CN103017622B - 抗水可退式多级缓冲胀裂自变形自闭锁炮眼堵塞器 - Google Patents

Abstract

本发明属于工程爆破炮眼堵塞的技术领域，具体涉及一种抗水可退式多级缓冲胀裂自变形自闭锁炮眼堵塞器，解决了现有炮泥或者炮泥塞均存在的各种缺陷，应用起来均很不理想，与现代化矿井的发展不协调的问题。其包括自炮眼底到炮眼口依次设置的胀裂塞、若干胀裂环以及楔形体堵塞器，胀裂塞以及各胀裂环依次插接式连接，楔形体堵塞器设置于胀裂环后靠近炮眼口的位置、包括配合使用的两个楔形块。本发明的有益效果：堵塞速度快、堵塞效果好、安全环保、无污染、不可燃、成本低、抗水、遇到瞎炮可快速退出、无次生灾害。

Description

抗水可退式多级缓冲胀裂自变形自闭锁炮眼堵塞器

技术领域

本发明属于工程爆破炮眼堵塞的技术领域，具体涉及一种抗水可退式多级缓冲胀裂自变形自闭锁炮眼堵塞器。

背景技术

20世纪80年代起,国内外开始重视炮孔填塞问题,并开展了填塞作用机理、填塞材料、填塞长度等一系列的研究。研究表明合理的填塞可以提高炮孔中爆生气体压强和延长爆生气体压力的作用时间；促进炸药充分反应，使之释放出最大的能量，产生最少的有毒气体；阻止爆生气体的自由逸出，减少爆炸能量、爆生气体压力的损失，提高炸药的热效率，提高炸药的做功能力；阻止炽热固体颗粒外射和爆炸火焰外喷，有效防止瓦斯与煤尘的爆炸；有效调节爆炸能量的合理分配，增加破岩的有效功，降低引起空气冲击波、飞石、岩体振动等的无用功。

概况起来，目前已应用的“炮泥”种类可归纳为四类：

（1）松散结构的固体堵塞：如岩粉、砂子、粘土，及其它们的混合物。

（2）液体堵塞：如水溶液、水炮泥等。

（3）机械动作式堵塞：主要结构有底椎形、楔形、膨胀螺丝形等形式，制作加工材料有塑料、橡胶、木材等。

（4）化学反应型堵塞：如双组分有机溶液混合后能快速凝结固化和膨胀，还有无机反应型材料，内加膨胀剂、早强剂、快凝剂等组分，遇水发生快速反应，固结膨胀凝化。

一、炮泥类

（1）粘土砂炮泥

在爆破施工中最常见的是砂子、岩粉、粘土及其混合物，具有高质量、高摩擦系数、可塑性好，容易获得、成本低廉等优点，得到了现场的广泛认可。但是在长期的应用中，也暴露出了诸多问题：如炮泥供应不便，装填工序繁多，工人劳动强度大，作业时间长，封堵质量难以控制，易出现“打枪”现象（尤其是炮眼中有水时）或者炸药拒爆现象；与煤混合后会影响煤的品质等等问题；对材料的类型和粒度要求较高，粒度过大易产生飞石；爆破后块度较大。

由于上述原因，工人们为了减少劳动强度，节约工时，常常采用无可塑性的岩块、煤块、煤粉或药卷纸作为炮眼堵塞以代替“炮泥”；或者干脆不封泥，采用大药量的方法来弥补炮眼堵塞的不足,其结果是造成炸药量严重浪费、围岩严重受损、断面成形差、大块岩石率高、爆堆集中度差、事故率高等严重后果。

（2）胶体材料炮泥

在减少有害气体、降低尘灰等方面优于固体材料。但由于凝结硬化速度慢、成本高、凝化过程中放热量高、结构复杂等问题，未能得到推广应用。

（3）液体或气体堵塞

水或空气填入炮孔后实现不耦合装药，可削弱爆压峰值，延长爆生气体作用时间，提高炸药爆炸的能量利用率,且水还能降温、降尘、减震、减少有害气体的产生，因此广泛应用于各类爆破中。水炮泥和空气炮泥密度小、强度低、与炮孔壁的摩擦弱，虽号称炮泥,但实际上不能堵住炸药爆炸的最初冲击,没有起到堵塞炮孔的作用,使用时必须在孔口部填塞一定长度的土、砂或者堵塞物。

