定向气压装置.pdf

摘要
申请专利号：	CN201080069850.7	申请日：	2010.08.26
公开号：	CN103201586A	公开日：	2013.07.10
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):F42B 3/04申请日:20100826\|\|\|公开
IPC分类号：	F42B3/04; F42B3/06; F42D3/04	主分类号：	F42B3/04
申请人：	控制爆破解决方案有限公司
发明人：	菲尔·劳特利奇
地址：	英国泰恩河畔纽卡斯尔
优先权：
专利代理机构：	北京康信知识产权代理有限责任公司 11240	代理人：	余刚;李静
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内容摘要

一种定向气压装置包括：本体，在其每个端部具有开口；闭合件，用于本体的每个端部；束缚件，贯穿所述本体延伸，所述闭合件附接至所述束缚件。所述闭合件适于基于包含在所述本体内的烟火装载物材料形成气体而增加其尺寸。

权利要求书

权利要求书
1.   一种定向气压装置，包括：本体，在其每个端部处具有开口；闭合件，用于所述本体的每个端部；束缚件，贯穿所述本体延伸，所述闭合件附接至所述束缚件，其中，所述闭合件适于基于由包含在所述本体内的烟火装载物材料形成的气体产生而增加所述闭合件的尺寸。

2.   根据权利要求1所述的装置，其中，所述本体包括内管。

3.   根据权利要求1或2所述的装置，其中，每个闭合件包括适于适配在所述本体的所述端部的所述开口中的端帽。

4.   根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述端帽能够滑动地安装在所述拉杆上。

5.   根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述端帽包括套环，所述套环适于延伸至所述本体中，位于所述内管的外壁与所述本体的内壁之间。

6.   根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述闭合件包括多个楔形件。

7.   根据权利要求6所述的装置，其中，所述楔形件中的至少两个楔形件连接在一起。

8.   根据权利要求6或7所述的装置，其中，所述楔形件能够滑动地安装在所述拉杆上。

9.   根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述闭合件包括凸耳，所述凸耳的位置相对于所述拉杆是固定的。

10.   根据权利要求9所述的装置，其中，所述凸耳与所述拉杆一体形成，或通过螺纹而附接至所述拉杆。

11.   根据权利要求9或10所述的装置，所述凸耳具有倾斜表面，所述楔形件能够在所述倾斜表面上滑动。

12.   根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其中，所述楔形件由单一元件形成，各个楔形件由在所述楔形件的生产过程中引入所述元件中的脆弱线而限定。

13.   根据权利要求9至12中的任一项所述的装置，其中，所述楔形件和所述凸耳由硬质材料形成。

14.   根据权利要求9至13中的任一项所述的装置，其中，所述端帽由硬质材料形成。

15.   根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述闭合件中的至少一个能拆卸地附接至所述束缚件。

16.   根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述拉杆和一个所述闭合件形成为单一部件。

17.   根据前述权利要求中任一项所述的装置，进一步包括起爆器，并且其中，当开启所述起爆器时，使得从所述烟火装载物材料产生气体。

18.   一种采矿方法，包括步骤：
i）在采矿表面的限制区域内钻孔；
ii）将根据权利要求1至16中任一项所述的定向气压装置插入所述孔中的每个孔中；
iii）使得包含在所述装置中的烟火装载物材料产生气体；以及
iv)重复步骤i至步骤iii，并且在此时间内，收集从所述采矿表面分离的材料。

