CN108267053B - 一种利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置，包括装置本体，所述装置本体包括第一套管、等离子体生成部和压紧部，所述第一套管上设有用于密封爆破岩石过程中所钻的钻孔的密封部；所述压紧部用于压紧所述密封部，以使所述密封部密封所述钻孔；所述等离子体生成部至少部分位于所述第一套管内，所述第一套管上密封部的下端构造有供所述等离子体生成部释放能量的开口。该装置通过密封部密封爆破岩石过程中所钻的钻孔，从而使爆破的能量密封与钻孔内，进一步使爆炸的能量集中在破岩上，实现了花岗岩等硬性岩石的爆破，使用该装置实现了一种非炸药爆破岩石的方法。

Description

一种利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置

技术领域

本发明涉及岩体碎岩技术领域，特别是涉及一种利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置。

背景技术

等离子体碎岩技术是国内外新兴的一种高效碎岩方法，通过高压脉冲在电极处放电产生等离子体，电介质在高温高压作用下，在钻孔内对岩石进行破碎。电爆法产生的作用力是对岩石的纵向拉应力，破碎的效果更好，破岩过程无污染及飞石，能量消耗少，噪音、危险性低岩。

韩国、俄罗斯、美国等国家都对等离子体碎岩技术进行了研究工作，而且部分等离子体碎岩设备在工程上已经得到使用。美国奥本大学的太空研究中心,单次脉冲200kJ,冲击电流达200kA，并且掌握自主研发的新型电极与特殊电介质技术，能够炸开体积比较大的岩石，而且岩石断裂过程无飞石、粉尘等；加拿大Noranda公司设备的单次放电能量300kJ,在连续放电250次后,处理矿石为3～4吨；俄罗斯科学院稀土元素研究所，将该技术用于粉碎碟灰岩-霞石矿；韩国，日本在等离子体碎岩岩石裂纹扩展断裂方面进行了研究。

但目前使用等离子体技术进行碎岩，其爆开的岩石一般是砂岩，煤块等强度硬度较低的岩石，且爆破能量不足，效率偏低，围岩适用性差。针对花岗岩等较硬岩石的应用方面的研究尚处空白，现场施工应用急需要一种安全高效，并具有良好移动性的新型破岩技术。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种适用于爆破花岗岩等硬性岩石的装置。

为解决上述技术问题，本发明公开的实施例提供了一种利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置，包括装置本体，所述装置本体包括第一套管、等离子体生成部和压紧部，

所述第一套管上设有用于密封爆破岩石过程中所钻的钻孔的密封部；

所述压紧部用于压紧所述密封部，以使所述密封部密封所述钻孔；

所述等离子体生成部至少部分位于所述第一套管内，所述第一套管上密封部的下端构造有供所述等离子体生成部释放能量的开口。

可选地或优选地，所述第一套管外侧设有螺纹，所述密封部包括密封件和第一紧固螺母，所述密封件套设在所述第一套管上，所述第一紧固螺母通过所述螺纹与所述第一套管连接，所述第一预紧螺母能够阻止所述密封件朝所述第一预紧螺母侧滑动。

可选地或优选地，所述密封部还包括第二紧固螺母，所述第二紧固螺母与所述第一套管通过螺纹连接。

可选地或优选地，所述密封件为楔形，所述密封件的直径大于所述钻孔的直径。

可选地或优选地，所述第一预紧螺母与所述密封件间还设有密封胶圈。

可选地或优选地，所述压紧部包括压杆和连接杆，所述压杆上设有能够穿过所述第一套管且卡住所述密封部的孔，所述压杆与所述连接杆通过螺母连接，通过旋紧螺母能够使所述压杆相对所述连接杆移动。

可选地或优选地，所述开口位于所述第一套管的侧面；

所述等离子体生成部包括高压电极和低压电极，所述第一套管的下端设有下端盖；

所述高压电极至少部分位于所述第一套管内，所述下端盖与所述第一套管的下端通过螺纹连接，所述低压电极与所述下端盖连接。

可选地或优选地，所述装置本体还包括第一绝缘套管，所述第一绝缘套管至少部分位于所述第一套管内，所述高压电极至少部分位于所述第一绝缘套管内。

可选地或优选地，所述第一套管内设有凸起，所述凸起用于阻止所述第一绝缘套管移动至所述开口处；所述第一套管的上端设有第三紧固螺母，所述第三紧固螺母与所述第一套管连接，所述第三预紧螺母用于阻止所述第一绝缘套管向所述第一套管上端移动。

可选地或优选地，所述高压电极与所述低压电极通过金属丝连接。

本发明提供的一种利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置，具有如下有益效果：

1、本发明中的利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置结构简单，易于制造，安全可靠，便于操作；

