CN108645300B - 复合反射聚能与缓冲消能装置及基于该装置的爆破施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程爆破技术领域，复合反射聚能与缓冲消能装置包括缓冲消能垫层、刚垫层、反射聚能缓冲垫层和聚能射流器；炸药起爆时聚能射流器和反射聚能缓冲垫层的母线产生的聚能射流和反射聚能射流具有双重的聚能作用，可以增大炮孔底部岩石水平破裂线，增强爆破效果。反射聚能缓冲垫层、刚垫层和缓冲消能垫层组成的复合垫层，具有三次消能缓冲作用，可以削减爆炸能量，减少炮孔底部的爆破损伤，保证孔底岩石质量。爆破施工时，首先在岩体中钻设成排垂直炮孔，再将炮孔底部进行找平，然后在炮孔内叠放复合反射聚能与缓冲消能装置、主装炸药及起爆体、堵塞段，最后起爆。该方法可以减少炮孔底部的爆破损伤，提高建基面爆破平整度，增强爆破效果。

Description

复合反射聚能与缓冲消能装置及基于该装置的爆破施工方法

技术领域

本发明涉及工程爆破技术领域，具体涉及用在炮孔底部的复合反射聚能与缓冲消能装置及基于该装置的爆破施工方法。

背景技术

水利水电工程的岩石大坝建基面、马道边坡、隧洞底板的保护层爆破开挖一直是工程爆破施工中的难点。现有爆破技术中，传统的深孔台阶爆破，往往预留1～2m厚的保护层，然后再用小孔径钻孔和小药卷进行保护层爆破开挖，最后配合人工清撬，达到建基面高程，施工效率很低，且对孔底保留岩体损伤较大；水平预裂或水平光面爆破开挖的效果比较好，但钻水平孔难度较大，每次钻孔前必须清干净临空面前的爆渣，操作麻烦，且受一次钻孔长度的限制，爆破面积有限，施工效率较低，无法满足大面积开挖进度要求。孔底设置的普通的柔性垫层的小梯段微差爆破，由于柔性垫层材料和结构不够合理，对爆破冲击波的缓解作用较小，孔底岩石损伤仍然较大，爆破出的建基面起伏较大，有时仍然需要进行二次爆破或人工机械清撬；采用普通聚能爆破时，由于聚能切割穿透岩体的长度较短，形成的水平裂隙得不到进一步的扩张，岩石破碎效果较差，不易形成平整的开挖面。如何控制水电工程的大坝岩石建基面，马道边坡，隧洞底板的成型的开挖质量，进行台阶无保护层爆破开挖，实现增强爆破效果和减轻爆破对岩石的损害作用，实现岩石破碎与保护的统一，提高爆破作业效率，是目前急需解决的问题。

发明内容

针对现有爆破技术及爆破装置在岩石大坝建基面、马道边坡、隧洞底板的保护层开挖时，质量难以控制的不足，本发明提供一种安全性能高、加工方便，易于操作，性能可靠，施工方便，可以有效的减少炮孔底部的爆破损伤，保证质量，提高建基面爆破平整度，增强爆破效率的用于建基面无保护层爆破开挖的炮孔底部的复合反射聚能与缓冲消能装置和基于该装置的爆破施工方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了用于炮孔底部的复合反射聚能与缓冲消能装置，该装置安装在炮孔底部的找平层上，包括从下至上依次布设的缓冲消能垫层、刚垫层、反射聚能缓冲垫层和聚能射流器；所述缓冲消能垫层包括圆柱形钢外壳和充填在钢外壳内的低密度缓冲消能芯；缓冲消能垫层的上方固定连接有刚垫层，所述刚垫层为圆形板；刚垫层的上方螺栓连接有反射聚能缓冲垫层，反射聚能缓冲垫层从上至下逐渐扩张呈喇叭状结构；反射聚能缓冲垫层的外周布设有聚能射流器，聚能射流器包括聚能药型罩和波形调整器，聚能炸药和聚能炸药起爆体；所述聚能药型罩为薄壳体，聚能药型罩呈两端粗、中部逐渐变细的哑铃形，聚能药型罩内部的上方布设有波形调整器，所述波形调整器呈母线为曲线的漏斗状且穿套在反射聚能缓冲垫层上部的外周表面。

进一步地，所述缓冲消能垫层的外径与刚垫层的外径、聚能射流器底部的外径相等，三者均为炮孔直径的0.8～0.9倍，以使复合反射聚能与缓冲消能装置顺利的放入炮孔内；所述聚能射流器底部的内径和反射聚能缓冲垫层底部的外径相等。

进一步地，所述缓冲消能垫层高20～30cm，圆柱形钢外壳厚2～4mm、由钢铁圆管材料制成；低密度缓冲消能芯的密度为0.6～0.9kg/cm³，由低密度的材料加气泡沫混凝土、膨胀蛭石或膨胀珍珠岩水泥混凝土或炉渣水泥混凝土制成。低密度缓冲消能芯与钢外壳的两个端头齐平，且充填密实。钢外壳顶部与刚垫层底部进行焊接、强力胶粘接或螺丝连接。

