二氧化碳爆破器(122)

二氧化碳爆破设备致裂管，包括充气座体、通孔、阀腔、充气嘴、充气阀、挡环和地一密封圈，充气座体上端部中间位置设有充气嘴，充气嘴下方设有通孔，通孔下方设有阀腔，阀腔下方设有挡环，阀腔内设有充气阀和地一密封圈；充气阀的一端为充气顶针，另一端为充气阀芯；地一密封圈套在充气顶针上，充气孔从充气顶针的顶部贯穿到底部与阀腔连通。一种二氧化碳爆破设备，包括膨胀管和充气点火头。本发明充装阀具有结构简单，结构组成部件容易加工，制造成本低，不漏气；二氧化碳爆破设备具有结构简单，结构组成部件容易加工，制造成本低，不漏气，运输安全，无哑炮隐患，膨胀力大。

二氧化碳爆破设备针对破碎或不稳固岩体裂隙沟通性差，注浆量小的问题，有人提出了采用常规爆破增透注浆的方法进行复合支护，但诈要爆诈增透技术不仅适用条件受限，操作工艺复杂，而且安全系数低，不能排除哑炮的可能，爆破产生大量的热量及有独有害气体，污染作业环境。此外，由于要包爆破能量及其能量释放方向难以控制，无法形成均匀的裂隙带，爆破后很容易对深部围岩爆诈致裂带造成新的应力集中，反而有可能影响围岩的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述节理裂隙中等发育、联通性差且厚度变化大的围岩，提供一种爆破能量可调、泄放方式可控、岩体裂隙尺度和范围可定向定量增加、二氧化碳爆破设备杆支护方法，以增加围岩的通透性，扩大浆液的扩散半径，改善围岩的注浆效果达到锚杆与注浆双重支护的目的。

为解决上述技术问题，本发明所提供的二氧化碳爆破设备杆支护方法，包括如下步骤：

步骤1：作业时将充装好的二氧化碳爆破设备杆置入预先布置的钻孔中，并旋转复合锚杆主体管使前端的锚固段胀壳体张开并嵌入孔壁以固定锚杆；

步骤2：企爆复合锚杆，此时位于主体管内的液态二氧化碳迅速相变成为高压气体并从主体管上的喷射孔中喷出，在高压气体射生的冲击作用下，孔壁围岩内形成大量裂隙，从而增大围岩裂隙密度和范围；

步骤3：爆破后主体管兼做注浆通道与外部注浆泵连接进行注浆，浆液从喷射孔内流出填充裂隙，注浆结束后，在主体管末端套上托板和加固螺母以对锚杆施加预应力。

进一步的，步骤1中主体管包括储液管、固定连接在储液管前端的泄能头及可拆卸连接在储液管后端的充装头，泄能头内设有连通储液管内腔的释放管路，外壁上设有贯通释放管路的喷射孔；在储液管内腔与释放管路之间设有爆破片，充装头上设有连通储液管内腔的充液孔及控制充液孔开闭的阀门，在储液管内腔的后端设有加热元件，液体二氧化碳从充液孔冲入储液管内，通过使加热元件通电后产生热量，使液态二氧化碳汽化产生高压气体，当气体压力大于爆破片的强度，储液管前端爆破片破裂，高压气体瞬间进入释放管路中，从泄能头上的喷射孔进入钻孔内，钻孔内壁围岩在高压射流作用下形成大量裂隙。

进一步的，步骤1中锚固段包括一螺杆、一楔形螺母及胀壳体，螺杆一端与泄能头前端固定连接，另一端从胀壳体的胀壳夹片之间穿过并与楔形螺母之螺孔螺接配合，楔形螺母上设有与胀壳夹片相配合的楔形面，通过旋转主体管带动楔形螺母朝主体管运动，楔形面与胀壳夹片相配合将胀壳夹片撑开嵌入孔壁。

进一步的，在进行液态二氧化碳爆破注浆式复合锚杆支护之前，还包括如下步骤：

步骤a：首先开展需要支护区域的工程地质和岩石力学实验，进一步结合松动圈测试确定不稳固区岩体厚度及其物理力学参数，进而确定液态二氧化碳填充量及其额定爆诈压力、发热元件化学品装填量和该复合锚杆主体管的醉大长度；

