一种露天矿用高温爆破钻孔多层隔温装药装置的制作方法

本发明涉及一种露天矿用爆破装置领域，尤其涉及一种露天矿用高温爆破钻孔多层隔温装药装置。

背景技术：

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，占世界煤炭生产和消耗总量的50％左右。近年来我国露天煤炭开采比例不断增加，爆破剥离是露天煤矿开采的基础工序，但由于地表漏风，加之历史上小煤窑的乱采滥挖，导致采空区煤自燃灾害频发，发展速度快，分布范围广，产生的高温和有毒有害气体不但对露天矿的设备、人员、工作环境、煤炭资源造成威胁，还影响露天矿开采过程中的重要生产环节——爆破，从而制约露天矿生产进度，甚至酿成重大灾害事故。

爆破是露天矿生产过程中的重要环节，平盘只有通过爆破才能进行剥离推进，而钻孔是露天矿爆破的必要条件。高温钻孔威胁露天矿爆破剥离施工安全，易造成炸药失爆、早爆事故。一般来讲，露天矿爆破要求钻孔内温度不高于70℃(为了安全一般要求钻孔温度不高于60℃)，如果露天矿平盘内出现高温火区(温度一般介于100℃～600℃之间)，则很难对平盘顺利进行爆破，强行爆破则会威胁爆破人员、设备安全，一旦出现事故，后果不堪设想。这种情况下，若不进行火区治理或钻孔降温，将使得平盘无法爆破剥离，生产停滞少则数日、多则数月，直接导致生产受阻。

针对露天煤矿装药爆破剥离表土层过程中存在的大量具备安全隐患的高温钻孔，工程实践中常以充注液态惰气(如co2和n2)、水、泥浆、凝胶等灭火材料，或采用黄土封孔等措施综合治理。上述措施工艺复杂、周期长、见效慢、温度易反复，治理效果差。针对以上问题，现有的同类技术方法中，如专利zl201410797439.1、zl201510122153.8及zl201520650434.6，采用锡箔、玻璃纤维、pvc等作为外部隔温材料、内部注水，其中装入可在液体环境中使用的乳化炸药，以求快速营造符合爆破温度要求的钻孔环境。该类方法及装置仅具备单层隔温材料、内部注水，其热导率仍然较大，无法确保在起爆前温度始终低于安全起爆界限；且单层材料强度较低，在恶劣的钻孔环境中极可能破损，导致内部水泄出，炸药直接与高温环境接触造成误爆、早爆，危及施工安全；此外，该方法仅可使用成本较高、具有抗水性的乳化炸药，露天爆破区域数千平方公里、钻孔数万，该方法及装置显著增加了施工成本。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明提供一种露天矿用高温爆破钻孔多层隔温装药装置，采用高可靠性、低热导率材料形成双层空间，外层注水隔热、内层装填普通硝铵类炸药，将内部炸药充填空间与外部高温环境快速分隔，显著提升装药装置隔温性能、可靠性，大幅降低技术成本。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种露天矿用高温爆破钻孔多层隔温装药装置，包括外围隔温层和内部装药袋，且均为敞口的中空圆柱状腔体结构；所述内部装药袋置于外围隔温层内，二者之间形成用于注入液体的外围环状空腔；使用时所述外围隔温层和内部装药袋均置于地下钻孔内，且袋口均高于地面。

进一步地，还包括连接固定环，所述连接固定环由多个连接固定块组成，多个所述连接固定块沿圆周方向间隔设置在外围环状空腔内，用于分离内部装药袋和外围隔温层。

连接固定环用于分离内部装药袋和外围隔温层，防止内部装药袋和外围隔温层粘连，进而导致外围环状空腔无法充满水。连接固定环由多个连接固定块沿圆周方向间隔设置，每个连接固定块之间均有足够大的空隙，保证整个外围环状空腔全部注满水，进而避免产生安全隐患。

进一步地，还包括支撑托盘，所述支撑托盘由多个支撑条组成，多个所述支撑条呈中心交叉状置于外围环状空腔底部，用于将内部装药袋和外围隔温层的底部分隔。

内部装药袋和外围隔温层在底部容易粘连，导致底部环状空间无法充满水、隔温效果差，产生安全隐患。硬质的支撑托盘一方面能够将外围隔温层的底部撑开，另一方面支撑托盘能够托住内部装药袋的袋底，进而将内部装药袋和外围隔温层的底部分隔。同时支撑托盘由支撑条交叉设置在外围环状空腔底部，每个支撑条之间有足够大的空隙，保证整个外围环状空腔的底部也能注满水，进而避免产生安全隐患。

