CN109115063A - 一种适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置及方法，包括一个喷头，所述的喷头通过一个刚性管以及连接软管与一个水箱相连，所述的刚性管的外圈设有一部分外螺纹，所述的外螺纹与一个螺旋套筒的内螺纹进行配合，在所述的喷头的半径大于所述的刚性管的半径，两者连接部分通过圆弧面过渡，在所述的喷头与所述的螺旋套筒之间设有一圈分布在刚性管外圈的塑性固定杆；所述的塑性固定杆在螺旋套筒的外力作用下，可向封堵喷头所在的方向移动，直到封堵炮孔和固定喷头。

Description

一种适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置及方法

技术领域

本发明涉及隧道工程中超前地质预报的工作，特别是关于TSP炮孔的充填封堵装置及方法。

背景技术

TSP(Tunnel Seismic Prediction，隧道地震波勘探超前地质预报系统)设备是由瑞士AMBREG公司开发、生产的，是当前国内外最先进的隧道隧洞长期超前地质预报设备，也是当前超前地质预报技术中的最重要手段。在国外，瑞士、英国、法国和日本等发达国家的隧道隧洞施工中，已普遍采用TSP进行超前地质预报工作。中国目前正在进行大规模的基础设施建设，需要修建大量的铁路和公路隧道及水工隧洞，其中相当多的隧道工程需要修建在地质条件极为复杂的岩溶地层中，施工中存在严重的工程地质灾害隐患和风险，做好隧道施工中的超前地质预报工作极为重要。TSP探测技术作为一项长距离的超前探测技术已经在中国的许多隧道工程中得到了应用，为提高隧道施工安全和减少隧道施工地质灾害作出了应有的贡献。

TSP(Tunnel Seismic Prediction)是隧道地震预报的英文缩写，属多波多分量高分辨率地震反射波探测技术。与常规反射波探测技术不同之处，在于该技术是专门为长距离隧道施工地质超前探测而设计。该技术主要是在隧道的左边墙或右边墙上布置一定数量的炮孔，通过小药量激发产生地震(弹性)波，地震波在岩石中以球面波形式传播，地震波遇到岩石界面(波阻抗差异界面，例如裂隙带、断层或岩层变化等)，有一部分信号会发生反射，反射信号将被高灵敏度的三分量加速度地震检波器所接收并记录下来,反射信号的传播时间与反射界面的距离成正比，故而能提供一种直接的测量，根据信号返回的时间和方向，通过专用软件处理，即可以得到岩性变化界面的基本位置。

由于TSP处理的数据来源于对炮孔中炸药爆炸所产生的地震波的接收，所以炮孔中放炮效果如何，直接影响到接收信号的频率高低、能量大小，并影响最终数据采集效果。且爆破操作本身属于特种作业，要考虑到安全性和经济效益，防止人员伤亡和财物损耗。为了实现地震波的产生和准确度，不允许方向控制，要求震源冲击波为球面扩散；因此需要尽量降低炸药与炮孔之间的接触孔隙。

在实际操作中，可通过水管注水封堵炮孔来辅助爆破，但由于现场施工环境复杂，调用水源往往费时费力；有的在现场直接使用水管持续充水，造成水源浪费，且爆炸后易损伤水管；有的单纯使用锚固剂封堵，使炸药与孔壁未完全接触造成爆破效果差，从而影响到地震波的接收，导致测量准确度降低。

因此，需要对炮孔充填封堵装置及方法进行科学地研究。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术条件的缺点和不足，提供一种适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置及方法。

本发明采用下述技术方案：

一种适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置，包括一个喷头，所述的喷头通过一个刚性管以及连接软管与一个水箱相连，所述的刚性管的外圈设有一部分外螺纹，所述的外螺纹与一个螺旋套筒的内螺纹进行配合，在所述的喷头的半径大于所述的刚性管的半径，两者连接部分通过圆弧面过渡，在所述的喷头与所述的螺旋套筒之间设有一圈分布在刚性管外圈的塑性固定杆；所述的塑性固定杆在螺旋套筒的外力作用下，可向封堵喷头所在的方向移动，直到封堵炮孔。

在所述的螺旋套筒相对于所述的刚性管向炮孔所在的方向移动时，螺旋套筒推动所述的塑性固定杆向封堵喷头所在的方向移动，当塑性固定杆移动到喷头与刚性管连接部分时，会沿着圆弧面向上翘起，然后螺旋套筒继续运动，直到塑性固定杆完全密封炮孔。

