CN113758389B - 聚能水压爆破的炮眼装药结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚能水压爆破的炮眼装药结构，包括若干开设于围岩上的炮眼，炮眼包括有周边眼、辅助眼、底板眼和掏槽眼，炮眼的眼口处设置有封孔炮泥，辅助眼、底板眼和掏槽眼三者的眼孔内依次设有第一水袋、第一炸药和第二水袋；所述周边眼的炮眼内设置有聚能爆破管。通过采用上述技术方案，具有降低隧道掘进的超挖量的作用，同时提高炸药的能量利用率和炮眼的利用率。

Description

聚能水压爆破的炮眼装药结构

技术领域

本发明涉及隧道掘进的技术领域，具体涉及一种聚能水压爆破的炮眼装药结构。

背景技术

随着经济的飞速发展和道路建设的不断发展，地铁、隧道的施工也在不断进行，在工程爆破时，目前多采用常规的光面爆破，常规光面爆破施工原理为：

工程水压爆破，由于炮眼中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量经过水传递到炮眼周岩几乎无损失，有利于岩石破碎；水在爆炸气体膨胀作用下产生的“水楔”效应有利于岩石进一步破碎；炮泥比土坚实、密度大，抑制膨胀气体冲出炮眼口要比土好的多；炮眼有水和炮泥含水可以起到雾化降尘作用，大大降低灰尘对环境的污染。

但是，现有的隧道掘进方式在对围岩应力峰值较难控制，在水楔效应下易于对围岩造成过度的损坏，导致对围岩的严重超挖，使得炸药的能量利用率和炮眼利用率较低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本申请的目的在于提供聚能水压爆破的炮眼装药结构，具有降低隧道掘进的超挖量的作用，同时提高炸药的能量利用率和炮眼的利用率。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种聚能水压爆破的炮眼装药结构，包括若干开设于围岩上的炮眼，所述炮眼包括有周边眼、辅助眼、底板眼和掏槽眼，其特征在于，所述炮眼的眼口处设置有封孔炮泥，所述辅助眼、所述底板眼和所述掏槽眼三者的眼孔内依次设有第一水袋、第一炸药和第二水袋；所述周边眼的炮眼内设置有聚能爆破管。

通过采用上述技术方案，对周边眼、辅助眼以及掏槽眼进行区分，将辅助眼和掏槽眼作为隧道掘进的主爆区，周边眼作为隧道成型的成型区，在主爆区仅需达到破碎岩石的效果，起到为周边眼爆破增加新的自由面，减小围岩所带来的夹制作用，通过第一水袋和第二水袋将第一炸药包围，并在主爆区的炮眼眼口处通过封孔炮泥进行封孔，抑制第一炸药爆炸后的膨胀气体冲出炮眼，且由于爆炸后的水楔效应在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损地经过水传递到围岩中，有利于围岩破碎，提升了炸药的能量利用率。而在成型区不仅是简单的破碎的围岩，而是起到隧道成型，且需要达到光面效果，通过在周边眼设置聚能爆破管，聚能爆破管可大幅改变不同方向的压力，聚能方向的爆生气体压力可以增大到非聚能方向的5倍左右，以此达到对爆破的控制，进而加强炮孔连线方向的断裂面形成，降低对围岩的超挖量；同时，无需水体辅助，使得爆破效果更为可控，提升炮眼的利用率。

本发明进一步设置为：所述聚能爆破管的底部设置有孔底连接件，所述孔底连接件设有至少一卷第二炸药。

通过采用上述技术方案，孔底连接件将聚能爆破管和第二炸药之间连接为一个整体，使得第二炸药可作为聚能爆破管的加强药；同时，聚能爆破管和第二炸药之间互相配合，降低盲炮的状况发生，提高炸药的能量利用率。

