CN110260742A - 密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置和方法，传爆装置包括通过螺纹活动联接的上连接端子和下连接端子；上部药管和法兰结构之间设置有第一缓冲垫，下连接端子的外部设置有若干只级联的环形金属膨胀管。本发明的上部装药爆轰转化为下部装药的起爆能，经过长延时后起爆下部装药，通过以上综合隔爆作用，防止上部的药柱爆炸后下部药筒受到冲击、破坏和殉爆，实现了岩石爆破的二次爆破，从而一次爆炸成型满足尺寸参数要求的V形凹坑。
Description
技术领域
本发明属于爆破技术领域，涉及一种密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置和方法，实现坚硬岩石上特殊V形凹坑一次成型。
背景技术
在采矿、建筑及军事应用领域，通常需要在坚硬的岩石上开凿出截面为V形的特种坑体，如图1所示，该V形凹坑为一个上阔下窄，坑体口部d小于深度h、并具有一定倾斜角度要求的V形凹坑，俗称变异式漏斗，挖掘中通常采用爆破的方式进行。图2给出了V形凹坑常规分层爆破的成型方法，首先在岩石的上层钻若干个掏槽孔，包括中心孔和边缘孔，掏槽孔的位置布置如图2下方的孔位示意图。每个孔内安装小当量的炸药，第一层爆炸后进行清渣，然后重复上述步骤再进行第二层的爆破清渣，最后通过多次的爆破作业形成该坑体。该方法存在的问题是钻孔数量很大，作业时间长，炸药的消耗也多，难以满足军事应用场合快速成型的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置和方法，对第一次装药的爆轰波进行有效衰减，并可靠引爆延期药柱二次爆炸，通过二次临空的爆破作业技术，采用小当量炸药一次性在坚硬岩石中开挖出特殊V形凹坑，实现爆坑的快速成型。
本发明的具体技术方案如下：
一种密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置，其特征在于：包括通过螺纹活动联接的上连接端子和下连接端子；
上连接端子为法兰结构，上部药柱单元的上部药管通过螺纹联接在上连接端子的法兰结构上；上部药管和法兰结构之间设置有第一缓冲垫；第一缓冲垫为空心结构，其中心通孔内部设置有第二柔性导爆索；第一缓冲垫的外侧开有环形槽和连通环形槽和中心通孔的直槽，环形槽和直槽内部安装有第一柔性导爆索；所述的第一柔性导爆索与第二柔性导爆索相接触；
下连接端子的上端为套筒，套筒的外部设置有内套管和外套管，内套管和外套管之间设置有若干只级联的环形金属膨胀管，下连接端子的下端为法兰，下部药柱单元的下部药管通过螺纹联接在法兰上；下部药管内设置有下层药柱，下部药管内部的下层药柱和法兰之间设置有第二缓冲垫，第二缓冲垫为空心结构，空心部位内部设置有隔板延期雷管；所述的隔板延期雷管由延期雷管、连接传火管和隔板点火器组成，隔板点火器通过头部的外螺纹拧接在下连接端子中心通孔的外螺纹上，第二柔性导爆索与隔板点火器对接。
上述密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置中，环形金属膨胀管的内圈开有缺口，内套管和套筒上对应缺口的位置设置有直槽，环形金属膨胀管内部安装有第四柔性导爆索，第四柔性导爆索盘绕在环形金属膨胀管的管内及直槽内部，并与第二柔性导爆索相接触。
上述密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置中，环形金属膨胀管的管内填充有炸药。
上述密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置中，环形金属膨胀管的数量为两只。
上述密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置中，所述上部药管尾端的内部设置有第一金属胀形管；第一金属胀形管加工有内螺纹，与上连接端子法兰结构上的外螺纹相联接。
上述密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置中，内套管和外套管均采用硅橡胶制成。
上述密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置中，上层药柱和下层药柱均为TNT炸药。