进一步地，所述刚垫层为实心结构、厚1～2cm。刚垫层的中心布设有直径10mm的螺栓孔，刚垫层由钢铁、铸铁或铸钢等高强度坚硬材料制成。

进一步地，所述反射聚能缓冲垫层的母线与底部之间的夹角为α角，所述α角为60°～70°，反射聚能缓冲垫层的高度为其底部直径的1∕2与tanα的乘积。反射聚能缓冲垫层由刚性材料制成，反射聚能缓冲垫层底部中心有一个直径10mm的螺栓孔，通过销钉螺栓，反射聚能缓冲垫层和刚垫层底部的螺栓孔连接。反射聚能缓冲垫层上部开有一个直径5mm的穿绳孔，用于穿拉绳索。反射聚能缓冲垫层用钢材、铸铁、铸钢、钢纤维高强混凝土或钢渣高强混凝土等高强度材料加工制作。

进一步地，所述聚能药型罩的高度与反射聚能缓冲垫层的高度相等，聚能药型罩的下端套设在反射聚能缓冲垫层的底部外周，聚能药型罩的厚度为1～1.5mm，聚能药型罩由铜皮、铁皮或pvc塑料薄板制成；所述波形调整器内布设有传爆线穿孔，波形调整器顶部的直径和聚能药型罩上部的内径相同，且其顶部与聚能药型罩齐平，其材质为塑料或尼龙等惰性材料。所述反射聚能缓冲垫层和聚能射流器之间装填有聚能炸药，所述聚能炸药为工业乳化炸药或工业粉状硝铵炸药，聚能炸药中均匀布设有聚能炸药起爆体，所述聚能炸药起爆体包括1～4枚毫秒雷管、与雷管连接的1～2根环状导爆索和雷管的传爆线，所述传爆线为毫秒雷管中的脚线，为塑料导爆管，其一端连接聚能炸药起爆体的毫秒雷管、另一端引至炮孔外连接至主起爆网路，传爆线的主要作用是传爆爆轰波引爆毫秒雷管起爆体。

本发明还提供了基于上述复合反射聚能与缓冲消能装置的爆破施工方法，包括以下步骤：首先按爆破设计在开挖区岩体中钻设相同孔径的成排群孔的垂直炮孔，再将炮孔底部的找平层进行找平，然后在炮孔内由下至上叠放复合反射聚能与缓冲消能装置、主装炸药、主装炸药的起爆体和堵塞段，最后起爆。所述炮孔包括主爆孔和预裂孔。

进一步地，钻设炮孔前，根据炮孔直径确定复合反射聚能与缓冲消能装置的直径和长度，复合反射聚能与缓冲消能装置的直径为炮孔直径的0.8～0.9倍。复合反射聚能与缓冲消能装置由反射聚能缓冲垫层、聚能射流器、刚垫层和缓冲消能垫层组成整体结构，总长度为25～35cm。每次爆破，爆区各炮孔内的复合反射聚能与缓冲消能装置的结构尺寸均相同。根据复合反射聚能与缓冲消能装置的长度确定钻孔超深，钻孔超深为复合反射聚能与缓冲消能装置总长度和保护层开挖允许超欠挖值（欠0cm、超10cm）之和。

进一步地，所述找平为：每次爆破前先对炮孔进行孔深度的检查并编号记录，超深的炮孔应回填钻孔的岩粉或砂子并捣实进行找平层，按孔深允许误差±2cm进行孔深找平，直达到设计高程；未达到深度的炮孔重新补钻钻至设计高程。

进一步地，所述主装炸药采用成卷的硝铵炸药，炸药的直径比炮孔直径小1cm以上，以方便药卷进入炮孔。按爆破起爆网络设计，各孔主装炸药均装入相对应段号的毫秒延期雷管，起爆雷管应插入炸药中。

缓冲消能垫层的作用是：从反射聚能缓冲垫层和刚垫层传来的冲击波和爆炸高压气体，再经过缓冲消能垫层的进一步的吸收、缓冲、消能，进一步的减弱对保留岩体的损伤。钢外壳起到骨架支撑作用，承受上部传来的冲击波和爆炸高压气体的冲击和压力，保证上部部件初始位置不发生大的变化，保证聚能冲击射流和反射聚能冲击射流对相同部位的岩体进行反复冲击浸切，增强爆破效果。钢外壳可以阻挡减弱进入低密度缓冲消能芯中的冲击波和高压气体向侧面岩石扩散冲击。缓冲消能垫层中的低密度缓冲消能芯，由于密度低传导波速慢，起到吸收减弱冲击波的作用，降低了岩石损坏。