2、本发明中的利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置，在第一套筒上设置密封部，通过压紧部压紧密封部，使密封部密封爆破岩石过程中所钻的钻孔，从而使爆破的能量密封与钻孔内，防止了爆破能量泄露，实现了花岗岩等硬性岩石的爆破，提高爆破效率，使用该装置实现了一种非炸药爆破岩石的方法。

附图说明

图1为本发明公开的实施例利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置的剖视图；

图2为图1所示利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置中去除压紧部的结构示意图；

图3为图1所示利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置与岩体的配合示意图。

图中：

1.第一套管；2.高压电极；3.低压电极；401.第二绝缘套管；402.第三绝缘套管；403.第四绝缘套管；5.第三紧固螺母；6.密封件；7.第一紧固螺母；8.第二紧固螺母；9.密封胶圈；10.压杆；11.连接杆；12.螺母；13.下端盖；14.岩体；15.钻孔。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”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保护范围的限制。

此外，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明公开的利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置，主要包括第一套管1、等离子生成部和压紧部。在第一套管1上设有密封部，压紧部用于压紧密封部，使得密封部能够密封岩体14爆破过程中所钻的钻孔15，等离子体生成部至少部分位于第一套管内，第一套管上密封部的下端构造有供等离子体生成部释放能量的开口。

在一些实施例中，密封部包括密封件6和第一紧固螺母7，密封件6套设在第一套管1上，在第一套管1外侧设有螺纹，第一紧固螺母7通过第一套管1上的螺纹与第一套管1连接，同时，第一紧固螺母7与密封件6紧密接触，这样可以防止密封件6朝第一紧固螺母7侧滑动。为使密封更加严密，可以在密封件6与第二紧固螺母间设置密封胶圈9。为了更好的固定第一紧固螺母7，还可以增加一个第二紧固螺母8，第二紧固螺母8同样与第一套管1螺纹连接，并且其与第一紧固螺母7紧密接触。为使密封件6更严密的密封钻孔15，可将密封件6设计成楔形，并且密封件6的直径要大于钻孔15的直径，在安装过程中，密封件6的最小直径处位于钻孔15内，其最大直径处位于钻孔15外。密封件6的材质可以选用橡胶，优选用硬橡胶。

在一些实施例中，压紧部包括压杆10和连接杆11，压杆10上设有能够穿过第一套管1且卡住密封部的孔，压杆10与连接杆11通过螺母12连接，通过旋紧螺母12能够使压杆10相对连接杆11移动，进而使密封部将钻孔15紧密密封。

在一些实施例中，等离子体生成部包括高压电极2和低压电极3，第一套管1的下端设有下端盖13；高压电极2至少部分位于第一套管1内，下端盖13与第一套管1的下端通过螺纹连接，低压电极3与下端盖13连接，高压电极2与低压电极3间留有距离。用于供等离子体生成部释放能量的开口位于第一套管1的侧面，该开口用于使爆破的能量由第一套管1内进入钻孔15。高压电极2的两端均设有外螺纹，通过螺母将高压电极2固定在第一套管1上。下端盖13上设有带螺纹的开孔，低压电极3上设有外螺纹，通过将低压电极3旋转入下端盖13上的开孔内固定低压电极3。为了安全起见，可以在高压电极2外部缠绕绝缘层。

在一些实施例中，该装置还包括第一绝缘套管，第一绝缘套管至少部分位于第一套管1内，高压电极2至少部分位于第一绝缘套管内。在第一套管1内设有凸起，该凸起用于阻止第一绝缘套管移动到第一套管1上的开口内，该凸起位于第一套管1上开口内部的稍向上的位置处，通过该凸起能够使得第一绝缘套管的下端刚好位于第一套管1上开口的位置处。在第一套管1的上端还设有第三紧固螺母5，第三紧固螺母5与第一套管1通过螺纹连接，并将第一绝缘套管固定，进而防止第一绝缘套管想第一套管1上端移动。通过将螺母拧入至高压电极2的两端，进而将高压电极2与第一绝缘套管固定。另外，第一绝缘套管可以是整段结构，也可以拆分成多段，采用多段的好处是安装方便且便于固定高压电极2和第一套管1。下面以多段为例叙述，第一绝缘套管由第二绝缘套管401、第三绝缘套管402和第四绝缘套管403组成；第二绝缘套管401前端由设置在第一套管1内的凸起阻挡，第二绝缘套管401的另一端设置有凹槽，第三绝缘套管402的两端均设有与第二绝缘套管401配合的凸槽，第四绝缘套管403的一端也设有与第三绝缘套管402上凸槽配合的凹槽，第二绝缘套管401、第三绝缘套管402和第四绝缘套管403依次连接。通过第三紧固螺母5将第一套管1、第三绝缘套管402和第四绝缘套管403固定。

