CN110986711B - 弱震爆破装药装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弱震爆破装药装置及其使用方法。该装置包含多节筒状减震管、加筋环与安装杆；其中单节筒状减震管由两个减震片拼接而成，筒状减震管上设有两道对称缺口；减震片由外围的柔性材料和中部的硬质定型材料制成；加筋环等间隔设置在筒状减震管外；安装杆为空心直杆，在安装杆上等距离间隔设有钩状凸块。本发明装置成本低廉、减震效果好，利用柔性材料包裹硬化夹层，爆破过程中起到减震缓冲作用，大幅降低爆破振动强度；同时爆生气体在与筒状减震管结构及其两侧预留缺口处岩体的不同作用，可使缺口部位岩体产生剪切破坏，从而在缺口附近的孔壁上先产生裂纹，在爆生气体作用下，裂纹进一步扩展并与相邻炮孔产生的裂纹贯通形成裂缝。

Description

弱震爆破装药装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及爆破工程技术领域，具体的说是一种弱震爆破装药装置及其使用方法。

背景技术

近年来，我国水电、公路、铁路、矿山等建设工程不断发展，其中岩体开挖工程大部分采用爆破开挖，随之而来的围岩稳定性及对爆破振动对周围环境影响问题日益突出。

爆破开挖引起的震动对周围岩体的稳定性有非常大的影响。岩体很多时候并不是一块整体，其中存在许多节理和裂隙，由各种各样的结构面和结构体组合而成。炸药在岩体中爆炸，引起周围介质扰动，并以波的形式向外传播。在爆破近区传播的是冲击波，中区是应力波，远区是弹性波。因此爆破应力波会造成远区岩体原有裂隙扩展和局部损伤，从而降低保留岩体的强度和稳定性；频繁的爆破作用会使岩体强度和变形特性显著降低，从而影响岩体的整体稳定性。爆破施工产生的爆破振动应力波传播，可能会引起隧洞衬砌、混凝土坝体等邻近需要保护建筑物的损伤，导致建筑物材料力学性能劣化、强度降低。因此在不稳定或软弱岩体、靠近需要保护建筑物附近进行爆破施工时，有必要进行爆破震动控制，严格控制爆破震动强度。

针对常规保护对象，主要采用轮廓爆破控制爆破损伤及震动。轮廓爆破包含预裂爆破和光面爆破，预裂爆破在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝；光面爆破采用分区分段微差爆破，可达到临空面平整规则。但由于爆生裂缝极易沿岩体原生裂隙、节理发展，故爆生裂缝的扩展具有很大的随机性和不确定性，断裂的方向很难控制，容易造成岩体的超挖和欠挖，导致爆破效率不高，成型质量差，围岩松动等问题。对于复杂环境下爆破，即临近重要保护部位的施工，要求严格控制爆破震动的影响。轮廓爆破技术无法满足要求，二氧化碳爆破技术逐渐应用于工程实际。二氧化碳爆破是将液态二氧化碳压缩至爆破筒内，插入钻孔中，用微电流通过高导热棒产生的高温击穿安全膜，瞬间气化二氧化碳急剧膨胀产生高压致使岩体开裂。二氧化碳爆破过程中无破坏性震动和短波，对周围环境影响较小。但存在效率低、产量低、成本高、要求高的缺点。目前已有的爆破开挖减震装置有很多新思维，但在减震、成缝的同时难以兼顾操作简便、经济实用等。

专利号为CN 202648554 U的“岩体工程爆破开挖减震装置”，其包括半圆管体、固定卡、圆筒状炮塞，该装置实施时先根据岩石硬度系数选择半圆管体的材料和弧度，装药完成后用炮塞密封放入炮眼，通过半圆管体吸收部分爆炸能量并阻止爆生气体侵入孔壁，有效保护孔壁。该装置需根据岩体特性选择不同材料管体及管体弧度，使用繁琐，装药效率低；使用刚性材料，放入炮孔的过程中容易卡孔，操作困难，耗时费力且无法做到定向成缝。

