CN115127412A - 坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，包括隔爆体，所述隔爆体的上端连接上部装药壳，下端连接下部装药壳，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，所述隔爆介质沿炮孔长度方向分布，所述隔爆介质至少有一种为流体介质，满足坚硬岩石孔内小间距的装药隔爆。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，属于***开挖技术领域。
背景技术
分层***是将多层装药设置在孔内，上层装药***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，***后在第一层装药形成的V型坑内形成破碎和抛掷，以逐层的形成***开挖。
公开号为110186341A的中国专利，公开了一种用于硬岩V形凹坑快速成型的***装置及方法，其通过上层装药和下层装药之间设置隔爆体，形成间隔起爆，其隔爆体采用环形膨胀结构，在上层装药起爆后，使环形膨胀体膨胀，堵塞炮孔，防止下层装药的殉爆。现有技术关于孔内分层装药掏槽进行高爆速***的***效果良好，被广泛应用，但是目前的隔爆方式进行隧道掘进***掏槽施工时，对于***岩石越硬、高爆速***爆速越高，上层装药起爆后，容易未等膨胀体膨胀即引爆下部装药，隔爆效果难已实现。
首先，隔爆的难度主要体现在隔爆所处的空间，当隔爆处于较软的炮孔内，则隔爆是相对容易的，***产物容易侵入到炮孔的孔壁，而当在坚硬岩石下，炮孔内的隔爆是困难的，***产物会沿孔壁在炮孔的长度方向移动，并诱发后级装药的殉爆；其次，对高爆速***进行隔爆非常困难，高爆速******产物速度极高，更容易诱发殉爆，尤其是浅层硬岩开挖时，在上级装药和下级装药的药量确定后，上级装药和下级装药之间的间距是固定的，能且只能是较短的间距，若增加隔爆间距，则在有限的炮孔长度下，药量不够，无法***，现有技术在短间距的隔爆要求条件下，并无隔爆设置。因此，在这种情况下，研发出小间距的隔爆装置尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，提高坚硬岩石***开挖过程中的隔爆效果。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
提供一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，包括隔爆体，所述隔爆体的上端连接上部装药壳，下端连接下部装药壳，
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，所述隔爆介质沿炮孔长度方向分布，所述隔爆介质至少有一种为流体介质，满足孔内小间距装药的隔爆需求。
进一步的，所述隔爆介质包括顺次布置的流体介质、疏孔结构和聚氨酯结构，所述流体介质包括干沙结构，所述干沙结构靠近上部装药壳。
进一步的，所述疏孔结构与聚氨酯结构的长度之和，与干沙结构长度之比为1:3。
进一步的，所述干沙结构的粒径范围为0.25mm-0.5mm。
进一步的，所述疏孔结构包括泡沫铝。
进一步的，所述隔爆体还包括导爆索，所述导爆索连接到流体介质中，用于将所述壳体炸开，使流体介质填充到所述隔爆体与炮孔内壁的间隙中。
进一步的，所述导爆索通过被预弯贴在外壳内壁上的套管设置在干沙结构内部，所述套管通过导管引出至外壳的外部，利用砂土的流体性质，制造出空气介质，并在削弱***冲击波的基础上能够有效填塞岩石***装置与孔壁之间的间隙，提高隔爆效果。
进一步的，所述外壳的底部设有橡胶圈，所述橡胶圈的外径大于炮孔内径，用于阻止所述流体介质持续下流。
进一步的，所述外壳的上端和下端设有金属连接盖，所述上部装药壳和下部装药壳可拆卸的连接到所述金属连接盖，两个所述金属连接盖之间设置金属连杆。
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，所述上部装药壳为PVC材质，所述下部装药壳为金属材质。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明通过将干沙结构、还有泡沫铝的疏孔结构和聚氨酯结构复合为隔爆体，能够满足孔内小间距装药的隔爆需求，保证上部装药***瞬间不会诱爆下部装药，实现了上、下部装药小间距联合***的效果；
设置金属连接盖，将上部装药壳和下部装药壳可拆卸的连接到金属连接盖，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***冲击波的基础上能够有效填塞岩石***装置与孔壁之间的间隙，进一步提高隔爆效果。
附图说明
图1是本发明实施例所示的隔爆体在上层装药以及下层装药之间的示意图；
图2是本发明实施例所示的隔爆体装药后的结构示意图；
图3是本发明实施例所示的隔爆体的结构示意图；
图4是本发明实施例所示的隔爆体的实物图；
图5中，a是泡沫铝的材料的位移与时间的关系图，b是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泡沫铝***试验的效果图；
图中：1、第一数码电子***；2、第二数码电子***；3、第三数码电子***；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；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。
