基于孔内水腔爆炸及热液损伤的硬岩诱变改性装置及方法

本技术涉及硬岩诱变改性，尤其是涉及一种基于孔内水腔爆炸及热液损伤的硬岩诱变改性装置及方法。

背景技术：

1、非爆机械破岩作为一种新型、环保、非爆炸形式的矿山开采施工方式，具有对周边围岩的扰动小、巷道成型效果好、无有毒有害气体产生、安全性高等优势，是代替传统钻爆法的有效途径之一。但目前在实践过程中仍存在一些问题，例如在许多金属矿山开采的案例中，由于所采金属矿为硬岩而引发了开采效率低、刀具磨损严重、粉尘污染严重等问题。因此为有效解决上述问题，可以从改善岩体特性这一方面着手。通过对待开采岩体开展预处理工作来降低岩体强度，从而辅助非爆机械破岩，以提高开采效率、减少刀具磨损。

2、而金属丝电爆炸技术作为一种能够产生高温和强冲击波来破碎岩石的绿色、安全、高效新型破岩技术，十分具有前景。鉴于此，可以考虑将金属加热丝电爆炸技术应用于待开采岩体的预处理过程中。通过该技术产生的预裂纹，可以显著降低岩体的强度，从而更有效地辅助非爆机械破岩。然而，目前矿山工程现场尚缺乏一种基于水腔电爆炸及高温热流损伤的硬岩诱变改性预处理技术。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中问题，达到对待开采岩体进行预处理，使其产生预裂纹从而降低强度，达到辅助非爆机械破岩的目的，本技术提供一种基于孔内水腔爆炸及热液损伤的硬岩诱变改性装置及方法。

2、本技术第一方面提供的一种基于孔内水腔爆炸及热液损伤的硬岩诱变改性装置，采用如下的技术方案：

3、一种基于孔内水腔爆炸及热液损伤的硬岩诱变改性装置，包括：

4、管体，内部形成液腔，用于容置水溶液；

5、电爆炸丝，固定于管体的液腔内，所述电爆炸丝电连接有延伸出管体端部的导线；

6、爆破薄弱部，设置于管体，所述管体内压力大于爆破薄弱部的破裂压力值时，所述爆破薄弱部破裂。

7、通过采用上述技术方案，作业时，将装载水溶液的管体插入岩体作业面预先开设的钻孔内，将导线的一端延伸出钻孔外，然后通过导线对电爆炸丝通电，电爆炸丝可以在高压电下发生猛烈爆炸，电爆炸丝在水中爆炸迅速加热加压水体，使水汽化，形成高温高压水蒸汽，然后冲破爆破薄弱部，从而压裂岩体，然后高温水蒸汽进入岩体裂纹中进一步侵蚀弱化岩体，完成硬岩诱变改性工作，达到辅助非爆机械破岩的目的。

8、可选的，还包括：

9、充液管，固定于管体设置有导线一端，与所述液腔连通；

10、阀门，设置于充液管，用于控制充液管的联通或关闭。

11、通过采用上述技术方案，作业时，将管体填充于岩体作业面预先开设的钻孔内时，充液管与导线同时位于岩体的外侧，即可通过充液管向管体内充入水溶液，待充满后关闭阀门，即可通过电爆炸丝通电加热。

12、可选的，所述管体包括：

13、筒体；

14、端座，固定于筒体的端部，所述充液管与导线均固定于端座；

15、电极，包括分列于管体的两端的正电极以及负电极，所述电爆炸丝两端分别电连接于两电极，所述导线电连接于电极。

16、可选的，所述管体的管壁成型有注液通道，所述注液通道的一端延伸至管体设置有导线的一端；

17、所述管体的管壁成型有多个出液孔，所述出液孔与所述注液通道联通。

18、通过采用上述技术方案，在将管体插入岩体工作面预先开设的钻孔后，可以将凝固剂通过注液通道注入钻孔内，以填充密封管体和岩体之间，限制管体的活动，为后续爆破作业做准备。

