CN112097581A - 一种炮孔装药结构及装药方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炮孔装药结构，包括设于炮孔下部的装药段和设于炮孔上部的堵塞段，所述装药段包括药卷，以及设于药卷和炮孔壁之间的耦合层，药卷内部的雷管脚线经堵塞段引出炮孔；所述耦合层采用吸水膨胀材料吸水饱和形成；所述堵塞段的填塞材料采用含高吸水性聚合物的混合料吸水饱和形成；耦合层采用高吸水性聚合物吸水饱和形成的水凝胶形成。本发明的有益效果为：利用高吸水性聚合物的吸水性、保水性和吸水膨胀性，实现装药段水凝胶层耦合装药，堵塞段岩屑间粘结力和摩擦力增大，提高爆生气体的总量和作用时间，提高炸药能量利用率，改善爆破抛掷和破碎效果，降低炮孔中远区的爆破振动。

Description

一种炮孔装药结构及装药方法

技术领域

本发明涉及工程爆破技术，具体涉及一种炮孔装药结构及装药方法。

背景技术

工程爆破在水利水电、交通、矿山、市政等工程建设岩体开挖中应用广泛。装药结构对爆破施工的抛掷、破碎效果以及振动效应有着重要影响，炸药与岩体之间的耦合介质、堵塞结构是装药结构的重要部分。

在炮孔和药卷直径确定的条件下，炸药与岩体之间的耦合介质不同，爆破施工的抛掷、破碎效果以及振动效应差别较大。目前广泛采用的耦合介质主要为空气和水，无论耦合介质是空气还是水，爆生气体产物均要在炮孔中膨胀并压缩耦合介质，从而使应力峰值降低，且爆轰产物膨胀后压缩空气和水的波阻抗均小于炸药的波阻抗，这在一定程度上降低了爆炸能量的利用率；另一方面，空气或者水耦合装药结构应力衰减速度慢，爆炸能量更均匀分布，爆生气体在炮孔中存在和作用时间延长，但炮孔中远区的爆破振动较大。此外，水作为耦合介质时，由于炮孔壁岩体一般存在节理裂隙，水难以充满炮孔。

炮孔堵塞物具有一定质量，炸药爆炸后产生的高速气体产物想要冲出炮孔口，必须克服堵塞物的惯性阻力和粘结力以及其与炮孔壁间的摩擦阻力。正是由于堵塞物的阻力作用，炮孔内高温高压状态维持时间延长，炸药化学反应完成程度更高，炸药能量释放更充分，使得由应力波作用生成的裂隙在高温高压气体的气楔作用下加速发展，提高破岩效果，降低空气冲击波强度。然而，现有技术大多采用现场的岩屑、人工拌制的炮泥砂浆或黄土类松散物捣实填塞炮孔，这些方法不同程度地存在无法杜绝“冲天炮”，难以严格控制爆破质量等缺点。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种炸药能量利用率高、爆破效果好的炮孔装药结构及装药方法。

本发明采用的技术方案为：一种炮孔装药结构，包括设于炮孔下部的装药段和设于炮孔上部的堵塞段，所述装药段包括药卷，以及设于药卷和炮孔壁之间的耦合层，药卷内部的雷管脚线经堵塞段引出炮孔；所述耦合层采用高吸水性聚合物吸水饱和形成；所述堵塞段的填塞材料采用含高吸水性聚合物的混合料吸水饱和形成。

按上述方案，耦合层采用高吸水性聚合物吸水饱和形成的水凝胶形成。

按上述方案，用于形成耦合层的高吸水性聚合物为高分子合成材料，高吸水性聚合物的自然堆积体积V根据高吸水性聚合物的吸水饱和膨胀率α、装药段长度l、炮孔直径D和药卷直径d确定，

