本发明涉及爆破领域，特别是爆破孔柔性自锁堵塞装置及其使用方法。
背景技术：
爆破开挖是水利水电工程、铁道、市政等基础工程建设的重要环节，也是矿产资源开采的重要手段。新时期，对工程爆破提出了更高的要求，实现爆炸能量高效利用和爆破危害效应的有效控制是响应国家建设节能环保型社会，实现经济可持续发展的必然要求。大量的研究资料表明，实际工程中炸药破碎岩石的能量利用率仅占炸药总能量的20％～30％，炸药爆炸所释放出的能量只有很少的一部分被用于破碎岩石，其余的大部分能量则转化为无用甚至有害的作用。
炮孔堵塞是钻爆法施工的一个重要环节，堵塞段起着封堵炮孔、防止爆轰气体过早外泄的重要作用。目前常见的堵塞方法是采用岩屑连续堵塞，在实际应用中，这种连续堵塞导致上部堵塞段较长，作用在炮孔上部的爆炸能量较少，导致上部岩体破碎不充分，该现象在大直径炮孔中更为明显。有工程师采用圆柱体结构的缓冲气囊或柱形管组成的堵塞结构，但是这种方法或者成本太高，或者体积太大、不易运输。也有研究人员对堵塞结构进行一定改进，如采用水袋堵塞、速凝固石膏堵塞、组合楔形体堵塞等，但是这些方法或者封堵效果不佳，或者施工流程复杂，难以大范围推广。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种为提高钻孔爆破中的堵塞质量，防止爆轰气体过早外泄，提高炸药能量有效利用率，改善破岩效果。
该柔性自锁堵塞装置是将原有的“岩渣”连续堵塞形式变为“岩渣-空气-岩渣”或“岩渣-空气-岩渣-空气-岩渣”的多夹层式的柔性堵塞形式，炸药起爆后，爆轰产物向上传播，进入锥度波纹管的开口中，由于上部锥度波纹管的楔入效应，锥度波纹管和炮孔壁之间的岩渣受到挤压，摩擦力显著增加，摩擦力的方向和堵塞结构的运动方向相反。利用锥度波纹管与岩渣之间的这种自锁效应，可以避免堵塞物过早地自炮孔孔口喷出，延长炮孔内爆轰产物的作用时间。同时，由于空气缓冲层内没有岩渣的阻碍，有利于爆轰产物在空气缓冲层内向炮孔的孔壁扩散，从而改善破岩效果，提高了炸药能量有效利用率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
爆破孔柔性自锁堵塞装置，包括：锥度波纹管，所述锥度波纹管顶部封闭，下部设置有开口；饼状垫片；PVC连杆；所述锥度波纹管与所述PVC连杆一端可拆卸的连接，所述饼状垫片与所述PVC连杆另一端可拆卸的连接。所述锥度波纹管外侧具有褶皱，可以方便岩渣覆盖在所述锥度波纹管上，并层层堆叠覆盖，使其稳定，更容易填充缝隙。当爆轰气体向炮孔外溢出时，所述爆轰气体进入所述开口中，并产生垂直于所述锥度波纹管内壁的斜面的分力，使得所述锥度波纹管压紧在填充的岩渣上，从而增大所述锥度波纹管与填充的岩渣之间的摩擦力，避免爆轰气体向外溢出。
优选的，所述PVC连杆两端设置有螺纹段，所述开口内设置有与所述螺纹段配合的螺纹孔，所述饼状垫片上设置有所述螺纹段配合的螺纹底孔，通过螺纹孔和螺纹段的配合，可以方便的拆解和组装，在运输过程中方便易行。
一种爆破孔柔性自锁堵塞装置的使用方法，包括如下步骤：
1)钻孔，得到炮孔直径炮孔，炮孔下部装入炸药和雷管形成装药段后，先在炮孔内炸药上部填入一段厚度为L渣1＝(1.0～3.0)的岩渣，形成第一岩渣填充段；
2)放置如权利要求1-2所述的爆破孔柔性自锁堵塞装置，形成至少一段空气缓冲层，所述空气缓冲层数量n与所述爆破孔柔性自锁堵塞装置数量一致；
3)在所述爆破孔柔性自锁堵塞装置上填充岩渣，形成第二岩渣填充段；
4)联网并起爆。
通过锥度波纹管来承接爆轰气体，使得所述锥度波纹管压紧在填充的岩渣上，从而增大所述锥度波纹管与填充的岩渣之间的摩擦力，避免爆轰气体向外溢出。同时由于具有空气缓冲层，在所述空气缓冲层内没有岩渣的阻碍，使得爆轰气体在所述空气缓冲层停留，从而向所述炮孔的孔壁扩散，有助于爆破的效果。根据炮孔的长度来选择空气缓冲层数量n，来进一步避免爆轰气体向外溢出。
