CN110805445B - 一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置及连接方法 - Google Patents

Abstract

一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置及连接方法，包括可扣接聚能罩爆破管、管间连接装置、管顶端居中装置、管末端防滑装置和定向装置；若干个可扣接聚能罩爆破管沿长度方向并排设置，每相邻的两个可扣接聚能罩爆破管之间通过管间连接装置连接形成爆破管；爆破管的一端设置有管顶端居中装置，另一端设置有管末端防滑装置，管末端防滑装置上设置有定向装置；本发明的可扣接线性聚能罩爆破管通过管间连接装置、管顶端居中装置、管末端防滑装置和定向装置的分模块设计，在安装过程中定向、连接和固定更加快速、准确。

Description

一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置及连接方法

技术领域

本发明属于爆破装置技术领域，特别涉及一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置及连接方法。

背景技术

在岩石中进行开挖、切割工程时，使用聚能爆破技术对岩石实现定向预裂、切割，可充分利用炸药能量产生定向裂缝，控制爆破裂缝朝设定方向裂缝扩展，抑制不利方向产生裂缝，降低非设定方向的围岩强度、完整性发生损伤，保护非设定方向围岩稳定，增大预裂炮孔间距，降低预裂炸药单耗等，常规的方法是采用岩石机械切槽、割缝聚能管、密集钻孔聚能管、D型聚能管等，其中第一类是孔壁切聚能槽即岩石机械切槽，见图10，是采用专用的切槽钻具，在岩石孔壁上刻出V型聚能槽，利用聚能槽泄压产生线装聚能射流，此类方法可取得对岩石的定向预裂，但是需要专门的岩石孔壁切槽钻具，钻具磨损消耗大，施工难度大，成本高，切槽时间长，阻碍了该方法的推广。

第二类是采用割缝聚能管见图11、密集钻孔聚能管见图12、D型聚能管见图13等人造聚能装置，与炸药共同形成具有聚能效应的药包，其中割缝聚能管和密集钻孔聚能管主要通过在管壁上沿直径对称割出2mm～4mm宽缝隙或直径3mm的圆形聚能孔，炸药爆炸时的爆轰物首先沿着缝隙或聚能孔发生泄出，进而形成射流，冲击岩石孔壁形成初始定向裂缝，然后爆生气体产生气楔作用进一步挤压初始定向裂缝两侧岩体，产生张拉作用使得初始裂缝沿尖端扩展，形成定向预裂缝。割缝聚能管和密集钻孔聚能管设计采用管壁厚度形成的空气槽或空气孔达到聚能效果，聚能效果依赖于管壁厚度，管壁厚度小则聚能效果较差，目前的做法均采用市场标准规格、管厚2.0mm、内径36mm，外径40mm的PVC管、ABS管、PPR热塑管等，然后在管壁上加工割缝和密集钻孔，用量大时则加工费时、费事，且由于煤矿井下限制炸药规格为35mm，炸药制造时无法达到精确直径，装药时引线布置在管内占用管内空间等因素影响，导致实际装药很困难，装药费时费力。D型聚能管是用一种抗静电阻燃的PVC材料管，截面成“D”型，故称D型聚能管，其长轴30mm，短轴24mm，聚能管槽内角距离18mm，聚能管外角度60°，外径30mm，最大线装药密度450g/m。D型聚能管分为上下两片，可以滑动扣接，需要把每根乳化炸药外皮切掉，倒入药枪筒内，然后利用带气压的药枪往管内打入乳化炸药，现场操作时，速度慢，工人效率低，使用时改变炸药形状存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置及连接方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置，包括可扣接聚能罩爆破管、管间连接装置、管顶端居中装置、管末端防滑装置和定向装置；若干个可扣接聚能罩爆破管沿长度方向并排设置，每相邻的两个可扣接聚能罩爆破管之间通过管间连接装置连接形成爆破管；爆破管的一端设置有管顶端居中装置，另一端设置有管末端防滑装置，管末端防滑装置上设置有定向装置；

