一种喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置及使用方法

1.本发明涉及露天深孔爆破工程技术领域，特别涉及一种喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置及使用方法。


背景技术：

2.高原高寒地区纬度较高，气温常年处于零下，在露天矿深孔爆破工艺中，由于山体地下水丰富，钻孔作业时，地下水涌入炮孔使之变为水孔，不久水孔又冻结为冰孔。这时将无法正常装药，必须进行二次打孔，不但降低生产效率、延误工程进度，还使矿企多出一部分经济支出。有时受其他因素影响，导致炮孔再次在装药前冻结为冰孔，此时又将重新穿孔作业。综上，高原高寒地区炮孔涌水冻结问题严重影响生产效率，给矿山企业带来一些不必要经济支出。
3.当前，我国有关研究如何解决露天矿水孔影响爆破效果问题的文献甚多，关于处于高原高寒地区露天矿炮孔涌水冻结问题的研究却几乎没有。而矿企本身通常采取的技术方案为：在待爆区燃煤加热或电热法、热水24小时持续浇灌炮孔、人工手动凿冰以及钻机二次打孔。但受高寒条件影响，采用二次打孔，打孔设备作业前需提前预热，否则长时间熄火很难正常启动；人工凿冰时，工人在极度寒冷状态下，容易疲惫走神，给爆破施工带来安全隐患；而其他几种炮孔加热方法效率低耗能高很不经济。所以当前方案不仅效率极低并且存有很大安全隐患，无法很好解决炮孔涌水冻结问题。针对上述现象，需要一种喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置及使用方法，通过在炮孔孔壁喷射早强防冻混凝土，实现快速抑制高寒地区水孔涌水冻结，不必二次穿孔，提高生产效率，加快工程进度，减少矿企爆破成本支出。


技术实现要素：

4.为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置及使用方法，解决高寒地区，因炮孔涌水冻结影响施工效率和工程进度的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
6.一种喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置，包括混凝土喷射机、输料管道、水管、三嘴喷头、增压水输送装置、压气式抽水装置、提升装置和炮孔保温盖，增压水输送装置通过水管与三嘴喷头上水环导水口相连，三嘴喷头通过输料管道与混凝土喷射机相连，提升装置通过旋转腔与三嘴喷头相连，压气式抽水装置用于将炮孔内涌出的地下水排净，炮孔保温盖用于盖在炮孔上方对炮孔内进行保温。
7.所述混凝土喷射机为防爆型混凝土干喷机，使用骨料最大粒径不大于10mm。
8.所述输料管道为耐寒塑料材质。
9.所述三嘴喷头包括混合腔，混合腔上端外壁设有旋转盘，旋转盘边缘上下设有的凹槽，凹槽中有钢珠；混合腔外壁上部设有与水管连接的水环导水口，混合腔上端为与输料管道连接的入料口，混合腔外壁上部还设有喷头旋转齿轮，三嘴喷头下部为喷嘴。
10.所述的喷嘴包括三个，三个喷嘴所夹角度各为120
°
，混合腔与喷嘴相接位置为弧形构造，喷嘴为锥形管口。
11.所述提升装置包括提升杆、旋转腔、减速电机和正反转电机，提升杆一侧为齿条结构，两根提升杆上端通过横杆固定，内侧通过齿条与减速电机传动连接，两根提升杆中间位置可以放输料管道；旋转腔固定在提升杆下端；旋转腔包裹在三嘴喷头的旋转盘外侧，通过旋转盘凹槽内的钢珠滑动连接；正反转电机固定在提升杆上，通过传动齿轮与三嘴喷头的喷头旋转齿轮啮合。
12.所述提升杆及旋转腔均为耐寒抗拉合金材质。
13.两根提升杆为实心构造，两根提升杆最上端由相同材质合金的横杆相接，提升杆水平方向被锁死无法移动，垂直方向移动由减速电机控制，减速电机连接传动轴，传动轴上有两个与提升杆上的齿条相接的传动齿轮。
14.所述炮孔保温盖，为圆台型塑料泡沫材质，下窄上宽。
15.一种喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置的使用方法，包括如下步骤：
16.1)采集孔内温度和矿山炮孔涌水情况，包括炮孔内水深和炮孔最浅涌水位置；
17.2)根据孔内温度及涌水情况，确定喷射混凝土厚度；
18.3)将空气压缩机与压气式抽水装置通过管道相连，根据孔深和炮孔内水深调整风压大小，将压气式排水装置放入炮孔内，利用压气式排水装置将炮孔内涌出的地下水排净，取出压气式排水装置；
