CN104747084B - 一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水库底修筑隧洞取水口或出水口的施工设备，特别涉及一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头。本发明是通过以下技术方案得以实现的：一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，包括旋转柱、固定套设于所述旋转柱中部的大基体、固定连接于所述旋转柱一端部的小基体；所述大基体、小基体与所述旋转柱同轴设置；所述大基体上设有多个第一凸体；所述小基体上设有多个第二凸体。本发明配合风钻能有效实现掏槽眼的扩孔处理。
Description
技术领域
本发明涉及水库底修筑隧洞取水口或出水口的施工设备，特别涉及一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头。
背景技术
水库在履行其功能进行发电、供水时往往需要在库底修筑隧洞的取水口或出水口，传统方法是采用围堰方式修筑，该方式修建完后还得清理围堰，且清理不净；优选是采用水下岩塞爆破施工，而在水下岩塞爆破施工时，往往需要用风钻对掏槽眼进行扩孔处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，配合风钻有效实现掏槽眼的扩孔处理。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，包括旋转柱、固定套设于所述旋转柱中部的大基体、固定连接于所述旋转柱一端部的小基体；所述大基体、小基体与所述旋转柱同轴设置；所述大基体上设有多个第一凸体；所述小基体上设有多个第二凸体。
作为本发明的优选，所述大基体具有垂直于所述旋转柱轴线且面向所述小基体的第一工作面、位于所述第一工作面周围且与所述第一工作面呈倾斜设置的第二工作面；所述第一工作面沿所述旋转柱圆周方向均匀设有多个所述第一凸体；所述第二工作面沿所述旋转柱圆周方向均匀设有多个所述第一凸体。
作为本发明的优选，所述小基体具有垂直于所述旋转柱轴线且背向所述大基体的第三工作面、位于所述第三工作面周围且与所述第三工作面倾斜设置的第四工作面；所述第三工作面绕所述旋转柱轴线均匀设置有多个所述第二凸体；所述第四工作面绕所述旋转柱轴线均匀设置有多个所述第二凸体。
作为本发明的优选，所述大基体的侧壁沿所述大基体圆周方向均匀设有多个第一凹槽。
作为本发明的优选，所述小基体的侧壁沿所述小基体圆周方向均匀设有多个第二凹槽。
作为本发明的优选，所述第一凹槽延伸至所述第二工作面；第二工作面上位于相邻两个所述第一凹槽之间设有一个所述第一凸体。
作为本发明的优选，所述第二凹槽延伸至所述第四工作面；所述第四工作面上位于相邻两个所述第二凹槽之间设有一个所述第二凸体。
作为本发明的优选，所述第一凹槽的数量为8个。
作为本发明的优选，所述第二凹槽的数量为6个。
作为本发明的优选，所述第一凸体呈上小下大的锥状，且顶部呈球面状；所述第一工作面上设有自所述旋转柱向所述大基体侧壁方向呈辐射状均匀分布的第三凹槽；所述第二凸体与所述第一凸体结构一致。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明结构简单，易于实施，配合风钻有效实现掏槽眼的扩孔处理。
附图说明
图1是实施例扩孔钻头示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行阐述。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例：如图1所示 ，一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，包括旋转柱1、固定套设于旋转柱1中部的大基体2、固定连接于旋转柱1一端部的小基体3；大基体2、小基体3与旋转柱1同轴设置；大基体2上设有多个第一凸体21；小基体3上设有多个第二凸体31。
