一种用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置与方法与流程

本发明属于爆破技术领域，特别涉及一种用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置与方法。

背景技术：

殉爆是指当炸药(主发药包)发生爆炸时，引起相隔一定距离的另一炸药(被发药包)爆炸的现象，殉爆距离是指能够引起被发药包发生完全殉爆的主发药包和被发药包之间的最大距离。

聚能效应(gatheringenergyeffect)，通常称为“门罗效应”，即炸药爆炸后，爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。因此，带凹槽的炸药在引爆后，在凹槽轴线上会出现一股汇聚的、速度和压强都很高的爆炸产物流，在一定的范围内使炸药爆炸释放出来的化学能集中起来。

现行隧道施工多采用光面爆破技术，在光面爆破中，为达到很好的轮廓成形效果、减弱光爆孔(也称光爆孔)爆破对围岩的振动损伤，常采用空气间隔不耦合装药形式，由于沟槽效应(也称管道效应)的存在，炮孔中炸药传爆一定距离后便可能发生自熄、拒爆现象，故而通常采取在光爆孔内“全长敷设导爆索传爆”的装药形式。导爆索(又称爆炸导火索或传爆线)是一种可以直接引爆与其接触的炸药的索状爆破器材，对于一个大断面隧道爆破掘进工程，由于光爆孔数量多、深度大、全长敷设导致每一个爆破循环中的导爆索消耗量都很大。相对于炸药、雷管等其它爆破器材来说，导爆索单价很高，所以在隧道光爆孔爆破的直接成本中导爆索的消耗占比非常大。正因为炸药具有使间隔一定距离的另一炸药发生爆炸的殉爆特性，如果炸药的殉爆距离足够大，那么在隧道光爆孔中存在不用导爆索传爆也能使整个光爆孔发生完全殉爆的可能。但现有研究资料表明，岩土工程爆破常用炸药(如2#岩石乳化炸药)在露天条件下的殉爆距离通常只有3-5cm，在管道或炮孔等有限空间中的殉爆距离也只有20-40cm，而光爆孔内炸药卷的间隔通常是大于100cm，现有的殉爆距离无法保证光爆孔内炸药卷的直接完全殉爆。

本发明就是基于炸药具有的这种特性，在岩石乳化炸药卷的端部和侧面罩上一层设计有聚能帽、聚能槽的pvc管状装置，不但能显著增大炸药卷在炮孔轴线方向上的传爆距离，而且还能起到增强光爆孔径向贯穿成缝的效果，在确保良好光面效果的前提下，实现低成本的无导爆索光面爆破。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置和方法，其目的是为了减小因炮孔沟槽效应引起的拒爆事故发生的概率，利用聚能效应增大殉爆距离，实现无导爆索传爆条件下的隧道光爆孔大间隔装药的稳定起爆，在降低爆破成本的同时，显著增强隧道断面轮廓成形效果及降低爆破对光爆围岩的振动损伤作用。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置，包括主发药包聚能装置、被发药包聚能装置、细长竹片和支撑垫块，所述主发药包聚能装置和被发药包聚能装置捆附在所述竹片上，所述被发药包聚能装置间隔设置在所述主发药包聚能装置的两侧，所述用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置设置在炮孔内，所述炮孔的孔底、中部及孔口三处均设置有所述支撑垫块，所述支撑垫块用于支撑所述竹片，所述主发药包聚能装置和被发药包聚能装置的轴线与所述炮孔轴线重合；

所述主发药包聚能装置包括套管主体，所述套管主体的侧壁上沿长度方向对称设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽的截面均为v形，所述套管主体的两端连接有金属聚能帽，所述金属聚能帽与所述套管主体可拆卸式连接，所述金属聚能帽的中间部分内凹形成锥形，所述套管主体的一端靠近所述金属聚能帽的位置设置有引线槽。