二、炮泥塞类

（1）底锥形炮泥塞

底锥形炮泥塞的特点是底部有一定锥度,这类炮泥塞一般由塑料制成,具有适应性强、使用方便、成本低等优点,但不能单独使用，塞入后需再加炮泥。

（2）楔形炮泥塞

楔形膨胀组合是最常见的一种炮泥塞结构，可以由塑料、木材或陶瓷等制成，试验证明现有的这类炮泥塞,没有预压或无炮泥再封口时,楔形炮泥塞作用甚微；有预压或有炮泥再封口时,作用效果明显。

（3）膨胀螺丝形炮泥塞

膨胀螺丝形炮泥塞也用到楔形膨胀组合的原理，这类炮泥塞的堵塞可靠度比楔形炮泥塞有所提高，可单独使用，但堵塞率不高，与粘土砂炮泥相比，效果较差。

发明内容

本发明的发明目的：为了解决现有炮泥或者炮泥塞均存在的上述缺陷，应用起来均很不理想，与现代化矿井的发展不协调的问题，提供了一种堵塞速度快、堵塞效果好、安全环保、无污染、不可燃、成本低、无次生灾害的抗水可退式多级缓冲胀裂自变形自闭锁炮眼堵塞器。

本发明采用如下的技术方案实现：抗水可退式多级缓冲胀裂自变形自闭锁炮眼堵塞器，包括自炮眼底到炮眼口依次设置的胀裂塞、若干胀裂环以及楔形体堵塞器，胀裂塞以及各胀裂环依次插接式连接，楔形体堵塞器设置于胀裂环后靠近炮眼口的位置、包括配合使用的两个楔形块。

所述的胀裂环的内壁开有锥形孔，锥形孔小直径一端的外壁也为锥体状且可插入另一胀裂环内壁锥形孔大直径端。

所述的胀裂塞的一端端头为半球体状，胀裂塞另一端为可插入胀裂环的内壁锥形孔大直径端的锥体状，胀裂塞轴向中心开有炮线穿越的通孔。

所述的胀裂环的筒壁上开有若干个长度为胀裂环总高度2/3的胀裂口，胀裂口的开始端为胀裂环内壁锥形孔大直径一端。

所述的两个楔形块包括楔形块Ⅰ以及楔形块Ⅱ，大头端朝向炮眼底的楔形块Ⅰ的内外表面均为光滑，小头朝向炮眼底的楔形块Ⅱ的内表面光滑、外表面设置有倒枪刺，两个楔形块角度小于其自锁角。

