CN110701968A - 一种边坡预裂爆破装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种边坡预裂爆破装置及其施工方法，包括至少两根聚能管，相邻两根所述聚能管套接连接，所述聚能管的管壁上设置有两个相对布置的聚能穴，聚能穴沿聚能管轴向布置，每个所述聚能管的管壁上固定套设有置中装置。本发明利用聚能管的横截面为弧形结构的聚能穴，可以最大限度地利用爆炸产物的聚能作用，爆破后边坡坡面成型效果好，提高了炸药能量利用率和眼痕率，炮孔内采用不耦合装药，利用置中泡沫保证聚能管的圆心与炮孔圆心重合，从而可以确保相邻炮孔的聚能穴中心连线与坡面平行，爆破后坡面平整度高，半孔率远高于传统预裂爆破，减小了主爆区对边坡保留岩体的震动危害，同时降低了边坡施工成本。

Description

一种边坡预裂爆破装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及边坡预裂爆破技术领域，尤其涉及一种边坡预裂爆破装置及其施工方法。

背景技术

岩体开挖爆破工程中既要保证开挖岩体充分破碎，更要确保被保护岩体的破坏程度最小。边坡的稳定性一直是困扰露天开挖工程的一个重要问题，爆破危害是影响边坡稳定的一个主要原因。我国的许多矿山、道路边坡采用普通预裂(光面)爆破技术，靠帮爆破后，对边坡造成不同程度的损伤，在被保护一侧的岩体侧壁形成许多微裂纹；爆破产生的振动使得先前爆破形成的微裂纹不断发展，随着时间推移，岩体发生松动破裂，造成边坡坍塌，因此急需提出一种新的爆破技术来解决上述问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种边坡预裂爆破装置及其施工方法，利用聚能管的横截面为弧形结构的聚能穴，可以最大限度地利用爆炸产物的聚能作用，炮孔内采用不耦合装药，利用置中泡沫保证聚能管的圆心与炮孔圆心重合，从而可以确保相邻炮孔的聚能穴中心连线与坡面平行。

本发明提出一种边坡预裂爆破装置，包括至少两根聚能管，相邻两根所述聚能管套接连接，所述聚能管的管壁上设置有两个相对布置的聚能穴，聚能穴沿聚能管轴向布置，每个所述聚能管的管壁上固定套设有置中装置。

优选的，所述聚能穴的横截面成弧形，且两个聚能穴的弧形关于聚能管的中心轴对称设置，为了提高爆破效果，聚能穴的夹角选取为50–70度，该聚能穴的圆弧角顶端处炸药的聚能作用点恰好指向炮孔壁与聚能穴中心连线的交点处，而且圆形相比其他形状如三角形、椭圆形的作用面积要大，可以最大限度地利用爆炸产物的聚能作用。

优选的，相邻两根所述聚能管之间连接有套管，所述聚能管的管壁两端分别开设有一组第一套管固定孔，所述套管上开设有与第一套管固定孔相匹配的第二套管固定孔，相邻两个聚能管连接时第一套管固定孔与第二套管固定孔中心线重合并且通过第一螺杆和第一螺母配合连接，利用套管通过第一螺杆与第一螺母配合将多根聚能管相互连接，从而避免多根聚能管在连接的同时出现旋转，同时也提高了多根聚能管在炮孔内的定位精度。

优选的，所述套管上与聚能穴相对应位置设有与聚能穴相适配的凹陷区，由于爆破施工中采用不耦合装药，因此将套管的形状设计成和聚能管的形状相同结构，有利于聚能管在炮孔中的不耦合系数精确控制，从而避免影响聚能穴的聚能作用。

优选的，所述置中装置为置中泡沫，共设置有两个，并且两个置中泡沫均通过粘胶粘贴于聚能管的外壁上，采用置中泡沫可以根据聚能管在炮孔中的不耦合系数精确控制，保证聚能管的圆心与炮孔圆心重合，从而可以确保相邻炮孔的聚能穴中心连线与坡面平行。

优选的，该爆破装置还包括对中装置，所述对中装置包括两个第二螺杆和分别与两个第二螺杆相匹配的第二螺母，所述第二螺杆与第二螺母安装于该爆破装置任一端部的聚能管上的第一套管固定孔内，其中第二螺杆与第二螺母螺纹连接，多根聚能管依次连接安装至炮孔内，为了防止聚能管的聚能穴方向发生偏转，通过对中装置将固定在一起的多根聚能管旋转使聚能穴与边坡面平行。

