一种基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统

本发明涉及岩体爆破，特别是涉及一种基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统。

背景技术：

1、安全生产事关人民福祉，事关经济社会发展大局。当前在矿产资源开采中，常使用炸药爆破来破碎岩体，但炸药爆炸产生的剧烈震动和强烈冲击波，容易造成周围建（构）筑物的损坏，严重时可致人员伤亡，安全隐患不可忽视。民用爆炸品销购买、运输等过程受到严格的管控，为此，相关人员研发了二氧化碳破岩法、机械破碎等非炸药破岩方法，此类方法虽解决上述炸药爆破所存在的问题，但因成本高、能量转化率低等问题未得到大范围推广，适用范围受到限制。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，以解决上述现有技术存在的问题，通过点火头在有氧环境下激发吸收剂（汽油），吸收剂（汽油）燃爆产生的热量传递给周围的液氮使其膨胀做功破碎岩石。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，包括：

3、空腔结构，所述空腔结构的纵截面为凹字形，所述空腔结构的凹字形中部为空槽，所述空腔结构的顶部两端分别开设有充液氮孔和一号排气孔，所述充液氮孔和一号排气孔处分别连接有充液氮管和一号排气管；所述空腔结构内用于充填液氮；所述空槽内用于盛放吸收剂；

4、顶盖，所述顶盖密封扣合在所述空腔结构的顶部，所述顶盖上开设有与所述空槽连通的充汽油孔、充氧气孔、二号排气孔以及点火线孔，所述充汽油孔、充氧气孔和二号排气孔处分别连接有充汽油管、充氧气管和二号排气管；所述顶盖上还开设有与充液氮孔和一号排气孔的孔洞位置对应连通的两个孔洞；

5、点火机构，所述点火机构包括电阻棒和点火头，所述电阻棒的顶部装配在所述顶盖上，所述顶盖中心的电阻线孔中的电阻线与电阻棒的顶部相连，所述电阻棒的主体位于空槽中且底部浸没在吸收剂内；点火脚线经所述点火线孔伸入所述空槽中，所述点火脚线上位于空槽内的部分间隔设置有多个点火头。

6、优选地，所述空腔结构的整体呈圆筒形，凹字形的所述空腔结构的内径为40mm，外径为100mm；所述空腔结构的整体高度为1m；所述空槽的底面距所述空腔结构的底面的距离为10cm，所述空槽的高度为90cm。

7、优选地，所述顶盖呈圆饼状，所述顶盖的直径为100mm，高度为5cm。

8、优选地，所述点火头的数量为三个，最底部的点火头相对于空槽底部的高度为20cm，相对于最底部的点火头往上每间隔30cm依次布置一个点火头；所述电阻棒长30cm，电阻棒的底端距离空槽底部5cm，所述电阻棒的顶部通过螺纹结构装配在顶盖的螺纹槽中。

9、优选地，所述空腔结构的腔体内壁铺有一层蓄冷材料膜。

10、优选地，所述空腔结构的上部两侧与顶盘的外周侧壁对应安装有固定装置，所述固定装置包括斜板和连接部；所述顶盘外周的斜板底部与顶盘固定连接，斜板顶板向上倾斜；所述空腔结构两侧的斜板顶部与空腔结构固定连接，斜板底部向下倾斜；所述顶板外周的斜板与所述空腔结构两侧对应位置处的斜板之间通过连接部进行连接固定，所述连接部采用钢丝。

11、优选地，所述充液氮管连接有液氮充装系统，所述液氮充装系统包括液氮充填罐和风压泵送机，风压泵送机包括进气口、充气开关和放气开关；液氮充填罐和充液氮管之间设有阀门，所述风压泵送机用于将所述液氮充填罐中的液氮泵送至所述充液氮管处。

12、优选地，所述二号排气管连接有废气处理罐，所述废气处理罐中含有活性炭；所述废气处理罐的顶部连接二号排气管，底部连接出气管。

13、优选地，所述充汽油管连接于汽油输送系统，所述汽油输送系统包括固定支架、套管、套箍、法兰盘和进油螺栓，所述套管通过套箍固定于固定支架上，所述套管的顶部连接有多个进油通道，所述进油通道上部布设有进油螺栓；所述套管的左右两端用法兰盘固定。

