一种水下二氧化碳破岩管及使用方法与流程

1.本发明涉及水运工程、海洋工程、港口航道工程中的气体膨胀破碎水下岩石的技术领域，具体是一种水下二氧化碳破岩管及其施工方法，尤其适用于水温变化较大的地区的水下气体膨胀破岩施工中使用。


背景技术：

2.破岩管包含有储存液态二氧化碳空腔、点火加热的激发管、和充气口针阀、稳压限压阀。利用激发管点火引燃激发管内的高能燃烧剂，产生大量热量，激发破岩管内液态相变二氧化碳气化、升温，形成高压挤压破碎岩石。由于二氧化碳气化、升温，形成高压过程中用时较长，形成的振动小、噪声小、水中冲击波小、个别飞石近，对于危险地区水下破碎岩石有很大的促进作用。
3.根据目前在水下使用一次性钢破岩管中，受水介质的影响，安装施工周期长，水通过钢质破岩管向破岩管中的液态二氧化碳传递热量过快，引起液态二氧化碳升温，气化，压力上升，导致破片式安全阀的安全片击穿排气，造成破岩失败。因此，有必要提供一种新的适用于水下的二氧化碳破岩管解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种水下二氧化碳破岩管及使用方法，用于水下二氧化碳膨胀破碎岩石施工中，减缓水中热量传递对钢质破岩管内液态二氧化碳的影响。
5.本发明采用以下技术方案达到上述目的：一种水下二氧化碳破岩管，组成构件包括破岩管管壁、隔热层、隔热外壳、激发管、恒压阀芯、恒压阀弹簧、恒压阀排气孔、调压螺栓、激发管激发导线、激发管安装螺栓、充排气针阀、吊环、充排气孔、激发导线孔、二氧化碳破岩管以及破岩管上端盖，组成构件的具体结构和连接关系为：
6.所述破岩管管壁的外面包有一层隔热外壳，在破岩管管壁与隔热外壳之间充填具有防水隔热功能的隔热层，在二氧化碳破岩管的上端焊接有破岩管上端盖，破岩管上端盖左侧设有充排气孔，充排气孔安装有充排气针阀，破岩管上端盖右侧设有恒压阀排气孔，恒压阀排气孔安装有恒压阀芯、恒压阀弹簧和调压螺栓，破岩管上端盖中部设有激发管安装螺栓，激发管安装螺栓上设有激发导线孔，激发管激发导线插入激发导线孔内，激发管激发导线从激发导线孔穿出，破岩管上端盖上设有吊环。
7.破岩管管壁1外表面喷涂有防水隔热涂料。
8.所述的水下二氧化碳破岩管的使用方法，包括以下步骤：
9.(1)钻孔准备：在钻机船上用gps-rtk定位，通过船上设置的六套锚机控制六条定位钢丝缆将钻机船移动到钻孔位置，放下定位桩固定船舶，船上起重设备将钻孔套管沿导向装置下放至水底，液压装置给套管加压，将套管顶在岩面上；
10.(2)钻孔：将潜孔钻机通过套管下降，钻头压在岩石面，起动旋转电动机、高压风开关，向水下岩石钻孔；
11.(3)充装液态二氧化碳：用高压软管连接储气罐、高压充装机连接二氧化碳破岩管，打开充排气针阀，启动高压充气机向二氧化碳破岩管充装液态二氧化碳，充装到额定压力，关闭充排气针阀；
12.(4)装管及填塞：用吊绳穿过两个吊环，将二氧化碳破岩管吊入孔内，在船上固定好激发管激发导线，防止落入孔内；
13.(5)取出吊绳，向孔内插入注浆导管，向注浆导管内注入水泥—水玻璃调成的水中不分散双液速凝砂浆，随注随拨出注浆导管；
14.(6)在注入到最后一孔时，留出试块，硬化后用回弹仪测定试块强度，试块强度不低于10mpa；
15.(7)将充装好的钻孔用激发电线连网，将船移到安全地点，警戒后，将连网完成的激发电线接入点火器，点火激发气化二氧化碳，升温升压破碎岩石。
16.步骤(3)所述充装液态二氧化碳的压力控制在7～8mpa。
17.步骤(5)所述取出吊绳，向孔内插入注浆导管，插入注浆导管高度距离二氧化碳破岩管顶部10cm～30cm。
18.步骤(5)所述向注浆导管内注入水泥—水玻璃调成的水中不分散双液速凝砂浆的高度不低于100cm。