19.   根据权利要求17所述的采矿方法，其中，所述孔以大致垂直于所述采矿表面的平面的方向被钻孔。

20.   一种大体上如附图所示并且参考附图所述的定向气压装置。

说明书

说明书定向气压装置
技术领域
本发明涉及定向气压装置，通常用于岩石或混凝土的破碎，且更具体来说，涉及不需要以沙子或其它密封剂回填的定向气压装置。本发明还涉及一种使用本发明的定向气压装置从表面（矿井表面或采石场表面）使得岩石破碎的方法。
背景技术
烈性炸药广泛用于采石和采矿过程中的岩石破碎，且用于拆除操作。虽然炸药是有效的，但就其能量使用来说，并不是特别有效，其具有危险性且因此受到有关其使用、储存和运输的特定条例的限制。在炸药用于拆除操作的情况下，由于大小颗粒被爆炸性材料驱散的距离，必须清理爆炸点周围的很大区域。在炸药用于地下采矿的情况下，在爆炸过程中，必须将所有员工撤离整个矿井。而且，由于岩崩的可能性，必须留有一定的时间以防止随后的爆炸，且爆破发生在地下的情况下，存在危险的气体。
烈性炸药具有大约每秒6000‑9000米的爆炸速度，其在岩石中产生冲击波，从而将岩石破碎。在某些情况下，烈性炸药可能会限制一次爆破事件中可以清除的岩石的深度。这是由于，如果装载物放置于距离岩石表面以下太深的位置，会产生岩石断裂，使矿井或采石场不安全。在这种应用下，通常考虑烈性炸药装载物不应该放置于该岩石表面以下超过1.2米的地方。
一种可代替炸药分裂岩石的替代物是定向气压系统。在此系统中，在岩石中钻孔并且将定向气压装置插入其中。该孔以沙子或另一种适当密封剂回填。当该装置着火（而不是爆炸）时，会开始化学反应，其释放大量的气体。压力在孔中增强并随着岩石分裂而释放。用在定向气压装置中的烟火装载物的爆炸速度为每秒大约40米至60米。这些装置不会产生冲击波。所以，可以使这些装置位于距离岩石表面较远的地方，从而允许在一次爆破事件中从表面移除较大量的材料。
在释放用于岩石分裂或建筑拆除的能量的量方面，定向气压系统比炸药装载物更有效果。例如，相比使用炸药装载物，当使用该定向气压系统时，会产生明显少量的灰尘。这具有两个优势：一，相比使用炸药装载物的情况，当使用该定向气压系统时，可更接近被破碎岩石而工作。在地下开采矿的情况下，一般地，当爆破发生时，整个矿井会被清除，然而，在使用定向气压系统的地方，可以继续在较接近正在破碎岩石的地方而工作。该定向气压系统的另一个优势是，装载物本质上比炸药更安全。关于其使用的分类及规则反映了这个优势。该系统的又一优势是，其相对烈性炸药而言产生更少的噪音，并且不会引起有毒气体的排放问题。
如上所述，该定向气压装置插入孔中并且该孔以沙子或者另一种合适密封剂材料回填。在材料方面，以沙子来回填是便宜的，但是在岩石粉碎的地方需要劳动力和一定量的沙子。而且，沙子可仅用于孔的方向在水平面上倾斜的情况下，否则沙子可能会从孔中漏出，这种情况下，岩石将不会被粉碎并且该定向气压装装置将不会安全。另外，用于填充的沙子的稠密度是至关重要的。例如，如果沙子太干或者太湿则可能发生吹沙。如果沙粒太大或者具有不统一的形状，也可能发生吹沙。
可使用其它的回填材料，但是这些材料可能会昂贵。例如，可使用基于树脂的填充料，但即使使用这些填充材料，还是会存在如下问题：当孔位于水平面以下时，很难保证在没有气囊（例如）的情况下，充分将孔填满。当时使用树脂时，来自钻孔机的残油或水有时可能对树脂有副作用并且随后引起“爆裂（blow out）”。
英国专利申请第2341917号中描述一种上述类型的定向气压装置。
国际专利申请第WO2006/063369号描述一种用于烟火装置的容器。此发明涉及，封闭烟火装置的容器，使得在运输时，相比其它的封闭装置，该容器可不受太多严格规则的限制。
因此，需要提供一种定向气压装置，其操作不需要回填。
US2008/0047455中描述了一种岩石破碎弹药筒。在所描述的装置中，装载物容纳在一端被帽所封闭的管中。管的中部由填充材料（诸如沙子）填充并且另一端由一对楔形件所封闭。当该装置插入到将要破碎的岩石的孔中时，楔形件中的一个被进一步推进管内，从而将该装置固定在孔中。该装置可在没有中间填充料时使用，在这种情况下，通过装置中的气压而被迫进一步分离的楔形件可将该装置固定在孔中。
虽然上述装置不需要回填，但其使用可能会受到相对低的气压的限制。这是因为，该装置依赖于气压而由楔形件包含。若楔形件失效，则很可能的情况是，增加的气压使该装置在孔外着火。
采矿通常涉及，使得材料破碎以在表面将其拾取，将这些材料装入运输工具上，且将这些材料运送至加工厂。如上所述，炸药可用来从表面破碎材料，但是炸药的使用通常需要清空矿井。爆炸经常在矿工不在场的情况下进行，例如，在每天早上矿工开始工作之前或在换班期间。然而，这就意味着，在矿工换班期间，相对大量的材料必须从表面破碎，使得具有足够材料让矿工搬运。而且，在爆炸期间若可能有未经许可的员工在场则是危险的。
因此，需要不使用炸药而可以开采材料。
