[發明專利]一種氣-熱膨脹管破巖裝置及其破巖方法

在審

• 申請號: 202110380661.1
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113091545A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 劉敦文;唐宇;張建軍;張萬茂
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: F42D3/04
• 分類號: F42D3/04;F42B3/04;F42B3/10;F42B3/28
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張天一

本發明公開了一種氣?熱膨脹管破巖裝置及其破巖方法，包括膨脹管、高壓打氣筒和起爆器，所述膨脹管包括外管、防潮錫紙和充氣頭，所述充氣頭設置于所述外管的兩端，所述外管的內部鋪設有一層所述防潮錫紙，所述防潮錫紙內部包裹熱膨脹劑，所述膨脹劑內部埋設有編碼電子電點火管，所述編碼電子電點火管通過導線連接所述起爆器，所述充氣頭上設置有可拆卸的堵頭，其中一端的所述充氣頭通過充氣管連接所述高壓打氣筒；本發明中的氣?熱膨脹管破巖裝置及其破巖方法，解決了現有氣體膨脹破巖技術實施過程中存在的安全系數低、破巖效果差、操作工序復雜等缺點。

技術領域

本發明涉及硬巖破巖技術領域，特別是涉及一種氣-熱膨脹管破巖裝置及其破巖方法。

背景技術

目前，鉆爆法仍然是隧道開挖最常用的方法之一。但在富水巖溶區(特別是臨近水體、泥砂充填體)隧道工程爆破開挖時，不可避免會對其圍巖產生損傷，增加巖體孔隙度，導致圍巖松動。同時，上部大型水體沿圍巖裂隙通道的承壓水，產生的水楔作用會加劇圍巖導水裂隙的擴展。承壓水水楔和爆破振動耦合作用下，上部水體的水更快進入隧道開挖空間，導致隧道內隧道大量涌水和突水等災害事故。另外隨著經濟的發展和土地的集約開發利用，城市或者既有結構區域工程建筑密度越來越大，領近既有結構或建筑興建新的工程難度越來越高，例如一些城市地鐵、人防工程，傳統鉆爆法存在爆破擾動大、噪音大等問題，一般禁止使用。為了降低爆破對圍巖以及鄰近建筑的振動損傷，一般使用氣體破巖技術來代替傳統炸藥爆破，氣體破巖中如液態CO2相變破巖技術，由于其致裂管結構復雜、制作加工成本較高、液態二氧化碳儲存、運輸等條件要求高，且對于堅硬巖石破巖效果并不好，該方法多被用在較為松軟的煤層和節理裂隙發育的中硬巖的爆破開挖中。中南大學劉敦文課題組提出了一種基于膨脹管的高壓氣體膨脹破巖方法，2018年，采用高壓氣體膨脹破巖技術在某隧道掌子面進行現場試驗，初步提出了隧道破巖孔網參數；2019年，針對城市硬巖隧道開挖效率低的問題，將高壓氣體膨脹破巖技術用于地鐵聯絡通道開挖破巖，取得了良好的破巖效果，但是該破巖技術對鉆孔質量和堵孔質量要求很高，要求鉆孔的成孔質量好、破巖時堵孔嚴密，且堵孔成本較高，對于地下水豐富條件下，堵孔材料要求高、堵孔成本高且封孔時間長，影響破巖效果和效益。

專利104961387提出了一種氣-熱膨脹破巖材料，即熱膨脹裂石劑，簡稱熱膨脹劑，該種破巖技術與傳統爆破破巖機理不同，是以產生的高溫、高壓氣體快速膨脹作用為主，含能材料瞬間燃燒對致裂孔附近巖體的熱沖擊為輔，因而氣-熱膨脹破巖技術既避免了傳統炸藥爆破的三大危害，具有振動很小、噪聲小、無飛石、對周圍巖體損傷小等特點，又避免了液態CO2相變破巖技術和基于膨脹管的高壓氣體膨脹破巖技術存在的不足，特別適合鄰近富水巖溶區隧道、市政工程和鄰近重要建(構)筑物的硬巖工程開挖破巖作業。

現有的氣體膨脹破巖技術存在以下缺點：

1)二氧化碳爆破技術：運輸過程中安全性難以保證、操作工序較為繁瑣。

2)膨脹管破巖技術：成孔質量要求高、封堵質量要求高、封堵成本較高。

3)熱膨脹劑：遇明火易誤燃、遇水容易失效。

現有的膨脹破巖技術存在以下缺點：1)現有的二氧化碳爆破管分為兩種，一種是提前充裝液態二氧化碳，然后將爆破管運送至工程現場，在運輸過程中，由于震動以及碰撞等因素的影響，爆破管極易自爆；另一種是現場致裂孔外先充裝好液態二氧化碳，然后逐個放入致裂孔中實施爆破，現場致裂孔外實施液態二氧化碳充裝，安全風險仍然大，且操作流程較為繁瑣。2)根據爆破現場的爆破振動監測數據可知，現有的膨脹管破巖技術對圍巖以及周邊建筑物的爆破擾動仍然存在，只是振動值較低；該破巖技術對鉆孔質量和堵孔質量要求很高，要求鉆孔的成孔質量好、破巖時堵孔嚴密，且堵孔成本較高，對于地下水豐富條件下，堵孔材料要求高、堵孔成本高且封孔時間長，影響破巖效果和效益。3)熱膨脹劑為顆粒狀，使用時直接將一定量的藥劑塞進炮孔，如遇致裂孔存在積水或致裂孔內環境較為潮濕時，藥劑接觸水或受潮會失效，造成啞炮；該藥劑在運輸、儲存、應用時以普通防潮編織袋作為包裝，使用時手工抓取藥劑進行裝藥，在這個過程中藥劑存在接觸明火引發誤燃的情況，存在極大的安全隱患。