一种双超临界气体爆破器引爆装置及致裂器的制作方法

本发明属于引爆装置领域，尤其涉及双超临界气体爆破器引爆装置。

背景技术：

气体爆破技术，是利用易气化的液态或固体物质气化膨胀产生高压气体，使周围介质膨胀做功，并导致破碎，具有无明火、安全、高效的特点。

二氧化碳气体爆破器是气体爆破技术中的典型爆破器材，被广泛应用在采矿业、地质勘探、水泥、钢铁、电力等行业、地铁与隧道及市政工程、水下工程、以及应急救援抢险中。

现有的气体爆破器主要包括汽化储液管和安装在汽化储液管内的发热引爆装置；发热引爆装置点火发热后将汽化储液管内的易气化物气化，并导致膨胀爆炸。

现有气体爆破器引爆装置的结构主要是将产热的化学反应物通过装料带装在金属网管内，并将电热丝封装在化学反应物中；(参考专利文献：低温气体爆破器，公告号：CN2514304，公开日：2002.10.02)；该种引爆器结构需预先填装能发生产热反应的氧化剂和还原剂，普遍采用的是粉末状氧化剂和还原剂，常用的产热反应物组合是硫磺（S）、硝石（KNO3）和碳粉（C），其反应方程式为：S+2KNO3+3C=K2S+N2↑+3CO2↑，俗称黑火药反应，该种反应料的成本较低。

采用上述结构的引爆装置，存在的问题是：1、引爆装置内所需填装的热反应物需进行混料、拌匀、卷料或装袋等过程的加工，填装过程耗时耗工，制造成本较大；2、引爆装置在填装药剂过程，氧化剂和还原剂容易出现混合不均的问题，导致放热效率较低；3、热反应料需预先混合填充，运输过程中温度偏高易引发燃烧或爆炸，具有较大的安全隐患；4、由于引爆材料的延时或其他情况出现，容易出现哑炮的情况，无法判断哑炮是何种原因造成的，故不能通过排哑炮方式消除安全隐患；5、现有气体爆破器引爆方式采用固态活化剂燃烧产生高温，直接导热到液态二氧化碳，使液态二氧化碳气化膨胀，其液态二氧化碳的吸热效率较低。

技术实现要素：

本发明所要实现的目的是：设计出一种具有加工简单、制造成本低、反应料混合均匀度高、放热效率高、运输安全性好、无哑炮隐患以及液态气化物吸热效果好的引爆装置；以解决背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种双超临界气体爆破器引爆装置，其特征在于：包括壳体和位于壳体内的填充腔，所述壳体包括第一分节、第二分节和联接头，填充腔包括还原剂填充腔和氧化剂填充腔，所述第一分节和第二分节内分别为还原剂填充腔和氧化剂填充腔；

所述联接头中部安装隔离热塑片，隔离热塑片内封装有电热丝，电热丝通过导线导出到壳体外部；

所述联接头两端分别螺纹密封连接或无缝焊接第一分节和第二分节的一端，第一分节和第二分节的另一端分别连接有第一充气机构和第二充气机构；

所述第一充气机构和第二充气机构为高压充气阀或高压气体单向阀。

进一步，所述壳体的抗压强度大于5.045Mpa。

进一步，所述壳体为纤维质筒或包含纤维材质的复合层筒，所述第一分节的两端分别密封包缠有第一金属接头和第二金属接头，第二分节的两端分别密封包缠有第三金属接头和第四金属接头，第一金属接头连接第一充气机构，第四金属接头连接第二充气机构，第二金属接头和第三金属接头分别连接联接头的两端。

进一步，所述壳体采用玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维中的至少一种材质制成。

进一步，所述壳体采用复合层制成，所述壳体包括纤维层和硬化层，硬化层位于纤维层的外层。

进一步，所述壳体采用复合层制成，所述壳体包括基体层、纤维层和硬化层，硬化层位于纤维层的外层，基体层位于纤维层的内层。

进一步，所述基体层采用有机玻璃或聚酯纤维或聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)或软质硅胶材料中的至少一种制成。

