CN115127413B - 坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置及方法，该装置包括隔爆体，以及与隔爆体可拆卸连接的上部装药结构和下部装药结构；上部装药结构包括内部装有上部装药的上部装药壳，上部装药壳为两端开放的圆筒结构，圆筒结构的一端连接连接隔爆体，另一端连接有封盖，封盖开孔安装有部分与上部装药接触的雷管；下部装药结构包括内部装有下部装药的下部装药壳，下部装药壳为两端开放的圆筒结构，圆筒结构的一端连接连接隔爆体，另一端连接有底座，底座开孔安装有部分与下部装药接触的雷管，提高爆破开挖的速度形成爆破漏斗，减少爆破后的开挖量。

Description

坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置及方法

技术领域

本发明具体涉及一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置及方法，属于爆破开挖技术领域。

背景技术

在岩石的爆破开挖过程中，一般有掏槽爆破方法和分层爆破方法，掏槽爆破方法钻孔的数量多，对于钻具的要求高，分层爆破需要填放底层装药、中间隔爆体和上层装药，并通过设置合理的时间间隔，使爆炸后形成倒圆锥形的爆炸漏斗。

在分层爆破中，将多层装药设置在孔内，上层装药爆炸后将孔口部岩石破碎并抛掷形成一个倒圆锥形的漏斗坑，第二层装药位于坑底下部一定深度处，爆炸后在第一层装药形成的V型坑内形成破碎和抛掷，由于V型地形的夹制作用，漏斗直径、深度与平坦地形相比发生重大变化。上层装药长度为25cm左右时，下层装药长度增加时不会增加可见深度，破碎半径有缓慢增大趋势，当装药长度继续增加时实际破碎体积变化不大，当超过临界深度时只能对装药周围岩石进行破碎，由于破碎范围较小且不易人工开挖，当装药长度减小时可见深度也会减小；下层装药上顶面距离V型坑底25-30cm时，抛掷效果和开口长度可以满足需要，清理工作量相对较少，而如何使下层装药在较短间距中不会被上层装药所引爆成为亟待解决的问题，尤其是在硬岩爆破下，上层装药爆破后的爆破产物高速向下层移动，在如此短的隔爆间距内，容易造成下部装药的殉爆。

主装药爆炸后的爆炸效应包括：空气冲击波、爆炸产物流、爆炸场的高温、高速破片及其他飞散物等。这些因素均可在一定的范围内作用于被发弹药，引起被发药殉爆。而由前级药爆炸产生的这些能量形式之间又是相互联系，相互制约的，因此给分析殉爆的原因带来困难。对于各种具体的前、后级药系统来说，引起殉爆的原因可能是不同的。

由于在密闭介质中由于介质拥有比空气更高的波阻抗会对装药产生的爆轰产物和冲击波产生挟制作用，使其在传播中不再以球面波的形式传播而是以平面波的形式传播，这样便具有了具有明显的方向性，爆轰产物和冲击波会主要朝着后级装药的方向传播。而这样的方向性会比球面波波阵面压力、密度的下降速率小，损失的能量也会相对小很多；同时在传播时孔壁周围会形成强烈的反射冲击波，是压力和能量向着孔的轴向汇聚，向着炮孔的上下传播，加大诱爆后级装药的可能性，为实现隔爆增加更多不确定因素，加大了隔爆的难度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置及方法，防止下部装药殉爆。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置，包括隔爆体，以及与隔爆体可拆卸连接的上部装药结构和下部装药结构；

所述上部装药结构包括内部装有上部装药的上部装药壳，所述上部装药壳为两端开放的圆筒结构，所述圆筒结构的一端连接连接隔爆体，另一端连接有封盖，所述封盖开孔安装有部分与上部装药接触的雷管；

所述下部装药结构包括内部装有下部装药的下部装药壳，所述下部装药壳为两端开放的圆筒结构，所述圆筒结构的一端连接连接隔爆体，另一端连接有底座，所述底座开孔安装有部分与下部装药接触的雷管。