其中，所述被发药包聚能装置包括套管主体，所述被发药包聚能装置的套管主体的侧壁上沿长度方向对称开设有第三凹槽和第四凹槽，所述第三凹槽和第四凹槽的截面为v形，所述被发药包聚能装置的套管主体的两端分别连接有前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖分别与所述被发药包聚能装置的套管主体的前端和后端可拆卸式连接，所述主发药包聚能装置的金属聚能帽正对所述被发药包聚能装置的前端盖，所述前端盖的截面尺寸大于所述后端盖，所述第一凹槽与第三凹槽同一直线上，所述第二凹槽与第四凹槽位于同一直线上。

其中，所述主发药包聚能装置和被发药包聚能装置的套管主体均采用pvc材料制成。

其中，所述主发药包聚能装置和被发药包聚能装置的套管主体的壁厚均为2mm～4mm。

其中，所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽的v形截面的张角为45°～60°。

其中，所述金属聚能帽的锥形的锥角为60°～70°，所述金属聚能帽为金属制成，所述金属聚能帽的锥形部分的壁厚为2mm。

其中，所述竹片的底部还设置有支撑垫块，所述支撑垫块包括有三块，三块所述垫块分别与所述主发药包聚能装置、两个被发药包聚能装置对应设置。

本发明还提供了一种增大殉爆距离、增强光面爆破效果的方法，应用所述的用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置，包括步骤：

s1、组装聚能主发药包

s1-1、将靠近所述引线槽一端的金属聚能帽打开，将乳化炸药装入所述主发药包聚能装置的套管主体内，轻压所述乳化炸药使其与未设置有引线槽的一端的金属聚能帽完全贴合；

s1-2、向所述乳化炸药中插入雷管，所述将雷管的引线从所述引线槽引出；

s1-3、盖上靠近所述引线槽一端的聚能帽；

s2、组装聚能被发药包

将乳化炸药装入所述被发药包聚能装置的套管主体内，盖上所述的前、后端盖，形成聚能被发药包；

s3、殉爆距离测试

用所述步骤s1得到的聚能主发药包和s2得到的聚能被发药包测试出完全殉爆的最大距离值，如果所述最大距离值大于所述用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置的聚能主发药包和聚能被发药包设计的理想距离值，则进行步骤s4；否则，重新调整装药结构设计，将所述聚能主发药包和聚能被发药包的间隔距离值调整到所测得的殉爆距离范围内；

s4、爆破器材组准备

将所述s1得到的聚能主发药包和s2得到的聚能被发药包用塑料胶带间隔捆附在细长竹片上得到所述爆破器材组；位于同一轮廓线上的相邻所述炮孔内的主发药包聚能装置或被发药包聚能装置的套管主体侧壁上的凹槽相对设置；

将所述爆破器材组推送至炮孔内，使所述聚能主发药包和聚能被发药包的轴线与炮孔的轴线重合，采用泡泥封堵所述炮孔口；

s5、连线、起爆。

其中，所述炮孔的底部还设置有半只乳化炸药卷，起到增大底部装药效果；所述半只乳化炸药卷与所述竹片的端部连接。

本发明的上述方案有如下的有益效果：1.本发明通过主发药包聚能装置金属聚能帽的设置可以实现无线导爆索的长距离殉爆，具体为，当炸药被引爆之后，爆轰波前进到位于端部的金属聚能帽，产生的金属射流在高压碰撞的作用下沿着锥形内表面垂直方向飞出，在轴线处汇集碰撞，形成高速的射流。由于金属射流能量密度较大，在延伸过程中不易膨胀分散，且射流速度端部高，尾部低，金属射流可比其他材质的射流射程更长，能极大增加炸药卷之间的殉爆距离。

2.本发明主发药包聚能装置和被发药包聚能装置的套管主体的侧壁上沿长度方向的凹槽的设置能够使殉爆能量集中朝着套管主体上的凹槽方向倾泻，加强了光爆孔之间裂缝的贯通。

3.本发明中的被发药包聚能装置两端的前端盖和后端盖与套管主体之间为可拆卸式连接，通过所述前、后端盖的拆卸可以将乳化炸药装入套管主体内形成聚能被发药包。

4.本发明中聚能装置套管主体的存在，客观上起到了增大炸药卷直径，减少炮孔直径中空气所占的比例，同时，本发明设计了尺寸较大的被发聚能药包的前、后端盖，横隔在空气冲击波的传播路线上，阻断或限制空气冲击波的传导，起到消除或减弱管道效应的作用，进而降低了孔内炸药熄爆、拒爆的概率。