进一步，所述纤维层采用碳纤维或芳纶纤维或玻璃纤维或石墨烯材料中的至少一种制成。

进一步，所述硬化层采用UV硬化胶或环氧树脂胶或瞬间胶或厌氧胶或石膏或水泥。

进一步，所述壳体采用玻璃钢材料制成。

进一步，所述壳体采用碳钢筒时，其壳体的筒壁厚度为1mm至10mm。

进一步，所述壳体采用复合纤维材质时，壳体的筒壁厚度为0.5mm至10mm。

进一步，所述电热丝通过导线从联接头的侧壁引出，联接头的侧壁上开设有用于引出导线的密封穿孔；

进一步，所述第一充气机构与第二充气机构具有相同结构。

进一步，所述第二充气机构包括充气孔、阀杆和充气阀座，充气孔贯通充气阀座的底部与顶部，充气孔中部为锁气腔，阀杆通过螺纹结构活动安装在锁气腔内，锁气腔内设有密封球，且密封球位于阀杆的底部。

进一步，充气阀座通过无缝焊接、密封胶接或螺纹密封连接安装在壳体的一端。

进一步，所述充气阀座螺纹密封连接在壳体的一端，充气阀座底部外壁设置有阀座外螺纹，壳体的一端开设有与阀座外螺纹相配合的阀座内螺口，阀座外螺纹与阀座内螺口之间设有密封圈。

进一步，所述充气孔的充气口位于充气阀座的顶部侧边，阀杆位于充气阀座的顶部顶面。

进一步，所述充气孔的充气口位于充气阀座的顶部顶面，阀杆位于充气阀座的顶部侧边。

进一步，所述充气孔的充气口和阀杆均位于充气阀座的顶部顶面。

进一步，所述充气机构采用单向阀结构，包括第二座体、第二阀腔、第二阀体和第二气孔，第二气孔位于第二座体轴心上部，第二阀腔位于第二座体轴心下部，第二气孔联通第二阀腔，第二阀腔内设有第二阀体，第二阀体的上端面密封贴合第二阀腔上壁，第二阀腔下部设置有第二锁紧螺丝，第二锁紧螺丝中部空心；所述第二阀体的下端与第二锁紧螺丝之间设有第二弹簧；所述第二座体的外壁无缝焊接、密封胶接或螺纹密封连接在壳体的一端。

进一步，所述第二气孔上部设置有内螺纹口，内螺纹口螺纹连接有密封螺帽，用于实现双层锁气。

进一步，所述第二阀体包括阀帽和顶杆，阀帽连接顶杆的下端，阀帽上部面密封贴合第二阀腔上壁，顶杆轴心处设置有进气道，顶杆外壁过渡配合第二气孔。

进一步，所述第二阀体包括阀帽、顶杆和阀帽密封圈，阀帽连接顶杆的下端，阀帽上部面通过阀帽密封圈密封贴合第二阀腔上壁，顶杆间隙配合第二气孔。

一种致裂器，其特征在于：采用上述气体爆破器引爆装置直接用于致裂物体。

本发明的工作方式是：起爆前，将还原剂填充腔和氧化剂填充腔分别填充还液态还原剂和超临界态的氧化剂，点火过程中，通过导线进行通电，加热电热丝，加热丝热化后，隔离热塑片先被软化，还原剂填充腔和氧化剂填充腔相互导通，同时高温触发还原剂与氧化剂发生反应，由于还原剂和氧化剂均为流体态，其反应产热过程具有混料时间短，燃烧反应速度块，反应效率高，反应产热温度高的特点，用于气体爆破器，能较大程度的增加其爆破威力。