所述的楔形块Ⅰ的内表面中心沿炮眼轴向方向开设有雷管脚线可穿过的槽孔。

所述的楔形块Ⅱ的长度小于楔形体Ⅰ的长度。

本发明：1）首次采用多级缓冲胀裂摩擦的设计理念，实现了堵塞器的工作阻力随冲击波大小而自动调整的设计目的，在运动中完成其堵塞的结构功能；

2）首次采用了爆炸冲击波作为堵塞器自闭锁的源动力，实现合理借力，减少了工人的体力劳动和作用时间；

3）依靠结构设计实现了冲击力的再分配，冲击波依靠圆形顶面实现了力的分解和能量的有效分配，将有效能量作用在了炮眼壁上，提高了破岩能力，实现了岩块粒度的均匀化。

本发明具有如下有益效果：

1）操作简单、运输安装方便、工作量小；

2）能够节约工时，成本低廉；

3）能够降低单位炸药消耗量，达到良好的爆破效果；

4）不会对煤质产生污染，可提高煤的品质；

5）能有效阻止火焰喷射、炽热颗粒的飞出，降低瓦斯爆炸概率。

6）具备防水、耐水的功能，在有水的炮眼中使用不影响其堵塞效果。

7）能够适应任何角度的炮眼使用（向上、向下、倾斜、水平炮眼）；

8）能有效杜绝炮线破损、漏电、断裂等事故，可有效杜绝拒爆现象，保证起爆质量；

9）遇到瞎炮时可方便地退出并快速进行处理；

10）堵塞器的自闭锁和堵塞不是主要依靠人力来完成，而是主要依靠爆炸冲击波和爆生气体的作用力完成，可大大地减少工人的体力劳动和作业时间；

11）实现了多级缓冲胀裂摩擦的目的，能够根据冲击波的大小自动调整堵塞器的工作阻力，能够为爆生气体提供一定的缓冲空间，减小应力集中现象，延长爆生气体的作用时间；

12）依靠结构设计实现了冲击力的再分配，冲击波能在圆形顶面实现力的分解，实现能量的有效分配，将有效能力作用在炮眼壁上，提高破岩能力，实现岩块粒度均匀化，避免产生大块岩。

附图说明

图1为本发明的胀裂塞结构示意图，

图2为缓冲胀裂环结构示意图，

图3为楔形体堵塞器结构示意图，

图4为本发明的结构示意图，

图中：1-胀裂塞，2-胀裂环，3-倒枪刺，4-胀裂口，5-楔形块Ⅰ，6-楔形块Ⅱ，7-槽孔。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1、2、3、4所示，一种抗水可退式多级缓冲胀裂自变形自闭锁炮眼堵塞器，由一个胀裂塞1、若干个胀裂筒2、一个楔形体堵塞器三大部分组成的成套产品。胀裂塞1以及各胀裂环2依次插接式连接，楔形体堵塞器设置于胀裂环后靠近炮眼口的位置、包括配合使用的两个楔形块。其原理是采用了多级多种类型的膨胀控制原理设计而成。通过爆炸应力波（冲击波）压力或者是水炮泥的水压对胀裂塞的作用促使胀裂塞产生向炮眼口的运动，胀裂塞的推进必然对胀裂环产生推动与胀扩，同样，一级胀裂环的推进必然对二级胀裂环产生推动与胀扩，以此类推，从而实现多级膨胀环的膨胀,如此便可实现胀裂环与炮眼壁之间产生密封挤压摩擦效应。

胀裂环2的内壁开有锥形孔，形成了内腔空心且为锥形的环状体，实现了胀裂环与胀裂塞的动作配合以及胀裂环与胀裂环的自锁配合。锥形孔小直径一端的外壁也为锥体状且可插入另一胀裂环内壁锥形孔大直径端。安装时，小直径一端向着炮眼口，大直径一端向着炮眼底。为了实现胀裂环的快速张开，胀裂环2的筒壁上开有若干个长度为胀裂环总高度2/3的胀裂口4，胀裂口的开始端为胀裂环内壁锥形孔大直径一端。

胀裂塞1的一端端头为半球体状，安装时，半球体向着炮眼底，其目的是胀裂塞在受到冲击波的作用时，能对爆炸冲击波产生有效的反射作用，从而实现作用在胀裂塞上的冲击力减小，而作用在炮眼壁上的冲击力增大，实现爆炸能量的有效再分配。胀裂塞1另一端为可插入胀裂环2的内壁锥形孔大直径端的锥体状，以便与胀裂环的内锥角实现结构配合，在有推动情况下，能够促使胀裂环的快速胀裂。胀裂塞1轴向中心开有炮线穿越的通孔。