5.在细长竹片的底部设置有三个支撑垫块，垫块主要是用于抬高及支撑捆附聚能主、被发药包的柔性竹片，调整其高度，使聚能主、被发药包轴线与炮孔轴线重合，使聚能更加精确，且装置侧向聚能槽朝向相邻光爆孔中心线平面方向，大大提高了光面爆破效果。

附图说明

图1为本发明的用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置于炮孔中使用的示意图；

图2为光爆孔内的用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置的截面示意图；

图3为岩体平面上相邻光爆孔用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置的摆放方位示意图；

图4为图3的e处的局部放大图；

图5中图(a)为主发药包聚能装置的结构示意图；(b)为图(a)中c-c的截面视图；(c)为图(a)中b-b的截面视图；

图6中(a)为主发药包聚能装置的俯视图；(b)为图(a)中主发药包聚能装置的侧视图；(c)为主发药包聚能装置的主视图；

图7中(a)为金属聚能帽的侧视图；(b)为金属聚能帽的俯视图；

图8中图(a)为被发药包聚能装置的结构示意图；(b)为图(a)中e-e的截面视图；(c)为图(a)中d-d的截面视图；

图9中(a)为被发药包聚能装置的俯视图；(b)为图(a)中被发药包聚能装置的侧视图；(c)为被发药包聚能装置的主视图；

图10中图(a)是前端盖的主视图；图(b)是前端盖的侧视图；图(c)是前端盖的俯视图；

图11中图(a)是后端盖的主视图；图(b)是后端盖的俯视图。

【附图标记说明】

1-聚能主发药包、2-聚能被发药包、3-雷管、4-半只乳化炸药卷、5-岩石、6-炮孔、7-竹片、8-垫块、9-胶带、10-泡泥、11-引线、12-金属聚能帽、13-凹槽、14-引线槽、15-后端盖、16-凹槽、17-前端盖。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1-图2所示，本发明针对现有的问题，提供了一种用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置，所述用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置包括主发药包聚能装置、被发药包聚能装置和竹片7，所述主发药包聚能装置和被发药包聚能装置均设置在所述竹片7上，所述被发药包聚能装置间隔设置在所述主发药包聚能装置的两侧；

如图5至图7所示，所述主发药包聚能装置包括套管主体，所述套管主体的侧壁上沿长度方向对称设置有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽的截面均为v形，所述套管主体的两端连接有金属聚能帽12，所述金属聚能帽12与所述套管主体可拆卸式连接，所述金属聚能帽12的中间部分内凹形成锥形，所述套管主体的一端靠近所述金属聚能帽12的位置设置有引线槽14。

当炸药被引爆之后，由于聚能效应的作用，所述爆炸能集中从所述套管主体上的第一凹槽和第二凹槽上释放出来，从而实现隧道断面轮廓成形，同时当爆轰波前进到位于端部的金属聚能帽12，产生的金属射流在高压碰撞的作用下沿着锥形内表面垂直方向飞出，在轴线处汇集碰撞，形成高速的射流。由于金属射流能量密度较大，在延伸过程中不易膨胀分散，金属射流可比其他材质的射流射程更长，能极大增加炸药卷之间的殉爆距离。