该高吸水性聚合物的最大粒径r根据炮孔直径D和药卷直径d确定，r＜5％(D-d)。

按上述方案，所述堵塞段的填塞材料采用岩屑和吸水膨胀材料的混合料吸水饱和形成。

按上述方案，岩屑和高吸水性聚合物的体积比为50/1～20/1。

按上述方案，用于制作堵塞段填塞材料的高吸水性聚合物为高分子合成材料，该高吸水性聚合物的自然堆积体积V′根据堵塞段长度l′、炮孔直径D和药卷直径d确定，

该高吸水性聚合物的最大粒径r′根据炮孔直径D确定，r′＜5％D。

本发明还提供了一种基于如上所述炮孔装药结构的装药方法，包括如下步骤：

步骤一、根据炮孔直径D和药卷直径d确定耦合层用高吸水性聚合物的最大粒径r，选择合适粒径的高吸水性聚合物材料用于形成耦合层；

根据炮孔直径D确定堵塞段用高吸水性聚合物的最大粒径r′，选用合适粒径的高吸水性聚合物材料用于制作堵塞段的填塞材料；

步骤二、根据装药段耦合层用高吸水性聚合物的吸水饱和膨胀率α、装药段长度l、炮孔直径D和药卷直径d，计算每个炮孔装药段耦合层用高吸水性聚合物的自然堆积体积V；

根据堵塞段长度l′、炮孔直径D和药卷直径d，计算每个炮孔堵塞段用高吸水性聚合物的自然堆积体积V′；

步骤三、根据爆破设计的单孔药量，完成炮孔装药；

步骤四、根据计算得到的每个炮孔装药段耦合层用高吸水性聚合物的自然堆积体积，往装药段药卷外侧的炮孔间隙内装入定量的高吸水性聚合物，再注入足量的水，使高吸水性聚合物充分吸水饱和形成耦合层；

步骤五、根据计算得到的每个炮孔堵塞段用高吸水性聚合物的自然堆积体积，将定量的高吸水性聚合物与对应量的岩屑搅拌混合均匀，形成的混合料将每个炮孔堵塞密实，再从炮孔孔口往炮孔注水，直至混合料吸水饱和。

本发明的有益效果为：1、采用高吸水性聚合物充分吸水后的水凝胶制作耦合层，保证了炸药和炮孔壁间的充水量，在高温高压作用下，高吸水性聚合物脱水使得分离的高吸水性聚合物和水楔入应力波作用形成的裂隙，使裂隙加速发展，提高破岩和抛掷效果，且不耦合介质波阻抗提高，能量利用率提高；2、采用含高吸水性聚合物的混合料制作堵塞段堵塞炮孔，混合料吸水后迅速膨胀，对高吸水性聚合物周围的岩屑产生挤压作用，岩屑之间的粘结力增强，混合料和炮孔壁间的摩擦力增强，从而有效延长高温高压气体的作用时间，使炸药能量得到充分利用；3、高吸水性聚合物在高温高压下会脱水，且高吸水性聚合物具有吸附扬尘的作用，有助于避免粉尘扩散，降低环境污染；4、高吸水性聚合物价格便宜，易于获取，现场操作方便。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

其中：1-耦合层，2-堵塞段，3-药卷，4-雷管脚线。

具体实施方式

如图1所示的一种炮孔装药结构，包括设于炮孔下部的装药段和设于炮孔上部的堵塞段2，所述装药段包括药卷3，以及设于药卷3和炮孔壁之间的耦合层1，药卷3的雷管脚线4经堵塞段2引出炮孔；所述耦合层1采用高吸水性聚合物吸水饱和形成；所述堵塞段2采用含高吸水性聚合物的混合料吸水饱和形成。

优选地，所述耦合层1采用高分子吸水树脂吸水饱和形成的水凝胶制成。

本发明中，用于形成耦合层1的高吸水性聚合物为高分子合成材料，吸水性能好，优选高分子吸水树脂；该高吸水性聚合物的自然堆积体积V(mm³)根据高吸水性聚合物的吸水饱和膨胀率α、装药段长度l(mm)、炮孔直径D(mm)和药卷3直径d(mm)确定，

