一种砂岩铀矿二次爆破装置和方法

本发明涉及矿山爆破，更具体的说是涉及一种砂岩铀矿二次爆破装置和方法。

背景技术：

1、核电能源的绿色安全性，使其在世界能源结构占据重要地位。天然铀是重要的核电燃料，是战略性矿产资源和能源资源，我国目前铀矿资源产能与需求仍有很大差距。目前我国主要采用的方法是地浸采铀法，具有生产成本低、劳动强度小、环境保护好、资源利用高等优势，而砂岩型铀矿占43％，但其低渗透率的性质不利于地浸法的使用，通过水力压裂技术、射孔技术、高能气体致裂技术等物理方法和酸化改造等化学技术可有效提升储层的渗透性。

2、传统炸药爆破在矿山资源开采、工程爆破等领域取得广泛应用，带来巨大经济价值，同时也具有冲击波压力不易控制、可重复性差、易塌孔和渗透率衰减快等缺点。液态co2相变爆破因其环保性、安全性等优势，得到广泛应用与研究，在煤层预裂、矿山开采等领域得到大量应用。

3、天然岩体中含有大量的节理、裂隙、软弱夹层等结构面，致使岩体力学参数表现出高度的不连续性和各向异性特征。常用的co2相变致裂器，一是爆破效果更倾向于定向爆破，二是对于地层中复杂地形(含节理、裂缝和层理等地形)难以获得良好的增渗效果。目前co2相变爆破因其威力小于传统炸药，其爆破产生的裂缝范围较小，裂缝网络相对单一。基于此技术现状，提出一种二次爆破方法，以提升co2相变爆破的爆破范围和缝网复杂性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种砂岩铀矿二次爆破装置和方法，以期解决背景技术中的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种砂岩铀矿二次爆破装置，包括：

4、储液管，所述储液管内设有填充腔，填充腔的侧壁设置若干泄气孔；

5、加热装置，所述加热装置设置在填充腔内，用于为液态co2相变提供能量；

6、充装头，所述充装头设置在储液管上，用于向填充腔内填充液态co2；

7、定压剪切片单元，所述定压剪切片单元设置在泄气孔处，用于承载液态co2充装压力，并在液态co2爆破冲击下被破坏。

8、在一些实施例中，所述定压剪切片单元为定压剪切片，所述定压剪切片包括：连接头，所述连接头具有沿轴向贯穿的第一空腔，所述连接头密封连接在所述泄气孔处，在第一空腔远离泄气孔处设有金属片，所述金属片能承载液态co2充装压力，并在液态co2爆破冲击下被破坏。

9、在一些实施例中，所述定压剪切片单元为弹头型定压剪切片，所述弹头型定压剪切片包括：定压剪切片和弹头，所述定压剪切片包括：连接头，所述连接头具有沿轴向贯穿的第一空腔，所述连接头密封连接在所述泄气孔处，在第一空腔远离泄气孔处设有金属片，所述金属片能承载液态co2充装压力，并在液态co2爆破冲击下被破坏；

10、所述弹头包括弹头支撑管，所述弹头支撑管具有贯通的第二空腔，所述弹头支撑管连接在连接头上，使得第一空腔与第二空腔相对设置；所述第二空腔内安装有炸药单元，所述炸药单元用于在岩体内部发生二次爆破，引导裂缝扩展。

11、在一些实施例中，所述炸药单元包括：炸药柱和次级火药柱，所述炸药柱呈子弹状，所述炸药柱的弹头内设有火帽座，所述次级火药柱设置在火帽座内，用于引燃次级火药柱的顶针穿过炸药柱的弹头设置在弹头尖端；所述炸药柱内设有传播环，用于将次级火药柱和炸药柱部分隔开，使次级火药柱在燃烧完后引爆炸药柱。

12、在一些实施例中，所述传播环的中部设有贯穿的第一传播孔，所述火帽座内在于所述第一传播孔相对的位置设有连接孔，所述第一传播孔用于将次级火药柱和炸药柱连接，传播环在靠近边缘的上下两侧分别设有贯穿的第二传播孔，所述第二传播孔用于将炸药柱的柱状部分与弹头部分连接。

