[实用新型]腔体结构和气体致裂装置

说明书

本公开涉及矿石开采，具体提供了一种具有气体快放机构的腔体结构和气体致裂装置，腔体结构包括壳体和开关阀芯，开关阀芯在针对排气孔打开与关闭位置之间移动；开关阀芯连通控制腔，控制腔中的高压气体施加驱使开关阀芯向关闭位置移动的作用力；腔体的一部分构成储气腔，储气腔中的高压气体施加驱使开关阀芯向打开位置移动的作用力；在关闭位置，控制腔中高压气体在开关阀芯上的作用力沿向关闭位置移动方向上的分力大于储气腔中高压气体在开关阀芯上的作用力沿向打开位置移动方向上的分力。本公开提供的腔体结构利用气压差控制阀芯的开启与关闭，阀芯响应速度更快，使用效率更高。

技术领域

本公开涉及矿石开采，具体涉及一种具有气体快放机构的腔体结构和气体致裂装置。

背景技术

目前对于矿石的开采主要包括爆破开采和非爆破开采两种方法，其中爆破开采是指通过安装在钻孔内的炸药爆破的方式实现石材的开采。爆破开采的方式产生大量的粉尘和噪音污染，并且对矿山的山体破坏较大，导致矿体中的石材产生大量碎料，降低开采率，因此目前已经基本禁止爆破开采方法开采石材。非爆破开采包括机械切割或胀裂开采的方式，机械切割时利用火焰切割或绳锯对石材矿体进行切割开采，这种方法对设备和场地要求高，开采效率低，无法应对大规模开采任务。

胀裂开采是指通过人工打入水平和竖直方向的钎孔，利用插入膨胀器或压送膨胀剂的方式开采石材，例如公开号为CN107989616A、 CN103061769B等中国专利文献公开了通过在矿体水平和竖直方向打孔，在孔内插入膨胀器或注入高压膨胀剂对石材进行胀裂开采的方法。这种方法虽然实现了石材的静态开采，但是产生膨胀作用的膨胀剂多为化学试剂或化学凝胶，通过化学反应对矿石产生胀裂作用，膨胀剂制备复杂成本昂贵，并且具有一定的污染和危险性。而膨胀器的结构复杂，回收困难，二次利用率不高，导致石材胀裂开采成本变高。

利用自然资源对矿石进行胀裂开采的过程中，根据开采矿石的不同，流体的脉冲压强需要10～99MPa的高压范围，因此需要使用高压脉冲装置。例如公开号为CN86108271A的中国专利申请公开了一种水力脉冲发生器，其利用液体脉冲产生高压能量可进行矿石分解等。但是这种发生器利用液体，因此必须增加蓄能器来保证排出的液体达到足够的压力强度，导致控制装置和发生器本身结构复杂。并且液体质量远大于气体，在矿石开采中，由于开采环境恶劣，液体的贮存和二次补充的难度也远超气体，导致开采成本增大。同时这种发生器阀门切换结构复杂，导致阀门响应速度慢，影响石材的开采效率。

实用新型内容

为解决传统的高压脉冲发生器阀门结构复杂、响应速度慢的技术问题，本公开提供了一种利用气压差开启阀门，阀门响应速度快的腔体结构。

同时，为解决传统的膨胀剂存在化学污染、膨胀器结构复杂二次利用率低的技术问题，本公开提供了一种利用气体对矿石进行开采的气体致裂装置。

在第一方面，本公开提供了一种具有气体快放机构的腔体结构，包括：

壳体，为内部具有腔体的中空结构，腔体用于储存气体并连通有排气孔；和

开关阀芯，在针对排气孔的打开位置与关闭位置之间移动；

开关阀芯连通控制腔，控制腔中的高压气体施加驱使开关阀芯向关闭位置移动的作用力；以腔体的至少一部分构成储气腔，储气腔中的高压气体施加驱使开关阀芯向打开位置移动的作用力；储气腔在放气时与控制腔为互相气密关系；

在关闭位置，控制腔中高压气体在开关阀芯上的作用力沿向关闭位置移动方向上的分力大于储气腔中高压气体在开关阀芯上的作用力沿向打开位置移动方向上的分力。

在控制腔与储气腔中输入等压的高压气体，在关闭位置，控制腔中高压气体在开关阀芯的作用面积在向关闭位置移动的作用力方向上的投影大于储气腔中高压气体在开关阀芯的作用面积在向打开位置移动的作用力方向上的投影。