刚垫层的作用：联结反射聚能缓冲垫层、聚能射流器和缓冲消能垫层，起到隔离削减冲击波、爆炸高压气体对保留岩体的损伤，延长爆炸高压气体岩体的破碎作用时间。

反射聚能缓冲垫层作用：反射聚能缓冲垫层从上至下逐渐扩张呈喇叭状结构，具有对冲击波、高压气体的反射和聚能作用，可以对岩体进行多次反复的冲击破碎，高强度、喇叭状结构构成了钢性的垫层，可以起到反射、缓冲、阻挡冲击波和高压气体对岩石的作用，减轻保留岩体的损伤。

聚能射流器的作用：具有聚能作用，产生的聚能射流可以穿透岩石形成较长的水平裂缝。

聚能炸药的作用：形成极高速度运动聚能射流，以很高的能量密度、极大的强度穿透侧面的环向四周炮孔岩体，浸切形成较长的环状水平劈裂缝面，使建基面保留岩石平整。

聚能炸药起爆体的作用：起爆聚能炸药，实现聚能炸药各点的同时起爆，增大聚能炸药的爆速，进一步的增加聚能射流的强度。

聚能药型罩的作用：在聚能炸药的药柱爆炸时，能量沿药柱对中心轴方向高度集中，将炸药的爆炸能量转换成聚能药型罩的动能，形成极强的聚能冲击射流，提高聚能效果，对岩石形成很强的穿透浸切能力，使岩石产生较长的水平环形裂隙，增加爆破效果。

波形调整器作用：调整炸药装药结构和调整爆轰波形，有利于形成更强的聚能冲击射流。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明具有安全性能高、性能可靠，加工方便，易于操作的特点，可以直接利用同一个爆破炮孔实施操作进行施工作业。

2、由于复合反射聚能与缓冲消能装置中的聚能射流器中的聚能药型罩、聚能炸药和反射聚能缓冲垫层的母线具有双重的聚能和反射聚能作用，可以使炮孔底部岩石增大水平破裂线，在水平方向充分破碎，形成孔底较大的平盘，增强爆破效果，提高建基面爆破平整度。而反射聚能缓冲垫层、刚垫层和缓冲消能垫层一起组成三层复合垫层，具有三次消能缓冲作用，可以有效的削减爆炸能量，减少炮孔底部竖向的爆破损伤，保证孔底岩石质量。可以实现增强爆破效果和减轻爆破对岩石的损害作用，实现破碎与保护的统一；可以保证岩石建基面爆破开挖的一次成型，可以广泛用于水利水电工程，道路交通，铁路，矿山，隧道等行业的岩石边坡保护层及建基面保护层的爆破开挖。

附图说明

图1是本发明复合反射聚能与缓冲消能装置的立体结构示意图。

图2是本发明复合反射聚能与缓冲消能装置的分解示意图。

图3是本发明基于复合反射聚能与缓冲消能装置的爆破施工中的聚能炸药爆炸产生的环向聚能冲击射流作用示意图。

图4是本发明基于复合反射聚能与缓冲消能装置的爆破施工中反射聚能缓冲垫层对炮孔主装炸药爆炸冲击波的反射聚能产生的冲击射流作用示意图。

图5是本发明基于复合反射聚能与缓冲消能装置的爆破施工中的聚能炸药爆炸产生的环向聚能冲击射流作用和反射聚能缓冲垫层、钢垫层以及缓冲消能垫层对爆炸冲击波的竖向缓冲消能作用示意图。

图6是本发明基于复合反射聚能与缓冲消能装置的爆破施工中的反射聚能缓冲垫层对炮孔主装炸药爆炸冲击波的反射聚能产生的冲击射流作用和反射聚能缓冲垫层、钢垫层、缓冲消能垫层对爆炸冲击波的竖向缓冲消能作用示意图。

图7是本发明基于复合反射聚能与缓冲消能装置的爆破施工中的聚能炸药爆炸产生的环向聚能冲击射流作用和反射聚能缓冲垫层、钢垫层以及缓冲消能垫层对爆炸冲击波的竖向缓冲消能作用分解示意图。

图8是本发明基于复合反射聚能与缓冲消能装置的爆破施工中的反射聚能缓冲垫层对炮孔主装炸药爆炸冲击波的反射聚能产生的冲击射流作用和反射聚能缓冲垫层、钢垫层、缓冲消能垫层对爆炸冲击波的竖向缓冲消能作用分解示意图。