在一些实施例中，高压电极2和低压电极3间通过金属丝连接。在高压电极2的下端的侧面和中心钻孔，金属丝从高压电极2的侧面放入后，经中心孔穿出，然后缠绕到低压电极3上。在使用过程中发现，当金属丝缠绕在低压电极3上时，在爆破工作完成后会有部分金属丝残留在低压电极3上，因此对于低压电极3的另一种变形是，在低压电极3的中心钻孔，并将金属丝穿入低压电极3的孔内。由于目前等离子体能量释放技术针对岩石爆破方面处于发展初期，目前存在的放电方式主要有针对针型，针对板型，根据高低电极间介质分为空气和液体。放电方式分为岩石表面放电与岩石内部放电(预钻孔)。针对针形式的放电结构主要应用于需求小能量释放的应用中，装置的结构比较简单，但是在破碎岩石的方面，由于破碎岩石需要较高的能量，岩石断裂需要的能量较多，针对针结构能量利用率较低，释放的能量不能够满足需求,尤其是在爆破较强硬度的岩石时。在本实施例中，使用金属丝连接高低电极两端进行放电，能够在放电过程中，提高能量的利用率，金属丝在脉冲设备放电过程中产生能量沉积，释放出更大的能量，金属丝上在短时间内通以很高密度的脉冲电流，其上迅速积累欧姆热使金属丝物态发生剧烈变化，导致金属丝汽化，爆炸，电阻值急剧增大，伴随一系列强冲击波和强辐射，提高了能量的释放率，降低能耗成本，大大增加岩石的破碎率。

本发明公开的利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置，结构简单，易于制造，安全可靠，便于操作；在第一套筒上设置密封部，通过压紧部压紧密封部，使密封部密封爆破岩体14过程中所钻的钻孔15，从而使爆破的能量密封于钻孔15内，进一步使爆炸的能量集中在破岩上，实现了花岗岩等硬性岩石的爆破；在纯电爆的基础上加入了金属丝爆破，使得电压电容在一定程度上进行了降低，即降低了整个装置的成本，提高能量的释放率，降低能耗成本，大大增加岩石的破碎率，同时使用该装置实现了一种非炸药爆破岩石的方法。

以上对本发明所提供的利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置，包括装置本体，其特征在于，所述装置本体包括第一套管、等离子体生成部和压紧部，

所述第一套管上设有用于密封爆破岩石过程中所钻的钻孔的密封部；

所述压紧部用于压紧所述密封部，以使所述密封部密封所述钻孔；

所述等离子体生成部至少部分位于所述第一套管内，所述第一套管上密封部的下端构造有供所述等离子体生成部释放能量的开口；

所述第一套管外侧设有螺纹，所述密封部包括密封件和第一紧固螺母，所述密封件套设在所述第一套管上，所述第一紧固螺母通过所述螺纹与所述第一套管连接，所述第一紧固螺母能够阻止所述密封件朝所述第一紧固螺母侧滑动，所述第一紧固螺母与所述密封件间还设有密封胶圈；

所述密封部还包括第二紧固螺母，所述第二紧固螺母与所述第一套管通过螺纹连接，并且其与所述第一紧固螺母紧密接触；

所述开口位于所述第一套管的侧面；

所述等离子体生成部包括高压电极和低压电极，所述第一套管的下端设有下端盖；

所述高压电极至少部分位于所述第一套管内，所述下端盖与所述第一套管的下端通过螺纹连接，所述低压电极与所述下端盖连接；

所述装置本体还包括第一绝缘套管，所述第一绝缘套管至少部分位于所述第一套管内，所述高压电极至少部分位于所述第一绝缘套管内；

所述密封件为楔形，所述密封件的直径大于所述钻孔的直径；

所述压紧部包括压杆和连接杆，所述压杆上设有能够穿过所述第一套管且卡住所述密封部的孔，所述压杆与所述连接杆通过螺母连接，通过旋紧螺母能够使所述压杆相对所述连接杆移动。

2.根据权利要求1所述的利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置，其特征在于，所述第一套管内设有凸起，所述凸起用于阻止所述第一绝缘套管移动至所述开口处；所述第一套管的上端设有第三紧固螺母，所述第三紧固螺母与所述第一套管连接，所述第三紧固螺母用于阻止所述第一绝缘套管向所述第一套管上端移动。

3.根据权利要求1所述的利用液电效应产生等离子体爆破岩石的机械装置，其特征在于，所述高压电极与所述低压电极通过金属丝连接。