进一步地，所述连接固定环和支撑托盘均通过粘合胶垫固定在外围环状空腔内；所述粘合胶垫为粘合材料。

连接固定环和支撑托盘均通过粘合材料制成的粘合胶垫固定在外围环状空腔内，保证连接固定环和支撑托盘不在外围环状空腔内晃动。同时固定住的连接固定环和支撑托盘能够保证内部装药袋在外围环状空腔注满液体的情况下也保持稳定，不发生晃动，进而避免袋内的炸药晃动，产生安全隐患。

进一步地，还包括稳固支架，所述稳固支架包括顶部小圆环，底部大圆环和多个三角形固定片，所述顶部小圆环和底部大圆环通过多个三角形固定片连接，形成两端开口的中空圆台结构；内部装药袋的袋口固定在稳固支架的顶部小圆环上；使用时所述稳固支架放置在钻孔上方的地面。

由于内部装药袋和外围隔温层均由软性材料制成，塞入钻孔内时，易发生塌陷、晃动等，将内部装药袋的袋口固定在稳固支架的顶部小圆环上，进而将内部装药袋固定在外围环状空腔内，稳固支架与连接固定环及支撑托盘共同配合，避免内部装药袋产生晃动，发生危险。

进一步地，使用时，外围隔温层和内部装药袋的袋口均高于地面，且内部装药袋比外围隔温层的袋口更长；所述内部装药袋通过卡扣或穿线装订的方式固定于稳固支架的顶部小圆环上。

外围隔温层和内部装药袋均为中空圆柱状且外围隔温层短于内部装药袋，由此二者之间形成外围环状空腔和内部柱体空腔，外围环状空腔低于内部柱体空腔，防止向外围环状空腔注水时水流入内部柱体空腔。

进一步地，所述外围隔温层由高强度，耐磨，柔性，不透水，低热导率且高反射率的材料制成；所述内部装药袋由低热导率，柔性且不透水的材料制成；所述连接固定环，稳固支架和支撑托盘均由硬质材料制成。

进一步地，所述外围隔温层由锡箔、玻璃纤维或聚乙烯材料制成；所述内部装药袋由低密度聚乙烯或橡胶材料制成；所述连接固定环，稳固支架和支撑托盘均由塑料或金属材料制成。

进一步地，所述外围环状空腔内可由下至上间隔设置多个连接固定环；所述连接固定环的数量及每个连接固定环中连接固定块的数量与外围隔温层和内部装药袋的尺寸有关。

根据钻孔的尺寸对外围隔温层和内部装药袋的尺寸进行设计，进而确定连接固定环的数量及每个连接固定环中连接固定块的数量，保证内外两层柔性材料均不发生塌陷和黏连，避免出现外围环状空腔不能注满液体的现象。

本发明还提供一种利用所述露天矿用高温爆破钻孔多层隔温装药装置的爆破方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、根据露天矿实际钻孔参数定制装药装置中各部件的尺寸并进行装配；

步骤二、将装药装置送入钻孔内，若递送过程不畅，可在外围环状空腔中加注适量的水，利用水的重力使装药装置进入钻孔，且保证外围隔温层略高于地面；

步骤三、继续向外围环状空腔中加注水，水面略低于地面；

步骤四、将内部装药袋通过卡扣或穿线装订的方式固定于稳固支架的顶部小圆环上；

步骤五、向内部装药袋中加入炸药并连接导爆索；

步骤六、移至下一钻孔，重复步骤一至步骤五的工序。

本发明有益效果如下：

本发明针对露天煤矿高温爆破钻孔，提供一种露天矿用高温爆破钻孔多层隔温装药装置，采用高可靠性、低热导率柔性材料，局部加入刚性部件保障流体畅通性、装置易用性和性能稳定性；并创造双层空间，在低热导率合成材料、高比热容液体材料——水的隔温作用下，使外部高温钻孔环境和内部炸药装填环境快速且有效的分离，且可装填价格低廉的普通硝铵类炸药，显著提升装药装置隔温性能、可靠性，大幅降低技术成本。相较传统露天矿区高温钻孔治理措施，本发明实施方法简单快捷、见效迅速，能够快速营造符合爆破要求的钻孔温度环境，可极大推进露天矿表土层的爆破剥离速度，提高生产效率；相较同类方法，本发明采用高强度、耐磨的合成材料，刚性和柔性材料并举的方式提升装置的安全性、可靠性、易用性，此外，内部为干燥空间，使用中可装填普通硝铵类炸药，大幅降低生产成本。利用本发明所述装药装置进行施工时，可配备多组人员同时施工，提高炸药装填效率。本发明可于内部柱体空腔与外部钻孔高温环境间形成低热导率间隔层，维持内部柱体空腔处于低温状态，快速营造符合装药爆破要求的钻孔温度环境，同时创造便捷安全装药的工艺条件，保障露天煤矿安全高效生产。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明露天矿用高温爆破钻孔多层隔温装药装置的整体结构纵向剖面图；