本发明进一步设置为：所述第二炸药设有第一起爆装置，所述第一起爆装置的引线延伸出所述周边眼。

通过采用上述技术方案，第一起爆装置作为起爆材料，其作用起爆来将第二炸药引爆，避免盲炮状况的发生。

本发明进一步设置为：所述聚能爆破管的凹槽朝向与隧道轮廓线相对应。

通过采用上述技术方案，使得聚能爆破管的聚能方向对准隧道轮廓线，进而对围岩进行定向爆破，使得隧道的自由面成型更为精确，降低隧道掘进过程中的超挖量。

本发明进一步设置为：所述聚能爆破管套设有至少两组对中件，所述对中件的外周轮廓与所述周边眼的轮廓相一致设置。

通过采用上述技术方案，确保聚能爆破管位于周边眼的中央，便于控制聚能爆破管的爆破效果。

本发明进一步设置为：所述对中件位于所述聚能爆破管靠近所述孔底连接件的一端。

通过采用上述技术方案，当将聚能爆破管调中后，利于施工人员对在周边眼的聚能爆破管进行限位。

本发明进一步设置为：所述聚能爆破管远离所述孔底连接件的一端套设有定位件，所述定位件的外形轮廓横截面为矩形设置。

通过采用上述技术方案，定位件对周边眼中聚能爆破管进行周向限位，尤其是聚能爆破管的聚能方向对准隧道轮廓线时，对聚能爆破管进行限位，利于聚能爆破管爆破的精确性，提升了聚能爆破管的稳定性。

本发明进一步设置为：所述聚能爆破管选用D型管，其外径为30-35mm，长度为至少2000mm。

通过采用上述技术方案，爆炸后的爆炸产物飞散时，先向管内的轴线集中，汇聚成一股速度和压力均较高的气流，称为聚能气流。爆炸产物的能量集中在凹槽较小面积上，大大提高了聚能效应，也起到了控制爆破效果的作用。

本发明进一步设置为：所述聚能爆破管的内部以不耦合装药结构连续装载炸药，所述聚能爆破管的内部每米装药量设为500g。

通过采用上述技术方案，在达到爆炸效果时，降低隧道掘进的成本。

本发明进一步设置为：每一所述聚能爆破管设有至少两组第二起爆装置，所述第二起爆装置之间并联连线，所述聚能爆破管之间串联连线。

通过采用上述技术方案，降低单一雷管起爆的风险，确保每一聚能爆破管能够顺利对围岩进行破碎；同时，确保各聚能爆破管之间的齐爆性。

本发明进一步设置为：所述封孔炮泥的长度至少为500mm。

通过采用上述技术方案，为了将炮眼的眼口堵塞，对炮眼起到密闭的作用，抑制炸药或聚能爆破管爆炸后的膨胀气体冲出炮眼，提升爆破的效果。

本发明进一步设置为：当在对Ⅳ-Ⅴ类围岩掘进时，所述周边眼之间的间距设置为400-450mm，当在对I-I I I类围岩掘进时，所述周边眼之间的间距设置为500-650mm。

通过采用上述技术方案，由于Ⅳ-Ⅴ类围岩较为破碎，周边眼的间距则设置越小，利于围岩的破碎。而I-I I I类围岩较为完整，利于炸药进行爆破，周边眼的间距越大，降低隧道掘进的成本。

本发明进一步设置为：所述周边眼孔底的最小抵抗线设置在所述周边眼间距的1.2-1.4倍之间。

通过采用上述技术方案，不同方向的钻孔将导致周边眼孔底位置处需要克服的抵抗比孔口眼距大大增加，现场实际装药时需要大药量的集中孔底装药以保证进尺，当最小抵抗线过小时，容易造成爆轰作用过大，导致对围岩的严重超挖，因此，需严格控制周边眼的最小抵抗线，降低对围岩爆破过程的超挖量。

本发明进一步设置为：所述周边眼的密集度系数设置为小于1。

通过采用上述技术方案，可以增加隧道表面的平整度，利于在围岩中形成光面。

本发明进一步设置为：所述第一水袋的长度小于所述第二水袋的长度。

通过采用上述技术方案，第二水袋和封孔炮泥一起起到对炮眼的眼口封闭作用。

本发明进一步设置为：所述第一炸药设为不耦合装药结构。

通过采用上述技术方案，削弱作用于周边眼的孔壁的初始压力峰值，延长了气体产物的作用时间，改善了爆破效果。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过对周边眼、辅助眼以及掏槽眼进行区分，将辅助眼和掏槽眼作为隧道掘进的主爆区，周边眼作为隧道成型的成型区，在主爆区仅需达到破碎岩石的效果，起到为周边眼爆破增加新的自由面，减小围岩所带来的夹制作用，通过第一水袋和第二水袋将第一炸药包围，并在主爆区的炮眼眼口处通过封孔炮泥进行封孔，抑制第一炸药爆炸后的膨胀气体冲出炮眼，且由于爆炸后的水楔效应在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损地经过水传递到围岩中，有利于围岩破碎，提升了炸药的能量利用率；