19.4)将空气压缩机与混凝土喷射机及增压水输送装置通过管道相接，检查整个喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置，检查完毕，利用提升装置将带输料管道的三嘴喷头放置在炮孔中心上方位置，启动减速电机，下放三嘴喷头至炮孔底部；
20.5)根据水灰比、孔内温度情况，调整混凝土早强型防冻剂掺量，并与水泥和骨料搅拌均匀，先启动空气压缩机，根据输送距离调节空载风压，再启动增压水输送装置，最后启动混凝土喷射机开喷；
21.6)通过提升装置缓慢提升三嘴喷头，根据水灰比及输送距离不断调节风压、水压，随着三嘴喷头升高至炮孔的最浅涌水位置，风压逐渐增加至大于等于0.3mpa、水压逐渐增加至大于等于0.4mpa；
22.7)喷浆完毕后，关闭混凝土喷射机，待输料管道内物料喷射尽，关闭增压水输送装置，最后关闭空气压缩机，利用提升装置，取出三嘴喷头；
23.8)根据炮孔直径，在炮孔上方安放炮孔保温盖。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明提供一种喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置及使用方法，可根据环境温度及涌水情况，调整水灰比、混凝土早强型防冻剂掺量，喷射不同厚度混凝土来快速封住涌水孔壁，以达到抑制炮孔涌水冻结的效果，避免二次打孔，装置使用方法简单便捷，省时省力，大大提高施工效率，降低了爆破成本。
附图说明
26.图1是本发明的一种喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置的整体结构示意图；
27.图2是本发明的压气式抽水装置的结构示意图；
28.图3是本发明的三嘴喷头的结构示意图；
29.图4是本发明的提升装置的局部剖面图；
30.图5是本发明的提升装置的提升杆传动结构放大图。
31.图中：1-混凝土喷射机；2-输料管道；3-水管；4-三嘴喷头；5-增压水输送装置；6-空气压缩机；7-压气式抽水装置；8-提升装置；9-炮孔保温盖；10-水环导水口；11-旋转腔；12-旋转盘；13-凹槽；14-钢珠；15-混合腔；16-入料口；17-喷头旋转齿轮；18-喷嘴；19-提升杆；20-齿条；21-正反转电机；22-减速电机；23-传动轴；24-传动齿轮25-横杆。
具体实施方式
32.以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
33.如图1-图5所示，一种喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置，包括混凝土喷射机1、输料管道2、水管3、三嘴喷头4、增压水输送装置5、空气压缩机6、压气式抽水装置7、提升装置8、炮孔保温盖9，增压水输送装置5通过水管3与三嘴喷头4上水环导水口10相连，三嘴喷头4通过输料管道2与混凝土喷射机1相连，提升装置8通过旋转腔与11三嘴喷头4相连。压气式抽水装置5与空气压缩机6相连，用于将炮孔内涌出的地下水排净，炮孔保温盖9用于盖在炮孔上方对炮孔内进行保温。
34.所述混凝土喷射机1为防爆型混凝土干喷机，使用骨料最大粒径不大于10mm。
35.所述输料管道2为耐寒塑料材质，本实施例中的管道内径为55mm。
36.所述三嘴喷头4包括混合腔15，混合腔15上端外壁为旋转盘12，旋转盘12边缘上下有凹槽13，凹槽13中有钢珠14，旋转盘12下面为混合腔15，混合腔15上部有与水管3连接的水环导水口10及与输料管道2连接的入料口16，上部外壁为喷头旋转齿轮17，三嘴喷头4下部为三个喷嘴18，三个喷嘴18所夹角度各为120
°
，混合腔15与喷嘴18相接位置为弧形构造，喷嘴18为锥形管口。
37.所述提升装置8包括提升杆19、旋转腔11、减速电机22和正反转电机21，提升杆19一侧为齿条20结构，提升杆19下端为旋转腔11，提升杆19和旋转腔11均为耐寒抗拉合金材质，两根提升杆19为实心构造，两根提升杆19中间位置可以放输料管道2及水管3，其中一根提升杆19与正反转电机21连接，通过传动齿轮与三嘴喷头4的喷头旋转齿轮17啮合。旋转腔11包裹在三嘴喷头4的旋转盘12外侧，通过旋转盘12凹槽13内的钢珠14滑动连接；两根提升杆19最上端由相同材质合金的横杆25相接，提升杆19水平方向被锁死无法移动，垂直方向移动由减速电机22控制，减速电机22连接传动轴23，传动轴23上有两个与提升杆19上的齿条20相接的传动齿轮24。
