CN103968721B - 适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置 - Google Patents

Abstract

适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置，包括聚氯乙烯管⑴，所述聚氯乙烯管⑴内由下至上依次设置有砂石层⑺、聚能-消能座⑸、牛皮纸垫⑷、聚能炸药层⑵，所述聚氯乙烯管⑴的管壁上开设有聚能孔⑶，所述聚能炸药层⑵中心设置有柱形槽⑻。其优点是：在倾斜炮孔中，操作快捷方便，并保证良好的爆破效果；结合了聚能炸药和聚-消能座的优势，对孔底水平方向破碎效果更好，对孔底垂直方向的损伤更小，开挖出的建基面更加平整；各个结构通过带聚能孔的聚氯乙烯管组装成一个整体，便于运输、施工放置和批量生产，提高爆破作业的效率；开挖出的建基面起伏小，减少甚至免去了后期人工撬挖工作量。

Description

适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置

技术领域

本发明涉及岩土爆破技术领域，具体的说是一种适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置。

背景技术

在交通、矿山和水利水电工程、等大型土木工程的岩土爆破开挖过程中，采用爆破法开挖岩体时存在着快速施工与开挖成型、损伤精细控制的这一需要解决的问题。

露天爆破中通常有垂直孔和倾斜孔两种钻孔形式，虽然垂直孔的钻孔易于操作，但是爆后大块率较高，常常留有根底，爆堆后方稳定性差。而倾斜炮孔的抵抗线分布比较均匀，可以克服孔底岩石的夹制作用，爆后不易产生大块和残留根底，在孔口后方由爆破漏斗引起的超爆较小。所以目前在道路、边坡、坝基等基础开挖中，使用得最广泛的是倾斜炮孔。近年来多采用孔底设柔性垫层的小梯段的孔间顺序起爆法，由于柔性垫层材料对爆破冲击波的缓冲作用有限，孔底损伤依然较大，开挖出的建基面起伏差较大，从而导致人工撬挖量较大；传统的以提高开挖面平整度为目的带凹形空穴的孔底聚能炸药和消能座仅仅适用于垂直炮孔的情形，且放置困难，一旦孔底聚能炸药或消能座放置不水平，不仅会导致聚能效果差，甚至还会带来相反的效果。而且传统的带凹形空穴的孔底普通聚能爆破，虽然能增加水平方向的破碎效果，但是装置聚能效果有限，且对孔底的损伤依然很大。炮孔底部如果过度破碎，开挖出的建基面就会很不平整。如何控制建基面开挖质量、提高爆破作业的效率仍是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是设计一种适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置，可以在聚能找平、减小根底的同时减小爆轰波对炮孔底部的破坏，从而提高保留岩体的平整度，达到控制建基面开挖质量，提高爆破作业效率的目的。

本发明适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置，包括聚氯乙烯管1(简称PVC管)，所述聚氯乙烯管1内由下至上依次设置有砂石层7、聚能-消能座5、牛皮纸垫4、聚能炸药层2，所述聚氯乙烯管1的管壁上开设有聚能孔3，所述聚能炸药层2中心设置有柱形槽8。

所述聚氯乙烯管1的外径为厚度为δ_PVC＝2.0～4.0mm，内径为高度为 所述聚氯乙烯管1外沿环向均匀分布有8个等大的圆形聚能孔3，聚能孔3的直径为式中为炮孔直径，β为炮孔倾角；聚氯乙烯管1上部留有部分超高20～30mm。

所述聚能炸药层2高度为式中为炮孔直径。

所述聚能-消能座5为高波阻抗混凝土制成的上部为圆台形、下部为斜圆柱形的多面体，聚能-消能座5上部圆台的侧面与水平面的夹角为β/2，聚能-消能座5的总高度为上部圆台的高度为 下部斜圆柱的高度为式中β为炮孔倾角，为聚氯乙烯管内径。

所述牛皮纸垫4为椭圆形，内切于聚氯乙烯管的管壁；牛皮纸垫4上设有加劲肋11，用于依靠聚能-消能座上表面的支撑，托住聚能炸药层，防止炸药落下与聚能-消能座的上部圆台的侧面相接触。