14、本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

15、本发明中的基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，包括空腔结构、顶盖和点火机构，将整个破岩系统放入炮孔中后，对空腔结构进行充填液氮，凹字形空腔结构中原有的空气通过一号排气管排出，液氮充填完毕后，充填汽油，汽油通过充汽油管进入空槽中；汽油充填完毕后，操作电阻棒升温，部分汽油气化为油蒸汽；加热一定时间后关闭加热开关，回填炮孔；工作人员将点火脚线引至安全区域后连接点火装置，后疏散人员至安全区域，确认所有人员进入安全区域后，发布点火指令，启动点火开关，点火头产生电火花，液态油和油蒸汽遇火花发生爆燃，瞬间产生大量热量并炸碎“凹字形”空腔结构内壁接触内部的液氮，将热量传递给液氮，使得液氮在有限空间中相变产生大量的高温高压气体，膨胀做功从而破碎岩石。

技术特征：

1.一种基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，其特征在于：所述空腔结构的整体呈圆筒形，凹字形的所述空腔结构的内径为40mm，外径为100mm；所述空腔结构的整体高度为1m；所述空槽的底面距所述空腔结构的底面的距离为10cm，所述空槽的高度为90cm。

3.根据权利要求1所述的基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，其特征在于：所述顶盖呈圆饼状，所述顶盖的直径为100mm，高度为5cm。

4.根据权利要求1所述的基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，其特征在于：所述点火头的数量为三个，最底部的点火头距离空槽底部的高度为20cm，最底部的点火头往上每间隔30cm依次布置一个点火头；所述电阻棒长30cm，电阻棒的底端距离空槽底部5cm，所述电阻棒的顶部通过螺纹结构装配在顶盖的螺纹槽中。

5.根据权利要求1所述的基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，其特征在于：所述空腔结构的腔体内壁铺有一层蓄冷材料膜。

6.根据权利要求1所述的基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，其特征在于：所述空腔结构的上部两侧与顶盘的外周侧壁对应安装有固定装置，所述固定装置包括斜板和连接部；所述顶盘外周的斜板底部与顶盘固定连接，斜板顶板向上倾斜；所述空腔结构两侧的斜板顶部与空腔结构固定连接，斜板底部向下倾斜；所述顶板外周的斜板与所述空腔结构两侧对应位置处的斜板之间通过连接部进行连接固定，所述连接部采用钢丝。

7.根据权利要求1所述的基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，其特征在于：所述充液氮管连接有液氮充装系统，所述液氮充装系统包括液氮充填罐和风压泵送机，风压泵送机包括进气口、充气开关和放气开关；液氮充填罐和充液氮管之间设有阀门，所述风压泵送机用于将所述液氮充填罐中的液氮泵送至所述充液氮管处。

8.根据权利要求1所述的基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，其特征在于：所述二号排气管连接有废气处理罐，所述废气处理罐中含有活性炭；所述废气处理罐的顶部连接二号排气管，底部连接出气管。

9.根据权利要求1所述的基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，其特征在于：所述充汽油管连接于汽油输送系统，所述汽油输送系统包括固定支架、套管、套箍、法兰盘和进油螺栓，所述套管通过套箍固定于固定支架上，所述套管的顶部连接有多个进油通道，所述进油通道上部布设有进油螺栓；所述套管的左右两端用法兰盘固定。

技术总结本发明公开一种基于汽油作为吸收剂的液氮相变膨胀破岩系统，包括空腔结构、顶盖和点火机构，将整个破岩系统放入炮孔中后，对空腔结构进行充填液氮，凹字形空腔结构中原有的空气通过一号排气管排出，液氮充填完毕后，充填汽油，汽油通过充汽油管进入空槽中；汽油充填完毕后，操作电阻棒升温，部分汽油气化为油蒸汽；加热一定时间后关闭加热开关，回填炮孔；工作人员将点火脚线引至安全区域后连接点火装置，启动点火开关，点火头产生电火花，液态油和油蒸汽遇火花发生爆燃，瞬间产生大量热量并炸碎空腔结构内壁接触内部的液氮，将热量传递给液氮，使得液氮在有限空间中相变产生大量的高温高压气体，膨胀做功从而破碎岩石。技术研发人员：王雁冰,王健龙,雷振,郝宪杰,张臣,杨柳,邹宝平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：2024/6/11