结合第一方面，进一步的，所述隔爆体包括外壳以及设置在外壳内的至少两种隔爆介质，其中至少一种为流体介质。

进一步的，所述隔爆介质沿炮孔长度方向分布，包括从上到下顺次布置的干沙结构、疏孔结构和聚氨酯结构。

进一步的，所述上部装药壳和外壳的硬度低于下部装药壳的硬度。

进一步的，所述隔爆体还包括连接在流体介质中的导爆索，用于将所述外壳炸开。

进一步的，所述外壳的底部设有橡胶圈，所述橡胶圈的外径直径大于炮孔内径，用于阻止所述流体介质持续下流。

进一步的，所述上部装药壳的长度小于300mm，所述下部装药壳小于550mm，所述隔爆体的长度范围为200-240mm。

进一步的，所述底座材质为硬质聚氨酯，所述底座上设有圆孔，所述圆孔的直径大于雷管的直径，方便使用橡胶塞将雷管填塞到底座的圆孔中。

第二方面，本发明还提供一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖方法，使用上述任一项所述的坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置，包括以下步骤：

开挖出目标深度的炮孔；

将所述坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置填入到炮孔，并填塞炮孔口；

引爆隔爆体中的雷管；

依次引爆上部装药结构中的雷管和下部装药结构中的雷管。

通过先引爆隔爆体中的雷管，使隔爆体中的细沙流出到炮孔内，充分的填塞炮孔，使上级装药和下级装药之间形成多层缓冲介质，并减少炮孔与填塞结构之间的间隙，起到良好的隔爆效果。

结合第二方面，进一步的，所述下部装药结构距离上部装药结构之间的距离为200-250mm。

进一步的，所述隔爆体中的雷管和上部装药结构中雷管的时间间隔至少为10s，上部装药结构中的雷管和下部装药结构中的雷管的时间间隔至少为80ms。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明通过双层装药的预制结构进行爆破，可快速填塞到炮孔中进行爆破，并可以形成深度达一米以上的爆坑，满足快速开挖的需求，且装置易于装配、体积小，有利于单人携带爆破；

合理选择上部装药长度和下部装药长度，利用上层装药爆炸为下层装药创造临空面、逐层抛掷逐层加深，使上层装药形成V型的爆破漏斗，下部装药可将上部形成的爆破漏斗中的碎石抛掷出，并向下延伸出超过一米深的爆坑，只需简单清理爆坑即可，有效提高作业效率；

通过设置全断面隔绝、多材料复合衰减、下级装药的起爆雷管设置在下部形成的隔爆体，以及设置上级装药的炸药爆速小于下级装药的炸药爆炸速度方案，解决了密闭空间内小间距隔爆的难题；

本发明采用、细砂、泡沫铝、聚氨酯等复合结构作为隔爆介质，通过多种介质的阻隔作用，有效降低冲击波的传递以及对下层装药的冲击，且隔爆体、上部装药、下部装药之间可拆卸连接，利于携带；

通过设置在隔爆体中设置导爆索，并利用砂土的流体性质，可制造出空气介质，并在削弱爆炸冲击波的基础上能够有效填塞岩石爆破装置与孔壁之间的间隙，提高隔爆效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例所示的上部装药结构的结构示意图；

图3是本发明实施例所示的下部装药结构的结构示意图；

图4是本发明实施例所示的隔爆体的结构示意图；

图5中，图a为泡沫铝的材料的位移与时间的关系图，图b为泡沫铝的材料的速度与时间的关系图；

图6是本发明实施例所示的泡沫铝的爆破试验的效果示意图；

图7是本发明实施例所示的上层柱状装药在水平地形条件下作用示意图；

图8是本发明实施例所示的下层柱状装药在V地形条件下作用示意图；

图9是本发明实施例所示的柱状装药叠加计算图；

图10是本发明实施例所示的双层装药爆破效果分析图；

图11是本发明实施例所示的爆破后的爆坑效果图；

图12是本发明实施例所示的爆破开挖后的爆坑效果图；

图中：1、第一雷管；2、第一封盖；3、快插接头；4、第二封盖；5、上部装药壳；6、上部装药；7、上部金属连接盖；8、导管；9、导爆索；10、干沙结构；11、套管；12、金属连杆；13、疏孔结构；14、外壳；15、聚氨酯结构；16、下部金属连接盖；17、橡胶圈；18、下部装药壳；19、下部装药；20、底座；21、第二雷管；22、第三雷管；100、炮孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