进一步的，所述的刚性管外圈固定一个橡胶封堵盘，所述的橡胶封堵盘为一个圆弧结构，其内凹面面向封堵喷头所在的方向。

进一步的，在所述刚性管上还设有一个防护钢盘，所述的防护钢盘所在的面与刚性管轴线垂直同时与橡胶封堵盘相切。

在所述的防护钢盘上的外圈设有多个螺孔，每个螺孔内安装有一个螺旋封堵杆，通过旋转螺旋封堵杆对橡胶封堵盘施加一定的力，最后使橡胶封堵盘紧贴炮孔所在的隧道侧壁。

进一步的，螺旋套筒与塑性固定杆之间设有一个推进盘，推进盘可以直接固定在螺旋套筒、或者塑性固定杆上，也可以活动安装在螺旋套杆。

进一步的，在所述的防护钢盘的内圈也设有多个孔，用于塑性固定杆穿过，起到支撑塑性固定杆的作用。

进一步的，所述的水箱底部固定于三脚底座上，下部有喷水口；水箱顶部设有一个液压水箱封盖，液压水箱封盖德上盖上固定有液压杆件，液压杆件活动端与封盖下活塞相连接，下活塞可以紧密贴合水箱内壁并顺畅滑动实现吸水排水动作，液压杆件的运动受电路控制，可以手动调节控制电路以改变液压杆的压力，下达吸排水命令。

进一步的，所述的喷头内部设置有滤网和单向水流阀。

优选的，所述三角底座结构稳定，质地轻盈，便于携带且能承受水箱满载状态下的压力。

优选的，所述的水箱为规则圆筒状，容量合适，质地轻盈，抗撞击耐腐蚀，能稳定地固定于三角底座上，内径光滑能够与液压水箱封盖下活塞紧密贴合，完美实现吸水排水。

优选的，所述的连接软管长度合适，质地轻盈，防刮耐磨，可以与水箱喷水口和喷头进水端紧密连接。

优选的，所述的喷头质地坚硬不易损坏，口径略小于炮孔直径，与连接软管紧密相连；内部设置有滤网，可以防止炸药爆炸时泥沙倒喷入连接软管；内部设置有单向水流阀，可防止炸药爆炸时压力过大导致封堵管道中的水逆流；外部设置有四根塑性固定杆，可以在螺旋装置作用下与炮孔孔壁紧密挤压，从而固定喷头；外部设置有橡胶封堵盘和防护钢盘，防护钢盘上设置有四根螺旋封堵杆，可以将橡胶封堵盘牢固地抵在炮孔孔口。

本发明的应用方法如下：

A、根据现场实际情况选择合适长度的连接软管，事先在水箱中充满水，连接好仪器；

B、在炮孔中装药，并将炸药推至目标深度；

C、将喷头插入炮孔中，首先旋转螺旋封堵杆使将橡胶封堵盘紧密贴合在炮孔孔口；然后旋转螺旋套筒，螺旋套筒推动所述的塑性固定杆向封堵喷头所在的方向移动，当塑性固定杆移动到喷头与刚性管连接部分时，会沿着圆弧面向上翘起，然后螺旋套筒继续运动，直到塑性固定杆与炮孔孔壁紧密挤压从而固定喷头；

D、通过控制电路控制液压杆压力，推动活塞向下运动将水箱里的水注入炮孔，待炮孔中有水渗出后说明炮孔注水封堵成功，此时关闭控制电路；

E、通过起爆器起爆雷管进行放炮；

F、根据炮孔位置适时调整水箱位置，重复B-E步骤直至炮孔全部放炮完毕。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供一种适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置及方法，解决了隧道在TSP施作过程中调用水源困难，注水不方便的问题；

2.本装置成本低，效果好，易操作；

当螺旋套筒相对于所述的刚性管向炮孔所在的方向移动时，螺旋套筒推动所述的塑性固定杆向封堵喷头所在的方向移动，当塑性固定杆移动到喷头与刚性管连接部分时，会沿着圆弧面向上翘起，然后螺旋套筒继续运动，直到塑性固定杆完全密封炮孔；

3.本发明通过控制电路控制注水，避免了水资源的浪费，节省了人力物力，注水速度显著增快，提升了施工效率；

4.本装置通过设置有防护钢盘和橡胶封堵盘，增加了炮工和相关工作人员在放炮过程中的安全性和注水封堵的效果，具体的，刚性管外圈固定一个橡胶封堵盘和防护钢盘，所述的橡胶封堵盘为一个圆弧结构，其内凹面面向封堵喷头所在的方向；防护钢盘所在的面与刚性管轴线垂直同时与橡胶封堵盘相切。在防护钢盘上的外圈设有多个螺孔，每个螺孔内安装有一个螺旋封堵杆，通过旋转螺旋封堵杆对橡胶封堵盘施加一定的力，最后使橡胶封堵盘紧贴炮孔所在的隧道侧壁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明装置三脚底座正视图。

