一种充气点火一体式气体爆破器引爆装置及致裂器技术领域
本发明属于引爆装置领域，尤其涉及充气点火一体式气体爆破器引爆装置。
背景技术
气体爆破技术，是利用易气化的液态或固体物质气化膨胀产生高压气体，使周围
介质膨胀做功，并导致破碎，具有无明火、安全、高效的特点。
二氧化碳气体爆破器是气体爆破技术中的典型爆破器材，被广泛应用在采矿业、
地质勘探、水泥、钢铁、电力等行业、地铁与隧道及市政工程、水下工程、以及应急救援抢险
中。
现有的气体爆破器主要包括汽化储液管和安装在汽化储液管内的发热引爆装置；
发热引爆装置点火发热后将汽化储液管内的易气化物气化，并导致膨胀爆炸。
现有气体爆破器引爆装置的结构主要是将产热的化学反应物通过装料带装在金
属网管内，并将电热丝封装在化学反应物中；(参考专利文献：低温气体爆破器，公告号：
CN2514304，公开日：2002.10.02)；该种引爆器结构需预先填装能发生产热反应的氧化剂和
还原剂，普遍采用的是粉末状氧化剂和还原剂，常用的产热反应物组合是硫磺（S）、硝石
（KNO3）和碳粉（C），其反应方程式为：S+2KNO3+3C=K2S+N2↑+3CO2↑，俗称黑火药反应，该种反
应料的成本较低。
采用上述结构的引爆装置，存在的问题是：1、引爆装置内所需填装的热反应物是
需进行混料、拌匀、卷料或装袋等过程的加工，填装过程耗时耗工，制造成本较大；2、引爆装
置在填装药剂过程，氧化剂和还原剂容易出现混合不均的问题，导致放热效率较低；3、热反
应料需预先混合填充，运输过程中温度偏高易引发燃烧或爆炸，具有较大的安全隐患；4、由
于引爆材料的延时或其他情况出现，容易出现哑炮的情况，无法判断哑炮是何种原因造成
的，故不能通过排哑炮方式消除安全隐患；5、现有气体爆破器引爆方式采用固态活化剂燃
烧产生高温，直接导热到液态二氧化碳，使液态二氧化碳气化膨胀，其液态二氧化碳的吸热
效率较低。
另外，现有的气体爆破器，主要包括储液管、安装在储液管内的引爆装置和封堵
头，封堵头用于封堵储液管的端口和固定引爆装置，同时，封堵头上设置有用于充排易气化
液的充装口和用于导出引线的引线孔，充装口采用阀体进行密封，引线孔采用密封圈或密
封胶进行密封；如专利文献CN01279237.3记载的，“低温气体爆破器包括一管形主体；装在
管形主体内腔的化学热反应装置和易于汽化的液体；装在管形主体一端能封住孔口的设有
能固定化学热反应装置和电源引入装置的注排液阀；装在管形主体另一端能封住孔口的由
爆破片和多孔泄能头组成的释能装置；以及与泄能头连接的止飞机构”。
通过上述现有的气体爆破器的结构描述可知，具有充气和引线结构的封堵头中需
开设两个孔，分别为用于充排易气化液的充装口和用于导出引线的引线孔；采用该种结构
存在的问题是：1、具有充气和引线结构的封堵头，在打孔过程中，工艺较为复杂，耗工耗时
长，封堵头开设引线孔时，如果打孔孔径较大，其密封处理较困难，易出现泄气问题，如果打
孔孔径较小，其钻孔难道较大，钻孔成本较大；2、引线孔需灌入密封胶，密封后被固化，且在
高压下易导致泄气；3、制造成本高。
发明内容
本发明所要实现的目的是：设计出一种具有加工简单、制造成本低、反应料混合均
匀度高、放热效率高、运输安全性好、无哑炮隐患以及液态气化物吸热效果好的引爆装置，
且具有较好的密封效果；以解决背景技术中存在的技术问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种充气点火一体式气体爆破
器引爆装置，
其特征在于，包括壳体、填充腔和充气点火头，壳体内为填充腔，壳体连接充气点火头；
所述充气点火头包括封堵基体、充气孔、密封球阀、电热丝、导电接头和密封锁紧螺丝，
充气点火头的封堵基体通过焊接或螺纹结构连接壳体的一端，充气孔由上向下贯穿封堵基
体，充气孔下部设置有密封缩口，密封球阀安装在密封缩口上方，导电接头贯穿并固定卡接
