干冰粉动态破岩装置、干冰粉动态破岩系统及干冰粉动态破岩方法制造方法及图纸

一种干冰粉动态破岩装置、干冰粉动态破岩系统及干冰粉动态破岩方法，涉及膨胀破岩技术领域。本发明专利技术实施例的干冰粉动态破岩装置包括设置于地层围岩的钻孔内的聚能体，以及填充于聚能体和钻孔内壁之间的固化层，聚能体包括防渗隔热壳体和填充于防渗隔热壳体内的致裂剂，致裂剂包括干冰粉与CO2聚能剂组成的混合物，防渗隔热壳体内还埋设有电阻丝激发器；干冰粉动态破岩系统包括上述的干冰粉动态破岩装置和打孔装置，该干冰粉动态破岩装置、干冰粉动态破岩系统能够达到较为理想的破岩效果，而且安全性高、易于操作。本发明专利技术实施例的干冰粉动态破岩方法是采用上述干冰粉动态破岩系统进行的，能够提高作业安全性，同时达到较为理想的破岩效果。

Dry ice powder dynamic rock breaking device, dry ice powder dynamic rock breaking system and dry ice powder dynamic rock breaking method

The invention relates to a dynamic rock breaking device with dry ice powder, a dynamic rock breaking system with dry ice powder and a dynamic rock breaking method with dry ice powder, and relates to the technical field of rock breaking with expansion. The dry ice powder dynamic rock breaking device of the embodiment of the present invention comprises an energy accumulator arranged in a borehole of a stratum surrounding rock, and a solidified layer filled between the energy accumulator and the borehole inner wall. The energy accumulator comprises an anti-seepage heat insulation shell and a cracking agent filled in the anti-seepage heat insulation shell, and the cracking agent comprises a mixture of dry ice powder and a CO2 energy accumulator. The dry ice powder dynamic rock breaking system includes the dry ice powder dynamic rock breaking device and the drilling device. The dry ice powder dynamic rock breaking device and the dry ice powder dynamic rock breaking system can achieve better rock breaking effect, and have high safety and easy operation. The dry ice powder dynamic rock breaking method according to the embodiment of the invention is carried out by adopting the above dry ice powder dynamic rock breaking system, which can improve the operation safety and achieve relatively ideal rock breaking effect.