有时在没有爆炸的情况下实施采矿，例如，使用机器。专利申请第CA2060288号描述一种使用多个切削片以从表面切掉材料的机器。然而，这种机器不可能用于所有的情况，其要求铺设轨道和其他基础设施，并且十分昂贵。
然而，在使用爆炸的情况下，也可能在一定程度上将爆炸过程自动化。例如，专利申请第W097/21068号描述一种适于在材料表面钻孔并且将炸药装载物插入孔中的车辆。
需要提供一种采矿的改善方法，由此，相比使用爆炸的情况，可从表面破碎的材料的量相对小但更规则。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种定向气压装置，包括：本体，在其每个端部处具有开口；闭合件，用于所述本体的每个端部；束缚件（tie member），贯穿所述本体而延伸，所述闭合件附接至所述束缚件，其中，所述闭合件适于根据包含在所述本体内的烟火装载材料的爆炸而增加尺寸。
优选地，该本体包括内管。
优选地，每个闭合件包括适于适配于本体的端部的开口中的端帽。端帽能够可滑动地安装在拉杆（tie rod）上。端帽可包括套环（collar），其在使用时，延伸至本体中，位于内管的外壁与本体内壁之间。
有利地，闭合件包括多个楔形件，楔形件有利地连接在一起。在一个实施方式中，闭合件包括多个楔形件，例如四个。优选地，楔形件可滑动地安装在拉杆上。
优选地，闭合件包括凸耳（boss），凸耳位置可相对于拉杆而固定。例如，凸耳可与拉杆形成一体，或者凸耳可通过螺纹附接至拉杆。有利地，凸耳具有倾斜表面，楔形件可在倾斜表面上滑动。所以，在装置爆炸时，楔形件被放射状地从装置推出，从而将装置锁定在孔中的位置。
有利地，楔形件由单个塑料元件形成，各个楔形件由在其生产过程中引入到塑料元件的弱点区域而界定，例如，部分塑料材料会被切除以界定各个楔形件，或者在各个楔形件之间的材料中划线。
优选地，拉杆、楔形件和凸耳由硬质材料构成，有利地，其是具有与软钢的压力、张力和硬度的特性类似的塑料材料。这样一种塑料材料被称为玻璃纤维尼龙。
优选地，端帽由如上述相同的材料构成。
优选地，本体由塑料材料（诸如，聚丙烯或聚氨酯）形成。有利地，本体的壁相对薄，例如，介于0.5mm至1mm之间。
在本发明的一个实施方式中，闭合件可拆卸地附接至束缚件（tie member，系件）。
在本发明的另一个实施方式中，闭合件中的一个固定至拉杆并且另一可拆卸地附接至拉杆。所固定的拉杆和闭合件可形成为单一组件（例如，通过模制）。另一个闭合件可通过螺纹附接至拉杆。
在使用中，在岩石或采石场或矿山的表面中钻孔，并且将本发明的定向气压装置插入孔中，将引线留在孔外。使得电流经过电起爆器而开启该装置。由于电起爆器的开启使烟火混合物燃烧，导致烟火材料释放大量的烟，从而增加装置中的气压并且在闭合件施加力，以将其从本体分离。然而，闭合件由拉杆约束。闭合件适于通过来自烟火材料释放的气体而增加尺寸，以将孔密封。
在本发明的一个实施方式中，装载20克的烟火材料，峰值压力是2733.2psi。
在本发明的另一个实施方式中，装载30克的烟火材料，峰值压力是4497.9psi。
在本发明的另一个实施方式中，装载40克的烟火材料，峰值压力是6479.5psi。
在本发明的另一个实施方式中，装载50克的烟火材料，峰值压力是12980.8psi。
在本发明的另一个实施方式中，装载30克的烟火材料，峰值压力是16863.0psi。
本发明还提供一种采矿方法，其步骤包括：
i)在矿井表面的限制区域内钻孔；
ii)将根据本发明的定向气压装置插入至每一个孔中；
iii)开启气压装置；
iv)重复步骤i至iii，并且在此时间内，收集从矿井表面分散的材料。
附图说明
图中示出根据本发明的定向气压装置的优选实施方式。
图1是在其预爆炸情况下的根据本发明的定向气压装置的示意图。
图2是在其后爆炸情况下图1中示出的定向气压装置的示意图。
图3是图1的定向气压装置的横截面示意图。
图4是示出根据本发明的从矿井或采石场表面提取材料的方法的矿井表面的示意图。
图5是在其预爆炸情况下的根据本发明的第二实施方式的定向气压装置的横截面图。
图6是在其预爆炸情况下的根据本发明的第三实施方式的定向气压装置的平面图。
图7a是图6的定向气压装置的横截面图。
图7b是图7a中示出的定向气压装置的闭合件的放大图。
图8是图7a中示出的定向气压装置的楔形件的示意图。
具体实施方式
现参考图1和图3，本发明的定向气压装置1包括由适度硬质材料（诸如，聚丙烯或聚氨酯）形成的外管2。内管3同心地位于外管2内。在外管2和内管3之间形成的空隙由开启时释放气体的烟火材料4填充。释放出的主要气体是二氧化碳和一氧化碳。通常地，烟火材料由电起爆而点燃。内管的内径和拉杆5的外径大体上一致，拉杆5的直径略小于内管3的内直径，使得杆5可在内管3中滑动。外管2和内管3的壁优选地介于0.5mm至1.0mm之间。
在杆5的每个端部处有螺纹6、6’。当在内管3内放置好后，螺纹端6、6’伸出内管3和外管2的端部，使得管闭合件7、7’可附接至螺纹端。