专利号为CN 108716880 A的“一种提高充水减震孔消减爆破振动效果的装置及施工方法”，其包括多支减震胶桶和细绳，该装置实施时先需要在爆破区域和既有保护物之间钻两排减震孔，并在每个减震孔中放入减震胶筒，爆破施工完成后依次取出减震胶筒。该装置利用减震孔和减震胶筒减震，需要在每个减震孔中装满减震胶筒，施工经济性较差，操作复杂，效率低，耗时长；也无法做到定向成缝。

因此，研究设计一种减震效果明显、可以定向成缝且操作简便、且施工成本较低的弱震爆破装药装置，来替代现有的减震装置，具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明专利的目的是提供一种弱震爆破装药装置及其使用方法，该装药装置操作简便、成本低廉、爆破效率高，不仅可以大幅阻挡和降低炸药爆炸对岩体的巨大冲击，达到减震目的；同时可以按照爆破要求定向成缝，形成精确控制的断裂面。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供一种弱震爆破装药装置，其特征在于：包含用于包裹炸药卷的筒状减震管和引导筒状减震管装入炮孔中的安装杆，以及加筋环；

其中单节筒状减震管由两个横截面为扇形环状的减震片拼接而成，所述筒状减震管上两侧沿轴向设有两道对称缺口；所述减震片的扇形环对应的圆心角为 170～175°；所述减震片由外围的柔性层和中间的可快速硬化夹层组成；所述可快速硬化夹层由包裹遇水快硬物质的硬质定型材料制成；所述加筋环等间隔设置在筒状减震管外，用以箍紧筒状减震管；所述安装杆为空心直杆，在安装杆上等距离间隔设有可与加筋环相扣的钩状凸块，用以将多节筒状减震管组装成一个整体并将其定向推送入炮孔。

作为优选方案，所述减震片外围的柔性层为海绵质材料或发泡材料，可压缩性能好；所述减震片中间的可快速硬化夹层的遇水快硬物质为早强水泥与速凝石膏混合物；所述遇水快硬物质厚度为2～10mm，遇水快硬物质距筒状减震管的管壁边缘距离为5～10mm；所述遇水快硬物质外侧设有用以定型的塑料制硬质定型材料，所述塑料制硬质定型材料沿炮孔径向紧包裹在遇水快硬物质外侧；所述塑料制硬质定型材料截面对应的圆心角与快硬物质截面对应的圆心角相一致；所述塑料制硬质定型材料的厚度为1～2mm，塑料制硬质定型材料的宽度为5～10mm；所述塑料制硬质定型材料布置在减震片的上中下三个部位。

进一步地，所述筒状减震管外径比炮孔直径小4～6mm；所述塑料制硬质定型材料的内径比炸药卷直径小1～3mm；所述单节筒状减震管长度为40～60cm，在使用时可根据炮孔装药长度多节拼接使用；所述加筋环采用高强有韧性的线状材；所述加筋环安装在筒状减震管外侧间隔5～10cm处；所述安装杆直径不大于 6mm，安装杆长度为3～5m，安装杆材质为非金属材料；所述钩状凸块倾斜向下，且相邻的钩状凸块间距为2～5cm。

第二方面，本发明提供一种上述弱震爆破装药装置的使用方法，包含如下步骤：

S1、根据爆破设计，钻设一定数目的炮孔；

S2、根据炮孔直径和炸药卷直径选择合适尺寸的筒状减震管，根据炮孔深度选择适当数量的筒状减震管，装药前检查炮孔中是否有水，若炮孔中没水，则先用水浸润减震管，再包裹炸药卷；若炮孔中有水，可直接利用筒状减震管包裹炸药卷；

S3、将炸药卷装入筒状减震管；

S4、将每节筒状减震管对准，保持各节筒状减震管的预留缺口沿其轴线方向保持为一条直线。

S5、将外部的加筋环与安装杆上设置的钩状凸块相扣。利用安装杆将整个装药装置平稳放置入炮孔中，在放入炮孔的过程中不断调整筒状减震管方位，使得筒状减震管横截面两侧预留缺口连线与相邻炮孔连心线方向一致。待装药装置放置完成后将安装杆拉出。