上述密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置中，所述的下部装药单元包括第二药管和底盖，下层药柱被底盖封堵在第二药管内部；
一种用于密闭空间的分段间隔装药及延时传爆方法，其特征在于，包括以下步骤：
【1】在密闭空间内安放分段间隔装药及延时传爆装置；
【2】上层药柱爆炸，引发第二柔性导爆索起爆；
【3】第二柔性导爆索起爆后，引发第一柔性导爆索起爆，第一金属胀形管胀形，第一缓冲垫和第一金属胀形管综合作用，对首次爆炸波进行缓冲阻隔。
【4】第二柔性导爆索引发级联的环形金属膨胀管内的第四柔性导爆索和爆炸填充物爆炸，内套管、外套管、上连接端子、下连接端子、第二缓冲垫和环形金属膨胀管综合作用对首次爆炸波进行再次缓冲阻隔；
【5】第二柔性导爆索引发隔板延期雷管，数百毫秒后，隔板延期雷管引发下层药柱起爆。
本项目具有的有益技术效果如下：
1、本发明在上部药柱单元和下部药柱单元之间设置了隔爆管，使得上部药柱单元起爆后延迟一段时间再引爆下部药柱单元，实现将岩石爆破的二次爆破。实施中上部装药爆炸时能够抛掷掉上部的岩石，给下部装药创造出一个自由面，提高下部炸药爆破效果；同时两段式装药结构使得上部装药为下部装药创造出临空面，减少了两种装药爆破的最小抵抗线，用更少的装药达到了V形凹坑的一次快速成型。
2、本发明实施中，上部装药爆轰要转化为下部装药的起爆能，并经过长延时后起爆下部装药，能量控制是该项目的关键问题之一。能量削弱过小，会直接引爆下部装药，能量削弱过大，又不能起爆下部装药，带来拒爆。本发明通过设计隔爆管结构，采用硬隔绝和软削波、逐级降低冲击能量等方法，阻隔上部装药对下部装药的诱爆，并实现了顺利传播。首先采用在连接端子前后两端设有削波的高分子材料聚氨酯，用于降低爆轰波的强度；其次在前端的缓冲垫中加入了内置柔性导爆索的环形槽结构，阻止爆轰能量向下传播；最后在隔爆管中部设置了两级带有爆炸填充物的环形金属膨胀管，在爆轰波作用下膨胀，进一步填塞住炮孔，阻隔爆轰产物向下运动，阻挡爆轰波传播，通过以上综合隔爆作用，防止上部的药柱爆炸后下部药筒受到冲击、破坏和殉爆。
附图说明
图1为理想V形凹坑的结构示意图；
图2为现有技术中V形凹坑的爆破成型步骤示意图；
图3为本发明快速成型爆破装置布设实施原理图；
图4为本发明爆破装置的组成结构示意图；
图5为本发明爆破装置的起爆单元结构示意图；
图6为本发明爆破装置的下部装药单元结构示意图；
图7为本发明爆破装置的隔爆管结构示意图；
图8为本发明图7中A-A剖面结构图；
图9为本发明图7中B-B剖面结构图；
图10为本发明隔板延期雷管的结构示意图；
附图标记为：1—底盖；6—下层药柱；7—下部药管；8—隔板延期雷管；9—环形金属膨胀管；10—外套管；11—上连接端子；12—第一柔性导爆索；13—第一缓冲垫；14—第二柔性导爆索；15—上层药柱；16—上部药管；17—起爆雷管；18—堵头；19—雷管接头；20—封口盖；21—起爆组件；22—上部药柱单元；23—隔爆管；24—下部药柱单元；31—第二缓冲垫；33—法兰；34—套筒；35—内套管；36—下连接端子；41—第一金属胀形管；43—第三柔性导爆索；44—第四柔性导爆索；45—爆炸填充物；51—中心通孔；52—环形槽；53—直槽；54—药芯；55—外皮；61—缺口；81—延期雷管；82—连接传火管；83—隔板点火器；91—雷管引线；92—预制洞；93—爆破装置；94—上部爆坑；95—下部爆坑；96—岩石。
具体实施方式
本发明的目的是在坚硬的岩石上一次性爆破成型得到特殊尺寸的V形凹坑，提高坑体成型的效率，并避免二次充填炸药爆破施工带来的操作危险性，采用的方案是在岩石上钻孔后装入两段式炸药的爆破装置，并控制上部炸药和下部炸药之间的延时，让上部装药为下部装药创造出临空面，减少了两种装药爆破的最小抵抗线，用更少的装药实现了坑体的一次爆破快速成型。
如图3所示，本发明的主要技术路线为：首先采用手持钻机在岩石96中钻垂直方向的炮孔92，接着将本发明集成了上下装药和延时传爆单元的爆破装置93即筒状炸坑器按照设置的高度放入炮孔92内引爆，并通过雷管引线91远距离爆破，使得接近地表的第一层装药破碎岩石、抛掷碎渣，在地表形成倒圆锥形的上部爆坑94，并为下一层装药创造了新临空面。延时起爆的下一层装药在上部爆坑94下方一定距离处再次爆破，形成下部爆坑95，达到一次点火快速爆破形成V形凹坑。