可扣接聚能罩爆破管包括母扣半圆管、公扣半圆管和V型槽结构；公扣半圆管的两个相对的边缘均固定连接有V型槽结构，两个V型槽结构的槽底部相对设置；V型槽结构上远离公扣半圆管的一端沿V型槽结构边缘设置有公扣；母扣半圆管的两个相对的边缘均固定设置有母扣；母扣半圆管和公扣半圆管对扣设置形成可扣接聚能罩爆破管，且公扣和母扣相连接；可扣接聚能罩爆破管管内直接装填炸药；母扣半圆管和公扣半圆管对扣时，两者之间留有用于调节管径和聚能射流泄出的缝隙。

进一步的，母扣半圆管和公扣半圆管均为含PVC配料的防静电、高强材质管，V型槽结构的V型夹角度数为六十度。

进一步的，管间连接装置包括楔形变径管和中间环；楔形变径管的两端管径小于中间管径，且楔形变径管的截面形状与可扣接聚能罩爆破管内管形状相匹配，楔形变径管的两端均能够插进可扣接聚能罩爆破管；楔形变径管中部套设有中间环，中间环的管径和可扣接聚能罩爆破管管径相同。

进一步的，管顶端居中装置包括锥形头、卡爪和楔形变径管；楔形变径管的截面形状与可扣接聚能罩爆破管内管形状相匹配，楔形变径管上套设有卡爪，楔形变径管的一端部套设有锥形头，楔形变径管的另一端插在爆破管内。

进一步的，管末端防滑装置包括楔形变径管和末端防滑卡爪；楔形变径管的截面形状与可扣接聚能罩爆破管内管形状相匹配，楔形变径管的一端部套设末端防滑卡爪，楔形变径管的另一端插在爆破管内；末端防滑卡爪上开设有末端定向卡槽。

进一步的，定向装置包括手柄、定向槽和定位卡板；手柄上沿长度方向对称设置有两个定向槽，手柄的一端设置有定位卡板，定位卡板能够插进末端定向卡槽内。

进一步的，一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置的连接方法，包括以下步骤：

步骤1，把炸药依次滑入带公扣的公扣半圆管，然后将带母扣的母扣半圆管与公扣扣接，并沿管长度方向滑入，形成可扣接聚能罩爆破管，同理，完成多根可扣接聚能罩爆破管的组装；

步骤2，将管顶端居中装置插入第一根可扣接聚能罩爆破管端部，检查并确定紧固后将带有管顶端居中装置的可扣接聚能罩爆破管装入炮孔内并调整好朝向；

步骤3，将管间连接装置一端插入第一根可扣接聚能罩爆破管内，另一端插入下一根可扣接聚能罩爆破管，以同样的方式套在管间连接装置上，并检查两个管间连接装置的方向是否一致，最后，将两根可扣接聚能罩爆破管向炮孔内推送，并开始安装下一个管间连接装置，依次类推，直至安装完成设计数量的可扣接聚能罩爆破管至炮孔内；

步骤4，最后一根可扣接聚能罩爆破管开始安装后，首先将管末端防滑装置插入最后一根可扣接聚能罩爆破管尾部，检查并确定紧固后送入炮孔内至外露5cm；

步骤5，最后一根可扣接聚能罩爆破管推送至炮孔内至外露5cm时，定向装置上的卡板插入末端防滑装置上的末端定向卡槽内，通过旋转末端防滑装置上的末端定向卡槽，带动整个管体旋转，确保可扣接聚能罩爆破管朝向设定方向，最后取出定向装置，安装孔口封泥。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明的可扣接线性聚能罩爆破管通过母扣内直接滑入装填炸药后扣接公扣成聚能炸药包，利于直接、快速装填炸药。