图2为本发明露天矿用高温爆破钻孔多层隔温装药装置的整体结构横向剖面图；

图3是稳固支架的俯视图；

图4是连接固定环的俯视图；

图5是支撑托盘的俯视图；

其中：1-外围隔温层，2-内部装药袋，3-连接固定环，4-粘合胶垫，5-外围环状空腔，6-内部柱体空腔，7-稳固支架，8-支撑托盘。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

如图1和图2所示，本露天矿用高温爆破钻孔多层隔温装药装置，包括外围隔温层1、内部装药袋2、连接固定环3、粘合胶垫4、稳固支架7、支撑托盘8，外围隔温层1通过粘合胶垫4连接固定环3和支撑托盘8外侧相连固定，连接固定环3和支撑托盘8内侧通过粘合胶垫4与内部装药袋2相连固定，外围隔温层1和内部装药袋2均为中空圆柱状且外围隔温层1短于内部装药袋2，二者之间形成外围环状空腔5和内部柱体空腔6，外围环状空腔5低于内部柱体空腔6，防止向外围环状空腔5注水时水流入内部柱体空腔。稳固支架7立于地面，内部装药袋2由下至上纵穿其中，并通过卡扣、穿线装订等方式固定于稳固支架7，内部装药袋2略长于外围隔温层1。底部安设支撑托盘8，防止柔性外围隔温层1和柔性内部装药袋2粘连，导致外围环状空腔5无法充满水，产生安全隐患。

外围隔温层1由高强度、耐磨、柔性、不透水的低热导率、高反射率材料如锡箔、玻璃纤维和聚乙烯等加工而成，内部装药袋2由低热导率、柔性、不透水材料如低密度聚乙烯、橡胶等制成，连接固定环3、稳固支架7和支撑托盘8均由硬质材料如塑料、金属等加工而成，粘合胶垫4为粘合材料。

连接固定环3由若干刚性连接固定块组成，连接固定块沿圆周方向间隔设置，形成连接固定块之间留有空隙的环状构件，用于分离内部装药袋2和外围隔温层1，防止内部装药袋2和外围隔温层1粘连，导致外围环状空腔5无法充满水，产生安全隐患。

具体地，本装置生产装配前根据露天矿实际钻孔参数定制各部件尺寸。其中各部件直径根据钻孔孔径变化决定，孔径越大，各部件直径越大，留有装配空间，连接固定环3可根据露天矿钻孔深度决定加装数量，钻孔深度越深、装置长度越大，连接固定环3数量越多，装置的直径越大，则组成每个连接固定环3的连接固定块数量越多。本实施例中，连接固定块的数量为4个，随着钻孔尺寸的变化，连接固定块的数量也会随之增减，只要能够防止内部装药袋2和外围隔温层1粘连塌陷，同时保证整个外围环状空腔5全部注满水即可。

稳固支架7包括顶部小圆环，底部大圆环和多个三角形固定片，本实施例中三角形固定片为直角三角形固定片，顶部小圆环和底部大圆环分别固定在多个直角三角形固定片的斜边两端，形成两端开口的中空圆台结构；内部装药袋2的袋口通过卡扣、穿线装订等方式穿过稳固支架7的底部大圆环的中心并固定在顶部小圆环上；使用时稳固支架7放置在钻孔上方的地面，钻孔上方稳固支架7内部的空间为中空的，可用于向钻孔内放置装药装置。三角形固定片不限于直角三角形，能够实现上述固定作用即可。

支撑托盘8为由若干刚性支撑条连接堆叠构成，支撑条互相交叉固定，形成中心向外发散的结构，每个支撑条之间均有足够大的空隙，用于防止内部装药袋2和外围隔温层1在底部的粘连，同时外围环状空腔5的底部环状空间也能充满水，隔温效果好，避免产生安全隐患。本实施例中，支撑条的数量为2条，但不限于2条，只要能够实现分隔内部装药袋2和外围隔温层1底部，且能保证外围环状空腔5底部也能注满水即可。

使用时，将本柔性装置展开，送入高温钻孔内，若递送过程不畅，可适量于外围环状空腔5加注一定量的水，利用水的重力使其顺利进入高温钻孔；装置送入高温钻孔后，保证外围隔温层略高于地面，向外围环状空腔5加注水至略低于地面；此时将内部装药袋2纵穿稳固支架7并通过卡扣、穿线装订等方式固定于稳固支架7，在稳固支架7的支撑作用下高于地面一定距离，向其中加入普通硝铵类炸药并连接导爆索。移至下一钻孔，重复上述工序。特别地，可配备多组人员同时施工，提高炸药装填效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。