CN103604327A - 岩土体深孔爆破封孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩土体深孔爆破封孔装置，涉及岩土层钻孔爆破技术领域。该装置沿爆破孔的方向，自外到里依次设有外部固定机构，外限位卡瓦机构，气囊密封机构，气囊密封机构的至少一侧设有弹簧承压机构，气囊密封机构包括带中心孔的上端圆钢板和带中心孔的下端圆钢板，上端圆钢板和下端圆钢板通过壁上带孔的立管固定连接，立管的四周设有环状密封气囊，在环状密封气囊的下部设有单向进气阀，环状密封气囊还连接有外通气管，外通气管穿过立管上的孔、上端圆钢板的中心孔、外限位卡瓦机构和外部固定机构后通向地面，并且在外通气管的外端部设有阀门，外通气管为橡胶管。该封孔装置使用方便、封孔效果良好且可重复利用。

Description

岩土体深孔爆破封孔装置

技术领域

本发明涉及岩土层钻孔爆破技术领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，爆破工程应用的范围和强度越来越大。在各类钻孔爆破工程中，为了提高爆炸能利用率和工程安全，往往需要对钻孔爆破进行封孔，特别是在一些有特殊要求和目的的岩土体深孔爆破工程中，例如油气田中的深孔爆破、铀矿开采深孔爆破需要对其爆破孔进行方便适用、能抵抗巨大爆炸冲击的、封孔效果良好且避免破坏和堵塞爆破孔的爆破封孔。现有的爆破封孔方法或封孔装置往往不能满足上述要求，例如：目前常用的炮泥加重物覆盖等一次性封孔经常导致爆破孔堵塞废弃，而且可抵抗的爆炸冲击能力弱，在大药量深孔爆破中往往出现爆破冲孔，导致爆炸能浪费和安全事故；在水力压裂或爆燃压裂工程中，由于水压力或爆燃压力远小于爆炸产生的冲击波或爆生气体压力，其常用的封孔装置因承压能力不足导致这些封孔装置不适用于具有特殊要求的岩土体深孔爆破封孔。

因此，针对上述岩土体深孔爆破工程封孔的特殊需要，开发一种结构简单、使用方便、封孔效果良好且可重复利用、避免封孔导致爆破孔堵塞废弃的先进封孔装置就显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种岩土体深孔爆破封孔装置，该装置结构简单、使用方便可靠安全、封孔效果良好且可重复利用、避免封孔导致爆破孔堵塞废弃。

为解决上述问题本发明采取的技术方案是：一种岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是沿爆破孔的方向，自外到里依次设有外部固定机构，外限位卡瓦机构，气囊密封机构，气囊密封机构的至少一侧设有弹簧承压机构；所述气囊密封机构包括带中心孔的上端圆钢板和带中心孔的下端圆钢板，所述上端圆钢板和下端圆钢板通过壁上带孔的立管固定连接，立管的四周设有环状密封气囊，在环状密封气囊的下部设有单向进气阀，所述环状密封气囊还连接有外通气管，所述外通气管穿过立管上的孔、上端圆钢板的中心孔、外限位卡瓦机构和外部固定机构后通向地面，并且在外通气管的外端部设有阀门，所述外通气管为橡胶管。

优选的，所述弹簧承压机构的数量为一个以上。 

优选的，每个弹簧承压机构为：套在一起且直径不同的弹簧组，所述弹簧组的上端和下端均与带中心孔的钢板连接。

优选的，位于气囊密封机构里侧最下端弹簧承载机构的弹簧组下端与呈漏斗状且带有中心孔的主承力钢板连接。

优选的，位于气囊密封机构里侧的弹簧承载机构中心有伸缩进气管穿过，所述伸缩进气管与环状密封气囊下部的单向进气阀连接，所述伸缩进气管穿过立管上的孔和钢板上的中心孔后到达主承力钢板的中心孔处。

优选的，所述外部固定机构为：在爆破孔顶部设有一个外径与爆破孔内径相等的圆形套筒，所述圆形套筒套嵌在爆破孔的内壁上，且圆形套筒的上端与地面齐平，在圆形套筒的上端还盖有带有中心孔的封盖钢板，封盖钢板上设有加固钢板，所述加固钢板通过锚钉固定于地面上，加固钢板与封盖钢板之间通过合页连接。