本发明的母扣内置“个”字头、60°夹角的线性聚能罩，保证薄管壁聚能效果，防止聚能效果依赖管壁厚度。

本发明的母扣和公扣扣接之间的缝隙，可调节管内径适应装填炸药直径大小差异，同时可起到爆轰物射流泄出直击炮孔岩壁，利于聚能效应形成。

本发明的可扣接线性聚能罩爆破管通过管间连接装置、管顶端居中装置、管末端防滑装置和定向装置的分模块设计，在安装过程中定向、连接和固定更加快速、准确。

本发明的管顶端居中装置在聚能管安装过程中起导向和居中作用，从而保证聚能管顺利装入炮孔并保证聚能管顶端居于炮孔中部位置，利于炸药均匀作用于炮孔壁。

本发明的管间连接装置在聚能管安装过程中起连接作用，将多个聚能管连接起来并保证聚能罩方向一致。

本发明的管末端防滑装置在多个聚能管连接后装入炮孔内通过管末端的防滑装置起固定作用，从而保证聚能管顺利推送至炮孔底并且防止聚能管从炮孔中向下滑落。

本发明的定向装置在聚能管安装过程中聚能罩按照设定方向安装，从而保证爆破切缝预裂方向与聚能管上的聚能罩方向一致。

附图说明

图1为本发明可扣接聚能罩爆破管结构图；

图2为本发明可扣接聚能罩爆破管俯视图；

图3为本发明可扣接聚能罩爆破管侧视图；

图4为本发明可扣接聚能罩爆破管公扣半圆管结构图；

图5为本发明可扣接聚能罩爆破管填充炸药示意图；

图6为本发明管顶端居中装置结构图；

图7为本发明管间连接装置结构图；

图8为本发明管末端防滑装置结构图；

图9为本发明定向装置结构图。

图10为背景技术孔壁切槽聚能爆破方式附图；

图11为背景技术割缝聚能管附图；

图12为背景技术密集钻孔聚能管附图；

图13为背景技术D型聚能管附图。

1、母扣半圆管；2、公扣半圆管；3、缝隙；4、母扣；5、公扣；6、V型槽结构；7、炸药；9、楔形变径管；10、卡爪；11、锥形头；12、末端防滑卡爪；13、末端定向卡槽；14、定位卡板；15、手柄；16、定向槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

请参阅图1至图9，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该线性聚能张拉爆破管装置，包括一个可扣接聚能罩爆破管、管间连接装置、管顶端居中装置、管末端防滑装置，爆破管和相应装置均采用专门配置的PVC材料，具有硬质、阻燃、抗静电、抗压强度不小于1.6MPa等符合聚能爆破要求的特性，该聚能管装置设置有带母扣的半圆管、带公扣及喇叭口倒V型开缝线性聚能罩半圆管、管间楔形连接件、管顶端带卡爪居中装置、管末端带卡爪防滑装置。

(1)可扣接线性聚能罩爆破管

①结构

为了不需改装炸药，便于常规炸药直接装填，安装快速，聚能效果不依赖于管壁厚度即可实现聚能爆破效果，本发明设计了一种新型煤矿用炸药装填式扣接双向线性聚罩能张拉爆破管装置。

该装置由带母扣的半圆管和带公扣的开缝线性聚能罩半圆管组成，其中有带母扣的半圆管采用专门配置的PVC材料和专用模具制造，管壁厚1.5mm，母扣部分壁厚1.0mm，半圆管内径37mm，外径40mm；带公扣及喇叭口倒V型开缝线性聚能罩半圆管采用专用配置的PVC材料和专用模具制造，管壁厚1.5mm，公扣部分壁厚1.0mm，半圆管内径37mm，外径40mm，倒V型腔槽深5mm，V型夹角采用最佳聚能效果夹角60°，倒V型线性聚能罩采用喇叭口，可增大V型口腔口空间，V型罩面呈弧度与炸药受挤压的弧度楔合，最大程度利用管内空间，同时将公扣置于喇叭口脚部，可减少对V型腔内空间的占用，利于聚能射流形成。

②操作方法

爆破前首先组装聚能药管，即将带母扣的半圆管和带公扣的开缝线性聚能罩半圆管拆开，把炸药依次滑入带公扣的开缝线性聚能罩半圆管，然后将带母扣的半圆管母扣端部和聚能罩半圆管公扣端部扣接，并沿管长方向滑入形成一根聚能药管。依次，完成多根聚能药管安装。