19.激发管安装螺栓压在激发管上，激发管插入激发管安装孔中，用于密封及防水。
20.激发管导线从激发管安装螺栓上的激发导线孔引出。上端盖设置的吊环用于吊放安装二氧化碳破岩管，同时在应用一孔双管或一孔多管时防止破岩管体压伤或礳损激发管激发导线。
21.稳压限压阀由恒压阀芯、恒压阀弹簧、恒压阀排气孔以及调压螺栓构成，在破岩管内二氧化碳压力上升到稳压限压阀额定压力时，稳压限压阀自动排出部份气体，保持破岩管内压力的稳定。
22.充排气系统同充排气孔和充排气针阀构成，充装液态二氧化碳时充排气针阀打开，充装到额定压力时拧紧充排气针阀。充装后不使用时用作放气咀。
23.二氧化碳破岩管的外壳采用热塑塑料制成。二氧化碳破岩管的隔热材料采用水性复合乳液无机胶粘剂为粘合剂，充填纳米气胶凝材料和玻璃微珠为隔热填充料的ly-711或ly-711a隔热涂料。
24.二氧化碳破岩管管壁及破岩管上端盖由优质钢材制成。二氧化碳破岩管的恒压阀弹簧由优质弹簧钢制成。
25.本发明的突出优点在于：
26.1、二氧化碳破岩管采用水面充装技术，一次性不重覆使用的破岩管。
27.2、二氧化碳破岩管采用恒压安全阀取代破片式安全阀，出现超压时只排气稳压，不全部排空，不会造成整条安装好的破岩管失效。
28.3、采用了防水隔热措施，有效降低了水通过钢质破岩管向破岩管中的液态二氧化碳传递热量过快，引起液态二氧化碳升温，气化，压力上升问题。
29.4、实现钻孔、充装平行作业，缩短循环作业时间，提高工效。
30.5、充装工作可以在船上，也可以在陆域，灵活机动。
附图说明
31.图1是本发明所述的水下用稳压隔热型二氧化碳破岩管的立面结构示意图。
32.图2是本发明所述的水下用稳压隔热型二氧化碳破岩管的上端盖示意图。
33.图3是本发明所述的水下用稳压隔热型二氧化碳破岩管的钻孔示意图。
34.图4是本发明所述的水下用稳压隔热型二氧化碳破岩管的充装示意图。
35.图5是本发明所述的水下用稳压隔热型二氧化碳破岩管的安装示意图。
36.图6是向钻孔注入水中不分散双液速凝砂浆填孔。
37.图7是本发明所述的水下用稳压隔热型二氧化碳破岩管的激发连线示意图。
38.图中标记为：破岩管管壁1、隔热层2、隔热外壳3、激发管4、恒压阀芯5、恒压阀弹簧6、恒压阀排气孔7、调压螺栓8、激发管激发导线9、激发管安装螺栓10、充排气针阀11、吊环12、充排气孔13、激发导线孔14、二氧化碳破岩管15、破岩管上端盖16、钻杆17、套管18、导向装置19、钻机船20、旋转机构21、钻架22、钻头23、水中不分散双液速凝砂浆24、注浆导管25、漏斗26、浆桶27、吊绳28、钻孔29、冲击器30、二氧化碳储液罐软管31、液态二氧化碳充装机32、液态二氧化碳充装机软管33、充装阀门34、排空阀门35、充装头加压杆36、充装头37、二氧化碳充装机总阀38、二氧化碳储液罐阀门39、二氧化碳储液罐40、主线41、激发器42。
具体实施方式
39.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
40.首先需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.实施例1
43.如图1至图6所示，本发明所述的水下二氧化碳破岩管，组成构件包括破岩管管壁1、隔热层2、隔热外壳3、激发管4、恒压阀芯5、恒压阀弹簧6、恒压阀排气孔7、调压螺栓8、激发管激发导线9、激发管安装螺栓10、充排气针阀11、吊环12、充排气孔13、激发导线孔14、二氧化碳破岩管15以及破岩管上端盖16、组成构件的具体结构和连接关系为：