另外，上述优化结构中，壳体采用纤维质筒或包含纤维材质的复合层筒，由于纤维材质的抗拉强度较大，其中，碳纤维的抗拉强度达3500MPa以上，芳纶纤维的抗拉强度达5000-6000MPa，玻璃纤维的抗拉强度在2500MPa左右，聚酯纤维的抗拉强度达500MPa以上，而碳钢钢材的抗拉强度普遍在345MPa左右，故完全可以替代现有碳钢对高压气、高压液或液化气进行约束；采用纤维材质，能减小壳体的壁厚，同时，纤维材质密度小，能较大程度的减小壳体的重量，并减小壳体的制造成本。

本发明所述的双超临界气体爆破器引爆装置，通过第一充气机构3向还原剂填充腔充入超临界态还原剂，并通过第二充气机构4向氧化剂填充腔充入超临界态的氧化剂，该种装置可适于爆破现场填充；另外，当还原剂填充腔和氧化剂填充腔分别填充还原剂和氧化剂后，由于还原剂填充腔和氧化剂填充腔通过隔离热塑片隔离，在常温或低于隔离热塑片的软化温度时，还原剂和氧化剂无法混合，能有效避免还原剂与氧化剂发生反应，能避免混合料在生产、储存和运输过程因摩擦、高温、静电引发燃烧或爆炸，本发明的结构方式避免了生产、储存和运输过程带来的安全隐患。

本发明所述的引爆装置，当填充腔内的隔离热塑片软化时，超临界态的还原剂和氧化剂，能迅速混合，并与电热丝接触，由于超临界态的还原剂和氧化剂具有全腔填充特性，电热丝与氧化剂和还原剂不存在间隙分离的问题，因此，本发明的引爆装置能在引爆时能确保100%起爆；且由于填充腔内的还原剂和氧化剂具有较高的混合均匀度，在通电引爆的瞬间就能实现充分反应，释放热能，热效率达到95%以上。

现有采用活化剂引爆的方式，需要在生产过程中，预先配置活化剂组分，通常是高氯酸钾等强氧化剂和铝粉等强还原剂，需要称重、混料、搅拌、制型，本发明的结构方式，只需充气或充液使氧化剂吸附在还原剂上，节省了传统引爆器（活化剂）生产过程中所需的混料、拌料、制型的生产工艺，采用氧气比采用高氯酸钾、高锰酸钾和铝粉混合物成本更低。

现有技术中存在运输或装配过程中电热丝与反应料剥脱分离存在间隙的问题，因现有技术采用固态反应物进行混料后包装而成的反应包，未进行有效的密封和防潮、防震动、防高温、防摩擦处理，本发明的结构采用的是完全密封状态，且是气态反应物质，故有效解决了防潮、防震动、防高温、防摩擦的技术问题；同时本发明填充腔内为高压气体或液态氧化剂或还原剂全腔均匀分布，其填充腔内的氧化剂或还原剂与电热丝充分接触，能避免现有技术中存在的因反应料与电热丝存在间隙或反应料受潮或反应料受温湿度影响所导致的哑炮问题。

本发明所述的引爆装置，其反应料存在密封壳体约束，其反应料可在密封壳体的约束下发生充分的放热反应，反应产生的高温高压气体物致使壳体瞬间炸裂，并瞬时混合到液态二氧化碳中，高温高压气体与二氧化碳瞬间混合，实现二氧化碳瞬间吸热气化，该种引爆方式，相对于现有的活化剂，其液态二氧化碳的吸热速度快，吸热效率达到98%以上，其引爆装置产生的热量能充分的被液态二氧化碳吸收，能较大程度的提升气体爆破器的爆破威力。

本发明所述的引爆装置，其反应料能充分反应，反应产物能实现充分氧化，其反应产物主要为无毒无害的气体，对爆破现场无污染，能有效减小现场工作人员的中毒隐患，实现安全爆破，无污染，无有毒有害气体产生，爆破后马上能施工作业。

有益效果：本发明所述的双超临界气体爆破器引爆装置具有加工简单、制造成本低、反应料混合均匀度高、放热效率高、运输安全性好、无哑炮隐患以及液态气化物吸热效果好的优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1中联接头13的结构示意图；

