CN203286929U - 一种防水耐高压深井爆破筒 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种防水耐高压深井爆破筒，包括筒身、安装在筒身上的筒盖、装填在筒身内的炸药和设置在炸药中的耐压电雷管，所述筒盖上设有引出孔，所述耐压电雷管的脚线从引出孔引出，所述筒盖上设有密封引出孔与脚线之间间隙的封胶，所述封胶在水压环境下带自锁功能。筒身底部用与筒身相同的材料焊接，焊缝保证不出现裂隙或孔洞。本实用新型的爆破筒通过用水压环境下带自锁功能的封胶密封引出孔和脚线之间的空隙，在环境水压的作用下，依靠自身的一定的变形能力，水压越大，封胶与脚线之间、封胶与筒盖之间的接触越紧密，避免封胶变形引起的开裂，导致水顺着脚线和引出孔渗入炸药中。本实用新型可应用于工程爆破领域。

Description

一种防水耐高压深井爆破筒

技术领域

本实用新型涉及工程爆破领域，特别是一种防水耐高压深井爆破筒。

背景技术

地下温泉资源、矿泉资源越来越稀缺，需要井内爆破促进涌水量提升。考虑到爆破施工环境特殊，爆破位置位于水下数百米甚至上千米，爆破空间狭小，井的孔径一般为75mm及以下，且存在由水压力产生的几十个甚至上百个大气压的环境压力，即使要能实现成功起爆都有一定难度，更难于科学合理地判别爆破后的实际效果。

国内外，石油开采行业中对于超高环境压力情况下的狭窄空间爆破有较多的应用工艺，其中一种即石油射孔弹技术。石油井的孔径一般大于200mm，是温泉井等水井直径的2～3倍以上，相对较大的空间给射孔技术提供了可能；另外石油井投资巨大、建设周期长，开采的石油价值相对较高，所以对爆破成本不敏感，一般采用复杂的有枪系统。但是，有枪系统设备昂贵，爆破施工成本大、周期长，普通的地下水资源开采工程中难以接受。

考虑到石油开采行业所采用的有枪系统及石油射孔弹技术，地下水资源开采工程中直接借鉴和应用存在以下问题：（1）石油井的孔径一般大于200mm，是温泉等水井直径的2～3倍以上，相对较大的空间给聚能射孔技术提供了可能；而温泉等水井，空间特别狭窄，采用聚能射孔技术将大大降低有效装药量，不利于裂隙向四周的充分扩展；（2）石油井投资巨大、建设周期长，开采的石油价值相对较高，对爆破成本不敏感。

因此急需设计一种方便快捷、成本低廉的防水耐高压深井爆破筒，促进地下水资源的开采。

实用新型内容

为了克服上述技术问题，本实用新型的目的在于提供防水及抗压能力都能满足深井爆破用的防水耐高压深井爆破筒。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种防水耐高压深井爆破筒，包括筒身、安装在筒身上的筒盖、装填在筒身内的炸药和设置在炸药中的耐压电雷管，所述筒盖上设有引出孔，所述耐压电雷管的脚线从引出孔引出，所述筒盖上设有密封引出孔与脚线之间间隙的封胶，所述封胶在水压环境下带自锁功能。筒身底部用与筒身相同的材料焊接，焊缝保证不出现裂隙或孔洞。

作为上述技术方案的进一步改进，所述封胶为环氧树脂胶。封胶的要求为连接后强度较大，胶体本身的变形小，防止外部环境水压力将柔性胶体通过微孔被一点一点地挤入爆破筒内，从而失去密封作用。而环氧树脂胶柔性和刚度适中，胶体自身有一定的变形能力，在环境水压的作用下，压力越大，环氧树脂胶与脚线之间、与筒盖之间的接触越紧密，避免由于变形引起的开裂。

作为上述技术方案的进一步改进，所述脚线包括从引出孔引出后紧贴筒盖端面的连接段，所述封胶包括覆盖在连接段上并与连接段、筒盖端面紧密连接的部分。实际应用中，脚线要紧贴爆破筒筒盖后上胶连接，增大封胶与脚线的接触长度，同时随着环境水压力增大，封胶与脚线间的连接和封胶与筒盖之间的连接越压越紧，即形成自锁功能，防止水从封胶与脚线、筒盖间的间隙渗透。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒盖与筒身通过螺纹连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒盖与筒身通过三角螺纹连接，其目的在于三角螺纹的螺纹较密，有利于减小内外螺纹间的间隙，使得密封性能更好。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒盖与筒身的连接螺纹之间通过柔性止水带密封。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒盖与筒身的接合端面外周缠绕有防水胶带。在环境压力作用下，压力越大，防水胶带与筒身和筒盖之间的连接越紧密，即形成自锁功能，防止水从防水胶带与爆破筒间的间隙渗透。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒身和筒盖的材质为合金或合金铝材。