44.所述破岩管管壁1的外面包有一层隔热外壳3，在破岩管管壁1与隔热外壳3之间充填具有防水隔热功能的隔热层2，在二氧化碳破岩管15的上端焊接有破岩管上端盖16，破岩管上端盖16左侧加工有充排气孔13，充排气孔13安装有充排气针阀11，充气时打开充排气针阀11，充满时关闭充排气针阀11；充满二氧化碳的破岩管不使用需排气时，打开充排气针阀11排气。
45.所述破岩管上端盖16右侧加工有恒压阀排气孔7，恒压阀排气孔7安装有恒压阀芯
5、恒压阀弹簧6和调压螺栓8，将调压螺栓8向下旋拧，可以调高二氧化碳破岩管15的充装压力；反之，向上旋起调压螺栓8，可以调低二氧化碳破岩管15的充装压力。
46.所述破岩管上端盖16中部加工有激发管安装螺栓10，激发管安装螺栓10上加工有激发导线孔14，激发管4插入激发导线孔14孔内，激发管激发导线9从激发导线孔14穿出，拧紧激发管安装螺栓10。
47.所述破岩管上端盖16上焊接有两个吊环12，吊环12用于将二氧化碳破岩管15下放到钻孔29中或者从钻孔29中吊起二氧化碳破岩管15，如在一孔安装两节以上二氧化碳破岩管15时用于间隔，防止压碰损坏激发管激发导线19。
48.钻机船20上安装有钻架22，钻架22上装有钻机旋转机构21，旋转机构21与冲击器30之间由钻杆17联接；钻头23安装在冲击器30下方。
49.在钻架22下方的钻机船20上，装有二个套管导向装置19，套管18穿过套管导向装置19伸到水下岩石，对冲击器30、钻杆17、钻头23起导向作用。
50.二氧化碳储液罐40用二氧化碳储液罐软管31连接到液态二氧化碳充装机32上，液态二氧化碳充装机32用液态二氧化碳充装机软管33连接到充装头37；充装头37的充装咀连接充排气孔13，旋转充装头加压杆36可对充装头37加压密封；排空阀门35是液态二氧化碳充装机软管33支管，用于充装完成后排空管内二氧化碳、二氧化碳储液罐阀门39、二氧化碳充装机总阀38、充装阀门34均是充装管线上的控制阀，分别安装在二氧化碳储液罐40、液态二氧化碳充装机32及液态二氧化碳充装机软管33上。
51.在完成钻孔29后，用吊绳28穿过吊环12将二氧化碳破岩管15吊入钻孔29内；然后插入注浆导管25、漏斗26，用浆桶27将双液速凝砂浆24通过注浆导管25注入孔内。
52.安装、注浆填孔完成后，将激发管激发导线9串联到主线41，然后接入激发器42上。
53.实施例2
54.本实施例为所述的水下二氧化碳破岩管的使用方法，包括以下步骤：
55.(1)钻孔准备：在钻机船上用gps-rtk定位，通过船上设置的六套锚机控制六条定位钢丝缆将钻机船移动到钻孔位置，放下定位桩固定船舶，船上起重设备将钻孔套管沿导向装置下放至水底，液压装置给套管加压，将套管顶在岩面上；
56.(2)钻孔：将潜孔钻机通过套管下降，钻头压在岩石面，起动旋转电动机、高压风开关，向水下岩石钻孔；
57.(3)充装液态二氧化碳：用二氧化碳储液罐软管连接储气罐、高压充装机；液态二氧化碳充装机软管连接高压充装机与二氧化碳破岩管；打开充排气针阀，启动高压充气机向二氧化碳破岩管充装液态二氧化碳，充装压力控在在7～8mpa，充装到额定压力，用扳手拧紧关闭充排气针阀；
58.(4)装管及填塞：用吊绳穿过两个吊环，将二氧化碳破岩管吊入孔内，并注意在船上固定好激发管激发导线，防止落入孔内；
59.(5)取出吊绳，向孔内插入注浆导管，插入高度距离二氧化碳破岩管顶部10cm～30cm；向注浆导管内注入水泥—水玻璃调成的水中不分散双液速凝砂浆，随注随拨出注浆导管，注入水中不分散双液速凝砂浆高度不宜低于100cm。
60.(6)在注入到最后一孔时，留出试块；硬化后用回弹仪测定试块强度，试块强度不宜低于10mpa。
61.(7)将充装好的钻孔用激发电线连网，移船到安全地点，警戒后，将连网完成的激发电线接入点火器，点火激发气化二氧化碳，升温升压破碎岩石。