在密封球阀上，密封球阀的下部球面为不光滑面，无挤压受力时，密封球阀与密封缩口呈间
隙接触，充气孔的上部设置有内螺纹口，内螺纹口螺纹连接密封锁紧螺丝，密封锁紧螺丝中
部开设有用于穿过导电接头的接头窗口，接头窗口同时用作充气口，导电接头通过导线连
接电热丝，封堵基体密封连接壳体。
进一步，所述壳体的抗压强度大于5.045Mpa。
进一步，所述壳体为碳钢筒或不锈钢筒，壳体与充气点火头通过无缝焊接、密封胶
接或螺纹密封连接结构连接。
进一步，所述壳体包含至少两个分节体，相邻的分节体之间通过螺纹结构进行连
接，并配合有螺纹密封圈进行密封。
进一步，所述壳体为纤维质筒或包含纤维材质的复合层筒，所述壳体的两端分别
密封包缠有第一金属接头和第二金属接头，第一金属接头通过无缝焊接、密封胶接或螺纹
密封连接结构连接充气点火头，第二金属接头为封闭头。
进一步，所述壳体采用玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维中的至少一种材质制成。
进一步，所述壳体采用包含有玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维的复合材料制成。
进一步，所述壳体采用纤维和树脂的复合材料制成。
进一步，所述壳体采用复合层制成，所述壳体包括纤维层和硬化层，硬化层位于纤
维层的外层。
进一步，所述壳体采用复合层制成，所述壳体包括基体层、纤维层和硬化层，硬化
层位于纤维层的外层，基体层位于纤维层的内层。
进一步，所述基体层采用有机玻璃或聚酯纤维或聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)或软质
硅胶材料中的至少一种制成。
进一步，所述纤维层采用碳纤维或芳纶纤维或玻璃纤维或石墨烯材料中的至少一
种制成。
进一步，所述硬化层采用UV硬化胶或环氧树脂胶或瞬间胶或厌氧胶或石膏或水
泥。
进一步，所述壳体采用玻璃钢材料制成，所述壳体与充气点火头通过密封胶接。
进一步，所述壳体采用碳钢筒时，其壳体的筒壁厚度为1mm至10mm。
进一步，所述壳体采用复合纤维材质时，壳体的筒壁厚度为0.5mm至10mm。
进一步，所述导电接头包括正极导电接头和负极导电接头，导线包括正极线和负
极线，电热丝的两端分别通过正极线和负极线连接正极导电接头和负极导电接头。
进一步，所述导电接头包括正极导电接头，导线包括正极线和负极线，电热丝的两
端分别连接正极线和负极线的一端，正极线的另一端连接正极导电接头，负极线的另一端
连接封堵基体的下部，封堵基体的下部设置有用于连接负极线的负极连接点，接头窗口的
内边壁为负极外接面，封堵基体和密封锁紧螺丝均为金属导体。
一种致裂器，其特征在于：采用上述气体爆破器引爆装置直接用于致裂物体。
本发明的工作方式是：在填充腔先预先放置固态氧化剂，然后在爆破现场通过充
气点火头充充入气态或液态的还原剂，或者，在填充腔先预先放置固态还原剂，然后在爆破
现场通过充气点火头充入气态或液态的氧化剂；其固态氧化剂或固态还原剂可以是粉末
状、颗粒状或条丝状；起爆时，通过对充气点火头的导线进行通电，加热电热丝，从而点燃填
充腔内的反应料。
另外，上述优化结构中，壳体采用两个分节体进行组装的方式，具有便于装药的优
点；壳体采用纤维质筒或包含纤维材质的复合层筒，由于纤维材质的抗拉强度较大，其中，
碳纤维的抗拉强度达3500MPa以上，芳纶纤维的抗拉强度达5000-6000MPa，玻璃纤维的抗拉
强度在2500MPa左右，聚酯纤维的抗拉强度达500MPa以上，而碳钢钢材的抗拉强度普遍在
345MPa左右，故完全可以替代现有碳钢对高压气、高压液或液化气进行约束；采用纤维材
质，能减小壳体的壁厚，同时，纤维材质密度小，能较大程度的减小壳体的重量，并减小壳体
的制造成本。