当聚能-消能座5上部圆台的侧面与底面的夹角取π/4时，该孔底聚-消能装置可在垂直炮孔中使用。

所述高波阻抗混凝土通过在普通混凝土的配制过程中添加玻璃纤维或高波阻抗矿物掺和料或其它高波阻抗材料制备得到。

本发明的工作原理在于：通过特定型式的消能结构多次反射爆炸冲击波，诱导爆炸冲击波能量往水平方向聚集，实现相邻孔间岩体的充分破碎，减小对炮孔底部的破坏；同时聚能炸药通过聚氯乙烯管的聚能孔形成沿水平环向分布的点条状聚能气流，加强水平方向的破碎；此外，消能座的破碎和松砂的压实可以消耗爆炸能量从而减轻爆破对炮孔底部岩体的损伤。

本发明适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置的优点是：

1、在倾斜炮孔中，依然操作快捷方便，并保证良好的爆破效果；

2、结合了聚能炸药和聚-消能座的优势，对孔底水平方向破碎效果更好，对孔底垂直方向的损伤更小，开挖出的建基面更加平整；

3、各个结构通过带聚能孔的聚氯乙烯管组装成一个整体，便于运输、施工放置和批量生产，提高爆破作业的效率；

4、开挖出的建基面起伏小，减少甚至免去了后期人工撬挖工作量。

虽然本发明是针对倾斜炮孔提出的，但是，当聚-消能座的上部圆台的侧面与底面的设计夹角取π/4时，仍然可在垂直炮孔中使用，因此该发明同时适用于垂直孔和倾斜孔，是一种通用型的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置。

附图说明

图1为本发明在倾斜炮孔中的爆破装配结构示意图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为本发明的原理图。

图4为图3的Ⅰ-Ⅰ向剖视图。

图5为图3的Ⅱ-Ⅱ向剖视图。

图中，1为聚氯乙烯管，2为聚能炸药层，3为聚能孔，4为牛皮纸垫，5为聚能-消能座，6为炮孔壁，7为砂石层，8为柱形槽，9为炮孔底端，10为聚能气流，11为加劲肋，12为适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置，13为起爆装置，14为炸药，15为堵塞段，16为导爆索或导爆管；

直线BP、AO为爆轰波的入射方向，直线PD、OC为爆轰波经聚-消能装置的圆台侧面反射后的传播方向，直线PF、OE为透射波的传播方向，直线ON为圆台侧面的法线。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步说明：如图1-5所示，一种适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置，包括：聚氯乙烯管1，所述聚氯乙烯管1内由下至上依次设置有砂石层7、聚能-消能座5、牛皮纸垫4、聚能炸药层2，所述聚氯乙烯管1的管壁上开设有聚能孔3，所述聚能炸药层2中心设置有柱形槽8。

所述聚氯乙烯管1的相关参数如下：

①聚氯乙烯管的外径：式中，为炮孔直径。聚氯乙烯管的直径比炮孔直径小15～20mm是便于装置顺利放入炮孔底部，不至于卡在炮孔中部。

②聚氯乙烯管的厚度：δ_PVC＝2.0～4.0mm。聚氯乙烯管的厚度大约2.0～4.0mm，以满足有足够的强度，在滑入炮孔底部的冲击下不易破碎即可。没有其他特别的要求，通常市场上的排水用的聚氯乙烯管即可满足要求。

③聚氯乙烯管的内径：式中δ_PVC为聚氯乙烯管厚度。

④聚氯乙烯管的高度： 式中β为炮孔倾角。聚氯乙烯管上部留有部分超高20～30mm，后续的药包可以直接落入其中。

所述聚氯乙烯管1外沿环向均匀分布有8个相同的圆形聚能孔3，聚能孔3的直径为式中为炮孔直径，β为炮孔倾角；聚氯乙烯管1上部留有部分超高20～30mm。由于聚氯乙烯管壁的抑制作用，爆轰产物会从管壁侧面沿环向分布的聚能孔优先卸载，抑制了非设定方向岩石裂缝的产生，而在垂直设定方向产生集中拉应力，使得炮孔在接近孔底的水平方向的裂纹优先发展，形成较为平整的定向破裂面。上部的点条状聚能能量利用率更高，环向相邻的聚能孔射出的点条状聚能流，压缩应力波在传播过程中会在切线形成伴生拉应力，伴生拉应力在炮孔的环向产生叠加，使得环向岩石介质中的拉应力增大。

