宜和更便携的爆炸装置。本发明的元件代替目前用于雪崩控制的炸药或类似爆炸物。本发明包括一种装置和方法，该装置和方法使用可燃蒸汽的高度限制的燃烧反应提供更安全的替代方案，而炸药是具有所有伴随的安全和保证问题的1.1类高爆炸物。

本发明的装置和方法克服了当前使用的装置和方法的缺陷，因为该装置和方法既简单又美观(elegant)。

附图说明

被结合到说明书中并形成说明书的一部分的附件中的附图示出了本发明的一个或多个实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图仅用于说明本发明的一个或多个优选实施例，而不应被解释为限制本发明。在附图中：

图1是本发明装置的示意图，它还示出了如何在压力下布置燃料蒸汽和氧气混合物；

图2示出了如何在装置中布置燃料；

图3示出了如何在装置中布置氧气；

图4示出了布置在钻孔中的点火器；

图5示出了带有贯穿孔的插塞插入钻孔中；

图6示出了电子点火器的详细视图；

图7示出了另一种穿透点火器；以及

图8示出了压力图。

技术实现要素：

我们要求一种优选实施例，其包括雪崩控制装置，该装置包括：具有外壳的容器；布置在入口中的阀，该入口穿通所述容器外壳以允许燃料和氧气进入；布置在容器内的点火线；以及连接到点火线的电阻元件。

该装置还包括插入阀中的注射器。注射器还包括柱塞和空心针。该装置还包括点火线，该点火线布置在完全穿通外壳的通道中。点火线连接到电阻元件，并且电阻元件布置在容器内。注射器插入阀并在一端连接到雷管，雷管布置在容器外部。

我们要求一种优选实施例，其包括一种用于控制雪崩的方法，包括：提供具有外壳的容器；在穿通外壳的入口处设置阀；允许燃料和氧气通过阀进入容器内；将点火线布置在容器内，并向点火线施加电脉冲；以及将电阻元件连接到点火线。

该方法还包括：将点火线布置在穿过外壳的通道中，将点火线连接到布置在容器内的电阻元件，将雷管布置在容器外部并将点火线连接到雷管，将注射器插入阀中，推动注射器柱塞并通过空心针将燃料注入容器中，将氧气插入容器中至275至400千帕的压力，并加热电阻元件并引爆燃料和氧气的混合物。

我们要求保护本发明的另一个实施例，该实施例包括一种爆破方法，包括：将插塞插入钻孔中；通过空心针将燃料通过插塞中的通道注入钻孔；通过钻穿插塞的通道将点火线插入钻孔；通过加热连接在点火线上的电阻元件来点燃燃料；以及破裂钻孔周围的材料。

该方法还包括通过用空心针完全刺穿插塞来注射燃料。

该方法还包括：移除空心针并使插塞中的通道塌缩并密封钻孔，在钻孔内产生高度受限的可燃蒸汽，并产生燃料的高度限制的燃烧反应。

具体实施方式

本发明提供一种控制和消散雪崩的装置和一种包括控制雪崩的方法。目前的雪崩控制措施主要包括具有重大安全问题的爆炸性装药。减轻这些安全问题是昂贵的。本发明包括一种装置，该装置产生与常规爆炸物相同类型的爆炸波，而没有伴随的安全问题。

本发明的优选实施例包括一种组件，该组件产生严重受限的爆炸性燃料氧混合物的爆燃。该装置包括外壳，该外壳包括容器，该容器包括纤维增强的柔性塑料管，该塑料管在容器的第一端和第二端折叠并密封。布置在容器内的爆炸性混合物包括加压氧和包含汽油的烃燃料。

优选的点火模式方法包括提供电阻元件，该电阻元件包括布置在爆破器内部的电阻器或镍铬合金线片。接下来，向该元件施加高电压低电流脉冲，引起火花或热点点燃蒸汽。

本发明方法的另一个实施例包括提供穿透点火系统，该穿透点火系统穿通容器以点燃容器的内容物。该方法包括对两种点火器类型的每一种使用加压氧气，其提供接近传统高爆炸物的能量密度。

本发明的装置的能量密度(单位体积能量)约为炸药的一半，但重量显著减小，即小于炸药重量的一半。坚固的外壳材料提供更高的负载压力，这使得单位体积密度能量接近炸药的单位体积密度能量，但进一步减轻了重量。外壳材料包括各种增强聚合物以及纸基外壳。