2.通过在周边眼设置聚能爆破管，聚能爆破管可大幅改变不同方向的压力，聚能方向的爆生气体压力可以增大到非聚能方向的5倍左右，以此达到对爆破的控制，进而加强炮孔连线方向的断裂面形成，降低对围岩的超挖量；同时，无需水体辅助，使得爆破效果更为可控，提升炮眼的利用率。

附图说明

图1为本实施例的辅助眼、底板眼以及掏槽眼的装药结构示意图；

图2为本实施例的周边眼的装药结构示意图；

图3为本实施例的聚能爆破管的截面示意图；

图4为本实施例的周边眼与最近内圈的布置示意图。

附图标记：1、第一水袋；2、第一炸药；3、第二水袋；4、封孔炮泥；5、聚能爆破管；6、对中件；7、定位件；8、孔底连接件。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

对实施例的描述应当详细，使本领域的技术人员在不需创造性就可实现本技术方案。实施例可以是一个或多个，应视具体情况而定，以支持所要保护的范围。

对于产品对的发明，具体实施方式应结合附图详细描述产品的机械构成，说明各部件之间的相互关系，例如它们之间的连接关系、配合关系等，必要时还应说明其动作过程或操作步骤。涉及方法发明时，除写明步骤外，还应写出其工艺条件。

如图1和图2所示，本发明公开的一种聚能水压爆破的炮眼装药结构，包括开设于围岩上的周边眼、辅助眼、底板眼和掏槽眼，辅助眼、底板眼和掏槽眼三者的眼孔内依次设有第一水袋1、第一炸药2和第二水袋3，其中第一炸药2为连续不耦合结构，周边眼的炮眼内设置有聚能爆破管5，周边眼、底板眼、辅助眼以及掏槽眼四者的眼口处均设置有封孔炮泥4，封孔炮泥4的长度至少为500mm，可选为500mm。通过上述技术方案，有利于围岩破碎，提升了炸药的能量利用率；同时，在周边眼设置聚能爆破管5，聚能爆破管5可大幅改变不同方向的压力，以此达到对爆破的控制，进而加强炮孔连线方向的断裂面形成，降低对围岩的超挖量。

可选地，其中第一水袋1设为一节水袋，第二水袋3设为二节水袋，水袋与水袋之间紧密贴合，第一水袋1的长度小于第二水袋3的长度，第二水袋3的长度小于第二炸药的长度。

聚能爆破管5的底部绑扎有孔底连接件8，孔底连接件8的形状可选为半包裹状或状，孔底连接件8绑扎有至少一卷第二炸药，第二炸药可选为乳化炸药，尺寸为Φ35×200mm，第二炸药埋设有第一起爆装置，第一起爆装置可选为相应段位导爆管雷管，孔底连接件8将第二炸药和聚能爆破管5两者连接为一整体，第一起爆装置的引线延伸出周边眼。

如图3所示，聚能爆破管5选用D形管，采用PVC材料制成，其外径为30-35mm，长度为至少2000mm，聚能爆破管5由两片相互扣合的聚能管壁组成，聚能爆破管5的内部连续装有2号岩石乳化炸药，其装药结构为连续不耦合形式，聚能爆破管5的内部每米装药量设为500g，在聚能爆破管5中设有至少两组第二起爆装置，第二起爆装置位于聚能爆破管5靠近孔底连接件8的一端，第二起爆装置之间并联连线埋于2号岩石乳化炸药当中，第二引爆装置的引线从聚能爆破管5的另一端延伸出周边眼，并通过各第二起爆装置的引线之间连线汇合，使得聚能爆破管5之间实现串联连线，其中聚能爆破管5位于周边眼当中，且聚能爆破管5的凹槽朝向与隧道轮廓线相对应。

