[发明专利]一种气-热膨胀管破岩装置及其破岩方法

说明书

本发明公开了一种气‑热膨胀管破岩装置及其破岩方法，包括膨胀管、高压打气筒和起爆器，所述膨胀管包括外管、防潮锡纸和充气头，所述充气头设置于所述外管的两端，所述外管的内部铺设有一层所述防潮锡纸，所述防潮锡纸内部包裹热膨胀剂，所述膨胀剂内部埋设有编码电子电点火管，所述编码电子电点火管通过导线连接所述起爆器，所述充气头上设置有可拆卸的堵头，其中一端的所述充气头通过充气管连接所述高压打气筒；本发明中的气‑热膨胀管破岩装置及其破岩方法，解决了现有气体膨胀破岩技术实施过程中存在的安全系数低、破岩效果差、操作工序复杂等缺点。

技术领域

本发明涉及硬岩破岩技术领域，特别是涉及一种气-热膨胀管破岩装置及其破岩方法。

背景技术

目前，钻爆法仍然是隧道开挖最常用的方法之一。但在富水岩溶区(特别是临近水体、泥砂充填体)隧道工程爆破开挖时，不可避免会对其围岩产生损伤，增加岩体孔隙度，导致围岩松动。同时，上部大型水体沿围岩裂隙通道的承压水，产生的水楔作用会加剧围岩导水裂隙的扩展。承压水水楔和爆破振动耦合作用下，上部水体的水更快进入隧道开挖空间，导致隧道内隧道大量涌水和突水等灾害事故。另外随着经济的发展和土地的集约开发利用，城市或者既有结构区域工程建筑密度越来越大，领近既有结构或建筑兴建新的工程难度越来越高，例如一些城市地铁、人防工程，传统钻爆法存在爆破扰动大、噪音大等问题，一般禁止使用。为了降低爆破对围岩以及邻近建筑的振动损伤，一般使用气体破岩技术来代替传统炸药爆破，气体破岩中如液态CO2相变破岩技术，由于其致裂管结构复杂、制作加工成本较高、液态二氧化碳储存、运输等条件要求高，且对于坚硬岩石破岩效果并不好，该方法多被用在较为松软的煤层和节理裂隙发育的中硬岩的爆破开挖中。中南大学刘敦文课题组提出了一种基于膨胀管的高压气体膨胀破岩方法，2018年，采用高压气体膨胀破岩技术在某隧道掌子面进行现场试验，初步提出了隧道破岩孔网参数；2019年，针对城市硬岩隧道开挖效率低的问题，将高压气体膨胀破岩技术用于地铁联络通道开挖破岩，取得了良好的破岩效果，但是该破岩技术对钻孔质量和堵孔质量要求很高，要求钻孔的成孔质量好、破岩时堵孔严密，且堵孔成本较高，对于地下水丰富条件下，堵孔材料要求高、堵孔成本高且封孔时间长，影响破岩效果和效益。

专利104961387提出了一种气-热膨胀破岩材料，即热膨胀裂石剂，简称热膨胀剂，该种破岩技术与传统爆破破岩机理不同，是以产生的高温、高压气体快速膨胀作用为主，含能材料瞬间燃烧对致裂孔附近岩体的热冲击为辅，因而气-热膨胀破岩技术既避免了传统炸药爆破的三大危害，具有振动很小、噪声小、无飞石、对周围岩体损伤小等特点，又避免了液态CO2相变破岩技术和基于膨胀管的高压气体膨胀破岩技术存在的不足，特别适合邻近富水岩溶区隧道、市政工程和邻近重要建(构)筑物的硬岩工程开挖破岩作业。

现有的气体膨胀破岩技术存在以下缺点：

1)二氧化碳爆破技术：运输过程中安全性难以保证、操作工序较为繁琐。

2)膨胀管破岩技术：成孔质量要求高、封堵质量要求高、封堵成本较高。

3)热膨胀剂：遇明火易误燃、遇水容易失效。

现有的膨胀破岩技术存在以下缺点：1)现有的二氧化碳爆破管分为两种，一种是提前充装液态二氧化碳，然后将爆破管运送至工程现场，在运输过程中，由于震动以及碰撞等因素的影响，爆破管极易自爆；另一种是现场致裂孔外先充装好液态二氧化碳，然后逐个放入致裂孔中实施爆破，现场致裂孔外实施液态二氧化碳充装，安全风险仍然大，且操作流程较为繁琐。2)根据爆破现场的爆破振动监测数据可知，现有的膨胀管破岩技术对围岩以及周边建筑物的爆破扰动仍然存在，只是振动值较低；该破岩技术对钻孔质量和堵孔质量要求很高，要求钻孔的成孔质量好、破岩时堵孔严密，且堵孔成本较高，对于地下水丰富条件下，堵孔材料要求高、堵孔成本高且封孔时间长，影响破岩效果和效益。3)热膨胀剂为颗粒状，使用时直接将一定量的药剂塞进炮孔，如遇致裂孔存在积水或致裂孔内环境较为潮湿时，药剂接触水或受潮会失效，造成哑炮；该药剂在运输、储存、应用时以普通防潮编织袋作为包装，使用时手工抓取药剂进行装药，在这个过程中药剂存在接触明火引发误燃的情况，存在极大的安全隐患。