所述聚能炸药层2高度为式中为炮孔直径。所述的聚能炸药，可以是工地常用的普通炸药，也可以是根据实际情况调整其威力的混合炸药。聚能炸药上端预留有柱形槽8，可以插入起爆装置(雷管)，其聚能效应主要通过外围的聚氯乙烯管上的聚能孔实现。

所述牛皮纸垫4为椭圆形，内切于聚氯乙烯管的管壁，厚度为1～2mm；牛皮纸垫4上设有加劲肋11，用于依靠聚能-消能座上表面的支撑，托住聚能炸药层，防止炸药落下与聚能-消能座上部圆台的侧面相接触。加劲肋具有一定的韧性和强度。这一点非常重要，如果不设置带加劲肋的牛皮纸垫，炸药在自重和上部其他药包的重压下，会产生变形并与圆台的侧面接触，形成带有凹面的形状。其直接后果是，在凹面的一端，爆轰产物会垂直于凹面飞出并在凹面的轴线方向聚集，形成一股高速、高压、高能量密度的聚能气流，会加剧炮孔底部的破坏，导致建基面不平整。所以设置带加劲肋的牛皮纸垫，能成功阻隔上部炸药与圆台的侧面接触形成凹面。

所述聚能-消能座5为高波阻抗混凝土制成的上部为圆台形、下部为斜圆柱形的多面体，高波阻抗混凝土可以通过在普通混凝土的配制过程中添加玻璃纤维或高波阻抗矿物掺和料等高波阻抗材料制备得到；聚能-消能座5上部圆台的侧面与水平面的夹角为β/2，聚能-消能座5的总高度 上部圆台的高度为下部斜圆柱的高度为 式中β为炮孔倾角，为聚氯乙烯管内径。相对于柔性垫层，聚能-消能座可以充分利用反射的能量来破碎水平岩体。当炮孔倾角为β时，聚-消能座上部圆台的侧面将反射部分冲击波，由波的反射定律，反射角等于入射角，为了充分利用这部分冲击波，反射波在水平方向时，效果最好，可使得建基面最平整。由此可以计算出此时上部圆锥的侧面与底面的夹角为β/2，圆锥的顶角为α＝π-β，在生产过程中切去圆锥的顶部，因此实际上该部件是一个圆台，下部分是一个等底面积的斜圆柱。这样，一方面可以避免炸药在与圆锥的顶角的冲击下产生自爆；另一方面，圆台的上部截面可以支撑住带加劲肋的牛皮纸垫。在具体实施过程中，上部圆台的侧面与底面的夹角也可略小于β/2，以使反射波稍微向上挑，和聚能孔中的聚能射流汇集，增强水平方向的破碎效果。

虽然本发明是针对倾斜炮孔提出的，但是，当聚-消能座上部圆台的侧面与底面的设计夹角取π/4时，仍然可在垂直炮孔中使用，因此该发明同时适用于垂直孔和倾斜孔。

某高等级公路的岩质边坡爆破开挖工程，需要提高建基面的平整度。采用深孔台阶爆破，倾斜炮孔，钻孔直径为倾角β＝75°，钻孔深度10m，其中超深0.3m，堵塞长度2m，孔间距为2.0～2.5m，采用孔底起爆方式。

采用本发明适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置的实施步骤如下：

步骤1：钻孔，控制孔底高程。

首先对炮孔区域进行人工清理，并用高压风管吹面。对炮孔进行逐孔放样，点位用红油漆做明显标识。在爆区内严格按照爆破设计进行炮孔布孔，并对每个炮孔的孔口高程进行水准测量，根据实际孔口高程计算实际需要的造孔深度。