由于在岩石预制炮孔中进行延时爆破，上部装药爆炸时产生的爆轰波，随着坚硬的孔壁向下传播，抵至下部装药时会直接诱爆下部装药，此外为达到最佳效果，需要上部装药爆破后延时数百毫秒，才起爆下部装药，成为本发明面临的技术难题。
传统的爆炸方式中也有上下药柱爆炸中间隔爆的方案。比如在两个爆破装置之间设置隔爆材料进行隔爆，一则这种隔爆材料通常只是起到阻隔冲击波的作用，爆炸中无法精确控制上下装药单元之间的爆炸延迟，达到本发明上层装药为下层装药提供临空面的要求；二则本发明要保证V形凹坑的形状和尺寸，需要事先在坚硬岩石上钻出一个与爆破装置直径略大的炮孔，故整个两级爆破在一个密闭空间的岩石孔洞内进行，爆炸时上层的爆炸冲击波能同时引爆下方炸药而达不到延期起爆的效果。只有克服以上问题，才能最终实现坚硬岩石上V形凹坑的快速成型。
如图4所示，本发明的岩石爆破装置包括自上而下依次设置的起爆组件21、上部药柱单元22、隔爆管23和下部药柱单元24；起爆组件21起爆后，引爆上部药柱单元22对上层岩石第一次爆破，并通过隔爆管23延迟一段时间后引爆下部药柱单元24对下层岩石进行第二次爆破，形成满足尺寸要求的特殊V形凹坑。
如图4和图5所示，上部药柱单元22包括上部药管16和上部药管16内部设置的上层药柱15，上层药柱15被起爆组件21的堵头18封堵在上部药管16内部；上部药管16为PVC材料制成，主要为减轻重量。
起爆组件21包括起爆雷管17、堵头18和封口盖20，爆雷管17用于起爆上层炸药，它与导火索和拉法火帽串联连接(图中未标出)，平时单独存放，以利安全。起爆雷管17通过雷管接头19固定在堵头18上，堵头18为塑料制成，起封堵上层炸药柱并可固定雷管接头作用。起爆组件21最上端设置有封口盖20。封口盖20起密封、防水、防尘和保护作用。雷管接头19确保雷管快速插接到位而又不能拉脱，连接方便快捷。
图6给出了本发明爆破装置的下部药柱单元24结构示意，下部药柱单元24包括下部药管7和内部安装的下层药柱6。下部药管7为冷拉钢制成，一方面防止用于隔爆，另一方面用于抗击上部装药时爆轰而产生对下部装药的冲击。
图7至图10给出了本发明爆破装置隔爆管结构，隔爆管23包括上连接端子11和下连接端子36，连接端子的作用在于连接上部药柱单元22和下部药柱单元24，并起传爆、封堵和支撑等作用。
图7和图8中，上连接端子11为法兰结构，上部药柱单元22的上部药管16通过螺纹联接在上连接端子11的法兰结构上；作为一种优选方式，上部药管16尾端的内部设置有第一金属胀形管41；第一金属胀形管41加工有内螺纹，与上连接端子11法兰结构上的外螺纹相联接。
上部药管16和法兰结构之间设置有第一缓冲垫13。第一缓冲垫13为空心结构，第二柔性导爆索14穿过其中心通孔51；第一缓冲垫13的外侧开有环形槽52和连通环形槽52和中心通孔51的直槽53，环形槽52和直槽53内部安装有第一柔性导爆索12。第一柔性导爆索12的中间部分缠绕在环形槽52内，两端布设在直槽53内。
图8中导爆索包括药芯54和外皮55，第一柔性导爆索12的药芯54和外皮55则与第二柔性导爆索14的外皮可靠接触，确保可靠引爆。第二柔性导爆索14主要起传爆作用，将第一柔性导爆索12以及后面的隔板延期雷管8可靠引爆，且爆炸后将第一金属胀形管41封堵防止其下移。第一金属胀形管41的作用在于连接上部药柱单元22和上连接端子11，其内部装有缓冲垫，可以有效衰减上药柱单元22爆轰能量向下传递。缓冲垫采用聚氨酯制成，能够衰减上部炸药爆轰带来的冲击和破坏，保护下层药剂及其他关联部件的安全，防止金属连接端子受到冲击破坏而失去封堵支撑等作用。