本发明相较于传统的边坡预裂爆破装置具有如下有益效果：本发明中聚能穴为弧形结构，聚能药包爆炸后聚能气流对孔壁做功，在聚能管聚能穴方向产生较大裂缝，炸药爆炸产生的压缩波、反射波对孔壁裂缝保持持续的压力破坏，爆炸产生的爆生气体持续反复地在炮孔内做功，渗入裂缝中，圆弧角顶端处炸药的聚能作用点恰好指向炮孔壁与聚能穴中心连线的交点处，而且圆形相比其他形状如三角形、椭圆形的作用面积要大，可以最大限度地利用爆炸产物的聚能作用，利用本发明的爆破装置爆破后边坡坡面成型效果好，提高了炸药能量利用率和眼痕率。

本发明还提出一种上述边坡预裂爆破装置的施工方法，步骤如下：

S1、设计爆破孔量并钻凿预裂炮孔；

S2、取若干个聚能管并在各聚能管外壁粘接置中泡沫；

S3、在一聚能管其中一段安装套管，检查并确定紧固，安装炸药和封泥，并将该聚能管放入预裂炮孔中并使得连接有套管一端向外，推送至合适位置后，再取一根聚能管与套管另一端连接，检查并确定紧固，安装炸药和封泥，重复上述动作至所有的聚能管安装完毕；

S4、将所述对中装置中的两个第二螺杆和第二螺母安装于最外端的聚能管的第一套管固定孔内，将该爆破装置整体推送至预裂炮孔孔底，转动对中装置使聚能穴与边坡轮廓面平行；

S5、预裂炮孔孔口封泥，爆破施工。

本发明的边坡预裂爆破装置施工方法具有如下有益效果：本发明的边坡预裂爆破施工中炮孔采用不耦合式装药方式，在聚能管的外壁粘接有置中泡沫，置中泡沫可以根据聚能管在炮孔中的不耦合系数精确控制，保证聚能管的圆心与炮孔圆心重合，从而可以确保相邻炮孔的聚能穴中心连线与坡面平行，而且置中泡沫对炸药能量的释放影响几乎可以忽略不计，爆破后坡面平整度高，半孔率远高于传统预裂爆破，减小了主爆区对边坡岩体的震动危害，同时施工时预裂孔孔距较传统的预裂孔大，装药量少，降低了边坡施工成本。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的一种边坡预裂爆破装置的整体结构示意图；

图2为本发明中边坡预裂爆破装置爆炸图；

图3为本发明中聚能管的主视图；

图4为本发明中聚能管的俯视图；

图5为本发明中聚能管在预裂炮孔内的状态图。

图中：1、聚能管；2、聚能穴；3、第一套管固定孔；4、置中泡沫；5、套管；6、第一螺杆；7、第一螺母；8、第二套管固定孔；9、预裂炮孔。

具体实施方式

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。

实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1-图5，边坡预裂爆破装置，包括至少两根聚能管1，相邻两根聚能管1套接连接，聚能管1的管壁上设置有两个相对布置的聚能穴2，聚能穴2沿聚能管1轴向布置，每个聚能管1的管壁上固定套设有置中泡沫4，炮孔内不耦合式装药，置中泡沫4可以根据聚能管在炮孔中的不耦合系数精确控制，保证聚能管的圆心与炮孔圆心重合，从而可以确保相邻炮孔的聚能穴2中心连线与坡面平行；

本实施例中利用爆炸产物运动的方向与装药表面垂直的规律，将聚能穴2聚能穴2的横截面制作成弧形结构，相比其他形状如三角形、椭圆形的作用面积要大，可以最大限度地利用爆炸产物的聚能作用，且两个聚能穴2的弧形关于聚能管1的中心轴对称设置，为了提高该爆破装置的爆破效果，聚能穴2的夹角范围选取50–70度，经计算聚能穴2的夹角最佳角度为56度，由于聚能管1中的炸药爆炸后产生的聚能产物均沿着聚能穴2表面垂直方向传播，故此时聚能穴2产生的聚能产物均射向炮孔壁与聚能穴2中心线的交点处，而聚能穴2对称设置，聚能产物在孔壁处积聚并沿中心线向前作用，在岩石中形成一条贯通缝，最大限度地利用爆炸产物的聚能作用，当聚能穴2角度大于56度时，聚能产物则会在孔壁外积聚，此时当聚能产物传递至孔壁处时，方向可能会因岩石的阻尼作用发生改变，其射流效果不显著，当聚能穴2角度小于56度，聚能产物提前在孔壁前积聚并向前传播，传播中受到炮孔内空气作用会削弱其聚能作用，因此本发明中将聚能穴2的最佳角度设置为56度；