38.所述炮孔保温盖9，为圆台型塑料泡沫材质，下窄上宽，厚度为300mm。
39.一种喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置的使用方法，包括如下步骤：
40.1)采集孔内温度和矿山炮孔涌水情况(炮孔内水深、炮孔最浅涌水位置)。
41.2)根据孔内温度及涌水情况，确定喷射混凝土厚度为20～30mm。
42.3)将空气压缩机6与压气式抽水装置7通过管道相连，根据孔深和炮孔内水深调整风压大小，将压气式排水装置7放入炮孔内部，利用压气式排水装置7将炮孔内涌出的地下水排净，取出压气式排水装置7。
43.4)将空气压缩机6与混凝土喷射机1及增压水输送装置5通过管道相接，检查整个
喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置，检查完毕，利用提升装置8将带输料管道2的三嘴喷头4放置在炮孔中心上方位置，启动减速电机22，下放三嘴喷头4至炮孔底部。
44.5)根据水灰比、孔内温度等情况，调整混凝土早强型防冻剂掺量，并与水泥和骨料搅拌均匀，先启动空气压缩机6，根据输送距离调节空载风压，再启动增压水输送装置5，最后启动混凝土喷射机1开喷。
45.6)通过提升装置8缓慢提升三嘴喷头4，根据水灰比及输送距离不断调节风压、水压，随着三嘴喷头4升高至炮孔的最浅涌水位置，风压逐渐增加至0.3mpa、水压逐渐增加至0.4mpa。
46.7)喷浆完毕后，关闭混凝土喷射机1，待输料管道2内物料喷射尽，关闭增压水输送装置5，最后关闭空气压缩机6，利用提升装置8，取出三嘴喷头4。
47.8)根据炮孔直径，在炮孔上方安放炮孔保温盖9。
48.实施例1：
49.岩体为石英片岩、混合岩，岩石坚固系数为f＝8-12，采用台阶深孔爆破，孔径φ＝250mm，孔距a＝9m,排距b＝5.8m，孔深l＝15m，填塞高度l2＝5.8m，底盘抵抗线w1＝6m，混凝土输送距离为2m～17m，水灰比为0.25。
50.具体工艺实施步骤如下：
51.1)采集孔内温度为-5℃和矿山炮孔涌水情况(炮孔内水深4m、炮孔最浅涌水位置为孔口下方2m位置)。
52.2)根据孔内温度及涌水情况，确定喷射混凝土厚度为22mm。
53.3)将空气压缩机6与压气式抽水装置7通过管道相连，根据孔深和炮孔内水深调整风压大小为0.3mpa，将压气式排水装置7放入炮孔底部，利用压气式排水装置7将炮孔内涌出的地下水排净，取出压气式排水装置7。
54.4)将空气压缩机6与混凝土喷射机1及增压水输送装置5通过管道相接，检查整个喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置，检查完毕，利用提升装置8将带输料管道2的三嘴喷头4放置在炮孔中心上方位置，启动减速电机22，下放三嘴喷头4至炮孔底部。
55.5)根据水灰比、孔内温度等情况，调整混凝土早强型防冻剂掺量为5％，并与水泥和骨料搅拌均匀，先启动空气压缩机6，根据输送距离调节空载风压为0.05mpa，再启动增压水输送装置5，最后启动混凝土喷射机1开喷。
56.6)通过提升装置8缓慢提升三嘴喷头4，根据水灰比及输送距离不断调节风压、水压，随着三嘴喷头4升高至孔口下方2m位置，风压逐渐增加至0.3mpa、水压逐渐增加至0.4mpa。
57.7)喷浆完毕后，关闭混凝土喷射机1，待输料管道2内物料喷射尽，关闭增压水输送装置5，最后关闭空气压缩机6，利用提升装置8，取出三嘴喷头4。
58.8)根据炮孔直径，在炮孔上方安放炮孔保温盖9。
59.实施例2：
60.岩体为闪长玢岩，岩石坚固系数为f＝10，采用预裂爆破，孔径φ＝150mm，孔距a＝1.5m,孔深l＝17m，填塞高度l2＝2.5m，底盘抵抗线w1＝3.6m,混凝土输送距离为2m～19m，水灰比为0.25。
61.具体工艺实施步骤如下：
62.1)采集孔内温度为-10℃和矿山炮孔涌水情况(炮孔内水深5m、炮孔最浅涌水位置为孔口下方3m位置)。
63.2)根据孔内温度及涌水情况，确定喷射混凝土厚度为24mm。
64.3)将空气压缩机6与压气式抽水装置7通过管道相连，根据孔深和炮孔内水深调整风压大小为0.33mpa，将压气式排水装置7放入炮孔底部，利用压气式排水装置7将炮孔内涌出的地下水排净，取出压气式排水装置7。
65.4)将空气压缩机6与混凝土喷射机1及增压水输送装置5通过管道相接，检查整个喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置，检查完毕，利用提升装置8将带输料管道2的三嘴喷头4放置在炮孔中心上方位置，启动减速电机22，下放三嘴喷头4至炮孔底部。