图3为本发明实施例1中第二充气机构4的结构示意图；

图4为本发明实施例2的整体结构结构示意图；

图5为本发明实施例3的第二充气机构4结构示意图；

图6为本发明实施例4中第二充气机构4的结构示意图；

图7为本发明实施例5中第二充气机构4的结构示意图；

图8为本发明实施例9中第二充气机构4的结构示意图；

图9为本发明实施例10中第二充气机构4的结构示意图；

图中：1为壳体，11为第一分节体，12为第二分节体，13为联接头，131为隔离热塑片，132为电热丝，133为导线，134为密封穿孔，

14为螺纹密封圈，111为第一金属接头，112为第一金属接头，121第三金属接头，122第四金属接头，101为基体层，102为纤维层，103为硬化层；

2为填充腔，21为还原剂填充腔，22为氧化剂填充腔；

3为第一充气机构；

4为第二充气机构，41为充气孔，42为阀杆，43为充气阀座，411为锁气腔，421为密封球，44为阀座外螺纹，45为阀座内螺口，46为密封圈，401为第二座体、402为第二阀腔、403为第二阀体、404为第二气孔、4031为第二弹簧、4032为第二锁紧螺丝、4041为内螺纹口、4042为密封螺帽、4033为阀帽、4034为顶杆、4035为进气道、4036为阀帽密封圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种双超临界气体爆破器引爆装置，如图1所示，包括壳体1和位于壳体1内的填充腔2，所述壳体1包括第一分节11、第二分节12和联接头13，填充腔2包括还原剂填充腔21和氧化剂填充腔22，所述第一分节11和第二分节12内分别为还原剂填充腔21和氧化剂填充腔22；

所述联接头13两端分别螺纹密封连接第一分节11和第二分节12的一端，联接头13与第一分节11和第二分节12的螺纹连接处设置有螺纹密封圈14，第一分节11和第二分节12的另一端分别连接有第一充气机构3和第二充气机构4；所述第一充气机构3与第二充气机构4具有相同结构；

如图2所示，所述联接头13中部安装隔离热塑片131，隔离热塑片131内封装有电热丝132，电热丝132通过导线133导出到壳体1外部；

如图2所示，所述电热丝132通过导线133从联接头13的侧壁引出，联接头13的侧壁上开设有用于引出导线133的密封穿孔134；

如图3所示，所述第二充气机构4包括充气孔41、阀杆42和充气阀座43，充气孔41贯通充气阀座43的底部与顶部，充气孔41中部为锁气腔411，阀杆42通过螺纹结构活动安装在锁气腔411内，锁气腔411内设有密封球421，且密封球421位于阀杆42的底部，用于实现充气孔41的密封锁气，阀杆42通过螺旋旋进或旋出控制充气孔41的打开和关闭；充气阀座43通过无缝焊接、密封胶接或螺纹密封连接安装在壳体1的一端；所述充气阀座43螺纹密封连接在壳体1的一端，充气阀座43底部外壁设置有阀座外螺纹44，壳体1的一端开设有与阀座外螺纹44相配合的阀座内螺口45，阀座外螺纹44与阀座内螺口45之间设有密封圈46；所述充气孔41的充气口位于充气阀座43的顶部顶面，阀杆42位于充气阀座43的顶部侧边。

作为上述实施方式的进一步具有说明，所述壳体1的实施尺寸为：筒壁厚度为1mm、内直径为10mm、壳体1的长度为200mm；或者，筒壁厚度为2mm、内直径为20mm、壳体1的长度为1000mm；或者，筒壁厚度为4mm、内直径为40mm、壳体1的长度为2000mm；或者，筒壁厚度为10mm、内直径为80mm、壳体1的长度为5000mm。

采用上述结构，填充腔2内可现场填充气态、超临态或液态的氧化剂还原剂，能避免生产过程预先填充反应料混合料，其反应料均为超临界态，混合更为均匀，且能省去混料、拌料过程。