本发明所述的引爆装置采用充气点火头充压入反应料，其填充腔内可现场填充高
压气态或液态的氧化剂或还原剂，无需在生产过程预先填充混合料（反应料），能避免混合
料在生产、储存和运输过程因摩擦、高温、静电引发燃烧或爆炸，本发明的结构方式避免了
生产、储存和运输过程带来的安全隐患。
本发明所述的引爆装置，当填充腔预先填装固态还原剂时，通过充气点火头充入
气态或液态的氧化剂，气态或液态的氧化剂能充分的吸附和融入到固态还原剂中，还原剂
和氧化剂能充分接触，具有较高的混合均匀度，且其电热丝被氧化剂浸泡，电热丝与氧化剂
和还原剂不存在间隙分离的问题；当填充腔预先填装固态氧化剂时，通过充气点火头充入
气态或液态的还原剂，气态或液态的还原剂能充分的吸附和融入到固态氧化剂中，还原剂
和氧化剂能充分接触，具有较高的混个均匀度，且其电热丝被还原剂浸泡，电热丝与氧化剂
和还原剂不存在间隙分离的问题；因此，本发明的引爆装置能在引爆时能确保100%起爆；且
由于填充腔内的还原剂和氧化剂具有较高的混合均匀度，在通电引爆的瞬间就能实现充分
反应，释放热能，热效率达到95%以上。
现有采用活化剂引爆的方式，需要在生产过程中，预先配置活化剂组分，通常是高
氯酸钾等强氧化剂和铝粉等强还原剂，需要称重、混料、搅拌、制型，本发明的结构方式，只
需充气或充液使氧化剂吸附在还原剂上，节省了传统引爆器（活化剂）生产过程中所需的混
料、拌料、制型的生产工艺，采用氧气比采用高氯酸钾、高锰酸钾和铝粉混合物成本更低。
现有技术中存在运输或装配过程中电热丝与反应料剥脱分离存在间隙的问题，因
现有技术采用固态反应物进行混料后包装而成的反应包，未进行有效的密封和防潮、防震
动、防高温、防摩擦处理，本发明的结构采用的是完全密封状态，且是气态反应物质，故有效
解决了防潮、防震动、防高温、防摩擦的技术问题；同时本发明填充腔内为高压气体或液态
氧化剂或还原剂全腔均匀分布，其填充腔内的氧化剂或还原剂与电热丝充分接触，能避免
现有技术中存在的因反应料与电热丝存在间隙或反应料受潮或反应料受温湿度影响所导
致的哑炮问题。
本发明所述的引爆装置，其反应料存在密封壳体约束，其反应料可在密封壳体的
约束下发生充分的放热反应，反应产生的高温高压气体物致使壳体瞬间炸裂，并瞬时混合
到液态二氧化碳中，高温高压气体与二氧化碳瞬间混合，实现二氧化碳瞬间吸热气化，该种
引爆方式，相对于现有的活化剂，其液态二氧化碳的吸热速度快，吸热效率达到98%以上，其
引爆装置产生的热量能充分的被液态二氧化碳吸收，能较大程度的提升气体爆破器的爆破
威力。
本发明所述的引爆装置，当反应料中的氧化剂采用液氧时，其反应料能充分反应，
反应产物能实现充分氧化，其反应产物主要为无毒无害的气体，对爆破现场无污染，能有效
减小现场工作人员的中毒隐患，实现安全爆破，无污染，无有毒有害气体产生，爆破后马上
能施工作业。
另外，本发明所述的引爆装置，实现了充气与点火的一体化，简化了充气结构和点
火结构的加工制造过程，降低了制造成本，且提高了密封效果。
有益效果：本发明所述的充气点火一体式气体爆破器引爆装置具有加工简单、制
造成本低、反应料混合均匀度高、放热效率高、运输安全性好、无哑炮隐患以及液态气化物
吸热效果好的优点；同时，充气结构与点火结构集成一体化，具有结构简单，制造成本低的
优点。
附图说明
图1为本发明实施例1的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1中充气点火头3的分解结构示意图；
图3为本发明实施例1中充气点火头3的锁气状态结构示意图；
图4为本发明实施例2的整体结构结构示意图；
图5为本发明实施例3的整体结构结构示意图；
图6为本发明实施例4中充气点火头3的结构示意图；
图中：1为壳体，11为第一分节体，12为第二分节体，13为螺纹密封圈，111为第一金属接
头，112为第一金属接头，101为基体层，102为纤维层，103为硬化层；
