[发明专利]开挖水平地下洞穴的爆破器具和方法

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及一种爆破器具和方法，用于在开发地下水、温泉水、石油、天然气、地热水等用途中需要的水平地下洞穴的开挖工作，特别要求这些器具和方法，能够在横向上产生定向、连续以及集中的爆炸能量，从而在一个流体排出或将要排出或者地下热水用尽的位置上用这个器具爆破，产生圆锥状孔并扩大流体通路，从而形成水平地下洞穴。

在先技术介绍

当地下水、温泉水、石油和天然气从一个含流体的地层如象承压水层、含油层或含气层中长时间流出时，一些碎屑如象碎石、泥块或废弃物会在流体通道上的某一个部位聚集，结果流体通过这些通道的流量会逐渐减少，甚至更糟，流体通道完全被封堵。

此外，在地热能电站或用地热供暖的地方，地热很难自然地到达地表。因此，大多数情况下，采集和利用地热要使用这样一种方法，就是向地下打许多管状竖井，向其中的一些竖井注入冷水从而使热水或热蒸汽在另一些井中升上来。

同时，在热的干岩石中钻井收集地热的过程中，热水或蒸汽通过在一块岩石里形成的腔穴中流动。在这种情况下，岩石中的渣滓、热水或蒸汽聚集在一起并且互相粘结，结果造成渣滓封堵腔穴，妨碍地热的利用。

因此，为了增加从地下流体层如象承压水层、含油层或天然气层以及含热水的干岩石中增加流体流量，人们曾建议采用下列两种在先技术。第一种技术是要开凿一个新的洞穴，以便开发流体。第二种技术是在接近流体排出通道的地方，安置和爆炸一块炸药，利用爆炸的力量打开那些部分甚至全部被封堵的流体通道。

然而，第一种方法，需要额外耗费用于打井、移动并重新安装各种老设施，经济上不合算。第二种方法，炸药爆炸能量会散布而不能集中，以至不足以开掘一个水平地下洞穴，甚至可能使竖井H的井壁发生崩塌。

为了打开已有的流体通道已经采用的一种爆破方法是，在炸药1上安装一个延时雷管2与一根导火索3，用一根炸药绳把炸药与一圆环5相连，而圆环5与升降机的吊链相连接，在竖井H中把炸药下降到现有流体涌出通道P旁，用引爆装置点火雷管2，使炸药在上述位置爆炸，如图1A到1C所示。

进行这样一类爆破时，炸药暴露在外面，如象在洞穴中、水中或空气中爆破那样，下文中我们称之为“露天型爆破”。

露天型爆破时，由于炸药被悬挂在竖井H中爆炸，炸药的爆炸能量，如同图1B所示，是在竖井H中散射的。结果，爆炸能量损失巨大并且不能集中，以致它不会作用在竖井H壁的期望的区域上，会造成一种不正确的爆破结果。

还有，如同图1C所示在一个竖井中爆破的情形，爆破的范围过份宽广，以致有巨大的压力作用在竖井中很宽的面积上。因此，竖井的壁受到损坏甚至破坏，使井壁变形或者完全崩塌。结果，竖井无法使用，而流体的流出通道也并未新生或者说并未打开。也就是说，通常的爆破技术是不合意的。

这就是说，露天型爆破，由于炸药置于竖井H中爆炸产生的爆炸能量会向竖井H开口的上方和下方散射，导致爆炸能量的损失，因此妨碍了爆炸能量的集中。

为了打开一个封堵了的流体涌出通道，炸药的爆炸能量应当作用在封堵的区域。然而，由于炸药爆炸能量的散布，爆炸能量不能达到流体涌出通道的封堵部位来打开这个封堵了的流体通道，反而还会崩塌或者损伤竖井H，因此妨碍了水平洞穴的爆破效果。

惯常的爆炸操作只限于一次性爆破，爆破装置插进竖井H并且炸掉。特别是，由于在竖井H中地下水还作为一种障碍物，它的压力会降低爆破效果，并且由于地下水的浮力，炸药进入竖井的下落速度降低，也降低了爆破操作的效率。

此外，由于存在水的压力，还会产生爆破的不稳定性，如象误爆，半爆等等，因为采用露天型爆破，不能利用定型炸药的爆炸效果，并且由于如象炸药与竖井H的井壁接触方面存在着一些问题，炸药的安全操作也存在困难。

本发明的发明者提出一种“密封式爆破”的创意，它能获得定向、集中，并且连续的爆炸能量。在密封式爆破中，炸药在一个封闭的爆破空间中起爆，这个空间与它的周围环境分离。

为此，提供了一种爆破器具用于开掘水平地下洞穴。在本发明的爆破器具中，有一块金属体，其横穿中央部位有一个水平装药腔，其中装载着定型炸药和延时雷管，这样，定型炸药的爆炸能量会集中作用在水平方向上。

此外，提供了使用这种爆破器具来开掘水平地下洞穴的一种爆破方法，把爆破器具一次或多次放置在流体涌出或将要涌出的位置进行爆炸，从而形成许多锥形孔，使流体涌出通道扩大。

发明内容