其中，为了降低成本，将所述主发药包聚能装置的套管主体采用pvc材料制成。

作为优选地，所述主发药包聚能装置的套管主体的壁厚为2-4mm。

作为优选地，所述第一凹槽和第二凹槽的张角为45°～60°。

作为优选地，所述金属聚能帽1-1的锥形的锥角为60°～70°，所述金属聚能帽为金属制成，所述金属聚能帽的锥形部分的厚度为2mm。

作为优选地，所述主发药包聚能装置的套管主体内填装有乳化炸药，所述乳化炸药的直径为32mm或25mm。所述乳化炸药根据需求，可以选择为岩石乳化炸药。

其中，如图8至图10所示，所述被发药包聚能装置包括套管主体，所述套管主体的侧壁上沿长度方向对称开设有第三凹槽和第四凹槽，所述第三凹槽和第四凹槽的截面为v形，所述套管主体的两端分别连接有前端盖17和后端盖15，所述前端盖17和后端盖15分别与所述套管主体的前端和后端可拆卸式连接。所述主发药包聚能装置的金属聚能帽12正对所述被发药包聚能装置的前端盖17，所述前端盖17的截面尺寸大于所述后端盖15，所述第一凹槽与所述第三凹槽位于同一直线，所述第二凹槽与所述第四凹槽位于同一直线。

所述前端盖17和后端盖15主要是起到约束的作用，朝向主发药包方向的端盖为前端盖17，前端盖17的尺寸较大，所述前端盖17横在空气冲击波的传播路线上，起到阻断或限制空气冲击波的传导作用，消除或减弱管道效应，更为具体地，所述前端盖17的包括端盖主体部分，所述端盖主体部分的外侧沿圆周方向还包括又凸缘部分，所述前端盖17的底部设置有一平台，所述平台的设置是为了方便所述被发药包聚能装置与所述竹片7实现更好的连接，同时也是为了使同一竹片上的主发药包聚能装置、两个被发药包聚能装置位于同一直线上，且所述直线与炮孔的轴线重合。

将所述第一凹槽与所述第三凹槽设置为位于同一直线，所述第二凹槽与所述第四凹槽设置为位于同一直线，所述主发药包聚能装置和被发药包聚能装置的套管主体的侧壁上沿长度方向的凹槽的设置有能够使殉爆能量集中朝着套管主体上的凹槽方向倾泻，加强了光爆孔之间裂缝的贯通。

作为优选地，为了降低生产成本，所述被发药包聚能装置的主体套管由pvc材料制成，壁厚为2-4mm。

作为优选地，所述第三凹槽和第四凹槽的v形截面的张角为45°～60°。

作为优选地，所述竹片的底部还设置有垫块8，所述垫块8包括有三块，三块所述垫块8分别与所述主发药包聚能装置、两个被发药包聚能装置对应设置。所述垫块8是为了抬高所述竹片7，当将所述用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置放置在炮孔6内时，为了使所述主发药包聚能装置、两个被发药包聚能装置的轴线与所述炮孔6的中心线重合，减小因孔沟槽效应引起的拒爆事故发生的概率，充分利用炸药爆炸的聚能原理增大岩土爆破中常用的卷状乳化炸药稳定起爆的殉爆距离。

其中如图3-图4所示，位于同一平面上的岩石主体上设置有多个所述炮孔6，多个所述炮孔6沿着待爆破的轮廓间隔设置，且每个所述炮孔6内均放置有所述用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置，位于同一轮廓线上的相邻所述炮孔6内的主发药包聚能装置或被发药包聚能装置的套管主体侧壁上的凹槽相对设置。当所述殉爆隧道的截面为弧形面时，位于同一轮廓线上的相邻炮孔6内的主发药包聚能装置或被发药包聚能装置套管主体侧壁上的凹槽的连线位于同一条圆弧线上，所述方式是为了充分利用聚能效应，使爆炸能量更加集中于所述套管主体的侧壁上的凹槽，从而增强隧道断面轮廓成形效果及降低爆破对光爆围岩的振动损伤作用。