2为填充腔；
3为充气点火头，31为封堵基体，32为充气孔，33为密封球阀，34为电热丝，35为导电接
头，36为密封锁紧螺丝，321为密封缩口，322为内螺纹口，322为内螺纹口，361为接头窗口，
37为导线，351为正极导电接头，352为负极导电接头，371为正极线，372为负极线，373为负
极连接点，361为接头窗口，374为负极外接面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种充气点火一体式气体爆破器引爆装置，如图1所示，包括壳体1、填充腔2和充气点
火头3，壳体1内为填充腔2，壳体1一端连接充气点火头3，所述壳体1的抗压强度大于
5.045Mpa；
如图2和图3所示，所述充气点火头3包括封堵基体31、充气孔32、密封球阀33、电热丝
34、导电接头35和密封锁紧螺丝36，充气孔32由上向下贯穿封堵基体31，充气孔32下部设置
有密封缩口321，密封球阀33安装在密封缩口321上方，导电接头35贯穿并固定卡接在密封
球阀33上，密封球阀33的下部球面为不光滑面，无挤压受力时，密封球阀33与密封缩口321
呈间隙接触，充气孔32的上部设置有内螺纹口322，内螺纹口322螺纹连接密封锁紧螺丝36，
密封锁紧螺丝36中部开设有用于穿过导电接头35的接头窗口361，接头窗口361同时用作充
气口，导电接头35通过导线37连接电热丝34，充气点火头3的封堵基体31通过螺纹结构连接
壳体1的一端，封堵基体31的帽沿下方设置有密封圈38。
作为上述实施方式的进一步具有说明，所述导电接头35包括正极导电接头351和
负极导电接头352，导线37包括正极线371和负极线372，电热丝34的两端分别通过正极线
371和负极线372连接正极导电接头351和负极导电接头352。
作为上述实施方式的进一步具有说明，所述壳体1的实施尺寸为：筒壁厚度为1mm、
内直径为10mm、壳体1的长度为200mm；或者，筒壁厚度为2mm、内直径为20mm、壳体1的长度为
1000mm；或者，筒壁厚度为4mm、内直径为40mm、壳体1的长度为2000mm；或者，筒壁厚度为
10mm、内直径为80mm、壳体1的长度为5000mm。
作为上述实施方式的进一步具有说明，实施过程中，所述填充腔2内先预先放置木
屑、纸屑、棉花、碳黑、煤粉中的至少一种还原剂，并在爆破现场充入超临界态氧、高压气态
氧或液态氧作为氧化剂。
采用上述结构，填充腔2内可现场填充气态或液态的氧化剂，能避免生产过程预先
填充反应料混合料，通过充气点火头3，其反应料的混合更为均匀，且能省去混料、拌料过
程，且充气密封效果好，制造成本低。
实施例2
与实施例1不同之处在于：如图4所示，所述壳体1包括第一分节体11和第二分节体12，
第一分节体11与第二分节体12通过螺纹结构进行连接，并配合有螺纹密封圈13进行密封；
所述充气点火头3分别连接在第一分节体11或第二分节体11的一端；该种结构便于装药。
实施例3
与实施例1不同之处在于：如图5所示，所述壳体1为包含纤维材质的复合层筒，所述壳
体1采用复合层制成，所述壳体1包括基体层101、纤维层102和硬化层103，硬化层103位于纤
维层102的外层，基体层101位于纤维层102的内层；所述壳体1的两端分别密封包缠有第一
金属接头111和第二金属接头112，第一金属接头111通过螺纹密封连接结构连接充气点火
头3，第二金属接头112为封闭头；第一金属接头111和第二金属接头112的底部向外凸出，避
免与壳体1脱落。
作为上述实施方式的进一步具有说明，所述基体层101采用聚乙烯(PE)材料；所述
纤维层102采用玻璃纤维材料；所述硬化层103采环氧树脂胶材料。
作为上述实施方式的进一步具有说明，所述壳体1的实施尺寸为：筒壁厚度为