聚能爆破管5套设有至少两组对中件6，对中件6的内周轮廓与聚能爆破管5的外周形状相匹配，对中件6的外周轮廓与周边眼的轮廓相一致设置，对中件6位于聚能爆破管5靠近孔底连接件8的一端。聚能爆破管5远离孔底连接件8的一端套设有定位件7，定位件7的外形轮廓横截面为矩形设置，定位件7的内周轮廓与聚能爆破管5的外周轮廓相配合设置，对中件6和定位件7两者的材料可采用泡沫塑料。

当在对Ⅳ-Ⅴ类围岩掘进时，周边眼之间的间距设置为400-450mm；当在对I-I I I类围岩掘进时，周边眼之间的间距设置为500-650mm。周边眼孔底的最小抵抗线设置在周边眼间距的1.2-1.4倍之间，周边眼的密集度系数设置为小于1。

另一方面是，提供一种聚能水压爆破的施工方法，包括以下步骤：

S1、台车就位及排险；

S2、在围岩中开凿炮眼，所述炮眼包括有掏槽眼、辅助眼、周边眼以及底板眼；

S3、对炮泥、水袋、火工品以及聚能爆破管5进行加工；

S4、在掏槽眼、辅助眼以及底板眼三者中分别依次安装第一水袋1、第一炸药2、第二水袋3和封孔炮泥4，在周边眼中增加安装聚能爆破管5；

S5、按照预先设计的起爆网络进行爆破；

S6、爆后检查和盲炮处理；

S7、炸药退库。

可选地，在S2中，其具体包括以下步骤：

将开挖台车就位至预定地点，而后人工清理松动危石，保证施工过程安全。

可选地，在S2中，在围岩中开凿炮眼之前，具体包括：

在I-I I I类围岩中，周边眼之间的间距控制在500-650mm的范围之内；

在Ⅳ-Ⅴ类围岩中，周边眼之间的间距控制在400-450mm的范围之内。

可选地，在S2中，在围岩中开凿炮眼之前，具体包括以下步骤：

如图4所示，周边眼的开凿需设置一定角度的外插角以保障隧道轮廓尺寸，周边眼以内的炮眼开凿需设置一定角度的内插角以调整掏槽眼的内插跨度，不同方向的凿孔将导致周边眼孔底位置处需要克服的抵抗比孔口眼距大大增加，现场实际装药时需要大药量的集中孔底装药以保证进尺，该种方式会大大增加围岩的破坏，因此，需保障周边眼孔底的最小抵抗线设为周边眼间距的1.2-1.4倍。

可选地，在S2中，所述炮眼的起爆顺序为：

在I-I I I类围岩中，其起爆顺序依次为掏槽眼、辅助眼、周边眼和底板眼；

在Ⅳ-Ⅴ类围岩中，其起爆顺序依次为周边眼、掏槽眼、辅助眼和底板眼。

可选地，在S2中，还包括清孔的步骤：

采用炮钩将炮眼内的炮渣刮出，并用高压风管对炮眼输入高压风进行清渣。

可选地，在S3中，其中炮泥的加工具体包括以下步骤：

根据不同围岩级别选用相应比例的黏土、中粗砂以及水，黏土、中粗砂和水之间的质量比例设置为0.75:0.1:0.15；

其中黏土采用干净的普通黏土，含水量控制在8％以下，其最大颗粒不超过10mm，黏土中存在超过10mm大颗粒需要进行破碎，防止对炮泥机的作业造成阻碍。砂采选用干净的细砂，优选为河砂，其含水量控制在3％以下。