如图2所示，相邻两根聚能管1之间连接有套管5，聚能管1的管壁两端分别开设有一组第一套管固定孔3，套管5上开设有与第一套管固定孔3相匹配的第二套管固定孔8，相邻两个聚能管2连接时第一套管固定孔3与第二套管固定孔8中心线重合并且通过第一螺杆6和第一螺母7配合连接，采用套管5将两根聚能管1连接，并通过第一螺杆6穿过第一套管固定孔3、第二套管固定孔8和第一螺母7螺纹固定，将多根聚能管1依次连接；

本实施例中的套管5上与聚能穴2相对应位置设有与聚能穴2相适配的凹陷区，套管5也采用抗静电阻燃的PVC材料，由模具注塑加工而成，其横截面与聚能管1横截面相同，并略大于聚能管1横截面，保障其能够将两个聚能管1连接的同时，不影响聚能管1的聚能作用；

进一步的，本实施例中的置中装置为置中泡沫4，共设置有两个，并且两个置中泡沫4均通过粘胶粘贴于聚能管1的外壁上，置中泡沫4采用多孔塑料进行组装，多孔塑料容重很低，不会过多增加聚能管1重量，而且多孔塑料具有良好的韧性和光滑度，在聚能管输送中炮孔壁对其的损坏很小，密度低，相比聚能管1的外壳，置中泡沫4对炸药能量的释放影响几乎可以忽略不计。

本实施例中的该爆破装置还包括对中装置，对中装置包括两个第二螺杆和分别与两个第二螺杆相匹配的第二螺母，第二螺杆与第二螺母安装于该爆破装置任一端部的聚能管1上的第一套管固定孔3内，其中第二螺杆与第二螺母螺纹连接，多个聚能管1连接填入预裂炮孔9内后，在最后一根聚能管1的端部上的两个第一套管固定孔3内分别连接有第二螺杆，人员通过两根吊绳和两个第二螺杆连接吊提，并且转动连接后的多个聚能管1使其聚能穴2和边坡平行。

一种边坡预裂爆破装置的施工方法，步骤如下：

S1、设计爆破孔量并钻凿预裂炮孔9，根据爆破岩石的类型确定爆破孔量，并确定单孔装药量、装药长度、填塞长度和炮孔直径，利用采用Φ90潜孔钻机按爆破设计钻出预裂炮孔9；

S2、取若干个聚能管1并在各聚能管1外壁粘接置中泡沫4，根据炮孔的直径以及聚能管的直径确定置中泡沫4的大小，置中泡沫4预选采用多孔塑料进行组装，组装完成后粘接在聚能管1的外壁；

S3、在一聚能管1其中一段安装套管5，将套管5套设在第一根聚能管1的一端，并通过第一螺杆6插入第一套管固定孔3和第二套管固定孔8通过第一螺母7扭紧，检查并确定紧固后，将药卷与导爆索贴紧后装入聚能管1，使炸药在聚能管1中保持为耦合状态，并用加工好的水泡泥与炸药接触将其密封，将该聚能管1放入预裂炮孔9中并使得连接有套管5一端向外，推送至合适位置后，再取一根聚能管1与套管5另一端连接，检查并确定紧固，安装炸药和封泥，重复上述动作至所有的聚能管1安装完毕；

S4、将对中装置中的两个第二螺杆和第二螺母安装于最外端的聚能管1的第一套管固定孔3内，将该爆破装置整体推送至预裂炮孔9孔底，转动对中装置使聚能穴2与边坡轮廓面平行；

S5、整个爆破装置安装完成后，采用普通黏土炮泥填满整个预裂炮孔9，引线爆破，雷管脚线串联并于母线连接，发出警报撤人后进行爆破，记录爆破后预裂缝的观测以及半孔率的计算，总结爆破参数的合理性指导下一循环爆破工作。

下面举工程实例对本发明进一步说明：浙江省温州市永嘉县绿色动力再生能源有限公司厂区东侧及北侧，由于公司提升改造，进行厂区扩建，需将厂区东侧及北侧部分山体进行开挖清除，该山体为弱风化岩石，根据现场实地考察确定该边坡预裂爆破工程的爆破参数如表所示：