该高吸水性聚合物的最大粒径r根据炮孔直径D和药卷3直径d确定，r＜5％(D-d)。

优选地，所述堵塞段2采用岩屑和高分子吸水树脂的混合料吸水饱和形成，岩屑和高分子吸水树脂充分搅拌混合，所述岩屑和高分子吸水树脂的体积比为50/1～20/1。

本发明中，用于制作堵塞段2填塞材料的高吸水性聚合物为高分子合成材料，吸水性能好，吸水膨胀性强；该高吸水性聚合物的自然堆积体积V′根据堵塞段2长度l′、炮孔直径D和药卷3直径d确定，

该高吸水性聚合物的最大粒径r′根据炮孔直径D确定，r′＜5％D。

本发明还提供了一种如上所述炮孔装药结构的装药方法，包括如下步骤：

步骤一、根据炮孔直径D和药卷3直径d确定耦合层1用高吸水性聚合物的最大粒径r，选择合适粒径的高吸水性聚合物材料用于形成耦合层1；

根据炮孔直径D确定堵塞段2用高吸水性聚合物的最大粒径r′，选用合适粒径的高吸水性聚合物材料用于制作堵塞段2的填塞材料；

步骤二、根据装药段耦合层1用高吸水性聚合物的吸水饱和膨胀率α、装药段长度l、炮孔直径D和药卷3直径d，计算每个炮孔装药段耦合层1用高吸水性聚合物的自然堆积体积V(得到的自然堆积体积就是后续每个炮孔耦合层用高吸水性聚合物的用量)；

根据堵塞段2长度l′、炮孔直径D和药卷3直径d，计算每个炮孔堵塞段2用高吸水性聚合物的自然堆积体积V′(得到的自然堆积体积就是后续每个炮孔堵塞段用高吸水性聚合物的用量，岩屑的量用堵塞段的体积减去高吸水性聚合物用量即可)；

步骤三、根据爆破设计的单孔药量，完成炮孔装药；

步骤四、根据计算得到的每个炮孔装药段耦合层1用高吸水性聚合物的自然堆积体积，往装药段药卷3外侧的炮孔间隙内装入定量的高吸水树脂高吸水性聚合物，再注入足量的水，使高吸水性聚合物充分吸水饱和形成耦合层1；

步骤五、根据计算得到的每个炮孔堵塞段2用高吸水性聚合物的自然堆积体积，将定量的高吸水性聚合物与对应量的岩屑搅拌混合均匀，形成的混合料将每个炮孔堵塞密实，再从炮孔孔口往炮孔注水，直至混合料吸水饱和。

本发明的作用机理为：在炸药和炮孔壁间填充定量的高吸水性聚合物吸水饱和形成水凝胶耦合介质，耦合介质波阻抗提高，能量利用率提高。高吸水性聚合物具有良好的吸水性和保水性，使得炸药和炮孔壁间能够充满稳定的水凝胶耦合介质层，水量得到提高，在高温高压作用下，高吸水性聚合物脱水使得分离的高吸水性聚合物和水楔入应力波作用形成的裂隙，使裂隙加速发展，提高破岩和抛掷效果。此外，含高吸水性聚合物的混合料在吸水后迅速膨胀，对高吸水性聚合物周围的岩屑产生挤压作用，岩屑之间的粘结力增强，混合料和炮孔壁间的摩擦力增强，从而有效延长高温高压气体的作用时间，使炸药能量得到充分利用。

某水电站工程，利用钻爆法开挖边坡岩体，炮孔直径90mm，药卷3直径70mm，炮孔装药长度7.5m，堵塞长度2.5m，高吸水性聚合物的吸水饱和膨胀率为100。炮孔装药采用如下步骤：

步骤一、根据炮孔直径和药卷3直径确定装药段耦合层1用高吸水性聚合物的最大粒径为1mm，选用最大粒径不超过1mm的耦合层1用高吸水性聚合物材料；根据炮孔直径确定堵塞段2用高吸水性聚合物的最大粒径为4.5mm，选用最大粒径不超过4.5mm的堵塞段2用高吸水性聚合物材料；

步骤二、根据装药段耦合层1用高吸水性聚合物的吸水饱和膨胀率、装药段长度、炮孔直径和药卷3直径，计算得到每个炮孔装药段耦合层1用高吸水性聚合物的自然堆积体积为48ml；根据堵塞段2长度、炮孔直径和药卷3直径，计算得到每个炮孔堵塞段2用高吸水性聚合物的自然堆积体积为32～80ml；