S6、使用岩屑或炮泥进行炮孔堵塞，并将其捣实。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果如下：

(1)本发明装置中扇形环状弱震管外围柔性材料为海绵质材料或发泡材料；内置的遇水快硬物质为早强水泥或速凝石膏。参考王礼立《应力波基础》中应力波在不同介质中的透反射相关公式：

式中：

其中，下标I、R和T分别表示入射波扰动、反射波扰动和透射波扰动的有关各量；n为两种介质的波阻抗比值，F和T分别为反射系数和透射系数，它们完全由两种介质的波阻抗比值n确定。当爆轰波由硬化夹层传入轻泡层，此时 n＞1，则F＜0，反射应力扰动和入射应力扰动异号，透射扰动的应力幅值弱于入射扰动，先经过柔性材料，再经过硬化夹层，在经过柔性材料，则当爆轰波传入柔性材料时柔性材料起到第一次缓冲作用；由内置硬层传入外围柔性层时，外围柔性层起第二次减震缓冲作用；(2)筒状减震管采用较柔软、可吸水的材料制成，可以尽可能的排出炮孔中的空气和水，且易于装药和放入炮孔；(3)预留的缺口和硬化后的夹层，在爆破时，硬化夹层会限制高温高压的爆生气体侵入岩体，使爆生气体在筒装减震管预裂缺口处聚集，并直接作用于缺口附近的岩体，产生定向裂纹并扩展成缝，形成精确控制的断裂面。

本发明装置成本低廉、减震效果好，利用柔性材料包裹硬化夹层，爆破过程中起到减震缓冲作用，大幅降低爆破振动强度；同时爆生气体在与筒状减震管结构及其两侧预留缺口处岩体的不同作用，可使缺口部位岩体产生剪切破坏，从而在缺口附近的孔壁上先产生裂纹，在爆生气体作用下，裂纹进一步扩展并与相邻炮孔产生的裂纹贯通形成裂缝。

附图说明

图1为本发明装置中筒状减震管的结构示意图；

图2为本发明装置中筒状减震管的剖面图；

图3为本发明装置中筒状减震管的横截面图；

图4为本发明装置中安装杆的结构示意图；

图中：11、柔性层；12、可快速硬化夹层；13、加筋环；14、预留缺口；15、定型塑料板；16、炸药卷；2、安装杆。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来对本发明作进一步地详细阐释。

某露天石方开采深孔主要爆破参数如下：台阶高度8m、超深0.8m、钻孔倾角90°、孔深8.8m、钻孔直径76mm、孔间排距3.0*2.5m、炸药卷直径32mm、堵塞长度3.0m。

如图所示的弱震爆破装药装置，包含筒状减震管、加筋环和安装杆。

其中，每个横截面为扇形环的减震片对应的圆心角为170°，柔性层11材料为海绵质材料；硬化夹层12厚度10mm，距管壁边缘距离8mm，采用早强水泥与速凝石膏混合物。硬化夹层外侧有用于定型的塑料制硬质定型材料板，塑料板 15厚度2mm，宽度为10mm，布置在减震片的上中下三个部位。

其中，单节筒状减震管由两个横截面为扇形环的减震片拼接而成，长度为 60cm，外径为70mm，内径为30mm，在使用时可根据装药长度多节拼接使用，在筒状减震管外侧每隔10cm安装一个加筋环，加筋环采用橡胶皮带材料，用以拼接减震片。