本发明的装置包括在化合(combination)时间和雪崩控制时间之前易于安全地单独处理的元件。本发明的装置包括容器，该容器包括外壳，该外壳分离成可生物降解的小的软片。该装置易于扩展以产生较大的爆炸波。本发明的装置以多种尺寸提供，因此根据装置的尺寸，该装置提供与几根炸药棒相当的爆炸波，甚至更大。本发明装置的优选实施例包括直径约为五十(50)毫米和长三百(300)毫米的容器。但是，装置的尺寸变化很大。该装置是可扩展的并且保持功能性。容器直径范围从20毫米到300毫米，长度从200毫米到几米。当该装置用于钻孔时，钻孔的长度是采矿或建筑工业通常使用的任何长度。

本发明优选的使用方法实施例包括以下步骤。该方法包括使用包括标准足球充气针的注射器，将包括但不限于汽油或石油馏出物的燃料以五(5)至十(10)毫升的量配置到包括外壳的容器中。10毫升汽油的能量与炸药棒的三分之一大致相同。不同的雪况对不同大小的爆炸更好地响应，因此本发明包括选择不同尺寸的爆破器以控制不同条件下的雪崩。

随后，包括外壳的容器在压力下用氧气充气至275至400千帕，这取决于燃料负荷。每三十五(35)千帕的氧气(o2)使用大约1毫升的燃料。外壳还含有少量(2至4)毫升市售轮胎密封剂混合物，其包含稠液体以帮助密封任何小的泄漏。在密封外壳之前，优选通过倒入装置的空腔中插入密封剂。

使用方法还包括以下步骤。震动本发明的装置一小段时间，例如几秒钟，密封剂液滴有助于燃料的蒸发。然而，密封剂的液滴虽然不会蒸发，但是当它被摇动时会在装置内的气体中产生湍流，因为喷涂油漆中的珠泡(bead)有助于燃料的蒸发以及在已将燃料和氧气放入容器中之后燃料蒸汽与氧气的混合。使用市售的引爆系统或其他系统点燃点火器，并且受限的反应破坏外壳并在混合物点燃时产生爆炸波。

本发明的另一个实施例包括一种在用于采矿或建筑的硬岩中或在用于采煤的煤中进行爆破的方法。燃烧蒸汽反应的严重限制导致真正的爆炸，这将使煤或岩石破裂。

该方法包括以下步骤。首先，像传统爆破一样，在煤或岩石中钻孔。接下来，用氧气冲洗孔，并将插塞插入孔的颈部。然后将易燃燃料注入孔中。接下来，引入加压氧气并点燃混合物。

由岩石或煤提供的燃烧蒸汽的严格限制导致反应速率增加到发生真正爆炸的点。由爆炸产生的震动使岩石或煤层破裂。

插塞由多种材料组成，包括但不限于金属、聚合物或其组合。使燃料和氧气通过的阀布置在插塞内。该阀包括用于将要布置在其内的点火线的引电装置(electricalfeedthrough)。

多个插塞设计包括在管道和气体管道工业中常见的插塞。“现成的”插塞经过了修改，增加了阀和引电装置。

图1是本发明装置10的优选实施例的图示。外壳12包括由可生物降解的塑料、纸、纤维增强的柔性塑料或其他合适的材料构成的外壳。元件14包括剖视图，示出了包含可燃蒸汽的外壳内部。可燃蒸汽包括液体密封剂液滴，该液体密封剂液滴在在容器内置于液体燃料中，所述液体燃料包括汽油和在压力下的氧气。液体燃料涂层布置在外壳内。阀16布置在入口中，该入口穿通装置10的容器部分的外壳，以便能够插入燃料和氧气。

在操作期间，包括点火线18的点火器布置为使得施加到通过开口37穿通外壳的点火线的电脉冲加热附接的电阻元件53，该电阻元件53点燃燃料氧混合物，导致外壳破裂并发生爆炸。

本发明的使用方法包括使用产生爆炸或可替代地有用的燃烧的宽范围的燃料/氧气比。本发明的装置对燃料类型不是特别敏感。无铅汽油(whitegas)、航空汽油、汽车汽油以及包括但不限于其他碳氢化合物都起作用。本发明方法的关键促成因素是加压氧气。由于存在更多的反应物，因此对氧气加压比其他方式引入更多的燃料。此外，使用纯氧代替空气可以去除空气中的惰性气体(主要是氮气)，这些气体对反应没有贡献。仅存在没有惰性气体的反应物以在压力下延迟反应允许燃烧快速进行。惰性化合物如氮气吸收反应产生的热量，因为它会在空气中产生，导致反应速度显著减慢。随着反应进行，内部压力增加，进一步加速剩余反应物的反应。