结合图1所示，为本发明提出的一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置，包括上部装药结构、隔爆体和下部装药结构，上部装药结构、隔爆体和下部装药结构可拆卸连接；如此，通过预制的模块化上部装药结构、隔爆体、下部装药结构可便于携带，并有利于将上部装药结构、隔爆体和下部装药结构组合形成爆破结构，可以直接被放入到钻好的炮孔中，不需要填充下部装药-填充填塞体-填充上部装药-填充填塞体的步骤，节省大量时间。

结合图1-4所示，上部装药结构包括上部装药壳5、上部装药6、第一雷管1和第一封盖2，上部装药壳5被设置成两端开放的圆筒形，上部装药6被连接到上部装药壳5内，上部装药壳5的第一端连接到隔爆体，上部装药壳5的第二端连接第二封盖4，第一雷管1由第二封盖4装入，并部分与上部装药6接触。

进一步的，第一雷管1和第二封盖4之间设有快插接头3，第一雷管1插入后具有防水密封的作用，在第二封盖4上设有第一封盖2，对快插接头3进行进一步的密封。

结合图1和图3所示，下部装药结构包括下部装药壳18、下部装药19、第二雷管21和底座20，下部装药壳18为两端开放的圆筒形，下部装药19被设置到下部装药壳18内，下部装药壳18的第一端连接到隔爆体，第二端连接底座20，第二雷管21由底座20装入，并部分与下部装药19接触；其中，底座20上页设有快插接头3。

进一步的，底座20是硬质聚氨酯材质，底座20上设有圆孔，圆孔的直径大于雷管1的直径。

上部装药6和下部装药19的装药量和埋深根据柱状装药爆破所产生的爆破漏斗而确定，上部装药6和下部装药19为垂直的连续柱状装药，垂直柱状装药上表面离孔口地表接近时，一定范围内的装药对岩石作用形成破碎并抛掷，超出这个范围的装药能量对漏斗基本没有贡献。一定范围内又有一部分装药能量大部分形成空气冲击波，对岩石破碎抛掷范围也不大。

把连续柱状装药看做是直径与高度相等装药的叠加组合，对单个装药而言，爆破作用指数n＝0时，装药最小抵抗线可称为临界抵抗线，把临界抵抗线以内的装药认为是对漏斗的有效装药，以外装药认为是对漏斗无用装药。把n>2.0装药认为是浪费装药。换句话说，垂直柱状装药对孔口漏斗主要靠爆炸作用指数n＝0～2.0范围内的装药爆炸形成。

实施例一：

进行顶部装药，n＝2.0时的第一个单个装药为O₁,药量记为Q，最小抵抗线为h₁，漏斗半径r₁，破裂半径R1，根据爆破漏斗的试爆以及成坑的计算可知：

破裂半径R₁＝2.24h₁，或R1＝(0.87～0.9)Q₁/3，二者之中取小值。

最小抵抗线h₁＝(0.076Q/A)1/3，这是按照n＝2时计算，其中Q为药量，A为岩石性质决定的爆破系数。

漏斗半径r₁＝nh₁

可见深度P₁＝h₁

进行底部装药，n＝0时的单个装药为O_n,药量记为Q，最小抵抗线为h_n，漏斗半径r_n，破裂半径R_n，根据之前理论可得以下参数：

破裂半径R_n＝R₁＝2.24h₁，或R_n＝R₁＝(0.87～0.9)Q₁/3，二者之中取小值。

最小抵抗线h_n＝(2.86Q/A)1/3，其中Q为药量，A为岩石性质决定的爆破系数。

顶部装药和底部装药之间的单个装药可以此类推计算。

开口直径：根据叠加原则，第二个装药在地表的作用距离小于顶部装药，所以开口直径为2nh₁。

按照一定装药破裂半径相等的原则，第二个装药O₂的破裂线与O₁漏斗破裂线相交于B₁，第三个装药O₃的破裂线与O₂漏斗破裂线相交于B₂，以此类推得到漏斗斜边范围线。边界线向下延伸与装药径向破碎圈DEFG相接于D点，由于DEFG内岩石破裂但难以清理，破碎漏斗深度可以认为到DG，如图7所示。