将上述的黏土、中粗砂和水搅合均匀，其干湿程度以手能捏合成型为标准，含水率控制在15％；

检查炮泥机，炮泥机的型号可采用PNJ-A型炮泥机进行炮泥制作；

正式生产之前，向炮泥机的进料口供水，对炮泥机通电进行空转，对炮泥机进行调试；

向炮泥机加料制作炮泥，成型后的炮泥应外表光滑。

可选地，在S3中，其中聚能爆破管5加工的具体包括以下步骤：

聚能爆破管5包括有两片聚能管壁、乳化炸药和第二起爆装置；

聚能爆破管5的长度可根据周边眼的深度作出调整，其中两片聚能管壁之间形状一致设置，聚能管壁的壁管中央设有聚能槽。

将两卷乳化炸药破开后装入至注药装置中，注药装置可选为注药枪，拧紧注药装置的旋转盖，为注药装置加压，施工人员手握紧注药装置的开关沿其一聚能管壁的轴向方向移动，炸药就从注药装置的枪口连续不断流入到聚能管壁中，即向聚能管壁装药时采用正向装药的方式，其装药结构为连续不耦合的形式；

将第二起爆装置之间并联方式连线埋设至聚能管壁当中，第二起爆装置的引线延伸出聚能爆破管5，聚能爆破管5之间采用串联连线；

将两片聚能管壁进行扣合，聚能爆破管5组装完成。

可选地，在S4中，在掏槽眼、辅助眼以及底板眼三者中分别依次安装第一水袋1、第一炸药2、第二水袋3和封孔炮泥4，其具体包括以下步骤：

施工人员通过炮棍将第一水袋1垫送至炮眼的孔底当中，再将第一炸药2连续装至炮眼，第一炸药2采用连续不耦合结构，继续装入所述第二水袋3，将封孔炮泥4填塞至炮眼中，直至炮眼的眼口为止，除与水袋接触的封孔炮泥4之外，其余回填的封孔炮泥4要用木棍捣固坚实，其中需要保障封孔炮泥4的封泥长度至少为500mm。

其中，第二水袋3的长度为第一水袋1的长度的2倍或2倍以上。

可选地，在S4中，在周边眼中增加安装聚能爆破管5，其具体包括以下步骤：

在聚能爆破管5的底部绑扎上孔底连接件8，在孔底连接件8绑扎第二炸药，使得第一炸药2和聚能爆破管5之间连接为一个整体，第二炸药中埋设有第一起爆装置，第一起爆装置采用为对应段位的导爆管雷管，其引线穿过炮泥从周边眼的眼口延伸出，先在聚能爆破管5套上两组对中件6，将对中件6分别套于聚能爆破管5的下部和中部，再在聚能爆破管5套设上定位件7，定位件7位于聚能爆破管5的上部，通过炮棍将聚能爆破管5推送至周边眼中，保持聚能爆破管5的聚能方向与隧道轮廓线之间相对应，将封孔炮泥4填塞至周边眼中，直至周边眼的眼口为止，用木棍捣实堵紧，其中需要保障封孔炮泥4的封泥长度至少为500mm。

可选地，在S5中，其起爆网络具体包括：

起爆网络采用簇连法，通过导爆索将起爆网络连接，等待其他施工人员撤离到警戒线以外后，由施工人员通过起爆器在安全避炮点起爆，对围岩进行微差起爆。

可选地，在S6中，其具体包括以下步骤：

响炮通风15mi n左右进入爆区检查，重点对爆破超欠挖、爆堆形状的大小、炮孔痕迹保存率、飞石最大距离、实际进尺以及盲炮等情况进行记录，对爆破效果进行分析，动态调整爆破参数，不断优化钻爆设计。

如发现盲炮应立即通知专职爆破员进行处理，处理方法为：

人工排除法：采用高压风吹出堵塞物，取出起爆雷管及炸药1-2；盲炮处理后应仔细检查爆堆，并将残留爆破器材清理干净。

可选地，在S7中，其具体包括以下步骤：

在爆破结束后，炮工离开施工现场前，由爆破员将现场剩余火工品回收干净，并退回库房登记，做到账账相符，账物相符。

综上，本申请提供的炮眼装药结构具有如下有益效果：

现有的隧道掘进方式在对围岩应力峰值较难控制，在水楔效应下易于对围岩造成过度的损坏，导致对围岩的严重超挖，使得炸药的能量利用率和炮眼利用率较低，而本申请通过对不同炮眼的装药结构进行区分。