优选的，在封盖钢板和外限位卡瓦机构之间连接有中央立管，所述外限位卡瓦机构借助于中央立管上下滑动，在中央立管上还套穿有承压弹簧，所述承压弹簧的两端分别连接封盖钢板和外限位卡瓦机构。

优选的，所述外限位卡瓦机构为：套穿在中央立管上的底座以及围绕中央立管分布在底座上的环形凸体，在环形凸体和中央立管之间的底座上设有卡杆，所述卡杆一端与底座铰接，另一端与爆破孔的内壁接触，在卡杆和底座之间连接有处于拉伸状态的拉伸弹簧，在卡杆上还连接有穿过封盖钢板的卡杆牵线，在卡杆牵线的端部设有牵线拉环。

优选的，所述底座、钢板、上端圆钢板、下端圆钢板和爆破孔的内壁之间设有橡胶圈。

 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该装置结构简单，使用方便，封孔效果好，适用范围广，由外部固定机构，外限位卡瓦机构，气囊密封机构，弹簧承载机构组成，各个机构之间相互独立并通过螺丝孔连接组成，形成联动的逐级减压的完善的岩土体深孔爆破封孔装置，无易损件存在，因此在爆破封孔中可重复多次使用，降低了工程成本。该装置封孔主要依靠爆破作用实现了被动封孔，爆破能量越大，封孔效果越好，此外主要由爆生气体作为冲气源的气囊进一步提高的爆破封孔效果。该装置还可根据爆破药量的多少适当添加外限位卡瓦机构、弹簧承载机构的数量，提高了该装置的适用范围。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1 本发明的结构示意图；

图2为图1中外部固定机构的结构示意图；

图3为图1中外限位卡瓦机构的结构示意图。

其中，1、阀门，11、牵线拉环，12、合页，13、锚钉，14、加固钢板，15、圆形套筒，16、封盖钢板，17、承压弹簧，18、中央立管，21、卡杆，22、拉伸弹簧，23、环形凸体，24、卡杆牵线，25、底座，31、外通气管接头，32、钢板，33、弹簧组，34、橡胶圈， 41、环状密封气囊，42、立管，43、单向进气阀，44、外通气管，45、上端圆钢板，46、下端圆钢板，51、伸缩进气管，52、主承力钢板。

具体实施方式

如图1所示一种岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是沿爆破孔的方向，自外到里依次设有外部固定机构，外限位卡瓦机构，气囊密封机构，气囊密封机构的至少一侧设有弹簧承压机构；所述气囊密封机构包括带中心孔的上端圆钢板45和带中心孔的下端圆钢板46，所述上端圆钢板45和下端圆钢板46通过壁上带孔的立管42固定连接，立管42的四周设有环状密封气囊41，在环状密封气囊41的下部设有单向进气阀43，所述环状密封气囊41还连接有外通气管44，所述外通气管44穿过立管42上的孔、上端圆钢板45的中心孔、外限位卡瓦机构和外部固定机构后通向地面，并且在外通气管44的外端部设有阀门1，所述外通气管44为橡胶管。

所述弹簧承压机构的数量为一个以上。每个弹簧承压机构为：套在一起且直径不同的弹簧组33，所述弹簧组33的上端和下端均与带中心孔的钢板32连接。

如图1中的（Ⅴ）所示：位于气囊密封机构里侧最下端弹簧承载机构的弹簧组33下端与呈漏斗状且带有中心孔的主承力钢板52连接。

如图1中的（Ⅴ）所示：位于气囊密封机构里侧的弹簧承载机构中心有伸缩进气管51穿过，所述伸缩进气管51与环状密封气囊41下部的单向进气阀43连接，所述伸缩进气管51穿过立管42上的孔和钢板32上的中心孔后到达主承力钢板52的中心孔处。

如图1中的（Ⅰ）和图2所示：所述外部固定机构为：在爆破孔顶部设有一个外径与爆破孔内径相等的圆形套筒15，所述圆形套筒15套嵌在爆破孔的内壁上，且圆形套筒15的上端与地面齐平，在圆形套筒15的上端还盖有带有中心孔的封盖钢板16，封盖钢板16上设有加固钢板14，所述加固钢板14通过锚钉13固定于地面上，加固钢板14与封盖钢板16之间通过合页12连接。