图9是实施例4主爆孔装药后的剖面示意图。

图10是实施例4炮孔平面布置示意图。

图11是实施例4炮孔布置剖面示意图。

附图中标号为：4为爆破开挖区，5为主爆孔，9为建基面底板，13为最后排主爆孔，14为预裂孔，15为第一排主爆孔，16为穿绳孔，17为自由面，18为堵塞段，19为主装炸药，20为复合反射聚能与缓冲消能装置，21为钢外壳，22为低密度缓冲消能芯，23为刚垫层，24为聚能药型罩，25为反射聚能缓冲垫层，26为聚能炸药，27为波形调整器，28为聚能炸药起爆体，29为传爆线，30传爆线穿孔，31为销钉螺栓，32为环向聚能冲击射流，33为主装炸药爆炸冲击波，34为反射聚能缓冲垫层对炮孔主装炸药爆炸冲击波的反射聚能产生的冲击射流，35为反射聚能缓冲垫层对爆炸冲击波的竖向缓冲消能作用，36为刚垫层对爆炸冲击波的竖向缓冲消能作用，37为缓冲消能垫层对爆炸冲击波的竖向缓冲消能作用，38聚能射流器，39为导爆索。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

以下实施例中，炮孔直径为9cm。所述炮孔包括主爆孔和预裂孔。

实施例1

复合反射聚能与缓冲消能装置20，包括从下至上依次布设的缓冲消能垫层、刚垫层23、反射聚能缓冲垫层25和聚能射流器38；所述缓冲消能垫层包括圆柱形钢外壳21和充填在钢外壳21内的低密度缓冲消能芯22；缓冲消能垫层的上方固定连接有刚垫层23，所述刚垫层23为圆形板；刚垫层23的上方螺栓连接有反射聚能缓冲垫层25，反射聚能缓冲垫层25从上至下逐渐扩张呈喇叭状结构；反射聚能缓冲垫层25的外周布设有聚能射流器38，聚能射流器38包括聚能药型罩24和波形调整器27，所述聚能药型罩24为上下贯通的中空的薄壳体，聚能药型罩24呈两端粗、中部逐渐变细的哑铃形，聚能药型罩24内部的上方布设有波形调整器27，所述波形调整器27呈母线为曲线的漏斗状且其中间具有与反射聚能缓冲垫层25上部相配合的、从上至下逐渐扩张的空腔，波形调整器27穿套在反射聚能缓冲垫层25上部的外周表面。

所述缓冲消能垫层的外径与刚垫层23的外径、聚能射流器38底部的外径相等，均为炮孔直径的0.9倍，为8.1cm，所述聚能射流器38底部的内径和反射聚能缓冲垫层25底部的外径相等。

所述缓冲消能垫层高20cm，钢外壳21厚3mm、由钢铁圆管材料制成；低密度缓冲消能芯22的密度为0.6kg/cm³、由膨胀蛭石水泥混凝土制成。低密度缓冲消能芯22与钢外壳21的两个端头齐平，且充填密实。钢外壳21顶部与刚垫层23底部焊接。

刚垫层23为实心结构、厚2cm。刚垫层23的中心设置有直径10mm的螺栓孔，刚垫层23由钢板加工制成。

反射聚能缓冲垫层25的母线与底部的夹角为α角，所述α角为63.5°，反射聚能缓冲垫层25的高度等于其底部的直径，为8cm。反射聚能缓冲垫层25为由刚性材料制成的实心结构，反射聚能缓冲垫层25的底部设置有圆形台阶，其底部中心有一个直径10mm的螺栓孔，通过销钉螺栓31，反射聚能缓冲垫层25和刚垫层23底部的螺栓孔连接。反射聚能缓冲垫层25由钢渣高强混凝土加工制作而成。

所述聚能药型罩24的高度与反射聚能缓冲垫层25的高度相等，聚能药型罩24的下端套设在反射聚能缓冲垫层25底部圆形台阶的外周，聚能药型罩24的厚度为1mm、由铜皮制成；所述波形调整器27内布设有2个传爆线穿孔30，波形调整器27顶部的直径和聚能药型罩24上部的内径相同，且其顶部与聚能药型罩24齐平，其材质为塑料。所述反射聚能缓冲垫层25和聚能射流器38之间装填有聚能炸药26，所述聚能炸药26为工业乳化炸药，聚能炸药26中均匀布设有聚能炸药起爆体28，所述聚能炸药起爆体28包括2枚毫秒雷管、与雷管连接的1根环状导爆索39和传爆线29，所述传爆线29为毫秒雷管中的塑料导爆管，其一端连接聚能炸药起爆体28的毫秒雷管、另一端引至炮孔外连接至主起爆网路。该装置的爆破效果较好，建基面岩体爆破裂隙较小，岩面较平整。