为了阻止受力的胀裂环向炮孔口进一步的移动，提高胀裂堵塞的效果，在炮孔口设置了楔形体堵塞器。楔形体堵塞器包括配合使用的两个楔形块。两个楔形块包括楔形块Ⅰ5以及楔形块Ⅱ6，大头端朝向炮眼底的楔形块Ⅰ的内外表面均为光滑，小头朝向炮眼底的楔形块Ⅱ的内表面光滑、外表面设置有倒枪刺。楔形堵塞体的初期闭锁是靠人工作用的，楔形块Ⅰ大头朝里，由人工预先固定在炮眼口，然后将楔形块Ⅱ的小头朝里插入炮孔，由人工用小锤撞击楔形块Ⅱ的大头，先将楔形体实现胀裂闭锁，以便使堵塞器能提供初始的堵塞阻力，从而实现炮眼的堵塞，而后期楔形体的进一步闭锁胀裂是靠炮眼内部爆破冲击波推动胀裂环的作用实现的，炮眼内部爆破冲击波冲击胀裂环，胀裂环冲击楔形块Ⅰ的大头，从而使楔形块Ⅰ与楔形体Ⅱ再次实现相对运动，达到进一步的胀裂堵塞。 大头端朝向炮眼底的楔形块Ⅰ的内外表面均为光滑，目的是在胀裂环的冲击作用下便于与楔形体Ⅱ产生相对运动，实现进一步的胀裂自锁，从而进一步提高堵塞效果。小头朝向炮眼底的楔形块Ⅱ的内表面光滑、外表面设置有倒枪刺，以便在楔形体Ⅰ有向炮眼口移动趋势时，增大其与炮眼壁的摩阻力，尽可能地促使楔形块Ⅱ不动，从而迫使楔形块Ⅰ与楔形块Ⅱ能产生相对滑移，达到进一步胀裂堵塞之目的；两个楔形块角度小于其自锁角，一般自锁角计算值为22°，楔形体角度取20°。 楔形块Ⅰ5的内表面中心沿炮眼轴向方向开设有雷管脚线可穿过的槽孔7，目的是便于雷管脚线方便地从中穿过而不会受到挤压损伤。楔形块Ⅱ6的长度比楔形体Ⅰ5的长度要短一些。其目的是堵塞器初期自锁后，楔形体Ⅱ的小头不会暴露在外而受到胀裂环的冲击，这样会使胀裂环的冲击作用主要作用在楔形体Ⅰ的大头上，促使楔形体Ⅰ1与楔形块Ⅱ2实现进一步的相对滑动，实现进一步的自锁堵塞。

若爆破出现瞎炮时，胀裂塞、胀裂环由于未受到冲击，所以不会闭锁，此时在炮眼口部只要轻轻击打楔形体Ⅰ的小头，便可实现楔形体Ⅰ、Ⅱ的解锁，取出整套堵塞器，重新检查线路或者重新装药堵塞后便可再次连线放炮。

将胀裂塞和若干个胀裂环套装在一起，将胀裂塞向着炮眼底部的方向一起推入炮眼，然后将楔形体堵塞器装入炮眼口后，人工轻捣楔形体Ⅱ，先将楔形体实现闭锁，以便为胀裂环提供初始阻力，促使胀裂环受到冲击时，在阻力和冲击力的作用下能实现快速的胀裂。胀裂环、楔形堵塞体采用了低密度聚乙烯，胀裂塞采用了高密度聚乙烯制成。

Claims (3)

1.一种抗水可退式多级缓冲胀裂自变形自闭锁炮眼堵塞器，其特征在于包括自炮眼底到炮眼口依次设置的胀裂塞（1）、若干胀裂环（2）以及楔形体堵塞器，胀裂塞（1）以及各胀裂环（2）依次插接式连接，楔形体堵塞器设置于胀裂环后靠近炮眼口的位置、包括配合使用的两个楔形块；

所述的胀裂环（2）的内壁开有锥形孔，锥形孔小直径一端的外壁也为锥体状且可插入另一胀裂环内壁锥形孔大直径端；

所述的胀裂塞（1）的一端端头为半球体状，胀裂塞（1）另一端为可插入胀裂环（2）的内壁锥形孔大直径端的锥体状，胀裂塞（1）轴向中心开有炮线穿越的通孔；

所述的两个楔形块包括楔形块Ⅰ（5）以及楔形块Ⅱ（6），大头端朝向炮眼底的楔形块Ⅰ（5）的内外表面均为光滑，小头朝向炮眼底的楔形块Ⅱ（6）的内表面光滑、外表面设置有倒枪刺（3），两个楔形块角度小于其自锁角；

楔形块Ⅱ（6）的长度小于楔形体Ⅰ（5）的长度。

2.根据权利要求1所述的抗水可退式多级缓冲胀裂自变形自闭锁炮眼堵塞器，其特征在于所述的胀裂环（2）的筒壁上开有若干个长度为胀裂环总高度2/3的胀裂口（4），胀裂口的开始端为胀裂环内壁锥形孔大直径一端。

3.根据权利要求1或2所述的抗水可退式多级缓冲胀裂自变形自闭锁炮眼堵塞器，其特征在于楔形块Ⅰ（5）的内表面中心沿炮眼轴向开设有雷管脚线可穿过的槽孔（7）。