【技术实现步骤摘要】
干冰粉动态破岩装置、干冰粉动态破岩系统及干冰粉动态破岩方法
本专利技术涉及膨胀破岩
，具体而言，涉及一种干冰粉动态破岩装置、干冰粉动态破岩系统及干冰粉动态破岩方法。
技术介绍
在矿山与石材开采、基坑开挖、隧道与地下空间施工、顽石/孤石安全爆破拆除、管道等堵塞疏通等市政交通工程中，常常需要进行爆破。爆破致裂法具有效率高、成本低等特点，在采矿工程、地下交通工程和水利水电工程等岩体开挖中得到广泛应用。然而在爆破作业过程中产生的强烈冲击波会造成近区岩体扰动与损伤，以及远区岩体的振动危害，从而会对工程岩体稳定性及周边环境的安全性造成一定影响。为了提高作业安全性、降低冲击扰动强烈，同时达到较为理想的破岩效果，利用高能气体膨胀做功致裂岩体的新型碎岩技术应运而生，尤其是CO2相变膨胀致裂技术正受到矿山开采、隧道掘进、市政交通等领域广泛关注。高能气体压裂技术最早于19世纪60年代出现在美国，该技术是一种利用火(炸)药在短时间内燃烧产生的冲击波和爆生气体来压裂岩体。最开始是采用TNT等猛炸药对储层实施爆炸压裂，但因爆炸对井筒和地层的破坏太大而逐渐被淘汰，取而代之的是使用硝化棉等火(炸)药的爆燃来实施高能气体压裂。近年来还出现了浓稠硝基甲烷炸药、液体推进剂等一系列爆燃更稳定、更加安全、更高效的高能火药。从原理上讲，CO2相变膨胀致裂装置也属于高能气体压裂技术中的一种，最早由欧美国家科研人员研发。该装置利用液态CO2为媒介，将液态CO2和发热管(爆炸性物质)封装在密闭容器内。激发发热管使之在数十毫秒内产生800℃以上的高温，液态CO2压力急剧增加，高压气体快速释放，致使岩体开裂或破碎。在CO2气爆致裂岩体施工过程中，由于发热管(II类爆炸品)在摩擦、静电等偶然因素作用下提前触发，曾出现致裂管炸管或飞管事件。然而，无论是控制爆破技术，还是高能气体压裂技术，当前均不同程度的使用到I、II类民用爆炸品(当前二氧化碳相变膨胀致裂技术使用的发热药属于II类民用爆炸品)，并没有从根本上解决安全与冲击扰动问题。因此，需要开发一种安全性高、易于操作的高能气体压裂方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种干冰粉动态破岩装置、干冰粉动态破岩系统，其能够达到较为理想的破岩效果，而且安全性高、易于操作。本专利技术的另一目的在于提供一种干冰粉动态破岩方法，其能够提高作业安全性，同时达到较为理想的破岩效果。本专利技术的实施例是这样实现的：一种干冰粉动态破岩装置，其包括设置于地层围岩的钻孔内的聚能体，以及填充于聚能体和钻孔内壁之间的固化层，聚能体包括防渗隔热壳体和填充于防渗隔热壳体内的致裂剂，致裂剂包括干冰粉与CO2聚能剂组成的均匀混合物，防渗隔热壳体内还埋设有电阻丝激发器。在本专利技术较佳的实施例中，上述钻孔的孔口还填充有封孔层，封孔层位于固化层上方。在本专利技术较佳的实施例中，上述封孔层是采用封孔剂固化而成，封孔剂为快干膨胀水泥或者高强度石膏。在本专利技术较佳的实施例中，上述还包括设置于地层围岩外的电起爆器，电起爆器与电阻丝激发器通过电线连接。在本专利技术较佳的实施例中，上述固化层是采用填充固化材料固化而成，填充固化材料为高强度石膏，防渗隔热壳体包括PVC套管和纤维石棉网。在本专利技术较佳的实施例中，上述钻孔竖直设置或水平设置，固化层包围在聚能体的周围。一种干冰粉动态破岩系统，其包括上述的干冰粉动态破岩装置和用于对地层围岩进行钻孔的打孔装置。一种基于上述的干冰粉动态破岩系统的干冰粉动态破岩方法，其包括以下步骤：使用打孔装置在地层围岩上钻孔；在钻孔内安装干冰粉动态破岩装置；启动电阻丝激发器，使致裂剂燃烧膨胀。在本专利技术较佳的实施例中，上述干冰粉动态破岩装置的安装方法如下：在钻孔内安装防渗隔热壳体；在防渗隔热壳体与钻孔内壁之间的空隙注入填充固化材料，形成固化层；在防渗隔热壳体内注入致裂剂；在致裂剂中安装电阻丝激发器。在本专利技术较佳的实施例中，上述在钻孔的孔口注入封孔剂，固化形成封孔层，封孔层承受的最大封堵气体压力Pcmax＝4L(C+σn·f)/d；式中，Pcmax—最大封堵气体压力，MPa；L—封孔段长度，m；C—粘聚力，MPa；σn—径向膨胀应力，MPa；f—静摩擦系数；d—钻孔直径，m。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例的干冰粉动态破岩装置包括设置于地层围岩的钻孔内的聚能体，以及填充于聚能体和钻孔内壁之间的固化层，聚能体包括防渗隔热壳体和填充于防渗隔热壳体内的致裂剂，致裂剂包括干冰粉与CO2聚能剂组成的均匀混合物，防渗隔热壳体内还埋设有电阻丝激发器；干冰粉动态破岩系统包括上述的干冰粉动态破岩装置和用于对地层围岩进行钻孔的打孔装置，该干冰粉动态破岩装置、干冰粉动态破岩系统能够达到较为理想的破岩效果，而且安全性高、易于操作。本专利技术实施例的干冰粉动态破岩方法是采用上述干冰粉动态破岩系统进行的，能够提高作业安全性，同时达到较为理想的破岩效果。而且本专利技术利用自主研发的CO2聚能剂(SMA高能粒子，非危险化学品和非限制性货物)，在解决了场地深孔高压气体快速封堵技术基础上(无致裂管作业)，开发出干冰粉动态破岩工艺，无需传统致裂管作业，彻底解决了炸管与飞管问题，也无需活化器等危险化学品，彻底解决限制性危险化学品问题，从根本上解决CO2相变膨胀致裂技术存在的安全隐患，提出一种二氧化碳静态气动压裂新思路。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术第一实施例提供的一种干冰粉动态破岩装置的结构示意图；图2为图1所示的干冰粉动态破岩装置在安装过程中的结构示意图；图3为本专利技术第二实施例提供的一种干冰粉动态破岩装置的结构示意图；图4为图3所示的干冰粉动态破岩装置在安装过程中的结构示意图。图标：100-干冰粉动态破岩装置；110-防渗隔热壳体；120-致裂剂；130-固化层；140-封孔层；150-电阻丝激发器；160-电起爆器；171-注入管道；172-干冰粉罐；173-CO2聚能剂罐；174-混合物生产器；200-干冰粉动态破岩装置；210-挡板；211-注入管道；001-地层围岩；002-钻孔。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种干冰粉动态破岩装置，其特征在于，其包括设置于地层围岩钻孔内的聚能体，以及填充于所述聚能体和所述钻孔内壁之间的固化层，所述聚能体包括防渗隔热壳体和填充于所述防渗隔热壳体内的致裂剂，所述致裂剂包括干冰粉与CO2聚能剂组成的均匀混合物，所述防渗隔热壳体内还埋设有电阻丝激发器。

【技术特征摘要】
1.一种干冰粉动态破岩装置，其特征在于，其包括设置于地层围岩钻孔内的聚能体，以及填充于所述聚能体和所述钻孔内壁之间的固化层，所述聚能体包括防渗隔热壳体和填充于所述防渗隔热壳体内的致裂剂，所述致裂剂包括干冰粉与CO2聚能剂组成的均匀混合物，所述防渗隔热壳体内还埋设有电阻丝激发器。2.根据权利要求1所述的干冰粉动态破岩装置，其特征在于，所述钻孔的孔口还填充有封孔层，所述封孔层位于所述固化层上方。3.根据权利要求2所述的干冰粉动态破岩装置，其特征在于，所述封孔层是采用封孔剂固化而成，所述封孔剂为快干膨胀水泥或者高强度石膏。4.根据权利要求1所述的干冰粉动态破岩装置，其特征在于，还包括设置于所述地层围岩外的电起爆器，所述电起爆器与电阻丝激发器通过电线连接。5.根据权利要求1所述的干冰粉动态破岩装置，其特征在于，所述固化层是采用填充固化材料固化而成，所述填充固化材料为高强度石膏，所述防渗隔热壳体包括PVC套管和纤维石棉网。6.根据权利要求1所述的干冰粉动态破岩装置，其特征在于，钻孔竖直设置或水平设置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡少斌，
申请(专利权)人：江苏中控能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32