0.5mm、内直径为10mm、壳体1的长度为200mm；或者，筒壁厚度为1mm、内直径为20mm、壳体1的
长度为1000mm；或者，筒壁厚度为2mm、内直径为40mm、壳体1的长度为2000mm；或者，筒壁厚
度为10mm、内直径为100mm、壳体1的长度为5000mm。
由于玻璃纤维的抗拉强度在2500MPa左右，而碳钢钢材的抗拉强度普遍在345MPa
左右，故完全可以替代现有碳钢对高压气、高压液或液化气进行约束，同时，在相同的抗压
设计下，纤维材质壳体的厚度小于碳钢材质壳体厚度。
采用上述实施例实施方式，能较大程度的减小壳体重量，同时减小制造成本。
实施例4
与实施例1不同之处在于：如图6所示，所述充气点火头3包括封堵基体31、充气孔32、密
封球阀33、电热丝34、导电接头35和密封锁紧螺丝36，充气孔32由上向下贯穿封堵基体31，
充气孔32下部设置有密封缩口321，密封球阀33安装在密封缩口321上方，导电接头35贯穿
并固定卡接在密封球阀33上，密封球阀33的下部球面为不光滑面，无挤压受力时，密封球阀
33与密封缩口321呈间隙接触，充气孔32的上部设置有内螺纹口322，内螺纹口322螺纹连接
密封锁紧螺丝36，密封锁紧螺丝36中部开设有用于穿过导电接头35的接头窗口361，接头窗
口361同时用作充气口，导电接头35通过导线37连接电热丝34，充气点火头3的封堵基体31
通过螺纹结构连接壳体1的一端，封堵基体31的帽沿下方设置有密封圈38。
作为上述实施方式的进一步具有说明，导电接头35包括正极导电接头351，导线37
包括正极线371和负极线372，电热丝34的两端分别连接正极线371和负极线372的一端，正
极线371的另一端连接正极导电接头351，负极线372的另一端连接封堵基体31的下部，封堵
基体31的下部设置有用于连接负极线372的负极连接点373，接头窗口361的内边壁为负极
外接面374，封堵基体31和密封锁紧螺丝36均为金属导体。
实施例5
与实施例3不同之处在于：所述壳体1为包含纤维和树脂材料的复合壳体，制造过程中，
先使用纤维制成网状壳体骨架，再使用树脂胶喷涂在网状壳体中，待硬化后形成包含纤维
和树脂的复合壳体。
作为上述实施方式的进一步具有说明，所述纤维材料为玻璃纤维，所述树脂材料
为环氧树脂胶。
由于玻璃纤维的抗拉强度在2500MPa左右，较碳钢抗拉强度高，能用于替代碳钢进
行约束，在相同的抗压设计下，玻璃纤维复合材质壳体的厚度小于碳钢材质壳体厚度，同
时，玻璃纤维成本低，能较大程度减小生产成本。
实施例6
与实施例3不同之处在于：所述壳体1为包含碳纤维和环氧树脂胶材料的复合壳体，制
造过程中，先使用碳纤维制成网状壳体骨架，再使用环氧树脂胶喷涂在网状壳体中，待硬化
后形成包含纤维和树脂的复合壳体。
由于碳纤维的抗拉强度达3500MPa以上，较玻璃纤维的抗拉强度高，在相同的抗压
设计下，碳纤维材质壳体的厚度小于玻璃纤维材质壳体厚度。
实施例7
与实施例3不同之处在于：所述壳体1为包含芳纶纤维和环氧树脂胶材料的复合壳体，
制造过程中，先使用芳纶纤维制成网状壳体骨架，再使用环氧树脂胶喷涂在网状壳体中，待
硬化后形成包含纤维和树脂的复合壳体。
由于芳纶纤维的抗拉强度达6000MPa以上，是玻璃纤维的抗拉强度的2.5倍左右，
在相同的抗压设计下，芳纶维材质壳体的厚度仅为玻璃纤维材质壳体厚度的一半，同时，芳
纶纤维的密度小，可较大程度的减小壳体重量。
实施例8
与实施例1不同之处在于：在实施过程中，所述填充腔2内先预先放置二氧化锰（MnO2）、
高锰酸钾（KMnO4）、次氯酸钠（NaClO）、四氧化三铁（Fe3O4）、三氧化二铁（Fe2O3）中的至少一种
氧化剂，并在爆破现场充入高压气态或液态甲烷（CH4）或氢（H2）。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的
保护范围之内。