对布孔精度检查合格后进行钻孔作业，造孔结束后，测量钻孔的实际深度，根据钻孔深度和倾角来计算松砂或细小碎石的填放厚度，在炮孔底部填适当厚度的松砂或细小碎石粒，使所有炮孔底部处于同一高程。

步骤2：选择合适尺寸的聚-消能装置。

选择合适尺寸的聚-消能装置，各个结构的尺寸设计满足以下要求：

①聚氯乙烯管外径：②聚氯乙烯管的厚度：δ_PVC＝2.5mm。

③聚氯乙烯管内径：④聚氯乙烯管的高度：H₅＝330mm。

⑤聚能孔的直径：⑥聚能炸药的高度：H₁＝140mm。

⑦聚能-消能座的尺寸：H₂＝130mm，其中，上部圆台的高度H₃＝87mm；下部斜圆柱的高度H₄＝43mm。

⑧带加劲肋的牛皮纸垫内切与聚氯乙烯管，厚度大约1～2mm。

步骤3：聚-消能装置的安放。

如果需要在炮孔底部起爆，可以事先将连接好到爆管或导爆索的起爆装置插入预留柱形槽中。将聚-消能装置下端插入炮孔口，旋转调整使得聚氯乙烯管上表面水平，然后，使聚-消能装置沿炮孔壁面自由滑入炮孔底部。下放过程中，要避免导爆索或导爆管的另一端也掉入炮孔内。

步骤4：装药，堵塞及起爆。

聚-消能装置安放好后，继续向炮孔中装直径Φ70mm药卷，直到装药完成，然后用碎沙石堵塞炮孔口，堵塞深度2m。最后在确认整个起爆网络安全以后，通过雷管引爆炮孔中的装药。

步骤5：爆破效果检测。

在爆破完成之后，可采用相关装置检验坝基的起伏差，对单个炮孔可利用声波检测装置来测量开挖岩体的水平方向的破岩范围以及炮孔底部的损伤深度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.适用于倾斜炮孔的提高建基面爆破开挖平整度的孔底聚-消能装置，包括聚氯乙烯管⑴，其特征在于：所述聚氯乙烯管⑴内由下至上依次设置有砂石层⑺、聚能-消能座⑸、牛皮纸垫⑷、聚能炸药层⑵，所述聚氯乙烯管⑴的管壁上开设有聚能孔⑶，所述聚能炸药层⑵中心设置有柱形槽⑻；所述聚能-消能座⑸为高波阻抗混凝土制成的上部为圆台形、下部为斜圆柱形的多面体，聚能-消能座⑸上部圆台的侧面与水平面的夹角为β/2，聚能-消能座⑸的总高度为上部圆台的高度为下部斜圆柱的高度为式中β为炮孔倾角，为聚氯乙烯管内径。

2.如权利要求1所述的聚-消能装置，其特征在于：所述聚氯乙烯管⑴的外径为厚度为δ_PVC＝2.0～4.0mm，内径为 高度为 所述聚氯乙烯管⑴外沿环向均匀分布有8个等大的圆形聚能孔⑶，聚能孔⑶的直径为式中为炮孔直径，β为炮孔倾角；聚氯乙烯管⑴上部留有部分超高20～30mm。

3.如权利要求1所述的聚-消能装置，其特征在于：所述聚能炸药层⑵高度为式中为炮孔直径。

4.如权利要求1所述的聚-消能装置，其特征在于：所述牛皮纸垫⑷为椭圆形，内切于聚氯乙烯管的管壁；牛皮纸垫⑷上设有加劲肋⑾，用于依靠聚能-消能座上表面的支撑，托住聚能炸药层，防止炸药落下与聚能-消能座上部圆台的侧面相接触。

5.如权利要求1所述的聚-消能装置，其特征在于：所述高波阻抗混凝土通过在普通混凝土的配制过程中添加玻璃纤维或高波阻抗矿物掺和料或其它高波阻抗材料制备得到。

6.如权利要求1所述的聚-消能装置，其特征在于：当聚能-消能座⑸上部圆台的侧面与底面的夹角取π/4时，该孔底聚-消能装置可用于垂直炮孔。