大基体2具有垂直于旋转柱1轴线且面向小基体3的第一工作面22、位于第一工作面22周围且与第一工作面22呈倾斜设置的第二工作面23；第一工作面22沿旋转柱1圆周方向均匀设有多个第一凸体21；第二工作面23沿旋转柱1圆周方向均匀设有多个第一凸体21。
大基体2的侧壁沿大基体2圆周方向均匀设有多个第一凹槽24，本实施例中第一凹槽24的数量为8个。
第一凹槽24延伸至第二工作面23；第二工作面23上位于相邻两个第一凹槽24之间设有一个第一凸体21；第一工作面22上沿旋转柱圆周方面均匀设有四个第一凸体21。
小基体3具有垂直于旋转柱1轴线且背向大基体2的第三工作面32、位于第三工作面32周围且与第三工作面32倾斜设置的第四工作面33；第三工作面32绕旋转柱1轴线均匀设置有多个第二凸体31。
小基体3的侧壁沿小基体3圆周方向均匀设有多个第二凹槽34；本实施例第二凹槽34的数量为6个；第二凹槽34延伸至第四工作面33；第四工作面33上位于相邻两个第二凹槽34之间设有一个第二凸体31；第三工作面32上绕旋转柱1轴线呈圆周状均匀分布有四个第二凸体31。
第一凸体21呈上小下大的锥状，且顶部呈球面状；第一工作面22上设有自旋转柱1向大基体2侧壁方向呈辐射状均匀分布的第三凹槽25；第二凸体31与第一凸体21结构一致。
水下岩塞爆破施工方法，包括
（1）测量放线，使用全站仪精确放样，包括洞外岩塞口水下地形图测量，岩塞体测量放样；岩塞口水下地形图测量，比例为1：100-1:200，采用超声波与GPS定位进行复测。
（2）选择岩塞口和聚渣坑位置，通过在岩塞体和聚渣坑位置和附近布置地质钻孔，一般在岩塞体和聚渣坑及附近共布置7-8个钻孔；根据勘察数据对岩塞体与聚渣坑的稳定性进行分析，选择地质情况较好的位置作为岩塞口和聚渣坑位置。
（3）处置岩塞口覆盖层，
若地勘资料对岩塞口位置或附近无地质探孔，则需要补充相关探孔；根据地质勘察资料决定是否需要进行覆盖层处理，若无覆盖层或覆盖层较薄，则无需对覆盖层进行处理；若覆盖层中淤泥、残积土过厚，则需对岩塞口的覆盖的淤泥层进行处理，处理方式有水下钻孔爆破法、清淤船清淤法等。
（4）探测岩塞体厚度
采用超前探孔法进行岩塞体厚度探测
根据岩塞爆破多次地质雷达和水面地形图复测和实际比较，地质雷达和实际探孔误差约为6-8m，故应在隧洞设计正常掘进终点桩号前6-8m位置进行厚度探测，且施工时掌子面中心可以适当超前，中心超前周边1.5m左右为宜，一般为1.5±0.3m，在掌子面隧洞中心点位置用风钻钻小直径孔眼，当岩塞体设计厚度不大于6m时钎杆的长度较设计岩塞体厚度长2.0-2.5m；当岩塞体设计厚度在6-10时，探孔钎杆最长与岩塞体设计厚度相等，探孔用YT-28风钻进行推进，采用直径38mm合金钢钻头，根据钻进的深度进行套钎，钎杆做好长度标记；岩塞体超前探孔过程中，技术人员在现场全程监管，记录每个探孔相关数据，如：通过观察孔眼排出的岩粉、水的颜色、工人的钻感等进行判断岩石坚硬层厚度、软弱层厚度、全风化层厚度、破碎层厚度；结合岩塞口的水下地形图，对预留岩体厚度各部位的长度进行精确计算。
当探孔钎杆未能钻通时，在正常掘进和支护一个循环后继续进行岩塞体厚度探测。
当中心探孔钎杆能钻通时，继续在岩塞体上下、左右各布置一个超前探孔，一个岩塞体共布置5个探孔,探孔逐个施工,钻探一个封堵一个。
封堵岩塞体探孔
备2mB25mm的螺纹钢，探孔打通后先用破布或棉纱塞进孔内，并锤入松木桩，当松木桩不被贯通的水压冲动时，说明松木桩可以成功封堵探孔；当贯通的水压能把松木桩冲动时，需在探孔周边施做2-4根长2mB25mm的锚固剂锚杆，用锚杆连接钢筋固定松木桩,且封堵位置尽量靠近迎水面。
封堵后如掌子面渗漏水较为严重，需对掌子面进行注浆封堵；浆液可采用水泥浆、水泥粘土砂浆及水泥浆和水玻璃双液浆等；堵漏浆液孔的钻进深度超过渗水节理面，严格控制注浆压力，一般控制在0.1-0.2MPa，以渗水明细减小为标准。
（5）进行岩塞体横断面地质素描、岩塞体围岩渗漏性分析及岩塞体渗漏水处理；
岩塞体横断面地质素描
当岩塞体探孔钻通后对岩塞体掌子面地质水文情况进行了调查，并绘制掌子面地质素描示意图。
分析 岩塞体渗漏性及处理岩塞体渗漏水现象