图2是本发明装置三脚底座俯视图。

图3是本发明装置的水箱的正视图(左侧)和俯视图(右侧)。

图4是本发明装置的液压水箱封盖示意图。

图5是本发明装置的插入态喷头示意图。

图6是本发明装置的固定态喷头示意图。

图7是本发明装置的防护钢盘示意图。

图8是本发明装置各部分连接在一起的整体示意图。

图9是本发明装置喷头插入炮孔注水后的示意图。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。其中：1底座，2三脚支撑腿，3水箱，4水箱喷水口，5液压杆固定端，6液压水箱封盖上盖，7液压杆活动端，8液压水箱封盖下活塞，9防护钢盘，10螺旋封堵杆，11橡胶封堵盘，12塑性固定杆，13滤网，14塑性固定杆滑道，15螺旋套筒，16单向水流阀，17刚性管，18推进盘，19螺孔，20孔，21孔，22插入态喷头，23隧道洞壁，24炮孔，25雷管及炸药，26炮孔孔壁，27固定态喷头。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

如图8所示，一种适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置，由图1、图2所示三角底座，图3所示水箱，图4所示液压水箱封盖，图5、图6所示喷头，图7所示防护钢盘组合而成。

所述的三角底座由底座1，三脚支撑腿2组成。所述的水箱3底部设置有水箱喷水口4。水箱3底部可以固定于底座1上，然后放置于隧道内的地面上。

所述的液压水箱封盖由液压杆固定端5，液压水箱封盖上盖6，液压杆活动端7，液压水箱封盖下活塞8组成。其中液压水箱封盖上盖可以固定于水箱3上部，液压杆固定端5固定于液压水箱封盖上盖6上，液压杆活动端7与液压水箱封盖下活塞8固定连接，可以在液压杆固定端5的作用下进行上下活动，从而带动液压水箱封盖下活塞8在水箱3内部沿着内径进行压缩和扩张活动，进而实现吸水和排水工作。

喷头的固定以及炮孔的密封装置由防护钢盘9，螺旋封堵杆10，橡胶封堵盘11，塑性固定杆12，塑性固定杆滑道14，螺旋套筒15，螺旋套杆17，推进盘18所组成。

防护钢盘9、橡胶封堵盘11和螺旋套筒15装于螺旋套杆17上，所述的螺旋封堵杆10装于防护钢盘9上，所述的塑性固定杆12通过塑性固定杆推进孔20插入到塑性固定杆滑道14中；具体的结构如下：

刚性管的外圈设有一部分外螺纹，所述的外螺纹与一个螺旋套筒15的内螺纹进行配合，在所述的喷头的半径大于所述的刚性管的半径，两者连接部分通过圆弧面过渡，在所述的喷头与所述的螺旋套筒15之间设有一圈分布在刚性管外圈的塑性固定杆12；塑性固定杆12在螺旋套筒15的外力作用下，可向封堵喷头所在的方向移动，直到封堵炮孔，固定喷头。

螺旋套筒15与塑性固定杆12之间设有一个推进盘18，推进盘18可以直接固定在螺旋套筒15、或者塑性固定杆12上，也可以活动安装在螺旋套杆17，在螺旋套筒15移动时，其推动推进盘18移动，进而推动塑性固定杆12移动。

在螺旋套筒相对于所述的刚性管向炮孔所在的方向移动时，螺旋套筒推动所述的塑性固定杆向封堵喷头所在的方向移动，当塑性固定杆移动到喷头与刚性管连接部分时，会沿着圆弧面向上翘起，然后螺旋套筒继续运动，直到塑性固定杆完全密封炮孔。

刚性管外圈固定一个橡胶封堵盘11，所述的橡胶封堵盘11为一个圆弧结构，其内凹面面向封堵喷头所在的方向。

在刚性管上还固定有一个防护钢盘9，所述的防护钢盘9所在的面与刚性管轴线垂直同时与橡胶封堵盘11相切，具体如图6所示；防护钢盘9竖直设置；

具体的，如图7所示，在防护钢盘9上的外圈设有多个螺孔19，每个螺孔内安装有一个螺旋封堵杆10，通过旋转螺旋封堵杆10对橡胶封堵盘11施加一定的力，最后使橡胶封堵盘紧贴炮孔所在的隧道侧壁。

在防护钢盘的内圈也设有多个孔20，用于塑性固定杆穿过，起到支撑塑性固定杆的作用。

在防护钢盘的中心设有一个孔21，该孔用于刚性管的穿过。

所述的喷头包括一个喷头本体，在所述的喷头本体内设有滤网13，滤网13内嵌于喷头22头部，所述的单向水流阀16装于喷头22尾部，通过连接软管一头与喷头22尾部相连接，另一头与水箱喷水口4相连接，可以将水箱3中的水输送到喷头11中，从而对炮孔24进行注水封堵作业。