步骤三、根据爆破设计的单孔药量，完成炮孔装药；

步骤四、根据计算得到的每个炮孔装药段高吸水性聚合物的自然堆积体积，往装药段药卷3外侧的炮孔间隙内装入定量的高吸水性聚合物，然后往炮孔内注入足量的水，使高吸水性聚合物充分吸水饱和形成耦合层1；

步骤五、根据计算得到的每个炮孔堵塞段2用高吸水性聚合物的自然堆积体积，将定量的堵塞段2用高吸水性聚合物与对应量的岩屑搅拌混合均匀，用混合料将每个炮孔堵塞密实，然后从炮孔孔口往炮孔注水，直至堵塞段2的混合料吸水饱和。

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 (7)

1.一种炮孔装药结构，其特征在于，包括设于炮孔下部的装药段和设于炮孔上部的堵塞段，所述装药段包括药卷，以及设于药卷和炮孔壁之间的耦合层，药卷内部的雷管脚线经堵塞段引出炮孔；所述耦合层采用高吸水性聚合物吸水饱和形成；所述堵塞段的填塞材料采用含高吸水性聚合物的混合料吸水饱和形成。

2.如权利要求1所述的炮孔装药结构，其特征在于，耦合层采用高吸水性聚合物吸水饱和形成的水凝胶制成。

3.如权利要求2所述的炮孔装药结构，其特征在于，用于形成耦合层的高吸水性聚合物为高分子合成材料，高吸水性聚合物的自然堆积体积V根据高吸水性聚合物的吸水饱和膨胀率α、装药段长度l、炮孔直径D和药卷直径d确定，

该高吸水性聚合物的最大粒径r根据炮孔直径D和药卷直径d确定，r＜5％(D-d)。

4.如权利要求1所述的炮孔装药结构，其特征在于，堵塞段的填塞材料采用岩屑和高吸水性聚合物的混合料吸水饱和形成。

5.如权利要求4所述的炮孔装药结构，其特征在于，岩屑和高吸水性聚合物的体积比为50/1～20/1。

6.如权利要求1所述的炮孔装药结构，其特征在于，用于制作堵塞段填塞材料的高吸水性聚合物为高分子合成材料，该高吸水性聚合物的自然堆积体积V′根据堵塞段长度l′、炮孔直径D和药卷直径d确定，

该高吸水性聚合物的最大粒径r′根据炮孔直径D确定，r′＜5％D。

7.一种基于如权利要求1所述炮孔装药结构的装药方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、根据炮孔直径D和药卷直径d确定耦合层用高吸水性聚合物的最大粒径r，选择合适粒径的高吸水性聚合物材料用于形成耦合层；

根据炮孔直径D确定堵塞段用高吸水性聚合物的最大粒径r′，选用合适粒径的高吸水性聚合物材料用于制作堵塞段的填塞材料；

步骤二、根据装药段耦合层用高吸水性聚合物的吸水饱和膨胀率α、装药段长度l、炮孔直径D和药卷直径d，计算每个炮孔装药段耦合层用高吸水性聚合物的自然堆积体积V；

根据堵塞段长度l′、炮孔直径D和药卷直径d，计算每个炮孔堵塞段用高吸水性聚合物的自然堆积体积V′；

步骤三、根据爆破设计的单孔药量，完成炮孔装药；

步骤四、根据计算得到的每个炮孔装药段耦合层用高吸水性聚合物的自然堆积体积，往装药段药卷外侧的炮孔间隙内装入定量的高吸水性聚合物，再注入足量的水，使高吸水性聚合物充分吸水饱和形成耦合层；

步骤五、根据计算得到的每个炮孔堵塞段用高吸水性聚合物的自然堆积体积，将定量的高吸水性聚合物与对应量的岩屑搅拌混合均匀，形成的混合料将每个炮孔堵塞密实，再从炮孔孔口往炮孔注水，直至混合料吸水饱和。

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