作为上述技术方案的进一步改进，所述炸药为TNT或TNT与泰安粉状炸药的熔铸型。

作为上述技术方案的进一步改进，所述筒盖上设有用于将多个防水耐高压深井爆破筒串接的串联扣环。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的爆破筒通过用水压环境下带自锁功能的封胶密封引出孔和脚线之间的空隙，在环境水压的作用下，依靠自身的一定的变形能力，水压越大，封胶与脚线之间、封胶与筒盖之间的接触越紧密，避免封胶变形引起的开裂，导致水顺着脚线和引出孔渗入炸药中。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型筒盖的示意图。

具体实施方式

本实用新型的关键在于设计一种防水耐高压深井爆破筒，在井内呈破碎带或非闭合裂隙处进行爆破，导通水源地与温泉井间的屏障，从而增加各种水井的涌水量。

如图1和图2所示，该爆破筒包括筒身1、安装在筒身1上的筒盖2、装填在筒身1内的炸药3和设置在炸药3中的耐压电雷管4，筒盖2上设有引出孔5，耐压电雷管4的脚线9从引出孔5引出，筒盖2上设有密封引出孔5与脚线9之间间隙的封胶6，封胶6在水压环境下带自锁功能。

优选的，封胶6为环氧树脂胶。

优选的，脚线9包括从引出孔5引出后紧贴筒盖2端面的连接段，封胶6包括覆盖在连接段上并与连接段、筒盖2端面紧密连接的部分。

优选的，筒盖2与筒身1通过螺纹连接，筒身1上是外螺纹，筒盖2上的是内螺纹10。

优选的，筒盖2与筒身1通过三角螺纹连接。

优选的，筒盖2与筒身1的连接螺纹之间通过柔性止水带密封。

优选的，筒盖2与筒身1的接合端面外周缠绕有防水胶带7。

优选的，筒身1和筒盖2的材质为合金或合金铝材。

优选的，炸药3为TNT或TNT与泰安等粉状炸药的熔铸型。

优选的，筒盖2上设有用于将多个防水耐高压深井爆破筒串接的串联扣环8。

以下是本实施例中的爆破筒的设计过程。

（1）标准化的爆破筒规格和形状设计

在某工程中由于装药空间狭窄，温泉井内壁内径仅为75mm及以下，装药爆破位置深，水下数百米甚至上千米，炸药就位的工艺性决定只能采用不耦合装药。另外，考虑到工程的特殊性，只能采用圆柱型的炸药形状；可借鉴的工程经验少，一次爆破炸药量确定有一定难度，故初步设计时，对炸药进行标准化设计（根据井壁设计炸药直径、长度）：

①圆柱型炸药形状的设计时，柱状炸药的直径尽可能大，保证装药强度，即延米装药量，提高爆破威力；

②为了保证炸药能够顺利下沉就位，需要对炸药的直径和长度进行设计，不宜太大，否则爆破筒就位困难；

③一次爆破药量的确定，理论分析和数值模拟计算往往只能作为参考，考虑到实际地质情况的复杂性，还要根据实际爆破效果调整药量，所以设计成标准的圆柱型药块，必要时多个爆破筒串联爆破。

综合上述因素，确定圆柱型炸药块的直径应该为温泉井壁的0.85～0.9倍，标准药块的长度不宜超过50cm长；实际施工中根据装药密度、施工工艺实验等调整标准炸药块的直径和高度，但实际炸药质量保持2kg不变。施工过程中可根据实际爆破效果，考虑同一位置多次爆破和多个标准炸药块的串联爆破。

（2）爆破筒强度设计

为了抵抗超高的环境压力，必须将雷管和炸药等起爆器材装进爆破筒内，且在压力下不变形，强度冗余小有利于起爆后充分释放爆炸能量。爆破筒外径宜是井壁内径的0.85～0.9倍，装药强度较大，及延米装药量较大，爆炸威力得到保证，而且炸药下沉就位方便。爆破筒参数设计计算如下：