在接近岩塞段隧道施工过程中，密切关注围岩的渗漏水情况，当岩塞体漏水量过大时，应作引水或止水处理；止水处理的方法有注水泥浆法或注水泥、水玻璃双液浆法封堵水压贯通的节理面，通过止水固结岩体，使岩塞体的自稳性提高，有利于岩塞体施工的安全；引水的方法有埋管引水法，将水引入聚渣坑，并通过洞内排水系统排出隧道。
（6）计算岩塞体安全厚度
根据岩塞体掌子面横断面进行地质素描,根据岩塞体掌子面呈现的几组主要不规则优势结构面及地质钻孔取样得到的围岩岩体岩性特征,当水头压力大于岩塞体结构面抗剪断强度时，将使岩塞体处于失稳状态；设作用在岩塞外端中心处的水头压力为F水，岩塞体自重为G岩，结构面抗剪断剪切力为F结，则当F水+G岩≤F结时，岩塞体处于安全状态。
不同结构面由于其大小不同、产状不同，导致其抗剪断剪切力也不同，因此，每一组优势结构面设为一种计算工况，据此得到其安全厚度值；对全部优势结构面工况进行计算后，将计算所得的最小安全厚度作为工程的最终岩塞安全厚度。
（7）岩塞体爆破方案设计及布置；
钻孔爆破法包括大孔径深孔爆破法、小孔径浅孔爆破法和大小孔径相结合爆破法。
由于岩塞长度越长其爆破可靠性越低，故应采取合适长度的岩塞；假设岩塞经过安全验算和论证其安全长度为b，施工时预留的长度为a，爆除岩塞范围内超过b的岩塞体，即这部分岩层采用短进尺、密集装药爆破法分一至两次爆破掉，使岩塞长度形成爆破设计要求的安全长度，为岩塞水下爆破施工创造有利条件。
水下岩塞爆破要求一次成功，爆破后基本达到设计断面，同时爆后爆渣应尽量破碎以便被水流冲入聚渣坑。
水下岩塞可采用周边预裂的控制爆破方案或光面控制爆破方案。
岩塞体厚度5m及以上，具备条件按中深孔爆破设计，岩塞体5m以下按浅孔爆破设计，2-4m炮眼可采用YT28风钻钻孔，4-10m炮眼宜采用潜孔钻钻孔，当无条件采用潜孔钻时，可采用YT28风钻配合本实施例扩孔钻头进行钻进,掏槽眼宜采用大孔径；炸药采用具有防水能力的２号岩石乳化炸药，雷管采用毫秒延期非电导爆管雷管，采用微差控制抛掷爆破。
水下岩塞钻孔爆破设计原则：
①装药量计算：岩塞爆破为水下爆破，装药量计算应考虑静水压力的作用，比常规抛掷爆破药量增大20%-30%。炮眼深度根据探眼的深度及水下地形确定。硬岩迎水侧最小抵抗线控制在0.5m左右，掏槽眼的最小抵抗线稍大于其他炮眼。软岩迎水侧最小抵抗线可适当加大；
②装药及炮眼封堵：掏槽眼、主爆眼为连续耦合装药，周边眼孔内间隔不耦合装药。掏槽眼分空孔和装药孔两种,空孔为装药孔提供临空面。除空孔外，炮眼封堵长度为12-20倍钻孔直径，主炮眼的装药量为孔深的80%-90%。预裂孔或光爆孔的装药线密度为0.2-0.4kg，预裂孔的孔底夹制作用大，预裂孔孔底1m范围内装药量应增加一倍；
③爆破炮孔孔口往往朝下一定的角度，且爆破必须一次性成功，因此孔口填塞材料选用专用锚杆锚固剂，其具有快速、早强及安装简便的特点，且与炮孔岩壁接触紧密封堵效果好，也可采用专用的炮泥进行堵塞；
④起爆网路采用复式并-串-并联电爆或电爆加导爆索复式网路。预裂孔的起爆时间应比主爆破孔提前75-110ms；预裂孔两侧应超出主爆孔适当距离；
⑤起爆及警戒：预裂爆破起爆顺序依次为周边眼→掏槽眼→主炮眼；光面爆破起爆顺序为：掏槽孔→主炮孔→光爆孔。
因岩塞口面向水域,水域部分由水域管理部门派船只进行警戒,陆上部分则根据设计警戒范围布置警戒点；起爆站一般布置在设计警戒范围以外，各水陆警戒点之间、警戒点与起爆站之间采用无线对讲设备沟通联络。
爆破参数设计及炮孔布置具体为：
根据断面大小布置掏槽孔、内圈主爆孔、外圈主爆孔（辅助眼）、周边预裂孔（或周边光面孔）；工作面各类炮孔布置的顺序是：首先选择适当的掏槽方式和掏槽位置，其次是布置好周边孔，最后根据断面大小布置辅助孔；掏槽孔的位置会影响岩石的抛掷距离和破碎块度，通常布置在断面的中央偏下，并考虑辅助孔的布置较均匀；周边孔一般布置在断面轮廓线上；布置好周边孔和掏槽孔后，再布置辅助孔；辅助孔是以槽腔为自由面层层布置，均匀地分布在被爆岩体上，并根据断面大小和形状调整好最小抵抗线和炮孔密集系数；布孔均匀，既要充分利用炸药能量，又要保证岩石按设计轮廓线崩落。其间距根据岩石性质而定，一般辅助孔取0.5-1.0 m，周边孔取0.4-0.8 m，周边孔距岩塞轮廓线取0.1-0.2 m。