管闭合件7、7’包括密封件8、8’和9、9’、楔形件10、10’和凸耳11、11’。凸耳11、11’包括内螺纹孔。密封件8、8’和9、9’包括中心对齐的孔，孔的直径对应于密封件8、8’情况下内管3的外直径和密封件9、9’情况下拉杆5的外直径。组装时，密封件8、8’适配于本体的端部中，使得取决于密封件，套环12、12’适配于内管2和外管3之间。密封件9、9’分别位于套环12、12’的表面上。套环包括多个位于凸耳11、11’和密封件9、9’之间的楔形件10、10’。楔形件10、10’的内表面15、15’朝向该装置的纵轴线的倾斜。凸耳11、11’的表面14、14’与楔形件10、10’的表面15、15’大致同角度地倾斜。所以，随着表面14、14’与表面15、15’的接触，楔形件10、10’的朝着凸耳11、11’的任何运动引起所述楔形件向外移动。
图5示出本发明的一个替换实施方式，其中，闭合件7的凸耳11与拉杆5构成整体（例如，通过模制合适的塑料材料）。参考图1至图3描述闭合件7’。
图6和图7示出本发明的另一个实施方式，其中，闭合件7、7’包括密封件8、8’、楔形件10、10’和凸耳11、11’，但是不包括前述实施方式的密封件9、9’。图6示出新实施方式的平面图，图7a示出通过图6中线A‑A截取的新实施方式的横截面，且图7b示出闭合件7、7’的放大图。在此实施方式中，没有内管3，并且楔形件10、10’与前述实施方式中的楔形件相比具有不同的结构。图7b和图8中分别示出新楔形件10、10’的横截面和透视图。如可见，楔形件10、10’是截头圆锥形，以补充锥形凸耳11、11’并且沿其长度的部分包括狭槽27，以提供脆弱点。这些点有助于确保楔形件10、10’的端部在爆炸时被推动至孔23的壁中。狭槽27在楔形件10、10’的外表面28处的深度小于狭槽27在楔形件10、10’的内表面29处的深度。在图6和图7所示出的实施例中，楔形件10、10’、闭合件7、7’、拉杆5和凸耳11、11’均由具有大致类似硬度的塑料材料形成。
现在参考图4,示出了采矿表面20。使用本发明的定向气压装置以从表面粉碎岩石，在岩石中钻出多个孔23。接着将装置1插入孔23内。然而，在爆炸前，必须在采矿表面切削处成角度的狭槽（直接临近矿井的顶部21及底部22）以确保清洁，即使粉碎。在将装置1插入孔23中之前，凸耳11、11’被适当地拉紧。接着开启装置1，使得表面20碎裂，导致岩石24的块体从表面散开。接着破碎岩石通过走向沟（strike gully）26从采矿表面运走。
对于使用填充剂以回填孔是没有必要的。当装置1开启时，烟火材料4开始释放气体，从而增加装置1中的压力。这种压力增加导致密封件8、8’轴向地沿着拉杆5朝着密封件9、9’和楔形件10、10’移动，从而导致楔形件10、10’以相同的轴向移动。相应倾斜的表面14、14’和15、15’的效果是，导致楔形件10、10’向外移动以接合该装置1所在的孔的壁，然后将孔密封，从而将加压气体限制在该装置所在孔中的部分。孔23被钻出具有1mm的公称直径，其大于装置1的直径。楔形件10和凸耳11的形状与尺寸导致楔形件的端部可向外移动达5mm，从而确保楔形件与孔23的壁接合，即使在孔壁中有表面不规则性的情况下。从而，装置1固定在孔中（在其两端）。而且，气压受拉杆5限制。通过气压的增加而产生的力通常足以将楔形件的端部推进孔23的内壁中。
虽然开放的楔形件存在缝隙（通过该缝隙气体可能会逸出）,但这并不会明显地危及到装置的有效性。对此存在许多原因。在包括密封件8、8’的实施例中，密封件8、8’可由比密封件9、9’和10，10’更软的塑料材料形成，装置内气压的增加导致这些密封件8、8’变形，该变形包括密封件8、8’的厚度减小和直径增加。因此，密封件8、8’的外围壁开始与孔22的壁接合。此外，烟火材料4释放气体时，伴随显著的热释放，该热量足以使硬质塑料材料变成可塑的，从而膨胀以相对孔22的壁而密封。而且，由开放楔形件10，10’呈现的管路相对小且不允许气体以高速度逸出，足以阻止该装置周围区域内的孔中的气压明显增强。如上所述，密封件8、8’对于本发明来说并不是必要的。烟火装载物会导致密封件9、9’的变形，以密封该装置。
产生的结果与其他定向气压装置一样，例如，岩石被破碎。然而，不需要填充剂。这就意味着，该定向气压装置1可以用在不可使用现有技术的气压装置的应用中。此外，在所有的应用中，由于爆破工不需要携带填充剂，不需要用填充剂回填孔，或不需要为将填充剂回填而携带必要工具，所以使用这种装置的方法是简单的。
本发明还提供了一种采矿的改善方法，其中，3组人员互相协作。再参考图4，第一组人员钻孔，将本发明的装置插入孔中。第二组人员使用本发明的定向气压装置粉碎岩石，而第三组人员在第二组人员工作完成后清理破碎岩石。这具有的优点是，采矿几乎变成连续的过程，其中，几乎没有岩石破碎离开缝隙，且该岩石在下一个岩石破碎离开缝隙前大体被清除。使采矿过程尽可能地连续，通常是更有效。如果为了一个整体换班而不得不爆炸足够材料来配合（occupy）劳动力，这可能存在着其自有的物流（logistic，逻辑）困难。