在封盖钢板16和外限位卡瓦机构之间连接有中央立管18，所述外限位卡瓦机构借助于中央立管18上下滑动，在中央立管18上还套穿有承压弹簧17，所述承压弹簧17的两端分别连接封盖钢板16和外限位卡瓦机构。

如图1中（Ⅱ）和图3所示：所述外限位卡瓦机构为：套穿在中央立管18上的底座25以及围绕中央立管18分布在底座25上的环形凸体23，在环形凸体23和中央立管18之间的底座25上设有卡杆21，所述卡杆21一端与底座25铰接，另一端与爆破孔的内壁接触，在卡杆21和底座25之间连接有处于拉伸状态的拉伸弹簧22，在卡杆21上还连接有穿过封盖钢板16的卡杆牵线24，在卡杆牵线24的端部设有牵线拉环11。

所述底座25、钢板32、上端圆钢板45、下端圆钢板46和爆破孔的内壁之间设有橡胶圈34。

该装置的工作原理：在该封孔装置安装完成后通过外通气管44给环状密封气囊41冲气，使其初步膨胀与孔壁紧密结合，随后关闭阀门1。爆破后爆炸冲击波首先作用于里侧的弹簧承载机构，在爆炸冲击波作用下，里侧弹簧承载机构的弹簧组33发生压缩，带动装置向上移动，初步膨胀的环状密封气囊41为该装置提供初步承压能力，外侧弹簧承载机构的弹簧组33开始压缩，同时导致外限位卡瓦机构中的卡杆21进入岩层向上移动，外限位卡瓦机构带动承压弹簧17进行压缩，承压弹簧17将压力传递给封盖钢板16。随后大量爆生气体通过伸缩进气管51进入环状密封气囊41使其进一步膨胀，加大环状密封气囊41与孔壁之间的摩擦力，同时起到封孔和避免爆生气体外溢的作用。爆破结束后，打开外通气管44的阀门1，环状密封气囊41收缩，提出该封孔装置。

具体实施例：弹簧承载机构与气囊密封机构连接，气囊密封机构通过外侧弹簧承载机构与外限位卡瓦机构连接，外限位卡瓦机构通过承压弹簧17与外部封盖钢板16连接，且实现了与中央立管18的滑动连接，外限位卡瓦机构可在工作中形成自卡状态，气囊密封机构通过上端圆钢板45和下端圆钢板46与外侧弹簧承载机构和里侧弹簧承载机构的钢板32通过螺丝连接，外侧弹簧承载机构上端的钢板32也通过螺丝与底座25相连，这样五种装置相互独立，五种装置相互连接逐级减压，形成联动的完善的岩土体深孔爆破封孔装置。在外限位卡瓦机构中卡杆21通过圆形套筒15、卡杆牵线24、拉伸弹簧22、环形凸体23控制其状态位置，非工作时拉紧卡杆牵线24，卡杆21成收起状态，拉伸弹簧22为拉伸状态，工作时放松卡杆牵线24，在拉伸弹簧22的拉力下卡杆21张开接触岩土孔壁，圆形套筒15防止因部分岩层光滑卡杆21端部不能卡入时提供最后的阻挡，环形凸体23防止卡杆21的继续张开，确保卡杆21的张开角度，卡杆21端部在工作状态时切面与装置水平有利于卡杆21切入岩土孔壁。弹簧组33由三个弹性系数和自由高度相同、外径不同的弹簧组成，三个弹簧的放置方式为套嵌式，即弹簧外径小的套在外径大的弹簧内，三个弹簧上端和下端均连接钢板32上。穿过外限位卡瓦机构和外部固定机构的外通气管44为橡胶管，并且由外通气管接头31相互连接，保证外通气管44的密封性，在露出端有阀门1，单向进气阀43只允许气体进入环状密封气囊41。外侧弹簧承载机构和里侧弹簧承载机构的弹簧组33放置形式相同，外侧弹簧承载机构和里侧弹簧承载机构为主要承力单位，里侧弹簧承载机构中央为伸缩进气管51，即随弹簧压缩、拉伸变化时变化，伸缩进气管51与钢板32为一体，主承力钢板52为漏斗状。在底座25、钢板32周围为一圈橡胶圈34，其作用为防止爆生气体溢出。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：该装置结构简单，使用方便，封孔效果好，适用范围广，由外部固定机构，外限位卡瓦机构，气囊密封机构，弹簧承载机构组成，各个机构之间相互独立并通过螺丝孔连接组成，形成联动的逐级减压的完善的岩土体深孔爆破封孔装置，无易损件存在，因此在爆破封孔中可重复多次使用，降低了工程成本。该装置封孔主要依靠爆破作用实现了被动封孔，爆破能量越大，封孔效果越好，此外主要由爆生气体作为冲气源的气囊进一步提高的爆破封孔效果。该装置还可根据爆破药量的多少适当添加外限位卡瓦机构、弹簧承载机构的数量，提高了该装置的适用范围。 