当继续延长装药，O_n+1只产生破碎圈，孔口漏斗作用不明显。最终形成长嘴漏斗形态，如图8所示。

对于漏斗范围内的任一点D，收到来自多个装药的共同作用，由于作用方向不完全一致，大小也有差异，使得抛掷漏斗可见深度加深。可以采用将多个短柱状装药叠加作用确定抛掷范围得到可见深度。结合图9所示，D点看做多个短柱状装药的共同作用。根据作图分析，爆破后抛掷漏斗可见深度近似等于顶端装药的最小抵抗线，即P1＝h1。

当冲击波衰减为压缩应力波或岩石直接受它的作用时，径向方向产生压应力和压缩变形，从而使切向(环向)产生拉应力和拉伸变形，当拉伸应变超过动态破坏应变时，就会在径向方向产生裂缝。

式中，b—切向应力和径向应力的比例系数，b＝υ/(1-υ)；v—岩石的泊松比；α—应力波衰减指数，α＝2-b；ρ0—炸药密度；D—炸药爆速；

—比例距离，/>

r_c—药柱半径；r_b—炮孔半径；n—爆轰产物撞击孔壁时压力增大的倍数，n＝8～11；S_T—岩石抗拉强度。

当应力波压强下降到一定程度时，产生环状裂隙和剪切裂缝。在距离临空面较远范围内，裂隙区域意义不大，受剪破坏范围内岩石可以人工清理。结合图10所示，根据工程实践，受剪破坏区内便于清理的范围在坚硬岩石中，在柱形装药侧面该区域为4.5～8.8倍柱形装药半径，在一般岩石中为5.3～10.6倍柱形装药半径，在软岩石中为6.3～14.2倍柱形装药半径。当柱形装药的长度与直径之比为1时是最小值；当柱形装药的长度与直径之比超过20倍时是最大值。

确定上层装药：孔径采用直径70mm的孔。装药采用聚黑2炸药，密度1.7g/cm3，直径60mm，高度为60mm时药量288g。

炸药换算：Q_TNT＝0.288*1.3＝0.3744，Q_AN＝0.3744/0.56＝0.6686kg

破裂半径：根据R＝KQ₁/3，石灰岩查表得K＝0.90，R＝0.787m；

最佳深度：从之前可见漏斗深度在h/Q₁/3＝0.56—0.59之间时，可见深度最大。得到h＝0.4036—0.4252m。

漏斗半径：r＝(0.7872-0.40362)0.5＝0.6756m—0.66m

爆炸作用指数：n＝1.67—1.63

验算：Q＝Abh³＝1.11*7.08*0.40363＝0.517—0.477；

b＝0.3744/1.11/0.40363＝5.13—4.38；

装药长度：300mm

可见深度：0.41m

V型坑底锥角：2α＝100.4°

确定下层装药：

V型底部角度α：50.2°

开口宽度L：根据人员身材要求，确定开口长度L＝60cm。

装药间距：由

得到a＝22cm。

装药长度：50cm。

本发明实施例中，岩石炮孔深度为1.3米，炮孔填塞长度240mm，上部装药一段长度290mm，中间隔爆体两段组合长度220mm、下部装药长度550mm。

具体的，上部装药前端装配雷管孔，上部装药炸药柱采用压装的方法制成，上部装药长度根据需要制作。本实施例中上部装药药柱直径为57mm，药柱高度为220mm，装药量药为1.08千克，上部装药总高度为290mm。

下部装药与上部装药结构基本相同，不需要起爆组件装配位置。下部装药外壳采用不锈钢制成，用于隔爆，同时可加强阻止上部装药时爆破时的破坏。炸药采用8701炸药，装药量为2.16千克，药柱高度为500mm，下部装药总高度为550mm。