66.5)根据水灰比、孔内温度等情况，调整混凝土早强型防冻剂掺量为6％，并与水泥和骨料搅拌均匀，先启动空气压缩机6，根据输送距离调节空载风压为0.06mpa，再启动增压水输送装置5，最后启动混凝土喷射机1开喷。
67.6)通过提升装置8缓慢提升三嘴喷头4，根据水灰比及输送距离不断调节风压、水压，随着三嘴喷头4升高至孔口下方3m位置，风压逐渐增加至0.3mpa、水压逐渐增加至0.4mpa。
68.7)喷浆完毕后，关闭混凝土喷射机1，待输料管道2内物料喷射尽，关闭增压水输送装置5，最后关闭空气压缩机6，利用提升装置8，取出三嘴喷头4。
69.8)根据炮孔直径，在炮孔上方安放炮孔保温盖9。
70.实施例3：
71.岩体为闪长岩，岩石坚固系数为f＝10-12，采用台阶深孔爆破，孔径φ＝310mm，孔间距a＝7.5m,排距b＝5.8m，孔深l＝18m，填塞高度l2＝6m，底盘抵抗线w1＝7.2m，混凝土输送距离为2m～20m，水灰比为0.25。
72.具体工艺实施步骤如下：
73.1)采集孔内温度为-15℃和矿山炮孔涌水情况(炮孔内水深6m、炮孔最浅涌水位置为孔口下方4m位置)。
74.2)根据孔内温度及涌水情况，确定喷射混凝土厚度为26mm。
75.3)将空气压缩机6与压气式抽水装置7通过管道相连，根据孔深和炮孔内水深调整风压大小为0.35mpa，将压气式排水装置7放入炮孔底部，利用压气式排水装置7将炮孔内涌出的地下水排净，取出压气式排水装置7。
76.4)将空气压缩机6与混凝土喷射机1及增压水输送装置5通过管道相接，检查整个喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置，检查完毕，利用提升装置8将带输料管道2的三嘴喷头4放置在炮孔中心上方位置，启动减速电机22，下放三嘴喷头4至炮孔底部。
77.5)根据水灰比、孔内温度等情况，调整混凝土早强型防冻剂掺量为7％，并与水泥和骨料搅拌均匀，先启动空气压缩机6，根据输送距离调节空载风压为0.07mpa，再启动增压水输送装置5，最后启动混凝土喷射机1开喷。
78.6)通过提升装置8缓慢提升三嘴喷头4，根据水灰比及输送距离不断调节风压、水压，随着三嘴喷头4升高至孔口下方4m位置，风压逐渐增加至0.3mpa、水压逐渐增加至0.4mpa。
79.7)喷浆完毕后，关闭混凝土喷射机1，待输料管道2内物料喷射尽，关闭增压水输送
装置5，最后关闭空气压缩机6，利用提升装置8，取出三嘴喷头4。
80.8)根据炮孔直径，在炮孔上方安放炮孔保温盖9。
81.实施例4：
82.岩体为混合岩，岩石坚固系数为f＝8-10，采用台阶深孔爆破，孔径φ＝350mm，孔距a＝9m,排距b＝8m，孔深l＝20m，填塞高度l2＝7m，底盘抵抗线w1＝8m，混凝土输送距离为2m～22m，水灰比为0.25。
83.具体工艺实施步骤如下：
84.1)采集孔内温度为-20℃和矿山炮孔涌水情况(炮孔内水深7m、炮孔最浅涌水位置为孔口下方5m位置)。
85.2)根据孔内温度及涌水情况，确定喷射混凝土厚度为28mm。
86.3)将空气压缩机6与压气式抽水装置7通过管道相连，根据孔深和炮孔内水深调整风压大小为0.37mpa，将压气式排水装置7放入炮孔底部，利用压气式排水装置7将炮孔内涌出的地下水排净，取出压气式排水装置7。
87.4)将空气压缩机6与混凝土喷射机1及增压水输送装置5通过管道相接，检查整个喷射混凝土防孔壁涌水冻结装置，检查完毕，利用提升装置8将带输料管道2的三嘴喷头4放置在炮孔中心上方位置，启动减速电机22，下放三嘴喷头4至炮孔底部。
88.5)根据水灰比、孔内温度等情况，调整混凝土早强型防冻剂掺量为8％，并与水泥和骨料搅拌均匀，先启动空气压缩机6，根据输送距离调节空载风压为0.08mpa，再启动增压水输送装置5，最后启动混凝土喷射机1开喷。
89.6)通过提升装置8缓慢提升三嘴喷头4，根据水灰比及输送距离不断调节风压、水压，随着三嘴喷头4升高至孔口下方5m位置，风压逐渐增加至0.3mpa、水压逐渐增加至0.4mpa。
90.7)喷浆完毕后，关闭混凝土喷射机1，待输料管道2内物料喷射尽，关闭增压水输送装置5，最后关闭空气压缩机6，利用提升装置8，取出三嘴喷头4。
91.8)根据炮孔直径，在炮孔上方安放炮孔保温盖9。
92.以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。