(2)管顶端居中装置

①结构

管顶端带卡爪居中装置采用与聚能管相同材质，顶端设计成锥体结构，具有导向作用利于管子插入炮孔内，管周围对称钻孔安装直径2mm八字型卡爪，卡爪具有定位居中作用，使顶端管子居于炮孔内中心。

②操作方法

聚能药管开始往炮孔内安装后，首先将管顶端带卡爪居中装置插入第一根聚能药管端头，检查并确定紧固后方可安将带有管顶端带卡爪居中装置的聚能药管装入炮孔内，安装完毕后将第一根聚能管放入炮孔并调整好聚能罩朝向。

(3)管间连接装置

①结构

为了将多个聚能药管连接在一起，并且保证所有聚能药管的线性聚能罩位于同一平面，本发明提供一种聚能药管连接装置。该装置为管间楔形连接件，采用与聚能管相同材质，中间环状部分与聚能管外径相同均为40mm，两侧设计成楔形管状，管前端外径收缩至36mm，便于插入关内，管壁厚1.5mm。

②操作方法

上一根聚能管(设为1号)及管顶端带卡爪居中装置装入炮孔内，将管间连接装置一端分别插入1号聚能管内，另一端插入下一根聚能管(设为2号)以同样的方式套在连接装置上，并检查两个聚能管的聚能罩方向是否一致，最后，将两根聚能管向炮孔内推送直至2号聚能管尾部位于合适位置，并开始安装下一个管间连接装置，将2号聚能管和3号聚能管连接，然后再推送3号聚能管，依次类推，直至安装完成设计数量聚能管至炮孔内。

(4)管末端防滑装置

①结构

管末端带卡爪防滑装置采用一端楔形管结构，管前端外径收缩至36mm，便于插入关内，管壁厚1.5mm，一端与爆破管内径、外径、管壁厚相同的结构，并设有2～3层八字形卡爪，卡爪通过管壁钻孔安装在管壁上，八字形卡爪随聚能管插入炮孔内时，依靠外八字型卡爪与炮孔内壁紧贴产生强力摩擦，具有进孔容易出孔难的特点，起到防滑和居中的作用。

②操作方法

最后一根聚能管开始安装后，首先将管末端防滑装置插入最后一根聚能管尾部，检查并确定紧固后方可送入炮孔内至外露5cm。

(4)定向装置及其操作方法

①结构设计

聚能管全部放入炮孔后，从外部难以观察聚能孔朝向，因此本发明提供一种聚能管定向装置，当最后一根聚能管推送至炮孔内至外露5cm时，采用定向装置进行聚能罩朝向精确设定与修正。该装置包括定位卡板、手柄、聚能罩定向凹槽三个部分。管间连接装置、管顶端居中装置、管末端防滑装置均设计有凹槽，与爆破管内喇叭口倒V型聚能罩呈耦合咬合状，定向装置上的卡板插入末端防滑装置上的末端定向卡槽内，通过旋转末端防滑装置上的末端定向卡槽，可带动整个管体旋转，确保聚能管体线性聚能罩朝向设定方向，起到定位控制功能。

②操作方法

最后一根聚能管推送至炮孔内至外露5cm时，定向装置上的卡板插入末端防滑装置上的末端定向卡槽内，通过旋转末端防滑装置上的末端定向卡槽，带动整个管体旋转，确保聚能管体线性聚能罩朝向设定方向，最后取出定向装置，安装孔口封泥。