平行空孔直线掏槽亦称直孔掏槽，所有掏槽孔均垂直于工作面，且相互平行，其中有几个不装药的空孔，作为装药炮孔爆破时的辅助自由面和破碎体的补偿空间。通常分为龟裂掏槽，桶形掏槽和螺旋形掏槽。桶形掏槽亦称角柱形掏槽，各掏槽眼互相平行且呈对称形式；掏槽孔由5-16个炮孔组成，其中有1-7个空孔。桶形掏槽应用范围广泛，大、中、小断面均可采用；如果岩石较硬，深度较大，也采用直径为75-100mm的大直径空孔。
根据探孔的情况及岩塞口水下地形图确定迎水面最小抵抗线的厚度，从而确定每孔的实际钻孔深度，确定炮眼纵断面图。
炸药装好后用锚固剂堵塞填实，预裂孔（光爆孔）起爆采用导爆索连接，经非电导爆管雷管后连接到主起爆网路上；其余炮孔采用非电导爆管雷管起爆。爆破采用毫秒微差控制，分段起爆。
Claims (7)
1.一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，其特征在于，包括旋转柱（1）、固定套设于所述旋转柱（1）中部的大基体（2）、固定连接于所述旋转柱（1）一端部的小基体（3）；所述大基体（2）、小基体（3）与所述旋转柱（1）同轴设置；所述大基体（2）上设有多个第一凸体（21）；所述小基体（3）上设有多个第二凸体（31）；所述大基体（2）具有垂直于所述旋转柱（1）轴线且面向所述小基体（3）的第一工作面（22）、位于所述第一工作面（22）周围且与所述第一工作面（22）呈倾斜设置的第二工作面（23）；所述第一工作面（22）沿所述旋转柱（1）圆周方向均匀设有多个所述第一凸体（21）；所述第二工作面（23）沿所述旋转柱（1）圆周方向均匀设有多个所述第一凸体（21）；所述第一凸体（21）呈上小下大的锥状，且顶部呈球面状；所述第一工作面（22）上设有自所述旋转柱（1）向所述大基体（2）侧壁方向呈辐射状均匀分布的第三凹槽（25）；所述第二凸体（31）与所述第一凸体（21）结构一致，所述小基体（3）具有垂直于所述旋转柱（1）轴线且背向所述大基体（2）的第三工作面（32）、位于所述第三工作面（32）周围且与所述第三工作面（32）倾斜设置的第四工作面（33）；所述第三工作面（32）绕所述旋转柱（1）轴线均匀设置有多个所述第二凸体（31）；所述第四工作面（33）绕所述旋转柱（1）轴线均匀设置有多个所述第二凸体（31）。
2.根据权利要求1所述的一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，其特征在于，所述大基体（2）的侧壁沿所述大基体（2）圆周方向均匀设有多个第一凹槽（24）。
3.根据权利要求2所述的一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，其特征在于，所述小基体（3）的侧壁沿所述小基体（3）圆周方向均匀设有多个第二凹槽（34）。
4.根据权利要求3所述的一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，其特征在于，所述第一凹槽（24）延伸至所述第二工作面（23）；第二工作面（23）上位于相邻两个所述第一凹槽（24）之间设有一个所述第一凸体（21）。
5.根据权利要求4所述的一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，其特征在于，所述第二凹槽（34）延伸至所述第四工作面（33）；所述第四工作面（33）上位于相邻两个所述第二凹槽（34）之间设有一个所述第二凸体（31）。
6.根据权利要求5所述的一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，其特征在于，所述第一凹槽（24）的数量为8个。
7.根据权利要求6所述的一种适用于水下岩塞爆破施工的风钻扩孔钻头，其特征在于，所述第二凹槽（34）的数量为6个。
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