一种巷道周边眼预裂爆破的装药装置

1.本发明属于爆破领域，具体涉及煤矿井下岩石巷道、隧道等爆破方法。


背景技术：

2.目前，煤矿井下岩石巷道掘进仍主要以钻爆法为主，具有适应性强、可靠性高、成本可控等优点。钻爆法爆破炮眼布置方式主要分为掏槽眼、辅助眼和周边眼，其中周边眼布置在开挖断面四周，孔底均落在同一平面上，炮眼主要用于控制开挖轮廓和巷道断面成型。岩巷掘进周边眼一般采用直眼孔底装药结构，软岩巷道中可采用定向切缝预裂爆破等技术，以此实现巷道光面爆破，控制巷道成型。该装药结构可使得炸药能量定向于预裂的方向进行传播，降低爆炸作用于周边围岩的冲击压力，但是对特硬坚硬岩石(普氏系数10以上)而言，炸药装药量显著提高，爆破振动作用更加剧烈，使得围岩破坏严重。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种巷道周边眼预裂爆破的装药装置，基于承压水爆破作用原理，采用承压水与空气柱间隔装药的预裂爆破方法，对于保证实现周边眼光面爆破、提高坚硬岩石巷道成型效果，控制装药成本，保证安全生产具有积极意义。
4.本发明的技术方案是，一种巷道周边眼预裂爆破的装药装置，其特征是所述装药装置是隔震聚能管，所述隔震聚能管中部向内凹陷形成聚能槽，所述隔震聚能管上端设有顶部盖板，下端设有底部盖板，隔震聚能管内炸药包与空气柱间隔设计，在炸药包周围布置一圈承压水体介质，在炸药包与空气柱之间设有木屑间隔包；实际进行井下爆破时，需要对隔震聚能管进行组装。
5.进一步地，两个炸药包的间隔距离不大于该种炸药在炮眼内的殉爆距离。
6.进一步地，隔震聚能管的聚能槽与巷道断面轮廓线方向一致。
7.进一步地，进行隔震聚能管组装的时候在靠近巷道壁侧多覆盖一层孔壁保护外壳，进一步保护巷道壁围岩的稳定性。
8.本发明具有以下有益效果
9.1、本发明提供的定向聚能管结构，通过定向切缝预裂，实现定向聚能爆破，保证炸药能量集中于断裂面上用于巷道轮廓成型。
10.2、本发明周边眼采用聚能管装药，聚能槽与巷道断面轮廓线方向一致。通过定向预裂，实现爆破隔震和减震，降低围岩的损伤程度，提高巷道稳定性。
11.3、本发明采用空气柱间隔装药方法，在一定岩石和炸药条件下，可增加爆炸荷载沿炮孔分布的均匀性，能量在掘进方向沿钻孔均匀释放，光面爆破效果达到最佳。
12.4、承压水促进爆破切缝预裂效果
13.在能量沿着巷道断面轮廓线定向集中释放、沿掘进面长度均匀释放的基础上，炸药周围布置一圈特制的承压水体介质，爆炸后四周承压水混合作用形成的高压力水气混合物，可以促进爆炸生产物沿着爆生裂纹进一步扩展，在周边眼装药间距和装药一定前提下，
可提高巷道成型效果、控制爆破对于周边围岩的扰动作用。
附图说明
14.图1是本发明爆破布置原理图。
15.图2是本发明隔震聚能管结构示意图。
16.图3是周边眼钻孔布置图。
17.附图标号说明：隔震聚能管1、承压水体介质2、空气柱3、木屑间隔包4、炸药包5、顶部盖板6、底部盖板7、聚能槽8、孔壁保护外壳9。
具体实施方式
18.以下结合附图对本发明技术内容进行详细说明。
19.如图1所示，本发明周边眼采用隔震聚能管1装药，隔震聚能管1上端设有顶部盖板6，下端设有底部盖板7，隔震聚能管内炸药包5与空气柱3间隔设计，两个炸药包5的间隔距离一般不能大于该种炸药在炮眼内的殉爆距离。在炸药包5周围布置一圈承压水体介质2，爆炸后四周承压水混合作用形成的高压力水气混合物，可以促进爆炸生产物沿着爆生裂纹进一步扩展，在周边眼装药间距和装药一定前提下，可提高巷道成型效果、控制爆破对于周边围岩的扰动作用。