其中，安装杆2为中间空心，直径5mm，长度5m的硬质PVC材料杆；在安装杆上等间隔设置有倾斜向下的钩状凸块，凸块间距为5cm。

本发明弱震爆破装药装置的使用方法，具体步骤如下：

S1、根据爆破设计，钻设一定数目的炮孔；

S2、装药前检查炮孔中没水，用水浸润减震管；

S3、将炸药卷装入筒状减震管；

S4、将每节筒状减震管对准，保持各节筒状减震管的预留缺口沿其轴线方向保持为一条直线。

S5、将外部的加筋环与安装杆上设置的钩状凸块相扣。利用安装杆将整个装药装置平稳放置入炮孔中，在放入炮孔的过程中不断调整筒状减震管方位，使得筒状减震管横截面两侧预留缺口连线与相邻炮孔连心线方向一致，如图3所示。待装药装置放置完成后将安装杆拉出。

S5、使用岩屑或炮泥进行炮孔堵塞，并将其捣实。

最后说明，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种弱震爆破装药装置，其特征在于：包含多节用以包裹炸药药卷(16)的筒状减震管、引导筒状减震管装入炮孔中的安装杆(2)，以及加筋环(13)；

其中单节筒状减震管由两个横截面为扇形环状的减震片拼接而成，所述筒状减震管上两侧沿轴向设有两道对称缺口(14)；所述减震片的扇形环对应的圆心角为170～175°；所述减震片由外围的柔性层(11)和中间的可快速硬化夹层(12)组成；所述可快速硬化夹层(12)由包裹遇水快硬物质的塑料制硬质定型材料制成；

所述加筋环(13)等间隔设置在筒状减震管外，用以箍紧筒状减震管；

所述安装杆(2)为空心直杆，在安装杆(2)上等距离间隔设有可与筒状减震管外置的加筋环(13)相扣的钩状凸块，将多节筒状减震管组装成一个整体并用安装杆(2)将装药装置定向推送入炮孔；

所述减震片外围的柔性层(11)为海绵质材料；

所述减震片中间的可快速硬化夹层(12)的遇水快硬物质为早强水泥与速凝石膏混合物；所述遇水快硬物质厚度为2～10mm，遇水快硬物质距筒状减震管的管壁边缘距离为5～10mm；所述遇水快硬物质外侧设有用以定型的塑料制硬质定型材料，所述塑料制硬质定型材料沿炮孔径向紧包裹在遇水快硬物质外侧；

所述塑料制硬质定型材料截面对应的圆心角与快硬物质截面对应的圆心角相一致；所述塑料制硬质定型材料的厚度为1～2mm，塑料制硬质定型材料的宽度为5～10mm；所述塑料制硬质定型材料布置在减震片的上中下三个部位；

所述筒状减震管外径比炮孔直径小4～6mm；

所述单节筒状减震管长度为40～60cm，在使用时可根据炮孔装药长度多节拼接使用；

所述加筋环(13)采用高强有韧性的线状材；

所述安装杆(2)直径不大于6mm，安装杆(2)长度为3～5m，安装杆(2)材质为非金属材料；

所述钩状凸块倾斜向下，且相邻的钩状凸块间距为2～5cm。

2.一种如权利要求1所述的弱震爆破装药装置的使用方法，其特征在于：包含如下步骤：

S1、根据爆破设计，钻设相应数目的炮孔；

S2、根据炮孔直径和炸药药卷直径选择合适尺寸的筒状减震管，根据炮孔深度选择适当数量的筒状减震管，装药前检查炮孔中是否有水：

若炮孔中没水，则先用水浸润减震管，再包裹炸药卷；若炮孔中有水，可直接利用筒状减震管包裹炸药卷；

S3、将炸药卷装入筒状减震管；

S4、将每节筒状减震管对准，保持各节筒状减震管的预留缺口沿其轴线方向保持为一条直线；

S5、将外部的加筋环与安装杆上设置的钩状凸块相扣；利用安装杆将整个装药装置平稳推入炮孔中，并在推入炮孔的过程中不断调整筒状减震管方位，使得筒状减震管横截面两侧预留缺口连线与相邻炮孔连心线方向一致；待装药装置放置完成后将安装杆拉出；

S6、使用岩屑或炮泥进行炮孔堵塞，并将其捣实。

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