如图7和图9所示，下连接端子36的上端为套筒34，套筒34的外部设置有内套管35和外套管10，内套管35和外套管10均采用硅橡胶制成，内套管35和外套管10之间设置有环形金属膨胀管9。内套管35为空心结构，第二柔性导爆索14穿过其中心通孔，环形金属膨胀管9的内圈开有缺口61，内套管35和套筒34上对应缺口61的位置设置有直槽53，环形金属膨胀管9内部安装有第四柔性导爆索44，第四柔性导爆索44盘绕在环形金属膨胀管9的管内及直槽53内部，并与第二柔性导爆索14可靠接触，确保可靠引爆。此外环形金属膨胀管9的管内还填充有爆炸填充物45，爆炸填充物45的材料为炸药，能够被导爆索44引爆，爆炸时对环形金属膨胀管9产生一个作用力，使之径向胀形，环形金属膨胀管9镶嵌在硅橡胶制成的外套管10内，爆炸后套管的外径膨胀增大与岩孔壁紧密贴合封堵，同时内部的爆炸填充物45发生爆炸后，对上部药柱单元22爆炸后下传的爆轰波起到阻挡作用,防止上部的药柱爆炸后爆轰能量向下传递，造成下部药管受到过渡冲击、破坏、防止殉爆或冲顶。其中爆炸填充物45的目的在于克服传统的导爆索的爆炸威力小、不足以保证环形金属膨胀管9的有效膨胀，确保爆炸有足够的膨胀力，起到阻断上部炸药向下传递所造成的破坏作用。
下连接端子36的下端为法兰33，下部药柱单元24的下部药管7通过螺纹联接在法兰33上；下层药柱6和法兰33之间设置有第二缓冲垫31，第二缓冲垫31为空心结构，空心部位内部设置有隔板延期雷管8；隔板延期雷管8一方面能将导爆索的能量阻隔住，另一方面又能不影响隔板另一端的延期时间和起爆，起承上启下作用。
图10中，隔板延期雷管8由延期雷管81、连接传火管82和隔板点火器83组成，隔板点火器83通过头部的外螺纹拧接在下连接端子36中心通孔的内螺纹上，并与第二柔性导爆索14对接。隔板点火器作用是将爆轰转燃烧，点燃隔板延期雷管8的延期药，实现延时引爆。
实施中，上层药柱15的爆炸冲击后引爆第二柔性导爆索14，第二柔性导爆索14再引爆第一柔性导爆索12、第四柔性导爆索44和隔板点火器83输入端的炸药，再通过连接传火管82药剂引爆延期雷管81，延时设定时间后，将下层药柱6引爆。隔板延期雷管8采用常规的现有技术，延期时间可以产品定制来确保时长精度，本项目中隔板延期雷管8的延期大约500毫秒。
本发明整个爆破装置的组装及起爆方式如下：在使用前，将起爆组件21安装上部药管16上，再将上部药管16与上连接端子11螺纹拧接，最后再将下部药柱单元24的下部药管7与下连接端子36螺纹拧紧，最后封堵炮孔的两端，取出雷管电线，连接起爆电线，电线长度不低于100米，将电线拉至安全位置，连接专用起爆器，在保证起爆现场无人员、设备的情况下，进行起爆。
下面以介绍用于爆破装置的设计方案及V形凹坑一次爆破成型的原理。
(一)V形凹坑要求
如图1所示，V形凹坑为倒锥形结构，坑体深不小于110厘米，底宽50厘米，口径不小于65厘米。基本是一个上阔下窄的圆锥体，也可以称之为变异式爆破漏斗；要求爆破后炸坑内无凹凸和不稳定岩石，同时坑内岩块便于人工清理。
(二)参数设计
整个爆破装置的参数如下：上部装药管采用PVC材料制成，尺寸为上部装药为1.01千克，部件重量小于1.5kg；隔爆管采用膨胀材料制成，尺寸小于重量小于≤1.2kg；下部装药管采用延展性较好的A3钢制成，尺寸小于下部装药为1.2千克，部件重量小于≤2.0kg。上下药管的隔爆延时时间不小于500ms。
(三)V形凹坑一次成型原理
本发明爆破装置的爆炸原理如下：
【1】首先在岩石上采用手持钻机钻直径略大于药管直径的预制洞，然后将组装后的爆破装置放置在孔内；
【2】起爆雷管17点火，引发上层药柱15爆炸，对岩石进行首次爆破；
【3】起爆雷管17引发第二柔性导爆索14起爆或上层药柱15爆炸后引发第二柔性导爆索14起爆；
【4】第二柔性导爆索14起爆后，引发第一柔性导爆索12起爆，第一金属胀形管41胀形，第一缓冲垫13和第一金属胀形管41综合作用，对首次爆炸波进行缓冲阻隔；
【5】第二柔性导爆索14引发级联的环形金属膨胀管9内的第四柔性导爆索44和爆炸填充物45爆炸，内套管35、外套管10、上连接端子11、下连接端子36、第二缓冲垫31和环形金属膨胀管9综合作用下，对首次爆炸波进行再次缓冲阻隔；
【6】第二柔性导爆索14引发隔板延期雷管8，数百毫秒后，隔板延期雷管8引发下层药柱6起爆，对岩石进行二次爆破，形成V形凹坑。
本发明可在坚硬岩石上实施深度大于1.1米的一次爆破成型，也可用于岩石上其他特殊凹坑的爆破成型。
Claims (9)
1.一种密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置，其特征在于：包括通过螺纹活动联接的上连接端子(11)和下连接端子(36)；