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1、(10)申请公布号 CN 103201586 A(43)申请公布日 2013.07.10CN103201586A*CN103201586A*(21)申请号 201080069850.7(22)申请日 2010.08.26F42B 3/04(2006.01)F42B 3/06(2006.01)F42D 3/04(2006.01)(71)申请人控制爆破解决方案有限公司地址英国泰恩河畔纽卡斯尔(72)发明人菲尔劳特利奇(74)专利代理机构北京康信知识产权代理有限责任公司 11240代理人余刚李静(54) 发明名称定向气压装置(57) 摘要一种定向气压装置包括：本体，在其每个端部具有开口；闭合件，用。

2、于本体的每个端部；束缚件，贯穿所述本体延伸，所述闭合件附接至所述束缚件。所述闭合件适于基于包含在所述本体内的烟火装载物材料形成气体而增加其尺寸。(85)PCT申请进入国家阶段日2013.04.26(86)PCT申请的申请数据PCT/GB2010/051416 2010.08.26(87)PCT申请的公布数据WO2012/025704 EN 2012.03.01(51)Int.Cl.权利要求书1页说明书5页附图7页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图7页(10)申请公布号 CN 103201586 ACN 103201586 A1/1页21。

3、.一种定向气压装置，包括：本体，在其每个端部处具有开口；闭合件，用于所述本体的每个端部；束缚件，贯穿所述本体延伸，所述闭合件附接至所述束缚件，其中，所述闭合件适于基于由包含在所述本体内的烟火装载物材料形成的气体产生而增加所述闭合件的尺寸。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述本体包括内管。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，每个闭合件包括适于适配在所述本体的所述端部的所述开口中的端帽。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述端帽能够滑动地安装在所述拉杆上。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述端帽包括套环，所述套环适于延伸至所述本体中，位于所述内管的外壁与所述本体的。

4、内壁之间。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述闭合件包括多个楔形件。7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述楔形件中的至少两个楔形件连接在一起。8.根据权利要求6或7所述的装置，其中，所述楔形件能够滑动地安装在所述拉杆上。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述闭合件包括凸耳，所述凸耳的位置相对于所述拉杆是固定的。10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述凸耳与所述拉杆一体形成，或通过螺纹而附接至所述拉杆。11.根据权利要求9或10所述的装置，所述凸耳具有倾斜表面，所述楔形件能够在所述倾斜表面上滑动。12.根据权利要求9至11中任一项所述的装置，其中，所述楔形件由单一元。

5、件形成，各个楔形件由在所述楔形件的生产过程中引入所述元件中的脆弱线而限定。13.根据权利要求9至12中的任一项所述的装置，其中，所述楔形件和所述凸耳由硬质材料形成。14.根据权利要求9至13中的任一项所述的装置，其中，所述端帽由硬质材料形成。15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述闭合件中的至少一个能拆卸地附接至所述束缚件。16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述拉杆和一个所述闭合件形成为单一部件。17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，进一步包括起爆器，并且其中，当开启所述起爆器时，使得从所述烟火装载物材料产生气体。18.一种采矿方法，包括步骤：i）在采矿表面的限制。

6、区域内钻孔；ii）将根据权利要求1至16中任一项所述的定向气压装置插入所述孔中的每个孔中；iii）使得包含在所述装置中的烟火装载物材料产生气体；以及iv)重复步骤i至步骤iii，并且在此时间内，收集从所述采矿表面分离的材料。19.根据权利要求17所述的采矿方法，其中，所述孔以大致垂直于所述采矿表面的平面的方向被钻孔。20.一种大体上如附图所示并且参考附图所述的定向气压装置。权利要求书CN 103201586 A1/5页3定向气压装置技术领域0001 本发明涉及定向气压装置，通常用于岩石或混凝土的破碎，且更具体来说，涉及不需要以沙子或其它密封剂回填的定向气压装置。本发明还涉及一种使用本发。

7、明的定向气压装置从表面（矿井表面或采石场表面）使得岩石破碎的方法。背景技术0002 烈性炸药广泛用于采石和采矿过程中的岩石破碎，且用于拆除操作。虽然炸药是有效的，但就其能量使用来说，并不是特别有效，其具有危险性且因此受到有关其使用、储存和运输的特定条例的限制。在炸药用于拆除操作的情况下，由于大小颗粒被爆炸性材料驱散的距离，必须清理爆炸点周围的很大区域。在炸药用于地下采矿的情况下，在爆炸过程中，必须将所有员工撤离整个矿井。而且，由于岩崩的可能性，必须留有一定的时间以防止随后的爆炸，且爆破发生在地下的情况下，存在危险的气体。0003 烈性炸药具有大约每秒6000-9000米的爆炸速度，其在岩石中产。

8、生冲击波，从而将岩石破碎。在某些情况下，烈性炸药可能会限制一次爆破事件中可以清除的岩石的深度。这是由于，如果装载物放置于距离岩石表面以下太深的位置，会产生岩石断裂，使矿井或采石场不安全。在这种应用下，通常考虑烈性炸药装载物不应该放置于该岩石表面以下超过1.2米的地方。0004 一种可代替炸药分裂岩石的替代物是定向气压系统。在此系统中，在岩石中钻孔并且将定向气压装置插入其中。该孔以沙子或另一种适当密封剂回填。当该装置着火（而不是爆炸）时，会开始化学反应，其释放大量的气体。压力在孔中增强并随着岩石分裂而释放。用在定向气压装置中的烟火装载物的爆炸速度为每秒大约40米至60米。这些装置不会产生冲击波。。