19、可选的，所述管体包括：

20、两端座；

21、多个内弧板，柔性材质，呈环形排布，相邻内弧板之间形成间隙，各内弧板的端部沿相互靠近或远离的方向密封滑移于两端座，所述爆破薄弱部设置于内弧板；

22、多个外弧板，柔性材质，呈环形排布于多个内弧板的外侧，位于相邻内弧板的间隙位置处，各外弧板的内侧沿外弧板的弧度方向密封滑移于相邻两内弧板的外侧；

23、多个所述内弧板与多个所述外弧板同步背离滑移能够扩大管体外径；

24、多个所述内弧板与多个所述外弧板同步相近滑移，能够缩小管体外径。

25、通过采用上述技术方案，作业时，将管体插入岩体作业面预先开设的钻孔内时，通过向管体内充入水溶液，将会首先推动内弧板与外弧板同时背离管体的中心滑移，从而扩大管体的直径，使管体紧密的牢固的贴合于岩体的表面，避免管体相对于岩体活动，然后再对电爆炸丝通电加热，即可实现后续的岩体爆破作业。

26、可选的，还包括：

27、弹性密封件，固定于外弧板。

28、通过采用上述技术方案，设置的弹性密封件，在将管体插入岩体作业面预先开设的钻孔内时，随多个外弧板的外扩运动，各弹性密封件将会顶紧密封于岩体的孔壁，实现管体与钻孔的紧密密封，以提高后续破岩作业质量。

29、可选的，还包括：

30、弹性收缩部件，设置于外弧板，用于限制多个外弧板趋向相互靠近方向收缩。

31、通过采用上述技术方案，设置的弹性收缩部件，能够在常态下限制多个外弧板的位置，以使多个外弧板收缩，便于将管体送至岩体作业面预先开设的钻孔内。

32、可选的，所述爆破薄弱部能够被所述外弧板遮挡；

33、多个所述外弧板收缩，能够遮挡所述内弧板的爆破薄弱部，多个所述外弧板外扩能够使所述爆破薄弱部显露。

34、通过采用上述技术方案，常态下，外弧板能够对内弧板的各爆破薄弱部进行遮挡，避免内弧板的各爆破薄弱部意外破裂，保护其在作业前的安全性，而在管体插入钻孔内后，随各外弧板的外扩，能够使爆破薄弱部显露，从而保证破岩爆破作业。

35、可选的，还包括：

36、液囊，固定于两端座之间，用于容置水溶液与电爆炸丝。

37、通过采用上述技术方案，设置的液囊能够对水溶液进行容置，提高液体的密封性，减少液体泄漏概率。

38、第二方面，本技术提供一种基于孔内水腔爆炸及热液损伤的硬岩诱变改性方法，采用如下的技术方案：

39、一种应用水腔电爆炸及高温热流损伤的硬岩诱变改性装置的方法，包括以下步骤：

40、在岩体作业面的指定位置钻凿钻孔，用于适配管体；

41、将管体插入钻孔内，使充液管与导线均需外露在钻孔口之外；

42、密封填塞钻孔与管体之间；

43、采用充液管输送水溶液进入管体内部；

44、采用导线对电爆炸丝通电，引发电爆炸丝电爆炸现象，促使管体爆破薄弱部破裂，管体内高温高压水蒸汽作用于岩体，使岩体内产生预裂纹并被压入裂纹内，促使岩体开裂弱化。

45、通过采用上述技术方案，通过充液管输送水溶液进入管体内部后，便可以给电爆炸丝通电，使其在高压电下发生猛烈爆炸，电爆炸丝在水中爆炸迅速加热加压水体，使水汽化，形成高温高压水蒸汽，冲破爆破薄弱部，高温水蒸汽由此经爆破薄弱部向外喷出并作用于岩体，使岩体内产生预裂纹并被压入裂纹内，促使岩体开裂弱化，完成硬岩诱变改性工作，达到辅助非爆破岩的目的。

46、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

47、1.作业时，将装载水溶液的管体插入岩体作业面预先开设的钻孔内，将导线的一端延伸出钻孔外，然后通过导线对电爆炸丝通电，电爆炸丝可以在高压电下发生猛烈爆炸，电爆炸丝在水中爆炸迅速加热加压水体，使水汽化，形成高温高压水蒸汽，然后冲破爆破薄弱部，从而压裂岩体，然后高温水蒸汽进入岩体裂纹中进一步侵蚀弱化岩体，完成硬岩诱变改性工作，达到辅助非爆机械破岩的目的。

48、2.作业时，将管体填充于岩体作业面预先开设的钻孔内时，充液管与导线同时位于岩体的外侧，即可通过充液管向管体内充入水溶液，待充满后关闭阀门，即可通过电爆炸丝通电加热。