CN108036685A - 一种岩石炮孔堵塞装置及其堵塞干冰致裂岩石炮孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程爆破技术领域，特指一种岩石炮孔堵塞装置及其堵塞干冰致裂岩石炮孔的方法。岩石炮孔堵塞装置，包括有堵塞体、塑胶套筒和套头，堵塞体内设置有可穿设有导线的通道，通道连通堵塞体的上下两端；一种堵塞干冰致裂岩石炮孔的方法，包括有以下步骤：S1、选择塑胶套筒，并把塑胶套筒套在堵塞体下部；S2、把导线穿入到通道中并从堵塞体的下端穿出；S3、把岩石炮孔堵塞装置对准岩石炮孔；S4、把岩石炮孔堵塞装置垂直固定在岩石炮孔中。本发明增大套管与孔壁之间的摩擦力,这样能使干冰对岩石炮孔的堵塞效果更显著，解决了堵塞效果不好的问题。由于岩石炮孔堵塞装置的结构简单，在堵塞体内设置通道以使导线穿设在堵塞体内，能提高干冰破岩的质量。

Description

一种岩石炮孔堵塞装置及其堵塞干冰致裂岩石炮孔的方法

技术领域

本发明涉及工程爆破技术领域，特指一种岩石炮孔堵塞装置及其堵塞干冰致裂岩石炮孔的方法。

背景技术

现有的城市基坑开挖的项目中，越来越多使用干冰致裂技术，根据二氧化碳气体在一定的高压下转变呈液态的原理。首先通过高压泵将液态二氧化碳压缩至圆柱体容器内，装入安全膜、破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽完成爆破前的准备工作；然后将爆破筒插入到钻孔中固定，通过电源线连接起爆器电源。当微电流通过高导热棒时，高导热棒会产生高温击穿安全膜，使液态二氧化碳瞬间气化，气态二氧化碳急剧膨胀并产生高压对泄压阀进行冲击，使泄压阀自动打开，利用液态二氧化碳吸热气化时，二氧化碳的体积急剧膨胀产生高压使岩体开裂。

干冰致裂技术越来越多地运用在城市基坑开挖项目中，根据干冰的特性以及良好的破岩力，在禁止使用传统炸药施工的时候，干冰成为炸药的可靠替代品。但是，由于干冰破岩是仅依靠自身力量，且在受体积约束环境下瞬间受热膨胀而产生压力进行破岩，其温度比传统炸药爆炸时要低，其产生的高压气体也无法瞬间使孔壁岩体进入熔融状态，并对孔壁岩体产生粉碎性作用。因此，干冰致裂时，致裂孔的堵塞段会受到较大的压力，在破岩的过程中容易出现冲孔的现象。若在破岩的时候发生冲孔，汽化后的二氧化碳迅速溢出，致裂孔内的压力急剧下降，破岩效果难以得到保证。若在致裂孔内增大堵塞段的长度，必然会使干冰和催化剂的药量减少，这样同样也会降低破岩的质量。

同时，目前用于堵塞致裂孔的孔塞一般由木质制成，在使用的时候需要使用木锤敲击，但是，由于现有的孔塞的导线是直接暴露在敲击面上的，在敲击的时候极容易导致导线破损，继而无法激发催化剂，导致出现瞎孔的情况。

专利申请号为201611044546.2的发明专利申请公开了一种爆破孔作为干冰容器的致裂方法，该方法包括以下步骤：S1、在需要爆破的基层中钻凿爆破孔；S2、向爆破孔中安装发热装置，并将引爆线路引出爆破孔；S3、常压下，将干冰加注至爆破孔中；S4、封闭爆破孔；S5、引爆线路连接爆破孔外部的起爆装置，确认安全后，启动起爆装置，对爆破孔进行爆破。同时，该发明专利申请还公开了一种爆破孔作为干冰容器的致裂装置，包括开设在基层上的爆破孔，所述爆破孔中填充有干冰，所述爆破孔中穿设有与干冰接触的发热装置，所述爆破孔的孔口处安装有干冰致裂封孔器，所述发热装置还通过引爆线路与爆破孔外部的起爆装置连接。