9、所以，可以使这些装置位于距离岩石表面较远的地方，从而允许在一次爆破事件中从表面移除较大量的材料。0005 在释放用于岩石分裂或建筑拆除的能量的量方面，定向气压系统比炸药装载物更有效果。例如，相比使用炸药装载物，当使用该定向气压系统时，会产生明显少量的灰尘。这具有两个优势：一，相比使用炸药装载物的情况，当使用该定向气压系统时，可更接近被破碎岩石而工作。在地下开采矿的情况下，一般地，当爆破发生时，整个矿井会被清除，然而，在使用定向气压系统的地方，可以继续在较接近正在破碎岩石的地方而工作。该定向气压系统的另一个优势是，装载物本质上比炸药更安全。关于其使用的分类及规则反映了这个优势。该系统的又一优势是。

10、，其相对烈性炸药而言产生更少的噪音，并且不会引起有毒气体的排放问题。0006 如上所述，该定向气压装置插入孔中并且该孔以沙子或者另一种合适密封剂材料回填。在材料方面，以沙子来回填是便宜的，但是在岩石粉碎的地方需要劳动力和一定量的沙子。而且，沙子可仅用于孔的方向在水平面上倾斜的情况下，否则沙子可能会从孔中漏出，这种情况下，岩石将不会被粉碎并且该定向气压装装置将不会安全。另外，用于填充的沙子的稠密度是至关重要的。例如，如果沙子太干或者太湿则可能发生吹沙。如果沙粒太说明书CN 103201586 A2/5页4大或者具有不统一的形状，也可能发生吹沙。0007 可使用其它的回填材料，但是这些材料可能。

11、会昂贵。例如，可使用基于树脂的填充料，但即使使用这些填充材料，还是会存在如下问题：当孔位于水平面以下时，很难保证在没有气囊（例如）的情况下，充分将孔填满。当时使用树脂时，来自钻孔机的残油或水有时可能对树脂有副作用并且随后引起“爆裂（blow out）”。0008 英国专利申请第2341917号中描述一种上述类型的定向气压装置。0009 国际专利申请第WO2006/063369号描述一种用于烟火装置的容器。此发明涉及，封闭烟火装置的容器，使得在运输时，相比其它的封闭装置，该容器可不受太多严格规则的限制。0010 因此，需要提供一种定向气压装置，其操作不需要回填。0011 US2008/00474。

12、55中描述了一种岩石破碎弹药筒。在所描述的装置中，装载物容纳在一端被帽所封闭的管中。管的中部由填充材料（诸如沙子）填充并且另一端由一对楔形件所封闭。当该装置插入到将要破碎的岩石的孔中时，楔形件中的一个被进一步推进管内，从而将该装置固定在孔中。该装置可在没有中间填充料时使用，在这种情况下，通过装置中的气压而被迫进一步分离的楔形件可将该装置固定在孔中。0012 虽然上述装置不需要回填，但其使用可能会受到相对低的气压的限制。这是因为，该装置依赖于气压而由楔形件包含。若楔形件失效，则很可能的情况是，增加的气压使该装置在孔外着火。0013 采矿通常涉及，使得材料破碎以在表面将其拾取，将这些材料装入运输工。

13、具上，且将这些材料运送至加工厂。如上所述，炸药可用来从表面破碎材料，但是炸药的使用通常需要清空矿井。爆炸经常在矿工不在场的情况下进行，例如，在每天早上矿工开始工作之前或在换班期间。然而，这就意味着，在矿工换班期间，相对大量的材料必须从表面破碎，使得具有足够材料让矿工搬运。而且，在爆炸期间若可能有未经许可的员工在场则是危险的。0014 因此，需要不使用炸药而可以开采材料。0015 有时在没有爆炸的情况下实施采矿，例如，使用机器。专利申请第CA2060288号描述一种使用多个切削片以从表面切掉材料的机器。然而，这种机器不可能用于所有的情况，其要求铺设轨道和其他基础设施，并且十分昂贵。0016 然而。

14、，在使用爆炸的情况下，也可能在一定程度上将爆炸过程自动化。例如，专利申请第W097/21068号描述一种适于在材料表面钻孔并且将炸药装载物插入孔中的车辆。0017 需要提供一种采矿的改善方法，由此，相比使用爆炸的情况，可从表面破碎的材料的量相对小但更规则。发明内容0018 根据本发明的一方面，提供了一种定向气压装置，包括：本体，在其每个端部处具有开口；闭合件，用于所述本体的每个端部；束缚件（tie member），贯穿所述本体而延伸，所述闭合件附接至所述束缚件，其中，所述闭合件适于根据包含在所述本体内的烟火装载材料的爆炸而增加尺寸。0019 优选地，该本体包括内管。0020 优选地，每个闭合件。

15、包括适于适配于本体的端部的开口中的端帽。端帽能够可滑说明书CN 103201586 A3/5页5动地安装在拉杆（tie rod）上。端帽可包括套环（collar），其在使用时，延伸至本体中，位于内管的外壁与本体内壁之间。0021 有利地，闭合件包括多个楔形件，楔形件有利地连接在一起。在一个实施方式中，闭合件包括多个楔形件，例如四个。优选地，楔形件可滑动地安装在拉杆上。0022 优选地，闭合件包括凸耳（boss），凸耳位置可相对于拉杆而固定。例如，凸耳可与拉杆形成一体，或者凸耳可通过螺纹附接至拉杆。有利地，凸耳具有倾斜表面，楔形件可在倾斜表面上滑动。所以，在装置爆炸时，楔形件被放射状地从装置。