复合反射聚能与缓冲消能装置20的长度等于反射聚能缓冲垫层25的高度（8cm）、刚垫层23的厚度（2cm）与缓冲消能垫层的高度（20cm）之和，为30cm。

实施例2

复合反射聚能与缓冲消能装置20，包括从下至上依次布设的缓冲消能垫层、刚垫层23、反射聚能缓冲垫层25和聚能射流器38；所述缓冲消能垫层包括圆柱形钢外壳21和充填在钢外壳21内的低密度缓冲消能芯22；缓冲消能垫层的上方固定连接有刚垫层23，所述刚垫层23为圆形板；刚垫层23的上方螺栓连接有反射聚能缓冲垫层25，反射聚能缓冲垫层25从上至下逐渐扩张呈喇叭状结构；反射聚能缓冲垫层25的外周布设有聚能射流器38，聚能射流器38包括聚能药型罩24和波形调整器27，所述聚能药型罩24为上下贯通的中空的薄壳体，聚能药型罩24呈两端粗、中部逐渐变细的哑铃形，聚能药型罩24内部的上方布设有波形调整器27，所述波形调整器27呈母线为曲线的漏斗状且其中间具有与反射聚能缓冲垫层25上部相配合的、从上至下逐渐扩张的空腔，波形调整器27穿套在反射聚能缓冲垫层25上部的外周表面。

所述缓冲消能垫层的外径与刚垫层23的外径、聚能射流器38底部的外径相等，均为炮孔直径的0.8倍，为7.2cm，所述聚能射流器38底部的内径和反射聚能缓冲垫层25底部的外径相等。

所述缓冲消能垫层高25cm，钢外壳21厚4mm、由钢铁圆管材料制成；低密度缓冲消能芯22的密度为0.9kg/cm³、由炉渣水泥混凝土制成。低密度缓冲消能芯22与钢外壳21的两个端头齐平，且充填密实。钢外壳21顶部与刚垫层23底部由强力胶粘接。

刚垫层23为实心结构、厚1cm。刚垫层23的中心布设有直径10mm的螺栓孔，刚垫层23由铸铁制成。

反射聚能缓冲垫层25的母线与底部的夹角为α角，所述α角为60°，反射聚能缓冲垫层25的高度小于其底部的直径，为6.2cm。反射聚能缓冲垫层25由刚性材料制成，反射聚能缓冲垫层25的底部设置有圆形台阶，其底部中心有一个直径10mm的螺栓孔，通过销钉螺栓31，反射聚能缓冲垫层25和刚垫层23底部的螺栓孔连接。反射聚能缓冲垫层25由铸铁加工制作。

所述聚能药型罩24的高度与反射聚能缓冲垫层25的高度相等，聚能药型罩24的下端套设在反射聚能缓冲垫层25底部圆形台阶的外周，聚能药型罩24的厚度为1.5mm，聚能药型罩24由pvc塑料薄板制成；所述波形调整器27内布设有3个传爆线穿孔30，波形调整器27顶部的直径和聚能药型罩24上部的内径相同，且其顶部与聚能药型罩24齐平，其材质为尼龙。所述反射聚能缓冲垫层25和聚能射流器38之间装填有聚能炸药26，所述聚能炸药26为工业粉状硝铵炸药，聚能炸药26中均匀布设有聚能炸药起爆体28，所述聚能炸药起爆体28包括4枚毫秒雷管、与雷管连接的2根环状导爆索39和传爆线29，所述传爆线为毫秒雷管中的塑料导爆管，其一端连接聚能炸药起爆体28的毫秒雷管、另一端引至炮孔外连接至主起爆网路。该装置的爆破效果较好，建基面岩体爆破裂隙较小，岩面较平整。

复合反射聚能与缓冲消能装置20的长度等于反射聚能缓冲垫层25的高度（6.2cm）、刚垫层23的厚度（1cm）与缓冲消能垫层的高度（25cm）之和，为32.2cm。

实施例3

复合反射聚能与缓冲消能装置20，与实施例1的不同之处在于，所述缓冲消能垫层的外径与刚垫层23的外径、聚能射流器38底部的外径相等，均为炮孔直径的8/9倍，为8cm；所述缓冲消能垫层高20cm；刚垫层23厚1.5cm；反射聚能缓冲垫层25的母线与底部的夹角为α角，所述α角为62°，反射聚能缓冲垫层25的高度为7.5cm。复合反射聚能与缓冲消能装置20的长度等于反射聚能缓冲垫层25的高度（7.5cm）、刚垫层23的厚度（1.5cm）与缓冲消能垫层的高度（20cm）之和，为29cm。其他均与实施例1相同。该装置的爆破效果较好，建基面岩体爆破裂隙较小，岩面较平整。

实施例4 基于实施例3的复合反射聚能与缓冲消能装置的爆破施工方法

包括以下步骤：

步骤1：按爆破设计在爆炸开挖区4岩体中钻设相同孔径的成排垂直炮孔，炮孔各排间距允许误差±5cm，孔间距允许误差±5cm，角度误差±0.5°度，所述炮孔直径为9cm。预裂孔14位于主爆孔5的两侧，靠近自由面17的主爆孔形成第一排主爆孔15，远离自由面17的主爆孔形成最后排主爆孔13。