坚硬岩石孔内进行***，无法保证隔爆效果是因为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，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，为实现隔爆增加了更多不确定因素，加大了隔爆的难度。
主装药***后，其***效应包括：空气冲击波、***产物流、***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***产生的这些能量形式之间又是相互联系，相互制约的，对于各种具体的前、后级药***来说，引起殉爆的原因可能是不同的，因此给分析殉爆的原因带来困难。
结合图1所示，在浅孔***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，达到快速开挖的效果，但是只设置上部装药6和下部装药19，两层装药结构距离较近，在较短的长度内，单一隔爆材料很难满足炮孔内隔爆需求。
结合图2所示，为本发明提供的一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，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之间连接隔爆体。
在钻孔***作业中，岩石***装置与炮孔100之间的耦合必然存在间隙，通过数值模拟和软件计算，***冲击波在0.01-0.1mm筒壁间隙中传播时衰减率会减少，且间隙越小，***冲击波衰减越小。
本发明设置隔爆体包括外壳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100长度方向分布，其中至少有一种隔爆介质为流体介质，在***时通过流体介质将间隙填塞，有效防止***冲击波通过筒壁间隙直接传播到下部装药将其诱爆。
通过两种不同介质起到多级的阻隔冲击波的作用，进一步可实施的，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100的间隙中，优选将间隙填充满。
本发明实施例中设置的隔爆介质包括在外壳14内顺次设置的干沙结构10、疏孔结构13和聚氨酯结构15，其中干沙结构10靠近上部装药6。干沙结构10与疏孔结构13的长度之和，与聚氨酯结构15的长度比为3:1。
其中疏孔结构10为泡沫铝，或包括泡沫铝的结构，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100，增加了爆轰波和爆轰产物向下运动的阻力，即使高温高压爆轰产物不能向下流动，实现有效封堵和隔爆效果。
另一种实施例，本发明还提供泡沫铝的隔爆性能测试，图6所示为泡沫铝***试验的效果图，本实施例中，设置干沙结构10、疏孔结构13和聚氨酯结构15的长度分别为15cm、3cm、2cm，干沙结构的粒径为0.25mm-0.5mm。
具体操作时，在泡沫铝的上部放置尼龙材料，模拟***，底部设置模拟泡沫铝上部******后，爆轰波和爆轰产物作用在炮孔壁上，使得炮孔100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，有效进行封堵和隔爆。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***）的受压程度也大幅减弱。
沿圆柱形泡沫铝的中轴线，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。从图中可以看出，当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。
聚氨酯结构15为高弹性结构，起到缓冲吸能作用。
本发明设置下部装药壳18的硬度大于上部装药壳5和外壳14的硬度，辅助达到更好的隔爆效果。
隔爆体内还设置导爆索9，导爆索9连接到干沙结构10内，用于将外壳14炸开，方便将干沙结构10填充到隔爆体与炮孔100内壁的间隙中。
为避免导爆索9***时对上、下部装药产生影响，导爆索9选用柔性导爆索，其装药量远小于普通导爆索。
在具体的实施例中，导爆索9通过套管11设置在干沙结构10内，套管11被预弯贴在外壳14的内壁，并通过导管8穿过端盖，引出至外壳14外部。导管8位于干沙结构10的中部。当导爆索9被引爆后，外壳14被炸烂，内部干沙结构10向下流动，填充并堵住外壳14与炮孔100间的缝隙，阻止或减弱上部装药6***时冲击波向下传播，同时经疏孔结构10消波作用，未端的聚氨酯结构15将进一步衰减***威力，产生更好的隔爆效果。
下部装药壳18与外壳14的底部连接处设有橡胶圈17，设置橡胶圈17的外径大于炮孔内径，贴紧炮孔的内壁，用于阻止流体介质持续下流。
橡胶圈17的主要作用是密封岩石***装置和孔壁间隙，固定岩石***装置在在炮孔中的位置，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。
上部装药壳5为PVC材质，下部装药壳18为金属材质，下部装药外壳18采用金属外壳，提高下部装药19的抗压性能，防止上部装药6产生的压力破坏上部装药6的装药结构，同时金属外壳波阻抗较高，能进一步削弱***冲击波。
上部装药6***后，第一数码***1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，干沙结构10向下流动，填充并堵住外壳14与炮孔100间的缝隙，阻止或减弱上部装药18***时冲击波向下传播，同时经疏孔结构13作用，未端的聚氨酯结构15进一步衰减***威力，产生更好的隔爆效果。