上连接端子(11)为法兰结构，上部药柱单元(22)的上部药管(16)通过螺纹联接在上连接端子(11)的法兰结构上；上部药管(16)和法兰结构之间设置有第一缓冲垫(13)；第一缓冲垫(13)为空心结构，其中心通孔(51)内部设置有第二柔性导爆索(14)；第一缓冲垫(13)的外侧开有环形槽(52)和连通环形槽(52)和中心通孔(51)的直槽(53)，环形槽(52)和直槽(53)内部安装有第一柔性导爆索(12)；所述的第一柔性导爆索(12)与第二柔性导爆索(14)相接触；
下连接端子(36)的上端为套筒(34)，套筒(34)的外部设置有内套管(35)和外套管(10)，内套管(35)和外套管(10)之间设置有若干只级联的环形金属膨胀管(9)，下连接端子(36)的下端为法兰(33)，下部药柱单元(24)的下部药管(7)通过螺纹联接在法兰(33)上；下部药管(7)内设置有下层药柱(6)，下部药管(7)内部的下层药柱(6)和法兰(33)之间设置有第二缓冲垫(31)，第二缓冲垫(31)为空心结构，空心部位内部设置有隔板延期雷管(8)；所述的隔板延期雷管(8)由延期雷管(81)、连接传火管(82)和隔板点火器(83)组成，隔板点火器(83)通过头部的外螺纹拧接在下连接端子(36)中心通孔的外螺纹上，第二柔性导爆索(14)与隔板点火器(83)对接。
2.根据权利要求1所述的密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置，其特征在于：环形金属膨胀管(9)的内圈开有缺口(61)，内套管(35)和套筒(34)上对应缺口(61)的位置设置有直槽(53)，环形金属膨胀管(9)内部安装有第四柔性导爆索(44)，第四柔性导爆索(44)盘绕在环形金属膨胀管(9)的管内及直槽(53)内部，并与第二柔性导爆索(14)相接触。
3.根据权利要求2所述的密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置，其特征在于：环形金属膨胀管(9)的管内填充有炸药。
4.根据权利要求2所述的密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置，其特征在于：环形金属膨胀管(9)的数量为两只。
5.根据权利要求1所述的密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置，其特征在于：所述上部药管(16)尾端的内部设置有第一金属胀形管(41)；第一金属胀形管(41)加工有内螺纹，与上连接端子(11)法兰结构上的外螺纹相联接。
6.根据权利要求1所述的密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置，其特征在于：内套管(35)和外套管(10)均采用硅橡胶制成。
7.根据权利要求1所述的密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置，其特征在于：上层药柱(15)和下层药柱(6)均为TNT炸药。
8.根据权利要求1所述的密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置，其特征在于：所述的下部装药单元(24)包括第二药管(7)和底盖(1)，下层药柱(6)被底盖(1)封堵在第二药管(7)内部。
9.利用根据权利要求1-8任意之一所述的密闭空间分段间隔装药爆炸隔爆及延时传爆装置进行隔爆和传爆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
【1】在密闭空间内安放分段间隔装药及延时传爆装置；
【2】上层药柱(15)爆炸，引发第二柔性导爆索(14)起爆；
【3】第二柔性导爆索(14)起爆后，引发第一柔性导爆索(12)起爆，第一金属胀形管(41)胀形，第一缓冲垫(13)和第一金属胀形管(41)综合作用，对首次爆炸波进行缓冲阻隔。
【4】第二柔性导爆索(14)引发级联的环形金属膨胀管(9)内的第四柔性导爆索(44)和爆炸填充物(45)爆炸，内套管(35)、外套管(10)、上连接端子(11)、下连接端子(36)、第二缓冲垫(31)和环形金属膨胀管(9)综合作用对首次爆炸波进行再次缓冲阻隔；
【5】第二柔性导爆索(14)引发隔板延期雷管(8)，数百毫秒后，隔板延期雷管(8)引发下层药柱6起爆。
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