结合图1所示，在浅孔爆破开挖岩石时，通过如图所示的在炮孔100内设置上下分层装药可达到快速开挖的效果，但是上部装药6和下部装药19之间距离较近，在较短的长度内，单一隔爆材料很难满足炮孔内隔爆需求，因此，本发明旨在采用多梯次、复合结构的隔爆体，如沙土介质、泡沫铝和聚氨酯所形成的隔爆体，爆炸冲击波通过沙土介质后，能够阻挡大部分爆轰产物，将爆炸冲击波衰减为应力波，应力波在通过泡沫铝和聚氨酯后会再度衰减直到小于下部装药的起爆阈值。

结合图2所示，本发明目的在于提供一种岩石钻孔爆破的隔爆装置，主要包括上部装药壳5、隔爆体和下部装药壳18，上部装药壳5包括用于容纳上部装药6的容腔，下部装药壳18包括用于容纳下部装药19的容腔，上部装药壳5和下部装药壳18连接隔爆体。

由于在钻孔爆破作业中，岩石爆破装置与炮孔之间的耦合必然存在间隙，通过数值模拟和软件计算发现，爆炸冲击波在极小筒壁间隙中传播时衰减率会减少，且间隙越小，爆炸冲击波衰减越小。因此，为了防止爆炸冲击波通过筒壁间隙直接传播到下部装药将其诱爆，需要在爆破时通过一种流体介质将间隙填塞。

可选的，隔爆体包括外壳14以及设置在外壳14内的至少两种隔爆介质，两种隔爆介质沿炮孔长度方向分布，至少有一种隔爆介质为流体介质。

如此，通过两种不同的介质起到多级的阻隔冲击波的作用，且进一步的，流体介质在径向阻隔冲击波的同时，还可以在外壳14破碎后，填充到外壳14和炮孔的间隙中，将间隙填充满。

优选的，隔爆介质包括干沙结构10、疏孔结构13和聚氨酯结构15，干沙结构10、疏孔结构13和聚氨酯结构15按照由上部装药向下部装药的方向布置。干沙结构与疏孔结构、聚氨酯结构的长度比为3:1。

优选的，疏孔结构10包括泡沫铝。泡沫铝是一种具有众多优异物理和力学特性的多孔材料，它以铝或铝合金为基体，包含大量孔洞，具有质量轻和高比强度的特点。

爆轰波和爆轰产物向下作用在泡沫铝顶部的干沙结构10上，压缩中间的圆柱形泡沫铝。由于干沙结构10和泡沫铝变形封堵住了炮孔，增加了其向下运动的阻力，高温高压爆轰产物不能向下流动，实现了预想的封堵和隔爆效果。

实施例二：

进行泡沫铝的隔爆试验，在泡沫铝的上部放置尼龙材料(模拟炸药)，底部设置模拟泡沫铝上部炸药爆炸后，爆轰波和爆轰产物作用在炮孔壁上，使得炮孔直径增大，同时爆轰产物向上从空口喷出；爆轰波和爆轰产物向下作用在泡沫铝顶部的Q235钢质支撑件上，压缩中间的圆柱形泡沫铝。由于钢质支撑件和泡沫铝变形封堵住了炮孔，增加了其向下运动的阻力，高温高压爆轰产物不能向下流动，实现了预想的封堵和隔爆效果。结合图6所示，隔爆泡沫铝的压缩量进一步减小，下部的金属药筒和内装的尼龙材料(模拟炸药)的受压程度也大幅减弱。

沿圆柱形泡沫铝轴线，从上到下依次选取5个特征位置的单元，跟踪单元内材料的位移和速度信息，并绘制时程曲线如图5a-5b所示。t＝1400μs时刻泡沫铝被压缩到极限，随后由于结构反弹，位移略有减小；泡沫铝圆柱的初始长度为18cm，压缩后最终长度为4.1cm，压缩率约为77％。顶部泡沫铝材料压缩变形的速度最大值为333m/s，5个特征位置的泡沫铝压缩变形的速度出现了明显的平台区，其平台区速度约为235m/s；t＝550μs之后泡沫铝压缩变形的速度迅速下降，t＝1400μs时刻接近为零。

