基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置及操作方法与流程

本发明涉及工程施工机械领域，尤其涉及一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置及操作方法。

背景技术：

1、在矿山工程、隧道工程、道路工程、市政工程中，存在较多的岩体破除工作，很多工程由于体量小，炸药管控严格、周围环境敏感等原因，无法采用炸药爆破方法对岩体进行破除，当前常采用的机械破岩，如凿岩机、镐头机等，环境适用性强、机动灵活，但其效率受岩体强度及完整性的影响大，当岩体强度大，完整性好，其效率低下。急需发展一种能量可控、快速高效、可重复操作的破岩新技术。

2、超高压冲击破岩技术是实现高效非爆破破岩新思路，但目前对超高压气体重复激发及精确控制存在较多难题，如二氧化碳爆破、纯氧爆破等，该类技术对超高压气体控制手段有限，易造成危险，目前很难大规模推广使用，爆燃压裂技术是一种可快速实现超高压冲击破岩技术，但该技术常采用火药或推进剂快速燃烧产生的高温高压气体，形成冲击波破岩，但该过程能量巨大易造成风险，目前该技术常用于深部底层压力，如油气井。

3、综合两种破岩技术优势，综合提出了基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩方法，通过研发，可控制爆燃超高压脉动气体的装置对超高压气体进行控制，并且可重复使用，达到利用爆燃超高压脉动冲击能量进行破岩，cn 113959869a提出了一种高压气体爆破实验装置及使用方法，该装置可以实现高压空气冲击室内破岩实验，但能量有限，无法应用到现场作业，且不能实现高压空气进一步充能增加冲击威力。

4、目前在岩土领域尚无成熟设备投入运用，因此发明一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置及操作方法，对实现能量可控、快速高效、可重复操作的破岩十分有必要。

技术实现思路

1、本申请提供了一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置及操作方法，用于针对解决现有技术中超高压气体重复激发及精确控制存在较多不稳定的技术问题。

2、鉴于上述问题，本申请提供了一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置及操作方法。

3、本申请的第一个方面，提供了一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置，包括高压腔室，所述高压腔室顶部设置有增能药剂注入阀，所述增能药剂注入阀一侧设置有增能药剂源，所述高压腔室内部设置有高能点火器，所述高压腔室一侧设置有快速泄压阀，所述快速泄压阀一侧设置有液压源，所述高压腔室底部设置有高压空气源。

4、本申请的第二个方面，提供了一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置操作方法，其特征在于包括以下步骤：s100：注入增能药剂，通过分体注入泵将调配好的增能药剂注入到高压腔室1，注入量应为高压腔室1体积的0.3-0.7倍；增能药剂能与高能点火器2的点火杆201接触；s200:注入高压空气，先将增能药剂注入阀3和快速泄压阀4关闭，向高压腔室1注入高压空气，注入压力值p1为25-45mpa；s300：钻孔及封孔，首先完成岩体钻孔作业，钻孔直径为113mm，钻孔深度为2.5m，可与钻孔封隔器5适配，将钻孔封隔器5下放到钻孔中，并将钻孔封隔器5压紧完成封孔，封孔段长度为30-50cm；s400：激发点火，设定好高压腔室1预定压力值p2为100-140mpa，启动高能点火器2，进行激发点火，高压空气与增能药剂被点燃，两者发生快速燃烧反应，高压空气压力迅速增高，当高压腔室1压力值p2达到预定压力值100-140mpa，快速泄压阀4快速开启，实现超高压力气体导入钻孔，对岩体形成气体爆破效果，达到破岩目的，其中s200中的压力值p1小于s400中的压力值p2；s500重复作业：按照s100-s200步骤开展重复作业。

5、本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

6、本发明装置采用高压空气作为冲击介质，可以现场采用高压空气压缩机直接制取，取材便捷、过程安全；采用高空气与增能药剂发生快速燃烧或爆燃反应，可以形成超高压力气体，压力值可以突破200mpa，远高于机械增压的压力极限值。

7、发明的快速泄压阀体通过液压高压压紧实现密封，同时利用超高压气体冲击力实现快速推动密封活塞实现快速泄压功能，这种方式密封可以实现200mpa以内超高压气体密封与快速泄压；快速阀体结构简单，对超高压高温气体对密封活塞气蚀问题，可通过快速更换密封活塞，保证快速泄压阀的正常功能。

8、本装置通过高频压力传感器，实时监测爆燃气体压力值，并通过plc控制快速泄压阀的动作，可以根据需要设定超高压气体压力值，实现爆燃超高压冲击能量的精确控制。

9、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置，其特征在于，包括高压腔室(1)，所述高压腔室(1)顶部设置有增能药剂注入阀(3)，所述增能药剂注入阀(3)一侧设置有增能药剂源(7)，所述高压腔室(1)内部设置有高能点火器(2)，所述高压腔室(1)一侧设置有快速泄压阀(4)，所述快速泄压阀(4)一侧设置有液压源(9)，所述高压腔室(1)底部设置有高压空气源(8)。

2.根据权利要求1所述的一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置，其特征在于，所述高能点火器(2)包括点火杆(201)及高能点火控制(202)，所述点火杆(201)贯穿至所述高压腔室(1)内部。

3.根据权利要求1所述的一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置，其特征在于，所述增能药剂注入阀(3)包括阀体(301)、密封活塞(302)、控制液压口(303)及注入通道(304)，所述阀体(301)内部滑动连接有所述密封活塞(302)，所述阀体(301)外侧设置有所述控制液压口(303)及与所述增能药剂源配合的所述注入通道(304)。

4.根据权利要求1所述的一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置，其特征在于，所述快速泄压阀(4)包括泄压阀体(401)、密封活塞(402)、控制液压口(403)及快速泄压通道(404)，所述泄压阀体(401)内部活动连接有所述密封活塞(402)，所述泄压阀体(401)开设有一对所述快速泄压通道(404)，所述泄压阀体(401)外侧开设有与所述液压源(9)配合的所述控制液压口(403)。

5.根据权利要求1所述的一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置，其特征在于，所述快速泄压阀(4)顶部设置有导气管(6)，所述导气管(6)底部设置有钻孔封隔器(5)。

6.根据权利要求1所述的一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置，其特征在于，所述增能药剂注入阀(3)用于注入增能药剂，所述增能药剂配方为固体甲硅烷基化硅石、sio2纳米颗粒、纳米碳粉和有机粉末按照100：100:5:1体积比配制混合而成，通过充分拌合，形成高度蓬松粉体，通过粉末泵将注入高压腔室(1)。

7.根据权利要求1所述的一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置，本申请还提供一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置操作方法，其特征在于包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置操作方法，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种基于可控爆燃超高压脉动冲击重复破岩装置，包括高压腔室，所述高压腔室顶部设置有增能药剂注入阀，所述增能药剂注入阀一侧设置有增能药剂源，所述高压腔室内部设置有高能点火器，所述高压腔室一侧设置有快速泄压阀，所述快速泄压阀一侧设置有液压源，所述高压腔室底部设置有高压空气源。发明的快速泄压阀体通过液压高压压紧实现密封，同时利用超高压气体冲击力实现快速推动密封活塞实现快速泄压功能，这种方式密封可以实现200MPa以内超高压气体密封与快速泄压；快速泄压阀阀体结构简单，对超高压高温气体对密封活塞气蚀问题，可通过快速更换密封活塞，保证快速泄压阀的正常功能。技术研发人员：张强,李晨,奚灵智,杨槐,胡少斌,蒋鹰冲受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4