本发明属于爆破技术领域，具体涉及一种深孔爆破辅助装药装置及其设计方法。
背景技术：
深孔爆破施工中炮孔装药工序非常重要，直接影响爆破效果的好坏。目前使用的成品筒状炸药大部分是膜包装的条状炸药，爆破员将炸药包直接丢入炮孔内或者采用人工用细绳将炸药包吊入炮孔内。前者，炸药包在自重力的作用下装入炮孔内，容易因炮孔较深导致炸药下坠速度过大，从而使炸药被过分压密而改变其性能，进而改变炮孔装药结构，并且可能导致炸药被从外起爆，存在较大的安全风险；后者，需要人工用吊绳将炸药包吊入炮孔内，吊入过程中炸药包难免与炮孔内壁发生碰撞，导致炸药包破裂，影响工程进度且清理麻烦，工作效率低，工人劳动强度大。目前已有的爆破辅助装药装置有很多新思维，但难以协调装药经济性与适用性的关系。
专利号为cn205860893u的“一种爆破施工中炮孔装药的辅助装置”，其包括转动装置、吊绳、吊勾、旋转轴、夹板、摇把、支架、支架管、提手，该装置实施时先用吊勾将炸药包套住，再放入炮孔内，然后通过转动装置，缓缓释放吊绳，当炸药到达预定位置时，再抖动吊绳，使吊勾从炸药包上脱离，旋转转动装置，使吊绳将吊勾由炮孔拉出。该装置依靠人工摇动摇把，装药效率低、用时长；炸药到达预定位置通过抖动吊绳，使吊勾从炸药包上脱离，操作难度大，且炸药不能准确地置于预定装药位置。
专利号为cn206488707u的“一种爆破施工中炮孔装药的辅助装置”，其包括承重面、动力箱、复合线、辊子、装药筒、plc控制器、车轮、底座、炸药卷、压力传感器、挡板、电控开关、同步控制器、同步电动机，该装置实施时，先将炸药卷放入装药筒的内部，通过plc控制器启用同步控制器，同步控制器使同步工作机工作，此时辊子转动，辊子上缠绕的复合线放出，使装药筒落入爆破动中，当装药筒到达爆破洞的底部，装药筒底部的压力传感器受压，压力传感器将压力信息反馈到plc控制器，此时plc控制器使电控开关的挡销收回的同时通过同步控制器使同步电动机反转，辊子将复合线收回，装药筒上升，挡板在重力的作用下绕铰轴向下转动90°，炸药卷落入爆破洞的底部，将装药筒升回地面后，使挡板回复初始状态，通过plc控制器使电控开关复位，可重复上述装药持续装药。该装置的使用严重受限于施工条件，且装置操作复杂、适应性差、装药效率低、成本高。
因此，研究设计一种能够显著提高装药效率、降低人工劳动强度、改善装药效果、较低施工成本的深孔爆破辅助装置，来替代现有的填装药卷的方式，具有十分重要的意义。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种深孔爆破辅助装药装置，包括若干支脚和设置于支脚上端的铰接盘，其特征在于：所述铰接盘中部设有贯穿盘体设置的固定杆，固定杆底部设有松紧结构，其中一个支脚上沿支脚长度方向设有若干挂钩，所述挂钩上连接复合松紧带，所述复合松紧带由松紧带和细绳组成，细绳内置于松紧带内，复合松紧带一端与支脚上挂钩连接，一端穿过固定杆底部的松紧结构后自由下垂，复合松紧带底部连接吊钩，用于悬挂炸药。
所述支脚有三个，均与铰接盘铰接后形成支撑结构，支脚底部设有松紧伸缩接头，用于调节支脚长度和支撑结构平衡。
所述松紧带选用弹性好、韧性佳的材料制成，宽度为10-50mm，所述细绳选用强度高、伸缩性差的材料制成，直径为1-3mm，复合松紧带长度根据松紧带劲度系数和炮孔深度确定，其长度要满足：炸药包带动复合松紧带下落过程中，细绳突然张紧并产生足够大的冲击张力，以破坏炸药包装结构。