本发明实施例中隔爆介质采用多层次、复合结构，隔爆材料主要包括有干沙结构10、选用泡沫铝的疏孔结构13及聚氨酯结构15三种材料，其中干沙结构10长度为15cm、泡沫铝长度为3cm、聚氨酯长度为2cm，当导爆索9***后，外壳14内的干沙结构10流出，填塞外壳14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，干沙结构10上方设置直径70mm、高度5.74cm的空气间隔，由此形成了5.74cm空气、9.26cm细砂、3cm泡沫铝、2cm聚氨酯四层隔爆体，且相邻两种介质的波阻抗相差较大，更够更好地削弱***冲击波。
可实施的，外壳14的上端设有上部金属连接盖7，下端设有下部金属连接盖16，上部装药壳5和下部装药壳18分别可拆卸的连接到上部金属连接盖7和下部金属连接盖16。上部金属连接盖7和下部金属连接盖16之间固定设有若干个金属连杆12。保证上部装药6和下部装药19稳定在一定的距离，不会相互靠近，尤其是在干沙结构10高度降低时，支撑上部装药6，不会减少上部装药6和下部装药19间的间隔，导致削弱隔爆体的隔爆效果。
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***性，在导爆索9作用下碎裂，保证干沙结构10快速泄漏。
具体实施过程中，首先起爆隔爆体内部的第一数码电子***1，第一数码电子***经50秒延期后引爆导爆索9，导爆索9***后，将隔爆体的外壳14破坏，隔爆体内的干沙结构10流动，将剩余的隔爆体与炮孔100的缝隙填塞住；上部装药中的第二数码电子***2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，经干沙结构10、疏孔结构13削波，遇到聚氨酯结构15阻碍，衰减后的爆轰继续向下传播，同时流动的干沙结构10进一步封堵下部***与炮孔的缝隙，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。下部装药的第三数码电子***3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***漏斗坑的直径和深度，稍经清理即可。
结合以上实施例，本发明设置干沙结构10、疏孔结构13及聚氨酯结构15的复合隔爆体，能够满足岩石***装置的隔爆需求，保证上部装药6***瞬间不会诱爆下部装药18，实现了上、下部装药联合***的效果，且隔爆体、上部装药6、下部装药18之间可拆卸连接，有利于携带组装；通过在隔爆体中设置导爆索9，并利用砂土的流体性质，制造出空气介质，并在削弱***冲击波的基础上能够有效填塞岩石***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 (10)
1.一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，其特征在于，包括隔爆体，所述隔爆体的上端连接上部装药壳，下端连接下部装药壳，
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，所述隔爆介质沿炮孔长度方向分布，所述隔爆介质至少有一种为流体介质。
2.根据权利要求1所述的一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，其特征在于，所述隔爆介质包括顺次布置的流体介质、疏孔结构和聚氨酯结构，所述流体介质包括干沙结构，所述干沙结构靠近上部装药壳。
3.根据权利要求2所述的一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，其特征在于，所述疏孔结构与聚氨酯结构的长度之和，与干沙结构长度之比为1:3。
4.根据权利要求2所述的一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，其特征在于，所述干沙结构的粒径范围为0.25mm-0.5mm。
5.根据权利要求2所述的一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，其特征在于，所述疏孔结构包括泡沫铝。
6.根据权利要求2所述的一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，其特征在于，所述隔爆体还包括导爆索，所述导爆索连接到流体介质中。
7.根据权利要求6所述的一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，其特征在于，所述导爆索通过被预弯贴在外壳内壁上的套管设置在干沙结构内部，所述套管通过导管引出至外壳的外部。
8.根据权利要求1所述的一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，其特征在于，所述外壳的底部设有橡胶圈，所述橡胶圈的外径大于炮孔内径。
9.根据权利要求1所述的一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，其特征在于，所述外壳的上端和下端设有金属连接盖，所述上部装药壳和下部装药壳可拆卸的连接到所述金属连接盖，两个所述金属连接盖之间设置金属连杆。
10.根据权利要求1所述的一种坚硬岩石孔内小间距装药隔爆装置，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，所述上部装药壳为PVC材质，所述下部装药壳为金属材质。
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