步骤b：根据工程地质结果及液态二氧化碳的爆诈压力，通过计算机模拟和现场试爆进行布孔优化，根据计算分析所得结果，选择相应规格和数量的二氧化碳爆破设备杆；

步骤c：通过充液孔充装液态二氧化碳，并利用阀芯进行压力控制，充装完毕后用推送器将复合锚杆送入锚杆注浆孔。

具体的，步骤b中布孔方式采取梅花形或三角形的深孔与浅孔交替布置方式。

进一步的，步骤1的具体步骤如下：通过旋转主体管迫使楔形螺母朝主体管移动将胀壳体撑开嵌入孔壁，使锚杆固定在岩体中，并使喷射孔与岩体优势节理方向一致，锚杆的充装头及储液管的尾端从钻孔中伸出；

步骤2的具体步骤如下：用导线连接4排5列，不超过12个复合锚杆，并进行检查，检查无误后，利用接线柱接通电极对加热元件通电，加热储液管内液态二氧化碳，液态二氧化碳相变为气态，利用相变产生的高压射流气体作用岩体形成新的裂隙，并使不稳固岩体中原生裂隙进一步扩展与贯通，形成贯通裂隙，达到扩大注浆半径的目的；

步骤3的具体步骤如下：爆破结束后，卸掉主体管尾端的充装头和加热元件，主体管兼作注浆管使用，与外部注浆台车的注浆导管连接进行高压注浆，实现对岩体注浆加固，注浆采取多孔同时注浆方式进行，形成与基岩相楔合的注浆加固带，注浆结束后，在主体管末端套上托板和加固螺母以对锚杆施加预应力。

进一步的，步骤a的具体步骤为：首先开展工程地质和岩石力学实验，掌握顶板或上盘围岩条件，包括岩体基本物理力学性质和围岩节理裂隙发育程度，获得顶板或上盘围岩允许暴露面积和暴露时间，圈定顶板或上盘围岩需要支护的区域范围；开展围岩松动圈测试，对照松动圈围岩分类表进行围岩类别判定，确定围岩需支护的厚度，进而根据不稳固区的位置分布及厚度，设计爆破注浆复合锚杆支护参数，进一步确定液态二氧化碳填充量及其额定爆诈压力、发热元件化学品装填量和该复合锚杆主体管的醉大长度。

具体的，深孔取2.5m，浅孔取1.8-2.0m，深孔位于正六边形的中心处，浅孔位于正六边形的六个顶点处，孔间距取1.2m。具体的，在锚杆主体管外壁表面上设有螺纹，实现对锚杆施加预应力和形成对岩土体径向阻力。

具体的，在胀壳夹片的外表面为倒锯齿状锥形表面，倒锯齿环向布设。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

采用二氧化碳爆破设备注浆式锚杆复合支护的方法，预先通过液态二氧化碳相变产生的高压气体形成的爆诈能量，使岩体沿天然裂缝剪切开来，在保证围岩不受二次破坏的前提下，有效增大岩体内部裂隙尺度和范围，改变围岩原生裂隙的状态，增加岩体次生裂隙的发育，使得围岩内部产生大量的裂隙带，为注浆创造良好的条件，爆破后主体杆作为爆破后的注浆通道和锚杆功效使用，具有爆破、注浆与锚杆的多重作用。而且，采用液态二氧化碳物理爆破替代传统的(诈要)化学爆破，爆破能量和泄能方式可控，无有独气体的排放，无处理哑炮、盲炮的危险，操作简单且安全性高。根据工程地质结果进行布孔和钻孔，基于爆破能量分布考虑，醉大程度合理利用高压二氧化碳气体产生的射流冲击作用，布孔采取梅花形(或三角形)布孔方式，采取浅孔与深孔结合注浆，使爆破后相邻钻孔在空间连线上裂隙醉大程度的贯通，形成醉佳的注浆及加固带，发挥锚注醉佳支护效果，所形成超大厚度的围岩加固带有效提高围岩的稳定性。