Claims (9)

1.一种岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是沿爆破孔的方向，自外到里依次设有外部固定机构，外限位卡瓦机构，气囊密封机构，气囊密封机构的至少一侧设有弹簧承压机构；所述气囊密封机构包括带中心孔的上端圆钢板（45）和带中心孔的下端圆钢板（46），所述上端圆钢板（45）和下端圆钢板（46）通过壁上带孔的立管（42）固定连接，立管（42）的四周设有环状密封气囊（41），在环状密封气囊（41）的下部设有单向进气阀（43），所述环状密封气囊（41）还连接有外通气管（44），所述外通气管（44）穿过立管（42）上的孔、上端圆钢板（45）的中心孔、外限位卡瓦机构和外部固定机构后通向地面，并且在外通气管（44）的外端部设有阀门（1），所述外通气管（44）为橡胶管。

2.根据权利要求1所述的岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是所述弹簧承压机构的数量为一个以上。

3.根据权利要求2所述的岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是每个弹簧承压机构为：套在一起且直径不同的弹簧组（33），所述弹簧组（33）的上端和下端均与带中心孔的钢板（32）连接。

4.根据权利要求3所述的岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是位于气囊密封机构里侧最下端弹簧承载机构的弹簧组（33）下端与呈漏斗状且带有中心孔的主承力钢板（52）连接。

5.根据权利要求4所述的岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是位于气囊密封机构里侧的弹簧承载机构中心有伸缩进气管（51）穿过，所述伸缩进气管（51）与环状密封气囊（41）下部的单向进气阀（43）连接，所述伸缩进气管（51）穿过立管（42）上的孔和钢板（32）上的中心孔后到达主承力钢板（52）的中心孔处。

6.根据权利要求1所述的岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是所述外部固定机构为：在爆破孔顶部设有一个外径与爆破孔内径相等的圆形套筒（15），所述圆形套筒（15）套嵌在爆破孔的内壁上，且圆形套筒（15）的上端与地面齐平，在圆形套筒（15）的上端还盖有带有中心孔的封盖钢板（16），封盖钢板（16）上设有加固钢板（14），所述加固钢板（14）通过锚钉（13）固定于地面上，加固钢板（14）与封盖钢板（16）之间通过合页（12）连接。

7.根据权利要求6所述的岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是在封盖钢板（16）和外限位卡瓦机构之间连接有中央立管（18），所述外限位卡瓦机构借助于中央立管（18）上下滑动，在中央立管（18）上还套穿有承压弹簧（17），所述承压弹簧（17）的两端分别连接封盖钢板（16）和外限位卡瓦机构。

8.根据权利要求7所述的岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是所述外限位卡瓦机构为：套穿在中央立管（18）上的底座（25）以及围绕中央立管（18）分布在底座（25）上的环形凸体（23），在环形凸体（23）和中央立管（18）之间的底座（25）上设有卡杆（21），所述卡杆（21）一端与底座（25）铰接，另一端与爆破孔的内壁接触，在卡杆（21）和底座（25）之间连接有处于拉伸状态的拉伸弹簧（22），在卡杆（21）上还连接有穿过封盖钢板（16）的卡杆牵线（24），在卡杆牵线（24）的端部设有牵线拉环（11）。

9.根据权利要求1所述的岩土体深孔爆破封孔装置，其特征是所述底座（25）、钢板（32）、上端圆钢板（45）、下端圆钢板（46）和爆破孔的内壁之间设有橡胶圈（34）。

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