步骤2：根据钻孔直径确定复合反射聚能与缓冲消能垫层装置20的直径和长度，取复合反射聚能与缓冲消能装置20的直径为炮孔直径的8/9倍，为8cm。反射聚能缓冲垫层25的高度为7.5cm，刚垫层23厚度为1.5cm，缓冲消能垫层的高度为20cm。则复合反射聚能与缓冲消能装置20总长度为29cm。爆区各炮孔的复合反射聚能与缓冲消能装置20的尺寸均相同。

根据复合反射聚能与缓冲消能装置20的长度确定钻孔超深，本实施例取钻孔超深为复合反射聚能与缓冲消能装置20总长度（29cm）和保护层开挖允许超欠挖值（欠0cm、超10cm）之和，即钻孔超深为39cm。

步骤3：炮孔底部的找平层：爆破前先对炮孔进行孔深度的检查并编号记录，超深的炮孔回填钻孔的岩粉或砂子并捣实进行找平，按孔深允许误差±2cm进行孔深找平，直达到设计高程；未达到深度炮孔重新补钻钻至设计高程。

步骤4：将聚能药型罩24、聚能炸药26、聚能炸药起爆体28、传爆线29和波形调节器27组装制作成聚能射流器38，然后将聚能射流器38、反射聚能缓冲垫层25、刚垫层23、缓冲消能垫层组装制作成复合反射聚能与缓冲消能装置20。

步骤5：用尼龙绳索穿入复合反射聚能与缓冲装置20上的穿绳孔16，穿入时先将绳索的一头穿入穿绳孔16，然后拉住绳头把绳子拉长至合适的长度，与绳子的另一头形成双绳，然后提起绳索拉住复合反射聚能与缓冲装置20，将其投放进炮孔内，并使其底面充分与孔底岩石面或找平层接触，并检查记录。

步骤6：按爆破设计的装药量和装药长度装填主装炸药19和主装炸药的起爆体，主装炸药19采用成卷的硝铵炸药，主装炸药19的直径比炮孔直径小1cm。按爆破起爆网络设计，各孔主装炸药19均装入相对应段号的毫秒延期雷管，起爆雷管应插入主装炸药19中。

步骤7：装药完毕，按爆破设计的堵塞长度进行炮孔堵塞，堵塞材料用钻孔的岩粉，堵塞时捣实堵塞段18。

步骤8：炸药装填完毕，按爆破起爆网络设计进行网络连接。然后起爆。

复合反射聚能与缓冲装置20作用原理：

当聚能起爆体28中的雷管引爆均匀布置在聚能炸药26中的环状导爆索39后，进而引起聚能炸药26整体爆炸，使较低爆速的普通工业炸药能产生和导爆索39同样高的爆炸冲击波速度，形成高速、高压、高温的爆炸冲击波，聚能炸药26装在聚能药型罩24内，由于聚能药型罩24为薄壳体，呈两端粗、中部逐渐变细的哑铃形，其弧形环槽两侧受力不均，爆炸冲击波沿环槽弧形表面的法线方向，向内透射冲击，向弧形最凹点法线方向汇聚聚能，形成一股偏向对称面环向高速运动聚能射流，所产生的环向聚能冲击射流32以很高的能量、密度极大的强度穿透环向四周炮孔岩体，使岩体产生形成较长的环形水平裂缝裂隙，进而爆炸产生的高压、高温气体进入裂缝裂隙形成气楔，促使裂缝裂隙扩展、延伸，进而将在建基面保留岩石上形成水平劈裂缝面，使建基面的保留岩石平盘平整，增强爆破效果，同时由于聚能射流器38的聚能炸药26装药量较小，所产生的竖向能量密度也较小，并经过三重垫层对能量的消减吸收作用，使其对炮孔底部岩石竖向损坏作用也较小。

另一方面，当聚能炸药26爆炸后，聚能药型罩24、波形调整器27均被击粉殆尽，反射聚能缓冲垫层25因其结构刚度大而免遭破坏，当炮孔内的主装炸药19被聚能炸药26爆炸后也被引爆，聚能炸药爆炸冲击波及炮孔主装炸药爆炸冲击波33一部分向下传播到反射聚能缓冲垫层25的母线的表面，一部分冲击波产生反射，沿母线表面法线向中段部位集中并反射聚能，经过多次反复的反射聚能，冲击诱导沿水平方向的孔壁岩石形成更多的裂缝裂隙和破碎，扩大水平方向的破裂线长度，达到底面岩石开挖平整的作用，增强爆破效果。与此同时，爆炸高温、高压气体压入岩石裂缝裂隙形成气楔，将岩石裂缝、裂隙进一步扩张扩展，扩大岩石的破碎范围和长度，使岩石更加的破碎，进一步增强爆破效果。