所述固定杆底部设置的松紧结构包括一块柔性钢片和若干紧固螺钉，钢片将固定杆和复合松紧带环抱夹持后，利用紧固螺钉实现夹紧，利用松紧结构控制复合松紧带的有效作用长度。
所述吊钩在复合松紧带内置的细绳突然张紧并产生一定冲击张力时，可破坏炸药包装结构，使炸药包自动甩脱挂钩并准确地落在预定装药位置。
一种深孔爆破辅助装药装置的设计方法如下：
本装置中复合松紧带有效长度的确定方法如下：
设定本装置应用于炮孔深度为s的炮孔时，复合松紧带自由下垂时有效长度为l0(采用轻质复合松紧带和吊钩，其重力可忽略，所以不计复合松紧带自重和吊钩重引起的伸长)，复合松紧带内设细绳有效长度为l1，设炸药包带动复合松紧带下落到距上一个装药包(如果是装第一个药包，则为距炮孔底部)1.0-1.5m时，即松紧带拉伸到与细绳等长时，细绳张紧，根据由复合松紧带、吊钩、炸药包所构成整体能量守恒得式(1)：
式中：k为tpu松紧带劲度系数(n/m)；m为炸药包质量(kg)；v为细绳张紧时炸药包速度(m/s)；g为重力加速度(取9.8n/kg)；
由应力波在固端反射形成反射应力为入射应力的两倍得式(2)
σ＝2ρcv(2)
式中：σ为细绳突然张紧产生的冲击张力(pa)；ρc为细绳的波阻抗(kg·m-2·s-1)；v为细绳张紧时炸药包速度(m/s)；
当冲击张力大于炸药包装结构允许应力σ容时，炸药包包装结构破坏，由式(2)根据炸药包装结构得到允许应力σ容，在给定细绳材料下求出细绳张紧时炸药包最小速度，带入式(1)求出求解最大值得(l1-l0)max，为保证炸药包在到达距上一个装药包(如果是装第一个药包，则为距炮孔底部)1.0-1.5m时具有的速度，能使绳子突然张紧时产生足够大的张力破坏炸药包装结构，取(l1-l0)<(l1-l0)max，且l1≈s，l0的取值范围为0.4-1.5m，先在此范围中选择一个初始l0，验证是否满足(l1-l0)<(l1-l0)max，若满足则此l0便是复合松紧带有效长度，若不满足，则增大l0，直至满足(l1-l0)<(l1-l0)max。
本发明具有如下优点：
该深孔爆破辅助装药装置装药时，炸药包在人工辅助下由静止释放，带动复合松紧带下落，在距上一个装药包(如果装第一个药包，则为距炮孔底部)1.0-1.5m时，复合松紧带内置的细绳突然张紧，松紧带中的细绳由松弛状态到张紧状态产生冲击张力，产生的冲击张力作用在所述吊钩与炸药包连接部位，破坏挂钩挂住的炸药包装结构，使炸药包自动甩脱挂钩并准确地落在预定装药位置，降低了施工人员的劳动强度，提高了装药效率，节约了装药成本，是一种使用方便的深孔爆破辅助装药装置。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
其中：1.支脚，2.铰接盘，3.复合松紧带，4.细绳，5.固定杆，6.松紧伸缩接头，7.吊钩，8.挂钩，9.松紧结构。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1所示，一种深孔爆破辅助装药装置，包括若干支脚1和设置于支脚1上端的铰接盘2，铰接盘2中部设有贯穿盘体设置的固定杆5，固定杆5底部设有松紧结构9，其中一个支脚1上沿支脚长度方向设有若干挂钩8，挂钩8上连接复合松紧带3，复合松紧带3由松紧带和细绳4组成，细绳内置于松紧带内，复合松紧带3一端与支脚上挂钩8连接，一端穿过固定杆底部的松紧结构9后自由下垂，复合松紧带3底部连接吊钩7，用于悬挂炸药。
支脚2有三个，均与铰接盘2铰接后形成支撑结构，支脚底部设有松紧伸缩接头6，用于调节支脚长度和支撑结构平衡。