20.在炸药包5与空气柱3之间设有木屑间隔包4，由于木屑间隔包密度低、孔隙率高，能起到很好的缓震效果，同时该材料不会与炸药反应而影响爆破效果。
21.如图2所示，隔震聚能管1中部向内凹陷形成聚能槽8，聚能槽起到定向的作用，使炸药爆炸的冲击波按照预定的方向冲击炮孔壁后，震裂裂纹达到最大长度，同时产生的爆生气体继续扩展裂纹，推动其继续扩展。
22.聚能拉伸爆破是通过聚能装置的聚能效应来实现岩石的定向断裂。当周边眼装药时，先将药卷按设计装药结构装入聚能装置，然后将聚能装置送入炮孔，使聚能方向与断裂控制方向一致(如图2凹槽方向所示)，并封堵炮孔。当炸药引爆后，聚能装置对先期爆轰产物产生瞬时抑制和导向作用。爆轰产物优先从装置的聚能孔卸压释放，在每一聚能孔处形成高能流，集中作用于对应的炮孔壁，使控制方向优先产生塑性破碎区和径向初始裂纹。爆轰产生的高温、高压、高速气体及承压水继应力波之后仍优先作用于聚能方向对应的孔壁，涌入径向初始裂缝，在其中产生“水气楔”作用。当裂纹尖端的应力强度因子超过岩石的断裂韧度时，裂纹失稳，驱动裂纹扩展。由此为后续压缩应力波不断提供新的自由面。压缩应力波经自由面反射转变为拉伸波；因此，在垂直裂纹的扩展方向上产生拉应力集中，加速裂纹扩展。整个爆破过程中，不断往复进行上述过程，直至炮孔中炸药耗尽，其最终结果为岩体沿设定方向拉张开裂。
23.在非设定方向，由于聚能装置具有一定的厚度和强度，对爆轰产物具有瞬间缓冲和抑制作用，以及因爆轰产物从聚能孔优先卸载；炮孔内应力作用急剧下降。同时，也有少部分透射过装置壁的应力波，但还需经过装置与炮孔壁的环形空间，尔后作用于孔壁，极大地减少了爆轰产物对孔壁的直接作用和破坏程度，从而抑制了其裂纹的发展，保护了围岩的完整性。当两个或多个双向聚能装药炮孔同时起爆时，炮孔间产生叠加应力场。
24.装药结构决定着炸药爆轰后的能量分布，对爆破效果有着重要的影响。在轴向上，
采用空气柱间隔装药方法，在确定的岩石强度和装药条件下，可增加爆炸荷载沿炮孔分布的均匀性，能量在掘进方向沿钻孔均匀释放，改变了爆轰冲击波对介质的作用过程，提高爆炸能量利用率，控制爆破作用降低炸药单耗，改善爆破效果，使光面爆破效果达到最佳。同时，采用空气柱间隔装药方法对岩石块度、爆堆形状以及岩块抛掷距离有明显的影响，空气层比例的大小对爆破效果有显著的影响，随着空气比的增加，破岩方式发生变化，空气比为40％时，其破岩机理由压剪转为拉伸破坏，达到较好的块度级配，表明存在一个合理的空气比，提高爆炸能量利用率，减小岩块的抛掷距离，避免岩块损伤钻孔机械及锚网，为巷道支护节省大量时间，也增加了施工的安全性。
25.如图2所示，实际进行井下爆破时，需要根据实际情况对隔震聚能管组装，隔震聚能管组装的时候，隔震聚能管的聚能槽8与巷道断面轮廓线方向保持一致，在非设定方向，由于聚能装置具有一定的厚度和强度，对爆轰产物具有瞬间缓冲和抑制作用，但对孔壁仍有一定的破坏，因此在靠近巷道壁侧多覆盖一层孔壁保护外壳9，极大地保护了围岩的完整性。
26.隔震聚能管组装完成后，在聚能装置中用导爆索中进行等间隔装药，将电雷管与导爆索绑在一块并插入聚能管中，电雷管的聚能穴朝向眼口。将隔震聚能管送入孔底后进行封孔并用炮棍捣实。将导爆索引出洞口10cm左右处进行连线准备起爆。
27.现有技术周边眼装药量过高，导致周边眼岩石破坏严重，造成超挖和巷道断面成型不平整。如图3所示，本发明在周边眼钻孔布置炮眼，炮眼数目比现有技术大大减少，炮眼数目的减小表明炮孔密度的减小，节省了炸药。