图2示出了燃料如何布置在装置10中。图2示出了由注射器22穿通的外壳12。燃料通过阀16手动插入爆破装置的内部。插入的燃料量根据装置的类型而变化，并且可扩展。如皮下注射针中的柱塞21、柱塞的活塞部分23和空心针25组成燃料20输送系统。该方法包括配置成在操作时刺穿外壳以避免引入潜在泄漏的装置。

图3示出了氧气如何布置在装置10内。图3示出了如何布置燃料蒸汽和加压氧气的混合物。软管24连接到加压氧源。软管24通过阀16和针25将氧气部署到装置10。一旦如上图所示插入燃料和氧气，用手摇动组件几秒钟，燃料混合并蒸发。一些液体燃料仍然粘附在内壳壁上。对于氧气，简单的调节器与标准氧气瓶一起使用，例如高海拔登山者用于将氧气插入爆破器的氧气瓶。

本发明是惰性的，直到燃料和氧气被置于其中。在插入燃料和氧气之前，本发明的一个实施例包括纤维增强塑料软管，其中设置有几毫升轮胎密封剂。本发明包括橡胶充气阀。如果点燃(pvc塑料)软管会燃烧，但它不是特别易燃。

图4示出了装置10的替代实施例。图4示出了装置100和爆破岩石或煤或其他固体材料32的方法。钻孔34用于爆破岩石、煤或其他材料。点火线118通过通道37布置在钻孔34的内部。通道40布置在插塞28中。布置在插塞28上的锯齿状边缘36确保了钻孔34的紧密配合，从而提高了性能。点火器仅依赖于来自布置在插塞28内并穿过插塞28的电线118的部分的能量，插塞28包括突出到充满燃料/氧气混合物的钻孔34中的气密插塞。

两根线118连接到布置在钻孔34中的电阻元件153。当电阻元件153被加热时，发生爆炸，其使周围材料32破裂。

本发明方法的另一个实施例为雪崩控制提供较少的限制。该方法不会产生爆炸。产生快速燃烧和超压。

图5示出了本发明的备选实施例100。图5示出了插塞28，其包括用于密封目的的倒钩轮廓36。插塞28包括坚固的弹性体材料。布置在插塞28内的引入通道37为点火线118提供通道。阀40包括不完全穿透插塞28的通道。

本发明的使用方法包括用包括皮下注射针的针穿透尚未刺穿的剩余材料。然后，当针被移除时，插塞材料28落回到位，从而提供阀密封。

该方法包括以下步骤。图5中所示的使用方法示出了插塞28，插塞28插入钻孔38中，钻孔38在材料32中钻孔。燃料通过包括通过针输送的方法注入到通道40中。空心针刺穿插塞28并将燃料插入钻孔中。点火线通过通道37插入。燃料被点燃并且具有由岩石或煤提供的严格限制，反应从快速燃烧转变为真正的爆炸并且固体材料破裂。

图6示出了本发明的装置10的优选实施例的分解图。电子点火线18通过通道37插入到爆破装置10的内部。电阻元件53连接到导线18。电阻元件53产生热量，并且通过加热的电阻元件53在容器壁12内发生爆炸。

图7示出了本发明的又一个实施例200。烟火点火器配置成在操作时刺穿外壳以避免引入可能泄漏。该点火器仅依赖于来自保险丝58的突出到外壳54中的部分的能量。

该使用方法包括以下步骤。当保险丝燃烧经过端塞57和包括硅树脂、软橡胶或替代材料的垫圈5时，垫圈塌缩，从而密封筒的内部。燃烧的保险丝产生的气体升高了筒内的压力，并且穿透器55快速地沿着筒移动。将筒放置成与外壳接触，并且穿刺器刺穿外壳。存在于筒内的热气体进入外壳，点燃爆炸性混合物。

例1

图8说明了本发明的测试结果。压力以千帕为单位测量，时间以毫秒为单位测量。

布置在离装置大约一米处的爆炸传感器的爆破压力图。

将该装置放在地上。

图8中的图表记录了具有20ml的燃料和210kpa的氧气的典型装置配置的爆炸压力分布。

该装置的体积约为0.49升。

测得的峰值压力约为37kpa。

尽管已经具体参考这些优选实施例详细描述了本发明，但是其他实施例可以实现相同的结果。对于本领域技术人员来说，本发明的变化和修改是显而易见的，并且旨在覆盖所有这些修改和等同物。