进一步的，通过高弹性的聚氨酯结构15起到缓冲吸能作用。

为了更好的达到隔爆效果，下部装药壳18的硬度大于上部装药壳5和外壳14的硬度。

本实施例中设置干沙结构、疏孔结构和聚氨酯结构的长度分别为15cm、3cm、2cm。干沙结构的粒径为0.25mm-0.5mm。

进一步的，隔爆体还包括导爆索9，导爆索9连接到干沙结构10中，用于将外壳14炸开，使干沙结构10填充到隔爆体与炮孔内壁的间隙中。

在具体的实施例中，导爆索9被安装在套管11中，设置在干沙结构10内，套管11被预弯呈贴在外壳14的内壁，并通过导管8穿过端盖，引出至外部，当导爆索9被引爆后，外壳14被炸烂，内部干沙向下流动，填充并堵住隔爆管与炮孔间的缝隙，阻止或减弱上部装药爆炸时冲击波向下传播，同时经泡沫铝消波作用，未端的聚氨酯将进一步衰减炸药威力，从而产生了较好地隔爆效果。

进一步的，外壳14的底部设有橡胶圈17，橡胶圈17的直径大于下部装药结构的直径，用于阻止流体介质持续下流。

如图2-3所示，上部装药管爆炸后，数码雷管首先起爆威力相对较低的导爆索9，导爆索9将外壳14炸开，内部干沙向下流动，填充并堵住外壳14与炮孔100之间的缝隙，阻止或减弱上部装药6爆炸时冲击波向下传播，同时经泡沫铝消波作用，未端的聚氨酯结构15将进一步衰减炸药威力，从而产生了较好地隔爆效果。

隔爆介质采用多层次、复合结构，隔爆材料主要包括干沙、泡沫铝、聚氨酯三种材料，本实施例选择干沙结构长度为15cm、泡沫铝长度为3cm、聚氨酯长度为2cm，直径为当隔爆结构动作后细砂粒填塞隔爆体和炮孔之间的间隙，细砂粒高度降低形成了直径70mm、高度9.26cm的圆柱形粒柱，细砂粒柱上方为直径70mm、高度5.74cm的空气间隔。这样就形成了5.74cm空气、9.26cm细砂、3cm泡沫铝、2cm聚氨酯四层隔爆结构，且两种介质的波阻抗相差较大，更够更好地削弱爆炸冲击波。

外层设置橡胶圈17的主要作用是密封岩石爆破装置和孔壁间隙，固定岩石爆破装置在炮孔100中的位置，同时细砂粒泄漏时可以减少细砂粒过多的泄漏到炮孔底部而削弱细砂粒的隔爆效果。

为避免导爆索爆炸时对上、下部装药产生影响，导爆索9包括柔性导爆索。柔性导爆索装药量要远小于普通导爆索。

优选的，外壳14的上端和下端设有金属连接盖7、16，上部装药壳5和下部装药壳18分别可拆卸的连接到金属连接盖7、16。两个金属连接盖之间固定设有金属连杆12，保证上部装药和下部装药稳定在一定的距离，不会相互靠近。尤其是在细砂粒高度降低时支撑上部装药不会随着下降而减少上、下部装药间的间隔，导致削弱隔爆结构的隔爆效果。

上部装药壳5为PVC材质，下部装药壳18为金属材质，提高下部装药的抗压性能，防止上部装药6产生的压力破坏下部装药19的装药结构，同时金属外壳波阻抗较高，能进一步削弱爆炸冲击波。

外壳14采用工程塑料，能够保证结构稳定基础上，不会在运输、装填中被突然破坏，同时具有易爆破性，在导爆索9作用下碎裂，保证细砂粒快速泄漏。

在具体的实施例中，首先起爆隔爆体内部的第三雷管22，第三雷管22经50秒延期后引爆柔性导爆索9，导爆索9爆炸后，将隔爆体PVC材质的外壳14破坏，隔爆体内的干沙流动，将剩余的隔爆体与炮孔100的缝隙填塞住。