该聚能管装置具有可直接填入现有常规35mm直径炸药的功能，管内径37mm可保证炸药生产直径误差下顺利快速装入，无须改变现有炸药形状。取消管壁厚度对管壁割缝聚能管和密集钻孔聚能管产生聚能效果的影响，降低管壁厚度，减少管结构材料用量，降低聚能管造价。倒V型聚能罩结构具有60°最佳聚能夹角，槽腔深5mm可充分保证聚能射流形成，喇叭口设计，将扣接部位置于喇叭口脚部既可实现扣接功能，又可最大程度减小扣接部位占用倒V型腔槽空间，保证聚能射流通道。倒V型聚能罩结构设计有空隙缝，可通过孔隙缝调节管内径大小自适应炸药直径大小，有效解决了管内径与炸药直径误差造成的不耦合问题。该聚能管端部采用带卡爪管顶端居中装置可保证管子居于炮孔中心位置，与孔壁形成等距离不耦合装药空间。管间连接装置采用楔形端头可保证管间连接紧密可靠，同时设计有内置凹槽可保证管子聚能方向一致，利于深孔聚能爆破定向。管末端防滑装置，带有卡槽具有旋转管体和调整聚能方位的定向功能，还带有2～3层八字形卡爪具有防滑功能，防止深孔爆破时，聚能管滑出炮孔。

优选实例：

研究在沁新集团沁新煤电公司9105胶带巷进行了应用，迄今为止，采用该聚能管及其定向、固定、连接装置和方法进行聚能管安装取得了较好的应用效果。根据设计方案，9105胶带巷切缝深度为10m，每个炮孔安装5根聚能管；聚能管规格为：长度1.5m，外径42mm，内径38mm；爆破采用煤矿二级乳化炸药，炸药规格为：直径35mm，长度200mm。

根据施工设计流程，具体实施方式如下：

(1)首先采用切缝孔专用钻机钻6～20m深炮孔；

(2)取多根1.5m～3m长聚能管，将每根聚能管中的带母扣的半圆管与带公扣及喇叭口倒V型开缝线性聚能罩半圆管滑动拆开，然后将炸药装入喇叭口倒V型开缝线性聚能罩半圆管内；

(3)装填设计长度炸药后，在装入炸药的聚能管前端或后端插入电雷管，雷管引线置于关内，保持通顺不缠绕；

(4)将带母扣半圆管沿着公扣滑槽滑入，实现母扣半圆管和公扣半圆管拼接成完整聚能管；

(5)将管顶端带卡爪居中装置插入第一根聚能管，送入炮孔内，在将带有顶端卡爪的第一根聚能管送入孔内外露20cm时，采用管间楔形连接件将第一根聚能管尾部和第二根聚能管端部相连接，连接完毕后，将第二根聚能管送入炮孔内，在将第二根聚能管送入孔内外露20m时，采用管间楔形连接件将第二根聚能管尾部和第三根聚能管端部相连接，连接完毕后，将第三根聚能管送入炮孔内，依次类推，安装其余聚能管；

(6)直至送入最后一根聚能管至外露20cm时，将管末端带卡爪防滑装置插入最后一根聚能管尾部，然后采用定向杆插入末端带卡爪防滑装置下段的卡槽，旋转聚能方向至设计方向，然后将聚能管全部送入孔内，直至顶端送至孔底为止；

(7)采用炮棍塞入黄土炮泥，并捣实；

(8)连接引线，起爆；

(9)完成安装及爆破施工作业。

根据现场聚能管安装情况及最终爆破效果，原来未使用扣接双线性聚能罩爆破管及其连接、定向装置时，平均每组工作人员每班完成3个炮孔的安装及放炮任务，爆破后裂缝与设定方向误差较大。而使用该聚能管及其配套装置进行安装后，平均每组工作人员每班可以完成6个炮孔的安装及放炮任务，安装速度较原来提升50％，而且爆破后的裂缝方向基本与设定方向一致，保证了切缝的准确度，达到了预期的应用效果。

Claims (7)

1.一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置，其特征在于，包括可扣接聚能罩爆破管、管间连接装置、管顶端居中装置、管末端防滑装置和定向装置；若干个可扣接聚能罩爆破管沿长度方向并排设置，每相邻的两个可扣接聚能罩爆破管之间通过管间连接装置连接形成爆破管；爆破管的一端设置有管顶端居中装置，另一端设置有管末端防滑装置，管末端防滑装置上设置有定向装置；