作为上述实施方式的进一步具有说明，所述填充腔2通过第二充气机构4充入的氧化剂为高压液氧，所述填充腔2通过第一充气机构3充入的还原剂为高压液化甲烷、乙烷、丙烷、氢中的至少一种。

实施例2

与实施例1不同之处在于：如图4所示，所述壳体1为包含纤维材质的复合层筒，所述第一分节11的两端分别密封包缠有第一金属接头111和第二金属接头112，第二分节12的两端分别密封包缠有第三金属接头121和第四金属接头122，第一金属接头111连接第一充气机构3，第四金属接头122连接第二充气机构4，第二金属接头112和第三金属接头121分别连接联接头13的两端；

所述壳体1采用复合层制成，所述壳体1包括基体层101、纤维层102和硬化层103，硬化层103位于纤维层102的外层，基体层101位于纤维层102的内层；所述基体层101采用有聚乙烯(PE)制成；所述纤维层102采用玻璃纤维制成；所述硬化层103采用环氧树脂胶制成。

作为上述实施方式的进一步具有说明，所述壳体1的实施尺寸为：筒壁厚度为0.5mm、内直径为10mm、壳体1的长度为200mm；或者，筒壁厚度为1mm、内直径为20mm、壳体1的长度为1000mm；或者，筒壁厚度为2mm、内直径为40mm、壳体1的长度为2000mm；或者，筒壁厚度为10mm、内直径为100mm、壳体1的长度为5000mm。

实施例3

与实施例1不同之处在于：如图5所示，所述第二充气机构4包括充气孔41、阀杆42和充气阀座43，充气孔41贯通充气阀座43的底部与顶部，充气孔41中部为锁气腔411，阀杆42通过螺纹结构活动安装在锁气腔411内，锁气腔411内设有密封球421，且密封球421位于阀杆42的底部，用于实现充气孔41的密封锁气，阀杆42通过螺旋旋进或旋出控制充气孔41的打开和关闭；所述充气阀座43螺纹密封连接在壳体1的一端，充气阀座43底部外壁设置有阀座外螺纹44，壳体1的一端开设有与阀座外螺纹44相配合的阀座内螺口45，阀座外螺纹44与阀座内螺口45之间设有密封圈46；所述充气孔41的充气口位于充气阀座43的顶部侧边，阀杆42位于充气阀座43的顶部顶面。

实施例4

与实施例1不同之处在于：如图6所示，所述第二充气机构4包括充气孔41、阀杆42和充气阀座43，充气孔41贯通充气阀座43的底部与顶部，充气孔41中部为锁气腔411，阀杆42通过螺纹结构活动安装在锁气腔411内，锁气腔411内设有密封球421，且密封球421位于阀杆42的底部，用于实现充气孔41的密封锁气，阀杆42通过螺旋旋进或旋出控制充气孔41的打开和关闭；所述充气阀座43螺纹密封连接在壳体1的一端，充气阀座43底部外壁设置有阀座外螺纹44，壳体1的一端开设有与阀座外螺纹44相配合的阀座内螺口45，阀座外螺纹44与阀座内螺口45之间设有密封圈46；所述充气孔41的充气口和阀杆42均位于充气阀座43的顶部顶面。

采用上述实施例结构，其充气与锁气的操作点均位于顶部，便于操作。

实施例5

与实施例1不同之处在于：如图7所示，所述充气机构4采用单向阀结构，包括第二座体401、第二阀腔402、第二阀体403和第二气孔404，第二气孔404位于第二座体401轴心上部，第二阀腔402位于第二座体401轴心下部，第二气孔404联通第二阀腔402，第二阀腔402内设有第二阀体403，第二阀体403的上端面密封贴合第二阀腔402上壁，第二阀腔402下部设置有第二锁紧螺丝4032，第二锁紧螺丝4032中部空心；所述第二阀体403的下端与第二锁紧螺丝4032之间设有第二弹簧4031；所述第二座体401的外壁螺纹密封连接在壳体1的一端；所述第二气孔404上部设置有内螺纹口4041，内螺纹口4041螺纹连接有密封螺帽4042，用于实现双层锁气。

