[发明专利]一种露天矿用二氧化碳破岩装置及方法

说明书

一种露天矿用二氧化碳破岩装置及方法，装置包括注气管、增压泵、搅拌式二氧化碳与磨料混合机构、液态二氧化碳储罐、储能室及致裂室，储能室与致裂室之间设有封隔片，注气管上设有压力传感器、流量传感器和若干阀门，储能室与钻孔孔口之间注气管上依次套装有陶瓷电加热套管和保温套管。方法为：布孔；确定破岩参数；钻孔；对钻孔进行热力扩孔；将储能室与致裂室串装体送入钻孔；对钻孔孔口进行封孔；向储能室内腔中通入二氧化碳磨料混合流体，封堵钻孔孔壁裂隙同时加注液态二氧化碳；对液态二氧化碳进行增压和加热，形成超临界二氧化碳并封闭储能室；持续通入超临界二氧化碳使封隔片碎裂，钻孔内液态二氧化碳急速气化膨胀，其能量直接致裂岩层。

技术领域

本发明属于露天矿山采矿技术领域，特别是涉及一种露天矿用二氧化碳破岩装置及方法。

背景技术

露天采矿是一个移走矿体上的覆盖物以得到所需矿物的过程，一般包括剥离、爆破、采装等作业流程，爆破过程是影响矿体开采的质量、安全及经济效益的关键环节。传统的爆破方式是利用炸药在钻孔中爆炸所产生的爆生气体达到致裂岩石的目的，但传统爆破方式存在诸多安全隐患，炸药在存储、运输过程中易造成安全事故，炸药在使用时会引起较大的空气冲击波，不仅会带来噪声、环境污染，而且较大的地震波还会影响边坡稳定，进而带来了严重的次生灾害。另外，在露天煤矿开采的爆破过程中高温爆生气体极易损耗钻孔内的煤体，造成了大量的资源浪费。

为此，二氧化碳爆破技术应运而生，二氧化碳爆破是利用二氧化碳相变转换特性进行爆破压裂的，但二氧化碳需要提前压缩到爆破筒内，使用时需要利用电击发或炸药击发等引爆方式使二氧化碳发生相变，从而使二氧化碳的体积瞬间膨胀，以达到爆破效果。电击发引爆方式或炸药击发引爆方式在爆炸性气体环境下具有一定的危险性，同时将二氧化碳压缩到爆破筒内的过程也存在较高的安全隐患。

对于煤矿而言，传统爆破过程中过多沫煤量的产生导致了大量的资源浪费与效益降低，因此，要求破岩后的煤体具备一定的块度。对于金属矿而言，则要求破岩后尽量降低大块率，以满足提升与选矿的要求。传统二氧化碳爆破采用爆破筒进行储能，无法进行能量的调节与控制，难以满足不同矿岩体的块度需求。此外，由于露天矿岩钻孔的孔壁具有天然裂隙，会增大气体相变产生能量的耗散通道，同时传统二氧化碳爆破过程中不采用封孔处理，加剧了能量耗散并产生粉尘污染，导致现有的二氧化碳爆破方式存在破岩范围小、破岩效果不理想等不足之处。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种露天矿用二氧化碳破岩装置及方法，具有破岩安全性高、破岩范围大、破岩效果好以及压力、块度可控的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种露天矿用二氧化碳破岩装置，包括注气管、液态二氧化碳储罐、储能室及致裂室；所述液态二氧化碳储罐位于钻孔外部，所述储能室及致裂室位于钻孔内部；所述注气管一端与液态二氧化碳储罐相连通，注气管另一端与储能室相连通，所述储能室与致裂室串装在一起，储能室与致裂室的内腔之间由封隔片进行分隔。

在所述液态二氧化碳储罐与钻孔孔口之间的注气管上依次设置有第一阀门、增压泵、第一压力传感器、第一流量传感器、第一三通、第二阀门、第二三通、第二压力传感器、第二流量传感器、第三三通及第三阀门；在所述钻孔外部设置有搅拌式二氧化碳与磨料混合机构，所述搅拌式二氧化碳与磨料混合机构与第二阀门并联设置，搅拌式二氧化碳与磨料混合机构的进料端通过第四阀门与第一三通相连通，搅拌式二氧化碳与磨料混合机构的出料端通过第五阀门与第二三通相连通；在所述钻孔外部设置有废气储罐，所述废气储罐与第三三通相连通，在第三三通与废气储罐之间的管路上依次设置有第六阀门和第三压力传感器。

在所述钻孔外部设置有信息采集器和计算机，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第一流量传感器及第二流量传感器的信号输出端均与信息采集器进行电连接，信息采集器的信号输出端与计算机进行电连接。