该发明专利申请的发明目的在于提供一种爆破孔作为干冰容器的致裂方法，不需要使用高压液态二氧化碳，不需要使用二氧化碳充气工作站，常压下即刻使用，直接利用干冰和发热管安装到爆破孔中即可实现爆破，但是并不能解决现有技术中所存在的问题，即在爆破的过程中，堵塞装置对岩石炮孔的堵塞效果不好，导致破岩效果不好的问题，以及在敲击致裂孔堵塞装置的时候，在敲击的时候极容易导致导线破损，继而无法激发催化剂，导致出现瞎孔的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：为了解决现有技术中所存在的问题，即在爆破的过程中，堵塞装置对岩石炮孔的堵塞效果不好，导致破岩效果不好的问题，以及在敲击致裂孔堵塞装置的时候，在敲击的时候极容易导致导线破损，继而无法激发催化剂，导致出现瞎孔的问题，本发明提供了一种岩石炮孔堵塞装置及其堵塞干冰致裂岩石炮孔的方法。

为了解决现有技术中所存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种岩石炮孔堵塞装置，包括有堵塞体，所述岩石炮孔堵塞装置还包括有设置在所述堵塞体下部的塑胶套筒和设置在所述堵塞体上部的套头，所述堵塞体内设置有可穿设有导线的通道，所述通道连通所述堵塞体的上下两端。

作为本发明岩石炮孔堵塞装置的技术方案的一种改进，所述堵塞体的上端部上设置有十字凹槽，所述套头上设置有一字凸起，通过所述一字凸起与所述十字凹槽的配合，所述套头和所述堵塞体卡合连接。

作为本发明岩石炮孔堵塞装置的技术方案的一种改进，所述十字凹槽内设置有入线口，所述堵塞体的下端上设置有出线口，所述通道连通所述入线口和所述出线口，所述通道连通所述入线口和所述出线口。

作为本发明岩石炮孔堵塞装置的技术方案的一种改进，所述堵塞体为圆台形的堵塞体，所述堵塞体上端部的截面面积大于所述堵塞体下端部的截面面积。

作为本发明岩石炮孔堵塞装置的技术方案的一种改进，塑胶套筒为上下两端开口的塑胶套筒，所述塑胶套筒上端开口的直径大于堵塞体下端截面的直径，且所述塑胶套筒上端开口的直径小于所述堵塞体上端截面的直径，所述塑胶套筒下端开口的直径小于所述堵塞体下端的截面直径。

作为本发明岩石炮孔堵塞装置的技术方案的一种改进，所述塑胶套筒的外侧壁上环绕设置有卡齿，所述卡齿的外侧面与岩石炮孔的孔壁相接触。

作为本发明岩石炮孔堵塞装置的技术方案的一种改进，所述塑胶套筒的外侧壁上设置有多排所述卡齿。

一种使用岩石炮孔堵塞装置堵塞干冰致裂岩石炮孔的方法，包括有以下步骤：

S1、依据胡克定律，根据岩石炮孔的孔径选择塑胶套筒，并把塑胶套筒套在堵塞体下部；

S2、把导线从堵塞体的上端穿入到通道中，从堵塞体的下端穿出；

S3、把岩石炮孔堵塞装置对准岩石炮孔；

S4、把岩石炮孔堵塞装置垂直固定在岩石炮孔中。

本发明的有益效果在于：

本发明在岩石炮孔内设置致裂堵塞装置，通过在堵塞装置上设置套管,增大套管与孔壁之间的摩擦力,这样能使干冰对岩石炮孔的堵塞效果更显著，解决了现有技术中干冰在破岩时容易发生冲孔的问题。同时，由于本发明岩石炮孔堵塞装置的结构简单，在堵塞体内设置通道以使导线穿设在堵塞体内，能提高干冰破岩的质量。

附图说明

图1为本发明岩石炮孔堵塞装置的结构示意图；

图2为本发明岩石炮孔堵塞装置的拆分结构示意图；

图3为本发明的堵塞体的剖面图；

图4为本发明的塑胶套筒的剖面图；

图5为本发明的堵塞体的俯视结构示意图；

图6为本发明的套头的仰视结构示意图。

图7为本发明岩石炮孔堵塞装置的使用状态示意图；

图8是本发明堵塞干冰致裂岩石炮孔的方法的流程示意图。

附图标记说明:1-堵塞体；2-塑胶套筒；3-套头；4-通道；5-导线；6-十字凹槽；7-一字凸起；8-入线口；9-出线口；10-卡齿；11-孔壁。

具体实施方式

为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚，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。