实施例6

与实施例2不同之处在于：所述壳体1为包含纤维和树脂材料的复合壳体，制造过程中，先使用纤维制成网状壳体骨架，再使用树脂胶喷涂在网状壳体中，待硬化后形成包含纤维和树脂的复合壳体。

作为上述实施方式的进一步具有说明，所述纤维材料为玻璃纤维，所述树脂材料为环氧树脂胶。

由于玻璃纤维的抗拉强度在2500MPa左右，较碳钢抗拉强度高，能用于替代碳钢进行约束，在相同的抗压设计下，玻璃纤维复合材质壳体的厚度小于碳钢材质壳体厚度，同时，玻璃纤维成本低，能较大程度减小生产成本。

实施例7

与实施例2不同之处在于：所述壳体1为包含碳纤维和环氧树脂胶材料的复合壳体，制造过程中，先使用碳纤维制成网状壳体骨架，再使用环氧树脂胶喷涂在网状壳体中，待硬化后形成包含纤维和树脂的复合壳体。

由于碳纤维的抗拉强度达3500MPa以上，较玻璃纤维的抗拉强度高，在相同的抗压设计下，碳纤维材质壳体的厚度小于玻璃纤维材质壳体厚度。

实施例8

与实施例2不同之处在于：所述壳体1为包含芳纶纤维和环氧树脂胶材料的复合壳体，制造过程中，先使用芳纶纤维制成网状壳体骨架，再使用环氧树脂胶喷涂在网状壳体中，待硬化后形成包含纤维和树脂的复合壳体。

由于芳纶纤维的抗拉强度达6000MPa以上，是玻璃纤维的抗拉强度的2.5倍左右，在相同的抗压设计下，芳纶维材质壳体的厚度仅为玻璃纤维材质壳体厚度的一半，同时，芳纶纤维的密度小，可较大程度的减小壳体重量。

实施例9

与实施例1不同之处在于：如图8所示，所述充气机构4采用单向阀结构，包括第二座体401、第二阀腔402、第二阀体403和第二气孔404，第二气孔404位于第二座体401轴心上部，第二阀腔402位于第二座体401轴心下部，第二气孔404联通第二阀腔402，第二阀腔402内设有第二阀体403，第二阀体403的上端面密封贴合第二阀腔402上壁，第二阀腔402下部设置有第二锁紧螺丝4032，第二锁紧螺丝4032中部空心。

所述第二阀体403的下端与第二锁紧螺丝4032之间设有第二弹簧4031。

所述第二阀体403包括阀帽4033和顶杆4034，阀帽4033连接顶杆4034的下端，阀帽4033上部面密封贴合第二阀腔402上壁，顶杆4034轴心处设置有进气道4035，顶杆4034外壁过渡配合第二气孔404；

所述第二座体401的外壁无缝焊接、密封胶接或螺纹密封连接在壳体1的一端。

实施例10

与实施例1不同之处在于：如图9所示，所述充气机构4采用单向阀结构，包括第二座体401、第二阀腔402、第二阀体403和第二气孔404，第二气孔404位于第二座体401轴心上部，第二阀腔402位于第二座体401轴心下部，第二气孔404联通第二阀腔402，第二阀腔402内设有第二阀体403，第二阀体403的上端面密封贴合第二阀腔402上壁，第二阀腔402下部设置有第二锁紧螺丝4032，第二锁紧螺丝4032中部空心；

所述第二阀体403的下端与第二锁紧螺丝4032之间设有第二弹簧4031；

所述第二阀体403包括阀帽4033、顶杆4034和阀帽密封圈4036，阀帽4033连接顶杆4034的下端，阀帽4033上部面通过阀帽密封圈4036密封贴合第二阀腔402上壁，顶杆4034间隙配合第二气孔404；

所述第二座体401的外壁无缝焊接、密封胶接或螺纹密封连接在壳体1的一端。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。