本技术公开一种金属丝电爆炸电极结构及其使用方法,结构应用于爆炸钻孔,包括膨胀本体和金属线圈,膨胀本体包括膨胀层;金属线圈设置在膨胀层的外侧,金属线圈电性连接有电极线。本发明膨胀本体对金属线圈进行支撑的同时,膨胀本体在进入爆炸钻孔时,将金属线圈带入到膨胀钻孔中,避免金属线圈卡在爆炸钻孔中,更容易将金属线圈整体放入到爆炸钻孔中。本发明膨胀本体中的膨胀层膨胀后,膨胀本体由第一状态切换至第二状态,膨胀本体推动金属线圈运动,减小金属线圈与爆炸钻孔内壁之间的距离,缩短金属线圈电爆炸的衰减距离,减小冲击波衰减,有利于提升金属丝电爆炸破岩效果。
背景技术
基于炸药的钻孔爆破技术是岩体开挖的重要手段。然而,炸药的使用具有不可控性和危险性,需要严格的审批和准备措施,岩体破碎效果控制难度大。炸药爆破产生的有毒气体威胁施工人员健康。此外,炸药爆破也会产生大量的噪声和烟雾,对周围环境和居民生活造成影响。近年来,金属丝电爆炸破岩技术因具有高效安全、绿色环保、可控性好等显著优势,受到了岩土工程领域科学研究人员与工程技术人员的广泛青睐,有望取代传统炸药爆破。
液电效应破岩与金属丝电爆炸破岩均属于将电能转化为机械能,再转化为岩体破碎能的技术,技术原理相似且多在钻孔条件下使用。早期,受限于重频换丝,相较于液电效应破岩,金属丝电爆炸破岩发展较为缓慢。液电效应破岩通常与钻孔相结合,如中国专利CN202010712177.X、CN201610006523.6、CN202210832819.9等均是针对液电效应破岩的技术创新。重频换丝技术难题解决后,相较于液电效应破岩,金属丝电爆炸产生的冲击波压力较大,在化石能源开发中得到了广泛应用,如油井解堵、储层增渗、非常规油气开挖。液电效应破岩则多用于室内岩石冲击破碎试验与其他领域。
在大规模、高强度的岩体开挖中,金属丝电爆炸破岩技术尚未得到广泛应用。主要原因在于,与炸药爆破相比,虽然金属丝电爆炸产生的冲击波强度较高,但产生的“气体”十分有限。重频换丝技术主要针对单丝爆炸,无法实现岩体一次开挖破碎,只能通过多次重复冲击破岩,这导致金属丝电爆炸破岩主要以冲击波破岩为主,主要用于岩石致裂,无法用于大规模岩体开挖。一些学者提出的圆柱或球形丝阵一定程度上能增强冲击波强度与提升“气体”量,有望用于大范围岩体开挖,且不用考虑重频换丝的问题。
然而现有的丝阵结构很难应用于钻孔条件下岩体开挖,主要表现在如下几个方面:(1)施工中现有丝阵结构容易卡在钻孔内,很难整体放入钻孔;(2)现有金属丝电爆炸电极结构中金属丝距离孔壁岩石较远,强冲击波产生后衰减很快,其传播至孔壁后压力降幅明显,对破岩不利。
实现思路