聚能炸药26及聚能炸药起爆体28作为炮孔主装炸药的起爆体，可以用来引爆炮孔内的主装炸药19。

对于单个炮孔，由于冲击波的反射聚能、叠加及爆炸高压气体的作用，使能量聚集于水平法线方向，扩大水平方向的破裂线长度，达到底面岩石开挖平整的作用。

对于成排炮孔，由于冲击波的反射聚能及爆炸高压气体的作用，相邻炮孔之间相互作用时，将增加炮孔孔底水平方向的聚能效果，炮孔之间可以很快形成贯通缝隙，减少凸凹起伏不平，达到底面岩石开挖平整的作用。

另一方面，在竖直方向，在炮孔炸药爆炸破碎炮孔径向岩石的同时，一部分爆炸冲击波和高压气体也沿炮孔竖向向炮孔底部传播冲击，依次通过反射聚能缓冲垫层25、刚垫层23、缓冲消能垫层和炮孔底部岩石。由于聚能射流器38内的聚能炸药26装药量较小，所产生的竖向能量密度也较小，并经过三层垫层对爆炸能量的消减吸收作用，使其对炮孔底部岩石竖向损坏作用也较小。

反射聚能缓冲垫层25的母线具有对爆炸冲击波的反射和聚能作用，可以延长爆炸冲击波、爆炸高压气体对开挖岩体进行多次反复的冲击破碎作用，使开挖岩体得到进一步的破碎，增强爆破效果。同时刚性高强度结构可以起到一定的阻挡和反射削减冲击波和爆炸高压气体的能量，减轻了对孔底建基面保留岩石的竖向损伤作用，对孔底岩石能够起到一定的保护作用。

当冲击波和高压气体向下继续传播冲击时，由于反射聚能缓冲垫层25对爆炸能量吸收削减，由高强度刚性材料构成的刚垫层23，进一步地隔离、削减、吸收和阻挡冲击波和爆炸高压气体的能量，减轻对孔底岩石的损伤。同时，由于反射聚能缓冲垫层25阻挡、吸收、削减了一部分的冲击波和爆炸高压气体的能量，使刚垫层23延长了被压垮击毁的时间，进而延长爆炸高压气体对需开挖岩体的破碎作用时间，使需开挖岩体得到进一步的破碎，增强爆破效果。

当从反射聚能缓冲垫层25和刚垫层23传来的被削减的冲击波和爆炸高压气体的能量，在经过缓冲消能垫层时被进一步的吸收削减和阻隔，进一步的减轻了对炮孔底部的作用。在经过缓冲消能垫层的低密度消能芯22被压缩破碎，加之前面的反射聚能垫层25和刚垫层23被压垮破碎，将使爆炸冲击波在不同的材料介质边界多次的反射、折射和聚能，进一步消耗孔底垂直方向传播的爆炸能量，减弱了对孔底岩石的损伤，起到了保护孔底岩石的作用。

缓冲消能垫层中钢外壳21起到了骨架支撑作用，在爆炸初期，承受了上部刚垫层23和反射聚能缓冲垫层25传来的冲击波和爆炸高压气体的初始冲击和压力，而暂缓不发生坍塌，保证了刚垫层23和反射聚能缓冲垫层25在击毁前的初始位置不发生大的变化，即不向孔底方向发生大的移动，保证爆炸高压气体的气楔在岩石爆炸形成的裂隙中进一步的延长作用时间，使岩体裂隙进一步得扩展破碎，增强爆破效果。同时高强度的钢外壳21也可以阻挡、减弱进入低密度材料的消能芯22中的冲击波和高压气体向侧面岩石冲击扩散，减少对缓冲消能垫层侧面四周岩石的损坏，起到了保护岩石的作用。

钢外壳21内部充填了低密度缓冲消能芯22，当冲击波从高密度的反射聚能缓冲垫层25和刚垫层23中向下竖直传播至缓冲消能垫层中的低密度缓冲消能芯22时，低密度缓冲消能芯22由于波阻抗小，起到了吸收、减弱冲击波大量能量的作用，降低了冲击波对孔底岩石损坏，起到了保护孔底岩石的作用。同时，当缓冲消能垫层被击毁压缩后，孔底空间变大，能使爆炸高压气体降低，可以降低对孔底岩石的损毁破坏，起到了保护孔底岩石的作用。