本发明的应用方法如下：

A、根据现场实际情况选择合适长度的连接软管，事先在水箱3中充满水，连接好仪器；

B、在炮孔24中装雷管及炸药15，并将炸药推至目标深度；

C、将喷头27插入炮孔24中，首先旋转螺旋封堵杆使将橡胶封堵盘紧密贴合在炮孔孔口；然后旋转螺旋套筒，螺旋套筒推动所述的塑性固定杆向封堵喷头所在的方向移动，当塑性固定杆移动到喷头与刚性管连接部分时，会沿着圆弧面向上翘起，然后螺旋套筒继续运动，直到塑性固定杆与炮孔孔壁紧密挤压从而固定喷头；

D、通过控制电路控制液压杆活动端7，推动液压水箱封盖下活塞8向下运动将水箱3里的水通过水箱喷水口4、连接软管和喷头27注入炮孔24，待炮孔24中有水流出后说明炮孔封堵成功，此时关闭控制电路；

E、通过起爆器起爆雷管进行放炮；

F、根据炮孔位置适时调整水箱位置，重复B-E步骤直至炮孔全部放炮完毕。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明提供一种适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置及方法，解决了隧道在TSP施作过程中调用水源困难，注水不方便的问题；

(2)本发明通过控制电路控制注水，避免了水资源的浪费，节省了人力物力，注水速度显著增快，提升了施工效率；

(3)本装置成本低，效果好，易操作。钢盘和橡胶封堵盘，增加了炮工和相关工作人员在放炮过程中的安全性和注水封堵的效果。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置，其特征在于，包括一个喷头，所述的喷头通过一个刚性管以及连接软管与一个水箱相连，所述的刚性管的外圈设有一部分外螺纹，所述的外螺纹与一个螺旋套筒的内螺纹进行配合，在所述的喷头的半径大于所述的刚性管的半径，两者连接部分通过圆弧面过渡，在所述的喷头与所述的螺旋套筒之间设有一圈分布在刚性管外圈的塑性固定杆；所述的塑性固定杆在螺旋套筒的外力作用下，可向封堵喷头所在的方向移动，直到封堵炮孔和固定喷头。

2.如权利要求1所述的适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置，其特征在于，所述的刚性管外圈固定一个橡胶封堵盘，所述的橡胶封堵盘为一个圆弧结构，其内凹面面向封堵喷头所在的方向。

3.如权利要求2所述的适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置，其特征在于，在所述刚性管上还设有一个防护钢盘，所述的防护钢盘所在的面与刚性管轴线垂直同时与橡胶封堵盘相切。

4.如权利要求3所述的适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置，其特征在于，在所述的防护钢盘上的外圈设有多个螺孔，每个螺孔内安装有一个螺旋封堵杆，通过旋转螺旋封堵杆对橡胶封堵盘施加一定的力，最后使橡胶封堵盘紧贴炮孔所在的隧道侧壁。

5.如权利要求3所述的适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置，其特征在于，在所述的防护钢盘的内圈也设有多个孔，用于塑性固定杆穿过，起到支撑塑性固定杆的作用。

6.如权利要求1所述的适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置，其特征在于，所述的水箱底部固定于三脚底座上，下部有喷水口；水箱顶部设有一个液压水箱封盖，液压水箱封盖德上盖上固定有液压杆件，液压杆件活动端与封盖下活塞相连接，下活塞可以紧密贴合水箱内壁并顺畅滑动实现吸水排水动作，液压杆件的运动受电路控制，可手动调节控制电路以改变液压杆的压力，下达吸排水命令。

7.如权利要求1所述的适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置，其特征在于，所述的喷头内部设置有滤网和单向水流阀。

8.如权利要求1所述的适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置，其特征在于，螺旋套筒与塑性固定杆之间设有一个推进盘，推进盘可以直接固定在螺旋套筒、或者塑性固定杆上，也可以活动安装在螺旋套杆。

9.如权利要求1-8任一所述的适用于炮孔充填的便携壶式注水封堵装置的封堵方法，其特征在于，

A、根据现场实际情况选择合适长度的连接软管，事先在水箱中充满水，连接好仪器；

B、在炮孔中装药，并将炸药推至目标深度；

C、将喷头插入炮孔中，首先旋转螺旋封堵杆使将橡胶封堵盘紧密贴合在炮孔孔口；然后旋转螺旋套筒，螺旋套筒推动所述的塑性固定杆向封堵喷头所在的方向移动，当塑性固定杆移动到喷头与刚性管连接部分时，会沿着圆弧面向上翘起，然后螺旋套筒继续运动，直到塑性固定杆与炮孔孔壁紧密挤压从而固定喷头；

D、通过控制电路控制液压杆压力，推动活塞向下运动将水箱里的水注入炮孔，待炮孔中有水渗出后说明炮孔注水封堵成功，此时关闭控制电路；

E、通过起爆器起爆雷管进行放炮；

F、根据炮孔位置适时调整水箱位置，重复B-E步骤直至炮孔全部放炮完毕。