可扣接聚能罩爆破管包括母扣半圆管（1）、公扣半圆管（2）和V型槽结构（6）；公扣半圆管（2）的两个相对的边缘均固定连接有V型槽结构（6），两个V型槽结构（6）的槽底部相对设置；V型槽结构（6）上远离公扣半圆管（2）的一端沿V型槽结构（6）边缘设置有公扣（5）；母扣半圆管（1）的两个相对的边缘均固定设置有母扣（4）；母扣半圆管（1）和公扣半圆管（2）对扣设置形成可扣接聚能罩爆破管，且公扣（5）和母扣（4）相连接；可扣接聚能罩爆破管管内直接装填炸药（7）；母扣半圆管（1）和公扣半圆管（2）对扣时，两者之间留有用于调节管径和聚能导流的缝隙（3）。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置，其特征在于，母扣半圆管（1）和公扣半圆管（2）均为含有PVC的防静电、高强材质管，V型槽结构（6）的V型夹角度数为六十度。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置，其特征在于，管间连接装置包括楔形变径管（9）和中间环；楔形变径管（9）的两端管径小于中间管径，且楔形变径管（9）的截面形状与可扣接聚能罩爆破管内管形状相匹配，楔形变径管（9）的两端均能够插进可扣接聚能罩爆破管；楔形变径管（9）中部套设有中间环，中间环的管径和可扣接聚能罩爆破管管径相同。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置，其特征在于，管顶端居中装置包括锥形头（11）、卡爪（10）和楔形变径管（9）；楔形变径管（9）的截面形状与可扣接聚能罩爆破管内管形状相匹配，楔形变径管（9）上套设有卡爪（10），楔形变径管（9）的一端部套设有锥形头（11），楔形变径管（9）的另一端插在爆破管内。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置，其特征在于，管末端防滑装置包括楔形变径管（9）和末端防滑卡爪（12）；楔形变径管（9）的截面形状与可扣接聚能罩爆破管内管形状相匹配，楔形变径管（9）的一端部套设末端防滑卡爪（12），楔形变径管（9）的另一端插在爆破管内；末端防滑卡爪（12）上开设有末端定向卡槽（13）。

6.根据权利要求5所述的一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置，其特征在于，定向装置包括手柄（15）、定向槽（16）和定位卡板（14）；手柄（15）上沿长度方向对称设置有两个定向槽（16），手柄（15）的一端设置有定位卡板（14），定位卡板（14）能够插进末端定向卡槽（13）内。

7.一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置的连接方法，其特征在于，基于权利要求1至6任意一项所述的一种煤矿用双向线性聚能罩张拉爆破管装置，包括以下步骤：

步骤1，把炸药依次滑入带公扣的公扣半圆管，然后将带母扣的母扣半圆管与公扣扣接，并沿管长度方向滑入，形成可扣接聚能罩爆破管，同理，完成多根可扣接聚能罩爆破管的组装；

步骤2，将管顶端居中装置插入第一根可扣接聚能罩爆破管端部，检查并确定紧固后将带有管顶端居中装置的可扣接聚能罩爆破管装入炮孔内并调整好朝向；

步骤3，将管间连接装置一端插入第一根可扣接聚能罩爆破管内，另一端插入下一根可扣接聚能罩爆破管，并检查两个可扣接聚能罩爆破管的V型槽结构的方向是否一致，最后，将两根可扣接聚能罩爆破管向炮孔内推送，并开始安装下一个管间连接装置，依次类推，直至安装完成设计数量的可扣接聚能罩爆破管至炮孔内；

步骤4，最后一根可扣接聚能罩爆破管开始安装后，首先将管末端防滑装置插入最后一根可扣接聚能罩爆破管尾部，检查并确定紧固后送入炮孔内至外露5cm；

步骤5，最后一根可扣接聚能罩爆破管推送至炮孔内至外露5cm时，定向装置上的卡板插入末端防滑装置上的末端定向卡槽内，通过旋转末端防滑装置上的末端定向卡槽，带动整个管体旋转，确保可扣接聚能罩爆破管朝向设定方向，最后取出定向装置，安装孔口封泥。

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