①筒壁侧压力抗力计算

筒体外壳侧壁系薄壁圆柱壳结构，其必须环境水压力作用下，壳体结构不能够失稳变形。考虑到本工程的特点与石油行业相比，爆破深度较浅（一般小于2000m）、环境温度较低（小于100℃），所以可选择合金铝材或者合金钢材作为爆破筒壳体材料。另外，由于孔径较小，爆破筒的装药量较小，所以爆破筒的壳体材料不宜太厚，强度不宜太大，爆破筒壳体富余强度太大影响周边岩石的压裂效果。对该爆破筒壳体强度进行核算和设计，爆破筒最大抗侧压力计算：

P_m=(WYσu₁f/ψn′S_ne₁K_n)^(1.1-γ)

式中：

P_m—爆破筒内最大压力；

W—高威力炸药药装药量；

Y—高威力炸药形状特征量；

σ—爆破筒材料静态屈服极限，MPa；

u₁—相对燃烧表面积，dm²；

f—火药力，KJ/Kg；

ψ—修正系数；

n′—最大压力时的破孔数；

S_n—排气孔面积，dm²；

e₁—高威力炸药弧厚，dm；

K_n—高威力炸药燃气K值；

γ—高威力炸药压力指数。

爆破筒壁厚计算：

$r_1/r_2\≥\sqrt{\frac{1}{1-3(P_m-[\mathrm{\σ}\left]\right)}}$

式中：

r₁—爆破筒外径，cm；

r₂—爆破筒内径，cm；

[σ]—许用应力，MPa。

爆破筒厚度计算：

δ=r₁-r₂

将设计的材料强度、弹性模量、筒壁的内外径以及壁厚代入上式，经过计算可获得外壳厚度参数。

②端部压力抵抗力计算

以爆破筒口部直径50mm、环境压力5MPa为例，则周边水对爆破筒口部封口材料的压力：

$F={\mathrm{\πr}}^2\×P=\frac{1}{4}\×3.14\×{\left(0.05\right)}^2\×5\×{10}^6=9812.5N.$

经上述计算，爆破筒封口构件必须能够承担大于9812.5牛顿的抗力，才能保证爆破筒封口材料不被水压力将其推动进入爆破筒内部导致爆破筒变形失效。

爆破筒局部稳定计算（爆破筒侧壁不屈服）：

F≤2πr×δ×E_c=3.14×0.05×δ×2.06×10⁵×10⁶；

则， $\frac{\mathrm{\δ}}{r}\≥\frac{P}{{8E}_c};$

（对于二级钢，E_c=2.06×10⁵MPa）；

（对于铝合金，E_c=7.0×10⁴MPa）。

爆破筒侧壁整体稳定计算（爆破筒侧壁不整体屈曲失稳）：

回转半径，i=r+δ/2≈2.5cm，长度50cm和25cm，则长细比：λ₁=l₁/i=50/2.5=20≤[λ]；λ₂=l₂₁/i=25/25=10≤[λ]；

[λ]为杆件的容许长细比（铝合金或合金钢）。根据上式计算设计的爆破筒筒身厚度，其侧壁不会发生整体屈曲失稳。

经上述计算分析，考虑到特定规格的铝材管市场上很难买到，所以采用钢质管加工药外罩，而且较铝罩的线装药量大，爆炸威力大。考虑计算时钢材的强度选取的屈服强度，非极限强度，所有有一定的强度冗余；机械加工的误差问题，此系强度方面的不利影响因素；强度冗余与机械加工误差，两者影响相互抵消。

考虑到市场上无缝钢管的规格限制，以及机械加工精度限制，实际施工过程中，炸药采用熔铸型，密度1.6g/cm³，TNT和泰安，爆破筒壁厚1.2mm，内径63mm，管径内装药约50g/cm，每个标准爆破筒长45cm，装药长40cm，炸药2kg。爆破施工的过程中，2～4个爆破筒串联爆破。

（3）爆破筒密封性能设计（含导线导出）

假设在5Mpa的环境压力下，钢质爆破筒的连接接口有焊接接口、螺纹接口和雷管脚线接口，其密封性能分析如下：

焊接接口：包括爆破筒的筒身与底板的焊接，其通过检查焊接质量确保满足密封性要求；

螺纹接口：爆破筒的筒身与盖帽的连接，采用密三角螺纹设计，减小环境水压力作用下水研螺纹间隙渗透，另外在筒身端部的外螺纹外缠绕柔性止水带后在拧上筒盖，两者连接紧固以后，再用防水胶布紧紧缠绕住螺纹连接部位，在这里防水胶布采用电工胶布，如此，在外围的环境压力下，外围缠绕的电工胶布越来越紧（即“自锁现象”），牢牢堵死螺纹间隙等接触间隙，防止水渗透；