16、推出，从而将装置锁定在孔中的位置。0023 有利地，楔形件由单个塑料元件形成，各个楔形件由在其生产过程中引入到塑料元件的弱点区域而界定，例如，部分塑料材料会被切除以界定各个楔形件，或者在各个楔形件之间的材料中划线。0024 优选地，拉杆、楔形件和凸耳由硬质材料构成，有利地，其是具有与软钢的压力、张力和硬度的特性类似的塑料材料。这样一种塑料材料被称为玻璃纤维尼龙。0025 优选地，端帽由如上述相同的材料构成。0026 优选地，本体由塑料材料（诸如，聚丙烯或聚氨酯）形成。有利地，本体的壁相对薄，例如，介于0.5mm至1mm之间。0027 在本发明的一个实施方式中，闭合件可拆卸地附接至束缚件（tie。

17、 member，系件）。0028 在本发明的另一个实施方式中，闭合件中的一个固定至拉杆并且另一可拆卸地附接至拉杆。所固定的拉杆和闭合件可形成为单一组件（例如，通过模制）。另一个闭合件可通过螺纹附接至拉杆。0029 在使用中，在岩石或采石场或矿山的表面中钻孔，并且将本发明的定向气压装置插入孔中，将引线留在孔外。使得电流经过电起爆器而开启该装置。由于电起爆器的开启使烟火混合物燃烧，导致烟火材料释放大量的烟，从而增加装置中的气压并且在闭合件施加力，以将其从本体分离。然而，闭合件由拉杆约束。闭合件适于通过来自烟火材料释放的气体而增加尺寸，以将孔密封。0030 在本发明的一个实施方式中，装载20克的烟火。

18、材料，峰值压力是2733.2psi。0031 在本发明的另一个实施方式中，装载30克的烟火材料，峰值压力是4497.9psi。0032 在本发明的另一个实施方式中，装载40克的烟火材料，峰值压力是6479.5psi。0033 在本发明的另一个实施方式中，装载50克的烟火材料，峰值压力是12980.8psi。0034 在本发明的另一个实施方式中，装载30克的烟火材料，峰值压力是16863.0psi。0035 本发明还提供一种采矿方法，其步骤包括：0036 i)在矿井表面的限制区域内钻孔；0037 ii)将根据本发明的定向气压装置插入至每一个孔中；0038 iii)开启气压装置；0039 iv)重。

19、复步骤i至iii，并且在此时间内，收集从矿井表面分散的材料。附图说明0040 图中示出根据本发明的定向气压装置的优选实施方式。0041 图1是在其预爆炸情况下的根据本发明的定向气压装置的示意图。说明书CN 103201586 A4/5页60042 图2是在其后爆炸情况下图1中示出的定向气压装置的示意图。0043 图3是图1的定向气压装置的横截面示意图。0044 图4是示出根据本发明的从矿井或采石场表面提取材料的方法的矿井表面的示意图。0045 图5是在其预爆炸情况下的根据本发明的第二实施方式的定向气压装置的横截面图。0046 图6是在其预爆炸情况下的根据本发明的第三实施方式的定向气压装置的。

20、平面图。0047 图7a是图6的定向气压装置的横截面图。0048 图7b是图7a中示出的定向气压装置的闭合件的放大图。0049 图8是图7a中示出的定向气压装置的楔形件的示意图。具体实施方式0050 现参考图1和图3，本发明的定向气压装置1包括由适度硬质材料（诸如，聚丙烯或聚氨酯）形成的外管2。内管3同心地位于外管2内。在外管2和内管3之间形成的空隙由开启时释放气体的烟火材料4填充。释放出的主要气体是二氧化碳和一氧化碳。通常地，烟火材料由电起爆而点燃。内管的内径和拉杆5的外径大体上一致，拉杆5的直径略小于内管3的内直径，使得杆5可在内管3中滑动。外管2和内管3的壁优选地介于0.5mm至1.0m。

21、m之间。0051 在杆5的每个端部处有螺纹6、6。当在内管3内放置好后，螺纹端6、6伸出内管3和外管2的端部，使得管闭合件7、7可附接至螺纹端。0052 管闭合件7、7包括密封件8、8和9、9、楔形件10、10和凸耳11、11。凸耳11、11包括内螺纹孔。密封件8、8和9、9包括中心对齐的孔，孔的直径对应于密封件8、8情况下内管3的外直径和密封件9、9情况下拉杆5的外直径。组装时，密封件8、8适配于本体的端部中，使得取决于密封件，套环12、12适配于内管2和外管3之间。密封件9、9分别位于套环12、12的表面上。套环包括多个位于凸耳11、11和密封件9、9之间的楔形件10、10。楔形件10、1。

