[发明专利]一种高压脉冲放电破岩装置

权利要求书

1.一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，包括：充电单元、储能与脉冲电流形成单元、脉冲电流传输单元、破碎单元以及时序触发单元；

所述充电单元用于将低压工频交流电转化为高压直流电，提供系统所需电能；

所述储能与脉冲电流形成单元用于存储充电单元提供的电能，并通过时序触发单元控制电能的释放，形成脉冲电流；

所述脉冲电流传输单元用于将储能与脉冲电流形成单元产生的脉冲电流传输至破碎单元；

所述时序触发单元用于控制储能与脉冲形成单元能量释放时序，控制破碎单元冲击波产生时间，实现冲击波的叠加；

所述破碎单元利用脉冲电流传输单元传输的脉冲电流进行金属丝爆，将电能转化为机械能，实现岩石的破碎，通过分阶段破碎以及时序放电控制使破碎单元冲击波叠加，实现大体积岩石破碎。

2.如权利要求1所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述破碎单元包括多个破碎模块，每个破碎模块包括连接单元、放电电极、电爆破筒以及钻孔；

所述钻孔通过机械钻孔方式产生，所述放电电极以及所述电爆破筒放置在所述钻孔内，所述连接单元实现破碎模块与脉冲电流传输模块的连接，所述放电电极将脉冲电流传输至所述电爆破筒，所述电爆破筒利用脉冲电流产生金属丝爆，实现岩石破碎。

3.如权利要求1所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述时序放电控制为通过所述时序触发单元控制所述破碎模块的电爆炸筒金属丝爆时间，使得电爆炸筒产生冲击波到达相邻破碎模块时，触发所述相邻破碎模块发生金属丝爆产生冲击波，实现冲击波叠加；相邻破碎模块的触发延时时间应满足：

其中，d为相邻电爆炸筒间距，v为岩石的声速。

4.如权利要求2所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，每个破碎模块等间距放置于与岩石自由表面平行的表面上，采用分阶段方法进行破碎，所述分阶段方法为在破碎后所述表面与自由表面之间的岩石剥离，所述表面形成新的自由表面，完成一个阶段破碎，下阶段破碎单元放置继续按所述方式放置。

5.如权利要求2所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述放电电极采用同轴结构并可重复使用，高压电极与接地电极之间填充绝缘材料，所述高压电极采用钨铜合金，所述接地电极采用黄铜制成的管体。

6.如权利要求2所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述电爆炸筒包括金属丝以及冲击波传播筒体，所述金属丝在脉冲电流下爆炸并形成等离子体通道，通道膨胀产生冲击波，所述冲击波传播筒体采用绝缘材料，其外径与所述钻孔内径一致，将冲击波传输至岩石。

7.如权利要求1所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述储能与脉冲电流形成单元包括多个储能与脉冲电流形成模块；

所述储能与脉冲电流形成模块包括储能电容、续流硅堆、调波电感、晶闸管开关，所述储能电容存储充电模块输入电能；所述晶闸管开关通过所述时序触发单元控制开通，释放所述储能电容存储电容电能形成脉冲电流；所述调波电感用以调节输出电流幅值以及周期；所述续流硅堆避免储能电容两端出现反压导致储能电容损坏，所述调波电感与储能电容满足以下关系：

其中，L为调波电感感值，C为储能电容容值，l为破碎电极至自由表面距离，v为岩石的声速。

8.如权利要求1所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述脉冲电流传输单元包括多个脉冲电流传输模块，所述脉冲电流传输模块采用同轴电缆，所述同轴电缆采用多芯线结构。

9.如权利要求1所述的一种高压脉冲放电破岩装置，其特征在于，所述时序触发单元包括光电转化单元、时序调节单元以及功率放大单元，所述光电转化单元用于将光纤传输的控制光信号转化为电信号；所述功率放大单元用于将电信号放大转化为于触发信号；所述时序调节单元控制晶闸管开关的导通时间，控制所述破碎单元的电爆炸筒爆炸时间，实现相邻破碎模块冲击波的叠加。