上部装药6中的第一电子雷管1经60秒延期后起爆，将上部围岩抛出，形成第一次临空面，上部装药6爆轰后，经干沙、泡沫铝削波，遇到聚氨酯阻碍，衰减后的爆轰继续向下传播，同时流动的干沙进一步封堵下部装药19与炮孔100的缝隙，阻碍了爆轰能量向下传递，进一步削弱爆轰传播，直至无法诱爆下部装药。下部装药19的第二雷管21经60.08秒延期后，起爆，将第1次形成的临空面再一次向上抛掷作用，扩大的爆破漏斗坑的直径和深度，稍经清理即可。

实施例三：

本发明提出一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖，使用上述的岩石爆破成坑装置，包括以下步骤：

步骤1、开挖70mm的炮孔，炮孔深度为1300mm；

步骤2、将所述岩石爆破成坑装置填入到所述炮孔中，孔口进行填塞；

步骤3、引爆所述岩石爆破成坑装置；

其中，优先引爆隔爆体中的雷管，再引爆上部装药结构中的雷管，最后引爆下部装药结构中的雷管。

优选的，所述上部装药结构距离地表350mm，上部装药的长度为250mm，所述下部装药结构距离上部装药结构200-250mm，下部装药的长度500mm。

优选的，所述雷管为数码电子雷管，隔爆体中的雷管和上部装药结构中的雷管的时间间隔至少为10s，上部装药结构中的雷管和下部装药结构中的雷管的时间间隔是80ms。

在具体的实施例中，爆破分为定点起爆阶段-隔爆结构工作阶段-上部装药工作阶段-下部装药工作阶段。

具体操作如下：

(1)定点起爆阶段

起爆盒输出一个“起爆”的电信号，经过传输线，输出至岩石爆破装置中，激活岩石爆破装置中上、下部装药、隔爆结构中的三个数码雷管，此时三个数码雷管同时开始计时。由于三个数码雷管中固化、封装的时间不同，所以数码雷管不会同时起爆，而是按照隔爆结构雷管、上部装药雷管、下部装药雷管的顺序依次起爆。

(2)隔爆结构工作阶段

隔爆结构雷管在接收到起爆盒的“起爆”信号后，立即起爆引爆隔爆体中的柔性导爆索，导爆索的主要作用是炸开束缚着细砂粒工程塑料外壳，使细砂粒穿过炸开的隔爆体外壳流出爆破装置，填塞孔壁和岩石爆破装置的间隙，使隔爆介质完全覆盖下部装药的表面。此时由于支撑挡板的存在上部装药不会随着细砂粒的减少而下降，而密封橡胶圈的存在使得细砂粒不会流失过多，且可以填充在孔壁，提高上、下部装药间隔爆介质的隔爆效果。上部装药爆炸产生的爆轰产物和爆炸冲击波经过空气介质、砂土介质两层隔爆介质的削弱，使爆炸冲击波的强度迅速衰减。

(3)上部装药工作阶段

在隔爆结构完成动作后，数码雷管起爆上部装药，装药爆炸后，除在装药下方岩石内形成压碎区、裂隙区和震动区外，装药上方一部分岩石将被破碎，脱离原介质，形成爆破漏斗，部分岩石可能会落回漏斗坑。上部装药爆炸会松动下部装药周围的岩石，为下部装药创造自由面，这样下部装药爆炸时产生的应力波在自由面的反射叠加作用增强，夹制作用减少，增强了爆破效果。

(4)下部装药工作阶段

在上部装药雷管起爆后，下部装药中的雷管动作，引燃下部装药。下部装药爆炸后，产生的能量除了进一步破碎周为岩石外，会将上部装药破碎而没有抛掷的岩石进行第二次抛掷，且由于上部装药会粉碎下部装药上面的岩石区，导致下部装药的最小抵抗线减小，岩石内部阻力减少，因此下部装药产生的爆炸气体和能量会更多倾向于抛掷，降低后期作业的工程量，提高爆破成坑效率。

