[发明专利]一种固体二氧化碳气动破岩装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种固体二氧化碳气动破岩装置及其使用方法，属于岩土工程技术领域，该装置外壳是一个两端开口的圆筒，一端连接有泄压端子，另一端连接有密封端子；外壳和泄压端子及密封端子组成一个密闭压力容器，压力容器中心预置加热电阻片和储能剂，其余空间填装固体二氧化碳。使用时首先将压力容器放入基岩的钻孔中，并封好钻孔，然后启动加热程序，达到激发条件后，利用起爆器激发储能剂燃烧产生热能，使固体二氧化碳瞬间相变为气体，气体体积膨胀击穿控压剪切片，进而破碎基岩。本发明采用固体二氧化碳作为载体，使用加热装置控制激发条件，利用储能剂燃烧瞬间放热，设备简单，施工方便，提高了工程安全性和破岩效果，降低了综合成本。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种固体二氧化碳气动破岩装置及其使用方法。

背景技术

当前，许多基坑工程、隧道工程和边坡工程距离既有建(构)筑物非常近，基岩开挖施工必须将变形、振动、噪声等控制在容许范围内，以避免发生安全事故和民事纠纷。

炸药爆破和机械开挖是破碎基岩的两种常见方法。传统的烈性炸药爆破存在振动过大、变形超标、噪声污染、飞石溅砂等显著问题，安全性低，对周边分布有建(构)筑物的工程，已基本禁止采用烈性炸药爆破作业；振动锤等机械开挖方法进度慢、功效低，综合成本高。

二氧化碳气动破岩具有振动小、噪声低的特点，为既有建(构)筑物附近进行基岩开挖提供了一个新的方法，但是当前的技术还有如下几项明显的缺点：第一，目前采用材料是液态二氧化碳，需要具有高压低温特性的特种专业运输车进行存储和运输，属于危险品操作，运输过程安全性有较大风险，也非常不方便，甚至在某些交通不便的工况下，无法到达现场；第二，现场往致裂器中充填液态二氧化碳的过程中，属于高压作业(需要几个兆帕到十几个兆帕)，容易发生安全事故；第三，可能提前被意外引爆，有飞管等安全隐患。第四，爆破速度慢，爆破威力小。

发明内容

本发明欲解决的技术问题是现有技术中的基岩爆破装置及爆破方法安全性低，爆破速度慢及爆破威力小等问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种固体二氧化碳气动破岩装置，该装置包括外壳，外壳的结构为两端开口的圆筒，外壳的一端连接有泄压端子，另一端连接有密封端子；

泄压端子为中空圆筒结构，在泄压端子的顶部内侧焊接有控压剪切片，在底部和控压剪切片之间的中空圆筒结构侧壁上开有泄压孔；

在外壳内部，沿着外壳的长度方向依次设有加热装置和激发装置，加热装置通过加热导线连接有外接电源，激发装置通过激发导线连接有起爆器；

在外壳的圆筒结构内部其余空间装填有固体二氧化碳。

该发明中，外壳由钢材制成，能承受100MPa以上的压强；外壳优先选择Q195、Q215和Q235钢种，这些钢种焊接性能好，塑性和韧性好，强度合适，价格便宜；密闭压力容器的外壳的具体尺寸应能满足下述公式：即p·D/2/a[σ],其中P是内部压强，D为容器直径，a为壁厚，[σ]为容许拉应力。该压力容器的外壳能重复使用。

进一步地，所述密封端子与外壳的一端通过丝口密封连接；泄压端子与外壳的另一端通过丝口密封连接。密封端子和泄压端子均由钢材制成，能承受100MPa以上的压强；优先选择Q195、Q215和Q235钢种，这些钢种焊接性能好，塑性和韧性好，强度合适，价格便宜；该密封端子能重复使用。

更进一步地，所述外壳的内径为60-150mm，长度为40-200cm，壁厚为4-10mm。优选的，外壳的内径为90mm，壁厚为5mm。

更进一步地，所述泄压孔的数量为多个，泄压孔设置为一圈，围绕泄压端子的轴心均匀设置在泄压端子的侧壁上；具体地，所述泄压孔直径为5-10cm，泄压孔的数量为2-3个，泄压孔的圆心距离泄压端子底部的距离≧15cm。