一种岩石炮孔堵塞装置，包括有堵塞体1，堵塞体1的上部上设置有套头3，堵塞体1的下部上套有塑胶套筒2，堵塞体1内设置有通道4，通道4用于在堵塞体1内穿设导线5，且通道4连通堵塞体1的上端和下端，本发明中的堵塞体1可由木质材质制成。

堵塞体1的上端部上设置有十字凹槽6，套头3上设置有一字凸起7，通过一字凸起7和十字凹槽6的相互配合，使套头3与堵塞体1卡合连接。由于套头3和堵塞体1卡合连接，一字凸起7与十字凹槽6相配合后，一字凸起7仅与十字凹槽6中的两个凹槽相卡合，十字凹槽6中的另外两个凹槽与套头3之间存在间隙，导线5可从该间隙中引出。更详细地说，十字凹槽6内设置有入线口8，堵塞体1的下端上设置有出线口9，通道4连通入线口8和出线口9。当一字凸起7和十字凹槽6相卡合后，导线5从套头3和十字凹槽6之间的间隙穿入到通道4中，若对套头3进行锤击的时候，不会对导线5造成破损，激发催化剂后，不会出现瞎孔的问题，保证了破岩的质量。

堵塞体1为圆台形的堵塞体1，且堵塞体1上端部的截面面积大于堵塞体1下端部的截面面积，可以方便堵塞体1安装至岩石炮孔内。

塑胶套筒2为上下两端开口的塑胶套筒2，塑胶套筒2上端开口的直径大于堵塞体1下端截面的直径，且塑胶套筒2上端开口的直径小于堵塞体1上端截面的直径，塑胶套筒2下端开口的直径小于堵塞体1下端截面的直径。在使用的时候，将堵塞体1的下端套入到塑胶套筒2内，且保证堵塞体1不会相对塑胶套筒2发生位置的移动。

在塑胶套筒2的外侧壁上环绕设置有卡齿10，且设置在塑胶套筒2外侧壁上的卡齿10以多排的形式排列的塑胶套筒2的外侧壁上，每个卡齿10的外侧面均与岩石炮孔孔壁11相接触。通过卡齿10的设置，增加塑胶套筒2与岩石炮孔孔壁11之间的摩擦力，避免塑胶套筒2，甚至是岩石炮孔堵塞装置会在岩石炮孔内下滑，也由于每个卡齿10的外侧面均与岩石炮孔孔壁11相接触，可以保证岩石炮孔堵塞装置对岩石炮孔的堵塞效果。

一种使用岩石炮孔堵塞装置堵塞干冰致裂岩石炮孔的方法，包括有以下步骤：

S1、依据胡可定律，根据岩石炮孔的孔径选择塑胶套筒，并把塑胶套筒2套在堵塞体1下部，增加岩石炮孔堵塞装置与孔壁11之间的摩擦力，避免岩石炮孔堵塞装置在岩石炮孔内下滑；

S2、把导线5从堵塞体1的上端穿入到通道4中，从堵塞体1的下端穿出，把导线5从岩石炮孔堵塞装置引出，可以避免导线5在岩石炮孔堵塞装置的边侧上引出，使岩石炮孔堵塞装置对岩石炮孔的堵塞效果更明显；

S3、把岩石炮孔堵塞装置对准岩石炮孔，为把岩石炮孔堵塞装置对岩石炮孔进行堵塞做好准备；

S4、可用锤子等工具把岩石炮孔堵塞装置垂直固定在岩石炮孔中，使岩石炮孔堵塞装置与孔壁11之间产生摩擦力。

在S1中，需要根据岩石炮孔的孔径选择塑胶套筒2，以胡克定律为依据，塑胶套筒2可根据岩石炮孔中受到的最大压力来选择。

塑胶套筒2岩石炮孔激发后，堵塞体1的下端受到的压力为p，堵塞体下端的截面面积为A，则堵塞体1受到的向上的合力为F₀＝p*A。

当塑胶套筒2通过敲击完全置于岩石炮孔中，并与岩石炮孔孔壁11贴紧，每一排卡齿10与所述岩石炮孔孔壁11的接触面积为S_i，且每一排卡齿10的平均高度为l_i，因挤压的径向压缩量为Δl_i，并假定卡齿10在全过程中处于弹性变形范围，则由公式(1)可计算出第i环卡齿10内的径向应力σ_i为：