结合图11所示，爆炸后产生的漏斗坑碎石块度较小易于清理，爆破坑呈漏斗型，可见直径大于1m，简单清理后如图12所示，漏斗坑实际直径120cm，漏斗坑实际深度112cm，能够满足快速开挖的需求。

本发明通过双层装药的预制结构进行爆破，可快速填塞到炮孔中进行爆破，并可以形成深度达一米以上的爆坑，可以满足快速开挖的需求，装置易于装配、体积小，有利于单人携带爆破；

合理的选择了上部装药长度和下部装药长度，利用上层装药爆炸为下层装药创造临空面、逐层抛掷逐层加深的总体思路，使上层装药形成V型的爆破漏斗，下部装药可将上部形成的爆破漏斗中的碎石抛掷出，并向下延伸出超过一米深的爆坑，只需简单清理爆坑即可，作业效率较钻孔爆破提高70％以上、较药壶爆破提高35％以上。

通过设置全断面隔绝、多材料复合衰减、导爆索柔性防护、下级装药的起爆雷管设置在下部，不容易被上方的爆炸产物所引爆，上级装药的炸药爆速小于下级装药的炸药爆速等隔爆方案形成的隔爆体，解决了密闭空间内小间距隔爆的难题。

本发明采用细砂、泡沫铝、聚氨酯等复合结构作为隔爆介质，通过多种介质的阻隔作用，可降低冲击波的传递以及对下层装药的冲击，且隔爆体、上部装药、下部装药之间可拆卸连接，有利于携带；通过设置在隔爆体中设置导爆索，并利用砂土的流体性质，可制造出空气介质，并在削弱爆炸冲击波的基础上能够有效填塞岩石爆破装置与孔壁之间的间隙，提高隔爆效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置，其特征在于，包括隔爆体，以及与隔爆体可拆卸连接的上部装药结构和下部装药结构；

所述上部装药结构包括内部装有上部装药的上部装药壳，所述上部装药壳为两端开放的圆筒结构，所述圆筒结构的一端连接连接隔爆体，另一端连接有封盖，所述封盖开孔安装有部分与上部装药接触的雷管；

所述下部装药结构包括内部装有下部装药的下部装药壳，所述下部装药壳为两端开放的圆筒结构，所述圆筒结构的一端连接连接隔爆体，另一端连接有底座，所述底座开孔安装有部分与下部装药接触的雷管；

所述隔爆体包括外壳以及设置在外壳内的至少两种隔爆介质，其中至少一种为流体介质,所述隔爆体还包括连接在流体介质中的导爆索，用于将所述外壳炸开，所述外壳的底部设有橡胶圈，所述橡胶圈的直径大于炮孔内径。

2.根据权利要求1所述的一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置，其特征在于，所述隔爆介质沿炮孔长度方向分布，包括从上到下顺次布置的干沙结构、疏孔结构和聚氨酯结构。

3.根据权利要求1所述的一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置，其特征在于，所述上部装药壳和外壳的硬度低于下部装药壳的硬度。

4.根据权利要求1所述的一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置，其特征在于，所述上部装药壳的长度小于300mm，所述下部装药壳小于550mm，所述隔爆体的长度范围为200-240mm。

5.根据权利要求1所述的一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置，其特征在于，所述底座材质为硬质聚氨酯，所述底座上设有圆孔，所述圆孔的直径大于雷管的直径。

6.一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖方法，其特征在于，使用权利要求1-5任一项所述的坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置，其特征在于，包括以下步骤：

开挖出目标深度的炮孔；

将所述坚硬岩石集成式快速爆破开挖装置填入到炮孔，并填塞炮孔口；

引爆隔爆体中的雷管；

依次引爆上部装药结构中的雷管和下部装药结构中的雷管。

7.根据权利要求6所述的一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖方法，其特征在于，所述下部装药结构距离上部装药结构之间的距离为200-250mm。

8.根据权利要求7所述的一种坚硬岩石集成式快速爆破开挖方法，其特征在于，所述隔爆体中的雷管和上部装药结构中雷管的时间间隔至少为10s，上部装药结构中的雷管和下部装药结构中的雷管的时间间隔至少为80ms。

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