作为优选地，所述主发药包聚能装置、被发药包聚能装置与所述竹片7可拆卸连接。

作为优选地，所述主发药包聚能装置、被发药包聚能装置与所述竹片7采用胶带9缠绕连接。

本发明还提供了一种用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的方法，包括所述的用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置，包括步骤：

s1、组装聚能主发药包1

s1-1、将靠近所述引线槽一端的金属聚能帽12打开，将乳化炸药装入所述主发药包聚能装置的套管主体内，轻压所述乳化炸药使其与未设置有引线槽的一端的聚能帽完全贴合；所述乳化炸药可以为岩石乳化炸药。

s1-2、向所述乳化炸药中插入雷管3，所述将雷管3的引线从所述引线槽14引出；

s1-3、盖上靠近所述引线槽14一端的金属聚能帽12；

s2、组装聚能被发药包2

将乳化炸药装入所述被发药包聚能装置的套管主体内，形成聚能被发药包2；

s3、殉爆距离测试

用所述步骤s1得到的聚能主发药包1和s2得到的聚能被发药包2测试出全殉爆的最大距离值，如果所述最大距离值大于所述用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置的聚能主发药包1和聚能被发药包2的距离值，则进行步骤s4；所述殉爆的最大距离值的测试具体为在掌子面附近岩体中，采用人工或机械方式在岩体沙罐钻凿一个与光爆孔孔径一致的炮孔6，用所组装的聚能主发药包1和聚能被发药包2测试完全殉爆的最大距离值。如实测殉爆距离大于设计的大间隔装药结构中炸药卷间的最大距离值，则可进行无导爆起爆。

s4、将所述聚能主发药包1和聚能被发药包2安装在所述竹片7上，所述主发药包聚能装置的第一凹槽与所述被发药包聚能装置上的第三凹槽对齐，所述主要药包聚能装置的第二凹槽和被发药包聚能装置的第四凹槽对齐，得到用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置，将所述用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置推送至炮孔6内，使所述聚能主发药包1和聚能被发药包2的轴线与炮孔6的轴线重合，采用泡泥10封堵所述炮孔口；

s5、连线、起爆。连线为通过将引线11与所述聚能主发药包1内的雷管3连接并将引线的一端延伸至炮孔6外面，点燃所述引线11，起爆。

其中，所述步骤s4具体为：将所述用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置推送至炮孔内，在所述竹片的底部设置垫块8，所述垫块8包括三块，三块所述垫块8分别设置在所述聚能主发药包1、聚能被发药包2对应的位置。当所述步骤s1中的聚能主发药包1和步骤s2中的聚能被发药包2组装好以后，将所述聚能主发药包1和聚能被发药包2使用胶带9缠绕在竹片7上，同时调整所述主发药包聚能装置和被发药包聚能装置上的套管主体的角度，使位于同一轮廓线上的聚能装置的上的凹槽相对设置。所述方式能够充分利用聚能效应使能量集中从所述凹槽，也就是聚能槽的位置，从而增强隧道断面轮廓成形效果。

其中，所述炮孔6的底部还设置有半只乳化炸药卷4，所述半只乳化炸药卷4与所述竹片8的端部连接。所述半只乳化炸药卷4的作用是为了增强底部爆破能量，所述雷管3的聚能穴朝向炮孔口，是为了进行中部反向起爆。

其中，位于同一平面上的岩石主体上设置有多个所述炮孔6，多个所述炮孔6沿着待爆破的轮廓间隔设置，且每个所述炮孔6内均放置有所述用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置，位于同一轮廓线上的相邻所述炮孔6内的主发药包聚能装置或被发药包聚能装置的套管主体侧壁上的凹槽相对设置。当所述殉爆隧道的截面为弧形面时，位于同一轮廓线上的相邻炮孔6内的主发药包聚能装置或被发药包聚能装置套管主体侧壁上的凹槽的连线位于同一条圆弧线上，所述方式是为了充分利用聚能效应，使爆炸能量更加集中于所述套管主体的侧壁上的凹槽，从而增强隧道断面轮廓成形效果及降低爆破对光爆围岩的振动损伤作用。

本发明提供的所述用于增大殉爆距离、增强光面爆破效果的装置和方法减小了因炮孔6管道效应引起的拒爆事故发生的概率，利用聚能效应增大殉爆距离，实现无导爆索传爆条件下的隧道光爆孔大间隔装药的稳定起爆，在降低爆破成本的同时，显著增强隧道断面轮廓成形效果及降低爆破对光爆围岩的振动损伤作用。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。