22、0的内表面15、15朝向该装置的纵轴线的倾斜。凸耳11、11的表面14、14与楔形件10、10的表面15、15大致同角度地倾斜。所以，随着表面14、14与表面15、15的接触，楔形件10、10的朝着凸耳11、11的任何运动引起所述楔形件向外移动。0053 图5示出本发明的一个替换实施方式，其中，闭合件7的凸耳11与拉杆5构成整体（例如，通过模制合适的塑料材料）。参考图1至图3描述闭合件7。0054 图6和图7示出本发明的另一个实施方式，其中，闭合件7、7包括密封件8、8、楔形件10、10和凸耳11、11，但是不包括前述实施方式的密封件9、9。图6示出新实施方式的平面图，图7a示出通过图6中线A。

23、-A截取的新实施方式的横截面，且图7b示出闭合件7、7的放大图。在此实施方式中，没有内管3，并且楔形件10、10与前述实施方式中的楔形件相比具有不同的结构。图7b和图8中分别示出新楔形件10、10的横截面和透视图。如可见，楔形件10、10是截头圆锥形，以补充锥形凸耳11、11并且沿其长度的部分包括狭槽27，以提供脆弱点。这些点有助于确保楔形件10、10的端部在爆炸时被推动至孔23的说明书CN 103201586 A5/5页7壁中。狭槽27在楔形件10、10的外表面28处的深度小于狭槽27在楔形件10、10的内表面29处的深度。在图6和图7所示出的实施例中，楔形件10、10、闭合件7、7、拉。

24、杆5和凸耳11、11均由具有大致类似硬度的塑料材料形成。0055 现在参考图4,示出了采矿表面20。使用本发明的定向气压装置以从表面粉碎岩石，在岩石中钻出多个孔23。接着将装置1插入孔23内。然而，在爆炸前，必须在采矿表面切削处成角度的狭槽（直接临近矿井的顶部21及底部22）以确保清洁，即使粉碎。在将装置1插入孔23中之前，凸耳11、11被适当地拉紧。接着开启装置1，使得表面20碎裂，导致岩石24的块体从表面散开。接着破碎岩石通过走向沟（strike gully）26从采矿表面运走。0056 对于使用填充剂以回填孔是没有必要的。当装置1开启时，烟火材料4开始释放气体，从而增加装置1中的压力。这。

25、种压力增加导致密封件8、8轴向地沿着拉杆5朝着密封件9、9和楔形件10、10移动，从而导致楔形件10、10以相同的轴向移动。相应倾斜的表面14、14和15、15的效果是，导致楔形件10、10向外移动以接合该装置1所在的孔的壁，然后将孔密封，从而将加压气体限制在该装置所在孔中的部分。孔23被钻出具有1mm的公称直径，其大于装置1的直径。楔形件10和凸耳11的形状与尺寸导致楔形件的端部可向外移动达5mm，从而确保楔形件与孔23的壁接合，即使在孔壁中有表面不规则性的情况下。从而，装置1固定在孔中（在其两端）。而且，气压受拉杆5限制。通过气压的增加而产生的力通常足以将楔形件的端部推进孔23的内壁中。0。

26、057 虽然开放的楔形件存在缝隙（通过该缝隙气体可能会逸出）,但这并不会明显地危及到装置的有效性。对此存在许多原因。在包括密封件8、8的实施例中，密封件8、8可由比密封件9、9和10，10更软的塑料材料形成，装置内气压的增加导致这些密封件8、8变形，该变形包括密封件8、8的厚度减小和直径增加。因此，密封件8、8的外围壁开始与孔22的壁接合。此外，烟火材料4释放气体时，伴随显著的热释放，该热量足以使硬质塑料材料变成可塑的，从而膨胀以相对孔22的壁而密封。而且，由开放楔形件10，10呈现的管路相对小且不允许气体以高速度逸出，足以阻止该装置周围区域内的孔中的气压明显增强。如上所述，密封件8、8对于本。

27、发明来说并不是必要的。烟火装载物会导致密封件9、9的变形，以密封该装置。0058 产生的结果与其他定向气压装置一样，例如，岩石被破碎。然而，不需要填充剂。这就意味着，该定向气压装置1可以用在不可使用现有技术的气压装置的应用中。此外，在所有的应用中，由于爆破工不需要携带填充剂，不需要用填充剂回填孔，或不需要为将填充剂回填而携带必要工具，所以使用这种装置的方法是简单的。0059 本发明还提供了一种采矿的改善方法，其中，3组人员互相协作。再参考图4，第一组人员钻孔，将本发明的装置插入孔中。第二组人员使用本发明的定向气压装置粉碎岩石，而第三组人员在第二组人员工作完成后清理破碎岩石。这具有的优点是，采矿几乎变成连续的过程，其中，几乎没有岩石破碎离开缝隙，且该岩石在下一个岩石破碎离开缝隙前大体被清除。使采矿过程尽可能地连续，通常是更有效。如果为了一个整体换班而不得不爆炸足够材料来配合（occupy）劳动力，这可能存在着其自有的物流（logistic，逻辑）困难。说明书CN 103201586 A1/7页8图1说明书附图CN 103201586 A2/7页9图2说明书附图CN 103201586 A3/7页10图3说明书附图CN 103201586 A10。

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