采用本发明的爆破装置的边坡预裂爆破参数

通过多次爆破试验，相同地质条件，采用本发明的爆破装置的预裂爆破预裂缝沿炮孔中心线贯穿，预裂缝宽度为8mm左右，符合正常尺寸标准；边坡开挖后，未出现边坡垮落、溜肩现象，采用本发明的爆破装置的预裂爆破对预留岩体破坏作用小，有利于边坡工程中窄马道的保留。

该工程还记录了爆破后预裂缝的观测以及半孔率的计算，采用本发明的爆破装置的预裂爆破边坡平整度要优于传统预裂边坡，坡面更平顺，可活动碎石较少，从边坡坡面平整度来看，其平整度均小于《GB50201-2012土方与爆破工程施工及验收规范》中规定的15cm限值，符合验收规范要求。

坡面半孔率采用《GB50201-2012土方与爆破工程施工及验收规范》的计算公式：

式中，l0为检验区域残留炮孔长度总和，L0为检验区域预裂炮孔长度总和。

通过计算传统预裂爆破后的边坡半孔率η1＝48％，采用本发明的爆破装置的预裂爆破后的边坡η2＝85％；

边坡平整度和半孔率成果表1

1、通过本发明的爆破装置在永嘉县垃圾焚烧发电厂边坡预裂爆破中的成功试验，在中硬度岩体坡面半孔率达到80％以上，远超规范较破碎岩体50％半孔率的要求。

2、开挖后边坡坡面整体性好，坡面平整度比传统预裂爆破提高一倍，对保留岩体破坏小，减少了后续施工进行的二次修坡工作。

3、采用本发明的爆破装置的预裂孔孔距较大，装药量较少，降低了预裂爆破施工成本，经济效益显著。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种边坡预裂爆破装置，其特征在于：包括至少两根聚能管，相邻两根所述聚能管套接连接，所述聚能管的管壁上设置有两个相对布置的聚能穴，聚能穴沿聚能管轴向布置，每个所述聚能管的管壁上固定套设有置中装置。

2.根据权利要求1所述的一种边坡预裂爆破装置，其特征在于：所述聚能穴的横截面成弧形，且两个聚能穴的弧形关于聚能管的中心轴对称设置。

3.根据权利要求1所述的一种边坡预裂爆破装置，其特征在于：相邻两根所述聚能管之间连接有套管，所述聚能管的管壁两端分别开设有一组第一套管固定孔，所述套管上开设有与第一套管固定孔相匹配的第二套管固定孔，相邻两个聚能管连接时第一套管固定孔与第二套管固定孔中心线重合并且通过第一螺杆和第一螺母配合连接。

4.根据权利要求3所述的一种边坡预裂爆破装置，其特征在于：所述套管上与聚能穴相对应位置设有与聚能穴相适配的凹陷区。

5.根据权利要求1所述的一种边坡预裂爆破装置，其特征在于：所述置中装置为置中泡沫，共设置有两个，并且两个置中泡沫均通过粘胶粘贴于聚能管的外壁上。

6.根据权利要求1所述的一种边坡预裂爆破装置，其特征在于：该爆破装置还包括对中装置，所述对中装置包括两个第二螺杆和分别与两个第二螺杆相匹配的第二螺母，所述第二螺杆与第二螺母安装于该爆破装置任一端部的聚能管上的第一套管固定孔内，其中第二螺杆与第二螺母螺纹连接。

7.一种如权利要求1-6任一所述的边坡预裂爆破装置的施工方法，其特征在于：步骤如下：

S1、设计爆破孔量并钻凿预裂炮孔；

S2、取若干个聚能管并在各聚能管外壁粘接置中泡沫；

S3、在一聚能管其中一段安装套管，检查并确定紧固，安装炸药和封泥，并将该聚能管放入预裂炮孔中并使得连接有套管一端向外，推送至合适位置后，再取一根聚能管与套管另一端连接，检查并确定紧固，安装炸药和封泥，重复上述动作至所有的聚能管安装完毕；

S4、将所述对中装置中的两个第二螺杆和第二螺母安装于最外端的聚能管的第一套管固定孔内，将该爆破装置整体推送至预裂炮孔孔底，转动对中装置使聚能穴与边坡轮廓面平行；

S5、预裂炮孔孔口封泥，爆破施工。

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