雷管脚线接口：系在筒盖中预先钻一个引出孔，引出脚线，再进行密封。高环境压力下的引出孔密封，一般采用胶垫压实密封，其能承受的环境压力较大，但结构复杂；采用不同的胶封，结构简单、施工方便，但承受的环境压力有限，需要合理选择胶的种类和密封工艺。

考虑雷管脚线孔小（3mm直径）、爆破筒尺寸小变形小，采用环氧树脂胶密封，能够满足要求，因为：

①不能是普通的软胶，防止外部环境水压力将柔性胶体通过微孔被一点一点地挤入爆破筒内，从而失去密封作用；环氧树脂胶连接后强度较大，不会产生微孔；

②环氧树脂胶自身有一定的变形能力，在环境水压的作用下，压力越大，不同介质间的接触越紧密；

③脚线要横向紧贴爆破筒筒盖后上胶连接，既增大环氧树脂胶与脚线的接触长度，同时随着环境水压力增大，环氧树脂胶与脚线间的连接和胶体与筒盖之间的连接越压越紧，即形成自锁功能，防止水从胶体与脚线、筒盖间的间隙渗透。

另外，由于起爆环境在高压水环境下，因此实施例中的爆破筒均采用电网络起爆。

实例1：新丰云天海温泉原始森林度假村温泉井爆破提高涌水量工程。

本实施例中的爆破筒在新丰云天海温泉原始森林度假村温泉水井爆破提高涌水量工程得到成功应用（爆破位置位于温泉水井孔内-420～-550m不等，静止水位以下400～500m），所设计的爆破筒及无枪起爆系统安全可靠，共爆破处理了3口温泉井，均取得了良好的效果。

实例2：新丰云天海温泉原始森林度假村矿泉井爆破提高流量工程。

本实施例中的爆破筒还在新丰云天海温泉原始森林度假村矿泉水井爆破提高流量工程得到成功应用（爆破位置位于矿泉水井孔内-60～-120m不等，静止水位以下50～100m），再次证明设计的爆破筒及无枪起爆系统安全可靠，共爆破处理了4口矿泉水井，亦取得了良好的效果。

以上所述只是本实用新型优选的实施方式，其并不构成对本实用新型保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种防水耐高压深井爆破筒，其特征在于：包括筒身(1)、安装在筒身(1)上的筒盖(2)、装填在筒身(1)内的炸药(3)和设置在炸药(3)中的耐压电雷管(4)，所述筒盖(2)上设有引出孔(5)，所述耐压电雷管(4)的脚线(9)从引出孔(5)引出，所述筒盖(2)上设有密封引出孔(5)与脚线(9)之间间隙的封胶(6)，所述封胶(6)在水压环境下带自锁功能。

2.根据权利要求1所述的防水耐高压深井爆破筒，其特征在于：所述封胶(6)为环氧树脂胶。

3.根据权利要求1或2所述的防水耐高压深井爆破筒，其特征在于：所述脚线(9)包括从引出孔(5)引出后紧贴筒盖(2)端面的连接段，所述封胶(6)包括覆盖在连接段上并与连接段、筒盖(2)端面紧密连接的部分。

4.根据权利要求1所述的防水耐高压深井爆破筒，其特征在于：所述筒盖(2)与筒身(1)通过螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的防水耐高压深井爆破筒，其特征在于：所述筒盖(2)与筒身(1)通过三角螺纹连接。

6.根据权利要求4或5所述的防水耐高压深井爆破筒，其特征在于：所述筒盖(2)与筒身(1)的连接螺纹之间通过柔性止水带密封。

7.根据权利要求1或4所述的防水耐高压深井爆破筒，其特征在于：所述筒盖(2)与筒身(1)的接合端面外周缠绕有防水胶带(7)。

8.根据权利要求1所述的防水耐高压深井爆破筒，其特征在于：所述筒身(1)和筒盖(2)的材质为合金或合金铝材。

9.根据权利要求1所述的防水耐高压深井爆破筒，其特征在于：所述炸药(3)为TNT或TNT与泰安粉状炸药的熔铸型。

10.根据权利要求1或8或9所述的防水耐高压深井爆破筒，其特征在于：所述筒盖(2)上设有用于将多个防水耐高压深井爆破筒串接的串联扣环(8)。

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