松紧带选用弹性好、韧性佳的材料制成，宽度为10-50mm，所述细绳4选用强度高、伸缩性差的材料制成，直径为1-3mm，复合松紧带3长度根据松紧带劲度系数和炮孔深度确定，其长度要满足：炸药包带动复合松紧带下落过程中，细绳突然张紧并产生足够大的冲击张力，以破坏炸药包装结构。
固定杆5底部设置的松紧结构9包括一块柔性钢片和若干紧固螺钉，钢片将固定杆5和复合松紧带环抱夹持后，利用紧固螺钉实现夹紧，利用松紧结构9控制复合松紧带3的有效作用长度。
吊钩7在复合松紧带3内置的细绳4突然张紧并产生一定冲击张力时，可破坏炸药包装结构，使炸药包自动甩脱挂钩并准确地落在预定装药位置。
一种深孔爆破辅助装药装置的设计方法如下：
本装置中复合松紧带3的有效长度(自由下垂状态下，复合松紧带从松紧结构9夹持部位到吊钩7的长度)的确定方法如下：
设定本装置应用于炮孔深度为s的炮孔时，复合松紧带3自由下垂时有效长度为l0(采用轻质复合松紧带3和吊勾7，其重力可忽略，所以不计复合松紧带自重和吊钩重引起的伸长)，复合松紧带3内设细绳4有效长度(细绳4从被松紧结构9夹持部位开始到底部吊钩7的长度)为l1，设炸药包带动复合松紧带3下落到距上一个装药包(如果是装第一个药包，则为距炮孔底部)1.0-1.5m时，即松紧带拉伸到与细绳4等长时，细绳4张紧，根据由复合松紧带3、吊钩7、炸药包所构成整体能量守恒得式(1)：
式中：k为tpu松紧带劲度系数(n/m)；m为炸药包质量(kg)；v为细绳4张紧时炸药包速度(m/s)；g为重力加速度(取9.8n/kg)；
由应力波在固端反射形成反射应力为入射应力的两倍得式(2)
σ＝2ρcv(2)
式中：σ为细绳4突然张紧产生的冲击张力(pa)；ρc为细绳4的波阻抗(kg·m-2·s-1)；v为细绳4张紧时炸药包速度(m/s)；
当冲击张力大于炸药包装结构允许应力σ容时，炸药包包装结构破坏，由式(2)根据炸药包装结构得到允许应力σ容，在给定细绳材料下求出细绳4张紧时炸药包最小速度，带入式(1)求出求解最大值得(l1-l0)max，为保证炸药包在到达距上一个装药包(如果是装第一个药包，则为距炮孔底部)1.0-1.5m时具有的速度，能使绳子突然张紧时产生足够大的张力破坏炸药包装结构，取(l1-l0)<(l1-l0)max，且l1≈s，l0的取值范围为0.4-1.5m，先在此范围中选择一个初始l0，验证是否满足(l1-l0)<(l1-l0)max，若满足则此l0便是复合松紧带3有效长度，若不满足，则增大l0，直至满足(l1-l0)<(l1-l0)max。
工作原理：在使用本专利装置时，首先在炮孔上方架设本装置，通过对支脚1进行调整使吊钩7对准炮孔，便于装药，根据炮孔的深度和松紧带的伸长比确定复合松紧带3的长度，包括细绳4的长度和松紧带的长度，可调节固定杆5下部的松紧结构9，使复合松紧带3的有效作用长度(自由下垂状态下，复合松紧带从松紧结构9夹持部位到吊钩7的长度)满足要求，这时将炸药包挂在吊钩7上，炸药包在人工辅助下由静止释放，带动复合松紧带3下落，在距上一个装药包(如果装第一个药包，则为距炮孔底部)1.0-1.5m时，细绳4张紧并产生一个足够大的冲击张力，该冲击张力作用在吊钩7与炸药包连接部位，破坏吊钩7挂住的炸药的包装结构，使炸药包自动甩脱吊钩并准确地落在预定装药位置。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。