在公式(1)中：σ_i为第i环卡齿10内的径向应力(Pa)；E为卡齿材料的弹性模量(Pa)；Δl_i为第i环卡尺受到挤压后，产生的收缩量(m)；l_i为第i环卡尺的齿高，齿高为卡齿沿直径方向的尺寸(m)。

然后通过公式(2)计算出第i环卡齿10对岩壁的法向挤压力为：

F_i＝σ_i·S_i 2

在公式(2)中F_i为第i环卡齿10对岩壁产生的法向挤压力(N)；σ_i为第i环卡齿10内的径向应力(Pa)；S_i为第i环卡齿10与岩壁完全接触的面积(㎡)；

假设卡齿10与岩石炮孔孔壁11之间的摩擦系数为f，卡齿10进入岩石炮孔时因磨损损耗的弹性应变系数为则由公式(3)可得卡齿共同作用时能产生的最大摩擦力，n排卡齿10完全与岩石炮孔孔壁11贴合时产生的总摩擦力为：

在公式(3)中：F_总为所有卡齿与岩石孔壁之间产生的总摩擦力值(N)；为卡齿10进入岩石炮孔时因磨损损耗的弹性应变系数；F_i为第i环卡齿10对岩壁产生的法向挤压力(N)；σ_i为第i环卡齿10内的径向应力(Pa)；S_i为第i环卡齿10与岩壁完全接触的面积(㎡)；E为卡齿材料的弹性模量(Pa)；Δl_i为第i环卡尺受到挤压后，产生的收缩量(m)；l_i为第i环卡尺的齿高，齿高为卡齿沿直径方向的尺寸(m)。

由公式(4)可确定摩擦力是否能抵抗堵塞物向外冲的推力，继而判断塑胶套筒2的选择是否合理，只有当N≥1时，该岩石炮孔堵塞装置可以保证干冰在激化时不会出现冲孔现象。

在公式(4)中：F₀——堵塞体1受到的向上的合力(N)。

Claims (8)

1.一种岩石炮孔堵塞装置，包括有堵塞体，其特征在于，所述岩石炮孔堵塞装置还包括有设置在所述堵塞体下部的塑胶套筒和设置在所述堵塞体上部的套头，所述堵塞体内设置有可穿设有导线的通道，所述通道连通所述堵塞体的上下两端。

2.根据权利要求1所述的岩石炮孔堵塞装置，其特征在于，所述堵塞体的上端部上设置有十字凹槽，所述套头上设置有一字凸起，通过所述一字凸起与所述十字凹槽的配合，所述套头和所述堵塞体卡合连接。

3.根据权利要求2所述的岩石炮孔堵塞装置，其特征在于，所述十字凹槽内设置有入线口，所述堵塞体的下端上设置有出线口，所述通道连通所述入线口和所述出线口，所述通道连通所述入线口和所述出线口。

4.根据权利要求1所述的岩石炮孔堵塞装置，其特征在于，所述堵塞体为圆台形的堵塞体，所述堵塞体上端部的截面面积大于所述堵塞体下端部的截面面积。

5.根据权利要求1所述的岩石炮孔堵塞装置，其特征在于，塑胶套筒为上下两端开口的塑胶套筒，所述塑胶套筒上端开口的直径大于堵塞体下端截面的直径，且所述塑胶套筒上端开口的直径小于所述堵塞体上端截面的直径，所述塑胶套筒下端开口的直径小于所述堵塞体下端的截面直径。

6.根据权利要求1所述的岩石炮孔堵塞装置，其特征在于，所述塑胶套筒的外侧壁上环绕设置有卡齿，所述卡齿的外侧面与岩石炮孔的孔壁相接触。

7.根据权利要求6所述的岩石炮孔堵塞装置，其特征在于，所述塑胶套筒的外侧壁上设置有多排所述卡齿。

8.一种使用权利要求1-7任意一项的岩石炮孔堵塞装置堵塞干冰致裂岩石炮孔的方法，包括有以下步骤：

S1、依据胡克定律，根据岩石炮孔的孔径选择塑胶套筒，并把塑胶套筒套在堵塞体下部；

S2、把导线从堵塞体的上端穿入到通道中，从堵塞体的下端穿出；

S3、把岩石炮孔堵塞装置对准岩石炮孔；

S4、把岩石炮孔堵塞装置垂直固定在岩石炮孔中。