由于底板眼、辅助眼和掏槽眼是作为隧道成型的主爆区，主爆区仅需考虑对岩石的破碎效果，为周边眼的爆破增加新的自由面，因此，在于底板眼、辅助眼和掏槽眼中的装药结构上用水袋将第一炸药2包围，利用爆炸后的水楔效应在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损地经过水传递到围岩中，有利于围岩破碎，提升了炸药的能量利用率。

在周边眼则要考虑隧道成型和光面，在爆破过程中的爆破效果难以控制，常常导致对围岩的超挖量，由于是在水楔效应下，因此，在周边眼无需采用水袋，使得周边眼的爆破更为可控，在周边眼设置聚能爆破管，聚能爆破管可大幅改变不同方向的压力，聚能方向的爆生气体压力可以增大到非聚能方向的5倍左右，以此达到对爆破的控制，进而加强炮孔连线方向的断裂面形成，降低对围岩的超挖量。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种聚能水压爆破的炮眼装药结构，包括若干开设于围岩上的炮眼，所述炮眼包括有周边眼、辅助眼、底板眼和掏槽眼，其特征在于，所述炮眼的眼口处设置有封孔炮泥(4)，所述辅助眼、所述底板眼和所述掏槽眼三者的眼孔内依次设有第一水袋(1)、第一炸药(2)和第二水袋(3)；所述周边眼的炮眼内设置有聚能爆破管(5)，无水袋；所述聚能爆破管(5)的底部设置有孔底连接件(8)，所述孔底连接件(8)设有至少一卷第二炸药，所述第二炸药设有第一起爆装置，所述第一起爆装置的引线延伸出所述周边眼；所述第一起爆装置为相应段位导爆管雷管；所述聚能爆破管(5)的内部以不耦合装药结构连续装载炸药，所述聚能爆破管(5)的内部每米装药量设为500g；每一所述聚能爆破管(5)设有至少两组第二起爆装置，所述第二起爆装置之间并联连线，所述聚能爆破管(5)之间串联连线；

当在对Ⅳ-Ⅴ类围岩掘进时，所述周边眼之间的间距设置为400-450mm，设定起爆顺序依次为周边眼、掏槽眼、辅助眼和底板眼；当在对I-III类围岩掘进时，所述周边眼之间的间距设置为500-650mm，设定起爆顺序依次为掏槽眼、辅助眼、周边眼和底板眼。

2.根据权利要求1所述的聚能水压爆破的炮眼装药结构，其特征在于，所述聚能爆破管(5)的凹槽朝向与隧道轮廓线相对应。

3.根据权利要求1所述的聚能水压爆破的炮眼装药结构，其特征在于，所述聚能爆破管(5)套设有至少两组对中件(6)，所述对中件(6)的外周轮廓与所述周边眼的轮廓相一致设置。

4.根据权利要求3所述的聚能水压爆破的炮眼装药结构，其特征在于，所述对中件(6)位于所述聚能爆破管(5)靠近所述孔底连接件(8)的一端。

5.根据权利要求1所述的聚能水压爆破的炮眼装药结构，其特征在于，所述聚能爆破管(5)远离所述孔底连接件(8)的一端套设有定位件(7)，所述定位件(7)的外形轮廓横截面为矩形设置。

6.根据权利要求1所述的聚能水压爆破的炮眼装药结构，其特征在于，所述聚能爆破管(5)选用D型管，其外径为30-35mm，长度为至少2000mm。

7.根据权利要求1所述的聚能水压爆破的炮眼装药结构，其特征在于，所述封孔炮泥(4)的长度至少为500mm。

8.根据权利要求1所述的聚能水压爆破的炮眼装药结构，其特征在于，所述周边眼孔底的最小抵抗线设置在所述周边眼间距的1.2-1.4倍之间。

9.根据权利要求8所述的聚能水压爆破的炮眼装药结构，其特征在于，所述周边眼的密集度系数设置为小于1。

10.根据权利要求1所述的聚能水压爆破的炮眼装药结构，其特征在于，所述第一水袋(1)的长度小于所述第二水袋(3)的长度。

11.根据权利要求1所述的聚能水压爆破的炮眼装药结构，其特征在于，所述第一炸药(2)设为不耦合装药结构。