一种用于煤矿环境下的气体相变破岩装置

本发明涉及煤矿破岩，特别是涉及一种用于煤矿环境下的气体相变破岩装置。

背景技术：

1、煤矿煤层的赋存条件复杂，在一个采煤工作面中往往存在大小不等的若干断层，采用综合机械化开采设备进行采煤的综采工作面遇到断层或短距离岩层时，综采设备无法进行作业，这时需要使用其它方法穿过岩层。现有的处理方法是将综采设备部分拆除转移或进行安全防护，采用钻眼爆破的方式处理断层附近的岩层。首先是综采设备需要部分拆除或进行安全防护，用打眼工具进行打眼，然后装药、爆破，再用采煤机装载，爆破完成后再将综采设备安装上。这种处理方式的缺点是综采设备部分拆除与转移，交替作业时间长，并需要在工作面断层附近进行爆破作业，然而在采煤工作面进行爆破作业往往带来安全隐患，使用环境与明火的直接接触容易引起瓦斯、煤尘爆炸等事故。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过气体相变破坏岩体，同时在激发时隔绝使用环境与明火的直接接触，能够避免引起矿井内瓦斯气体爆炸导致的安全事故。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，包括：

4、钨合金发热管，其内填充有铝热剂，能够进行铝热反应释放热量；

5、液氮袋，密封套设于所述钨合金发热管外部，所述液氮袋内填充有液氮，其能够受所述钨合金发热管释放的热量相变为氮气，增大液氮袋体积，完成岩体的破裂和粉碎。

6、可选的，还包括密封盖，所述密封盖与所述钨合金发热管顶部密封接触连接，所述液氮袋的顶部开口穿过所述钨合金发热管和密封盖后固定密封。

7、可选的，还包括顶盖，所述顶盖的内底部固定环设有凸起，所述密封盖顶部外沿环设有凹槽，所述顶盖底部开口套设于所述顶盖上后，所述凸起能够卡接于所述凹槽内；所述液氮袋的顶部开口能够固定密封于所述顶盖和密封盖之间。

8、可选的，所述钨合金发热管顶部和底部均分别设有环形凸缘，所述钨合金发热管顶部的环形凸缘上固定设有多个支柱，所述支柱外壁上开设有螺纹，其能够与螺母螺纹连接，所述顶盖和密封盖上均开设有与所述支柱一一对应的通孔，所述液氮袋的顶部开口外侧环设有与所述支柱一一对应的通孔，所述支柱依次穿过所述密封盖、液氮袋和顶盖的对应通孔后，能够通过螺纹连接螺母，通过向顶盖方向旋紧螺母，可以实现对本发明装置在顶盖、密封盖处的固定。

9、可选的，所述钨合金发热管顶部的环形凸缘、密封盖和顶盖上均设有对应的填充孔，所述填充孔内固定密封插设有柔性管，所述柔性管底部位于所述液氮袋内，用于向所述液氮袋内充填液氮。

10、可选的，所述固定盖和密封盖上均开设有排放孔，所述排放孔内插设有排气管，所述排气管底部伸入所述钨合金发热管内，并经所述钨合金发热管的侧壁开口与所述液氮袋内部连通，用于排放充填过程中变为气态的液氮。

11、可选的，所述顶盖和密封盖上开设有点火孔，所述点火孔内用于穿设缠绕铝粉条的点火钨丝。

12、可选的，所述钨合金发热管采用以钨为基，并添加有镍、铜、铁、钴、钼、铬元素组成的合金制成。

13、可选的，所述液氮袋采用tpu材质制成。

14、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

15、本发明利用铝热反应快速放热实现液氮的相变，同时钨合金发热管的熔点要始终高于反应温度，反应过程始终在钨合金发热管内部进行，不会和外界环境接触；液氮在快速受热后产生相态转变，由液态变为气态，其体积将会急剧膨胀扩张，液氮的膨胀比为1：696，意味着其由液态向气态转变时会膨胀约700倍，可以实现岩体的破裂和粉碎。密封盖和顶盖的结构实现了液氮容器的固定和密封，使其在充填过程中不会脱落，同时排气管和钨合金发热管一体化，减少了装药结构的安装工序，提高了生产效率，同时装药结构整体的安装更加规范可控。

技术特征：

1.一种用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，其特征在于，还包括密封盖，所述密封盖与所述钨合金发热管顶部密封接触连接，所述液氮袋的顶部开口穿过所述钨合金发热管和密封盖后固定密封。

3.根据权利要求2所述的用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，其特征在于，还包括顶盖，所述顶盖的内底部固定环设有凸起，所述密封盖顶部外沿环设有凹槽，所述顶盖底部开口套设于所述顶盖上后，所述凸起能够卡接于所述凹槽内；所述液氮袋的顶部开口能够固定密封于所述顶盖和密封盖之间。

4.根据权利要求3所述的用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，其特征在于，所述钨合金发热管顶部和底部均分别设有环形凸缘，所述钨合金发热管顶部的环形凸缘上固定设有多个支柱，所述支柱外壁上开设有螺纹，其能够与螺母螺纹连接；所述顶盖和密封盖上均开设有与所述支柱一一对应的通孔，所述液氮袋的顶部开口外侧环设有与所述支柱一一对应的通孔，所述支柱依次穿过所述密封盖、液氮袋和顶盖的对应通孔后，能够通过螺纹连接螺母。

5.根据权利要求4所述的用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，其特征在于，所述钨合金发热管顶部的环形凸缘、密封盖和顶盖上均设有对应的填充孔，所述填充孔内固定密封插设有柔性管，所述柔性管底部位于所述液氮袋内，用于向所述液氮袋内充填液氮。

6.根据权利要求4所述的用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，其特征在于，所述固定盖和密封盖上均开设有排放孔，所述排放孔内插设有排气管，所述排气管底部伸入所述钨合金发热管内，并经所述钨合金发热管的侧壁开口与所述液氮袋内部连通，用于排放充填过程中变为气态的液氮。

7.根据权利要求4所述的用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，其特征在于，所述顶盖和密封盖上开设有点火孔，所述点火孔内用于穿设缠绕铝粉条的点火钨丝。

8.根据权利要求1所述的用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，其特征在于，所述钨合金发热管采用以钨为基，并添加有镍、铜、铁、钴、钼、铬元素组成的合金制成。

9.根据权利要求1所述的用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，其特征在于，所述液氮袋采用tpu材质制成。

技术总结本发明公开了一种用于煤矿环境下的气体相变破岩装置；涉及煤矿破岩技术领域，包括：钨合金发热管和液氮袋，钨合金发热管内填充有铝热剂，能够进行铝热反应释放热量；液氮袋密封套设于所述钨合金发热管外部，所述液氮袋内填充有液氮，其能够受所述钨合金发热管释放的热量相变为氮气，增大液氮袋体积，完成岩体的破裂和粉碎。本发明提供的用于煤矿环境下的气体相变破岩装置，通过气体相变破坏岩体，同时在激发时隔绝使用环境与明火的直接接触，能够避免引起矿井内瓦斯气体爆炸导致的安全事故。技术研发人员：王雁冰,汪东宸,雷振,郝宪杰,张臣,杨柳,邹宝平,朱现磊受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）技术研发日：技术公布日：2024/7/23