实施例5 应用实施例

某水利工程采用“复合反射聚能与缓冲消能装置20”对小台阶建基面岩石底板进行无保护层挤压爆破一次成型开挖，岩石为安山玢岩，抗压强度86MP，台阶高度H=5.7m，钻孔孔径D=90mm；复合反射聚能与缓冲消能垫层装置20直径80mm，长度290mm；钻孔超深为390mm，实际钻孔总深度L=6.09m；钻孔角度为垂直孔，实际松散系数k= V₁/V₂=1.22，挤压爆破底盘抵抗线W_底=0.5W=1.5m, 主爆孔炸药单耗值q=0.49 kg/m³，排距2.1m，孔距2.2m，主爆孔排数Np=6排（爆区长12m）；每排孔数Nk=4孔/排 ；堵塞长度为2.3m，单孔装药量Q=13.7kg。起爆网路采用毫秒微差起爆。经多次爆破开挖后清底察看，建基面底板9基本平整，较少有欠挖现象，大面积区域达到设计高程，少有超挖现象，底板炮孔处基本看不到大的爆破裂隙存在，建基面底板9保留岩体结果完整，无有大的损坏。爆渣无大块石出现，岩石块径均匀，适合挖运。从爆破开挖实际应用来看，采用“复合反射聚能与缓冲消能装置20”对建基面岩石底板进行无保护层小台阶一次爆破成型开挖，能够减少底部岩石凸凹不平减少起伏差，形成底板的平盘，能够加强岩石的破碎程度，增强爆破效果，形成形成建基面底板9基本平整，达到设计高程的要求，并起到了缓冲消能作用，降低对孔底岩石的损伤破坏，起到了保护孔底岩石的作用。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理及工艺条件所做的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (9)

1.复合反射聚能与缓冲消能装置（20），其特征在于，包括从下至上依次布设的缓冲消能垫层、刚垫层（23）、反射聚能缓冲垫层（25）和聚能射流器（38）；所述缓冲消能垫层包括圆柱形钢外壳（21）和充填在钢外壳内的低密度缓冲消能芯（22）；缓冲消能垫层的上方固定连接有刚垫层（23），所述刚垫层（23）为圆形板；刚垫层（23）的上方螺栓连接有反射聚能缓冲垫层（25），反射聚能缓冲垫层（25）从上至下逐渐扩张呈喇叭状结构；反射聚能缓冲垫层（25）的外周布设有聚能射流器（38），所述反射聚能缓冲垫层（25）和聚能射流器（38）之间装填有聚能炸药（26），所述聚能炸药（26）中均匀布设有聚能炸药起爆体（28），所述聚能炸药起爆体（28）的一端引至炮孔外连接至主起爆网路；聚能射流器（38）包括聚能药型罩（24）和波形调整器（27），所述聚能药型罩（24）为薄壳体，聚能药型罩（24）呈两端粗、中部逐渐变细的哑铃形，聚能药型罩（24）内部的上方布设有波形调整器（27），所述波形调整器（27）呈母线为曲线的漏斗状且穿套在反射聚能缓冲垫层（25）上部的外周表面。

2.根据权利要求1所述的复合反射聚能与缓冲消能装置（20），其特征在于，所述缓冲消能垫层的外径与刚垫层（23）的外径、聚能射流器（38）底部的外径相等，均为炮孔直径的0.8～0.9倍，所述聚能射流器（38）底部的内径和反射聚能缓冲垫层（25）底部的外径相等。

3.根据权利要求1所述的复合反射聚能与缓冲消能装置（20），其特征在于，所述缓冲消能垫层高20～30cm，钢外壳（21）厚2～4mm；低密度缓冲消能芯（22）的密度为0.6～0.9kg/cm³。

4.根据权利要求1所述的复合反射聚能与缓冲消能装置（20），其特征在于，所述刚垫层（23）为实心结构、厚度为1～2cm。

5.根据权利要求1所述的复合反射聚能与缓冲消能装置（20），其特征在于，所述反射聚能缓冲垫层（25）的母线与底部的夹角为α角，所述α角为60°～70°。

6.基于权利要求1所述复合反射聚能与缓冲消能装置（20）的爆破施工方法，其特征在于，包括以下步骤：首先按爆破设计在开挖区岩体中钻设相同孔径的成排群孔的垂直炮孔，再将炮孔底部的找平层进行找平，然后在炮孔内由下至上叠放复合反射聚能与缓冲消能装置（20）、主装炸药（19）、主装炸药（19）的起爆体和堵塞段（18），最后起爆。

7.根据权利要求6所述的爆破施工方法，其特征在于，钻设炮孔后，根据炮孔直径确定复合反射聚能与缓冲消能装置（20）的直径和长度，爆区各炮孔内的复合反射聚能与缓冲消能装置（20）的尺寸均相同，并根据复合反射聚能与缓冲消能装置（20）的长度确定钻孔超深，所述钻孔超深为复合反射聚能与缓冲消能装置（20）总长度和保护层开挖允许超欠挖值之和。

8.根据权利要求6所述的爆破施工方法，其特征在于，所述找平包括：爆破前先对炮孔进行孔深度的检查并编号记录，超深的炮孔回填钻孔的岩粉或砂子并捣实进行找平层，按孔深允许误差±2cm进行孔深找平，直达到设计高程；未达到深度的炮孔重新补钻钻至设计高程。

9.根据权利要求6所述的爆破施工方法，其特征在于，所述主装炸药（19）采用成卷的硝铵炸药，主装炸药（19）的直径比炮孔直径小1cm以上。