13、在一些实施例中，所述泄气孔为斜向泄气孔。

14、本发明还提供了一种砂岩铀矿二次爆破方法，基于任一所述的装置实现，包括以下步骤：

15、步骤1：砂岩铀矿二次爆破装置布置在合适位置后，通过充装头向储液管填充液态co2；

16、步骤2：待达到设定初始压力停止灌装；

17、步骤3：激发加热装置，使液态co2受热相变为气态，冲击破坏定压剪切片单元后发生相变爆破。

18、在一些实施例中，当定压剪切片单元为弹头型定压剪切片时，在液态co2相变爆破后，将定压剪切片外部的炸药单元射入岩石内部，触发延时爆破效果，在一定时间后，炸药单元在岩体内部发生二次爆破，引导裂缝扩展。

19、本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

20、本发明结构新颖，实用性强。为避免只倾向于定向致裂的爆破效果，并针对特殊岩层难以达到爆破效果，设计爆破增渗工况所需的“泄气孔数量多且压力均匀”的致裂器，并通过延时引信弹头，对特殊岩层达到爆破增渗的良好效果，从而提升爆破裂缝的范围和复杂性，达到提升储层渗透性以提高地浸采铀效果。

技术特征：

1.一种砂岩铀矿二次爆破装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种砂岩铀矿二次爆破装置，其特征在于，所述定压剪切片单元为定压剪切片，所述定压剪切片包括：连接头，所述连接头具有沿轴向贯穿的第一空腔，所述连接头密封连接在所述泄气孔处，在第一空腔远离泄气孔处设有金属片，所述金属片能承载液态co2充装压力，并在液态co2爆破冲击下被破坏。

3.根据权利要求1所述的一种砂岩铀矿二次爆破装置，其特征在于，所述定压剪切片单元为弹头型定压剪切片，所述弹头型定压剪切片包括：定压剪切片和弹头，所述定压剪切片包括：连接头，所述连接头具有沿轴向贯穿的第一空腔，所述连接头密封连接在所述泄气孔处，在第一空腔远离泄气孔处设有金属片，所述金属片能承载液态co2充装压力，并在液态co2爆破冲击下被破坏；

4.根据权利要求3所述的一种砂岩铀矿二次爆破装置，其特征在于，所述炸药单元包括：炸药柱和次级火药柱，所述炸药柱呈子弹状，所述炸药柱的弹头内设有火帽座，所述次级火药柱设置在火帽座内，用于引燃次级火药柱的顶针穿过炸药柱的弹头设置在弹头尖端；所述炸药柱内设有传播环，用于将次级火药柱和炸药柱部分隔开，使次级火药柱在燃烧完后引爆炸药柱。

5.根据权利要求4所述的一种砂岩铀矿二次爆破装置，其特征在于，所述传播环的中部设有贯穿的第一传播孔，所述火帽座内在于所述第一传播孔相对的位置设有连接孔，所述第一传播孔用于将次级火药柱和炸药柱连接，传播环在靠近边缘的上下两侧分别设有贯穿的第二传播孔，所述第二传播孔用于将炸药柱的柱状部分与弹头部分连接。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种砂岩铀矿二次爆破装置，其特征在于，所述泄气孔为斜向泄气孔。

7.一种砂岩铀矿二次爆破方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一所述的装置实现，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的一种砂岩铀矿二次爆破方法，其特征在于，当定压剪切片单元为弹头型定压剪切片时，在液态co2相变爆破后，将定压剪切片外部的炸药单元射入岩石内部，触发延时爆破效果，在一定时间后，炸药单元在岩体内部发生二次爆破和三次爆破，引导裂缝扩展。

技术总结本发明公开了一种砂岩铀矿井下二次爆破装置和方法，该装置包括：储液管，所述储液管内设有填充腔，填充腔的侧壁设置若干泄气孔；加热装置，所述加热装置设置在填充腔内，用于为液态CO<subgt;2</subgt;相变提供能量；充装头，所述充装头设置在储液管上，用于向填充腔内填充液态CO<subgt;2</subgt;；定压剪切片单元，所述定压剪切片单元设置在泄气孔处，用于承载液态CO<subgt;2</subgt;充装压力，并在液态CO<subgt;2</subgt;爆破冲击下被破坏。本发明对特殊岩层达到爆破增渗的良好效果，从而达到提升储层渗透性以提高地浸采铀效果。技术研发人员：郑永香,李嘉伟,王伟,牛庆合,袁维,尹超,杨海涛,商松华受保护的技术使用者：石家庄铁道大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4