优选的，所述空气缓冲层深度为L1，L1值符合以下规律：1/3Ls<L1<1/2Ls公式中，Ls为堵塞段长度，Ls＝H-Le，H为炮孔深度，Le为装药长度。所述锥度波纹管的下底面直径：式中，为炮孔直径，锥度波纹管的上底面直径：锥度波纹管的高度H波纹管：锥度波纹管的厚度：δ波纹管＝4.0～8.0mm，PVC连杆9壁厚度δPVC为4.0～8.0mm，PVC连杆的外径：PVC连杆的内径：PVC连杆的高度Hpvc＝L1/n+H波纹管，饼状垫片厚度为δ垫＝10～20mm。当堵塞长度超过8米时采用2个爆破孔柔性自锁堵塞装置，堵塞长度短于8米时采用1个爆破孔柔性自锁堵塞装置，可以有效的避免爆轰气体向外溢出。在所述爆破孔柔性自锁堵塞装置上填充岩渣，形成第二岩渣填充段，使得可以在所述第二岩渣填充段上再放置1个爆破孔柔性自锁堵塞装置，然后再继续填充岩渣使得岩渣将所述锥度波纹管和炮孔孔壁中的缝隙填充好。
当采用一段空气缓冲层时，所述爆破孔柔性自锁堵塞装置放置与所述空气缓冲层中，上面再填充岩渣，形成第二岩渣填充段，所述第二岩渣填充段一直延伸至炮孔的孔口。
当采用两段空气缓冲层时，所述爆破孔柔性自锁堵塞装置的尺寸遵循如上所述的爆破孔填装方法中所述计算方法，所述每层空气缓冲层的深度为L1/2，因此具有两段所述第二岩渣填充段，第一段所述第二岩渣填充段的高度为(0.25～0.5)*(Ls-L1-L渣1)，式中L渣1为第一岩渣填充段厚度；第二段所述第二岩渣填充段一直填充到所述炮孔的孔口。
本发明的有益效果是：
1.本发明中所述的一种爆破孔柔性自锁堵塞装置，当爆轰气体向炮孔外溢出时，所述爆轰气体进入所述锥度波纹管的开口中，并产生垂直于所述锥度波纹管内壁的斜面的分力，使得所述锥度波纹管压紧在填充的岩渣上，从而增大所述锥度波纹管与填充的岩渣之间的摩擦力，避免爆轰气体向外溢出。结合空气缓冲层的缓冲效应，使得爆轰气体在所述空气缓冲层停留，提高炸药能量的有效利用率，改善上部岩体的破碎效果。
2.锥度波纹管可以像水杯一样叠在一起，显著减小体积，便于运输、施工放置，同时可以现场快速组装，提便于施工人员现场作业，提高施工效率。
附图说明
图1是本发明爆破孔柔性自锁堵塞装置的示意图；
图2是本发明爆破孔柔性自锁堵塞装置PVC连杆的示意图；
图3是本发明爆破孔柔性自锁堵塞装置饼状垫片的示意图；
图4是本发明钻孔爆破孔的示意图；
图5是本发明钻孔爆破孔的一种示意图；
图中标记：1-雷管，2-炸药装药段，3-第一岩渣填充段，31-第二岩渣填充段，4-锥度波纹管，5-空气缓冲层，7-螺纹孔，9-PVC连杆，10-螺纹底孔，11-饼状垫片，12-螺纹段
具体实施方式
下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明的发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1-5所示的爆破孔柔性自锁堵塞装置及其使用方法。
爆破孔柔性自锁堵塞装置，包括：锥度波纹管4，所述锥度波纹管4顶部封闭，下部设置有开口；饼状垫片11；PVC连杆9；所述锥度波纹管4与所述PVC连杆9一端可拆卸的连接，所述饼状垫片11与所述PVC连杆9另一端可拆卸的连接。所述锥度波纹管4外侧具有褶皱，可以方便岩渣覆盖在所述锥度波纹管4上，并层层堆叠覆盖，使其稳定，更容易填充缝隙。当爆轰气体向炮孔外溢出时，所述爆轰气体进入所述开口中，并产生垂直于所述锥度波纹管4内壁的斜面的分力，使得所述锥度波纹管4压紧在填充的岩渣上，从而增大所述锥度波纹管4与填充的岩渣之间的摩擦力，避免爆轰气体向外溢出。
优选的，所述PVC连杆9两端设置有螺纹段12，所述开口内设置有与所述螺纹段12配合的螺纹孔7，所述饼状垫片11上设置有所述螺纹段12配合的螺纹底孔10，通过螺纹孔7和螺纹段12的配合，可以方便的拆解和组装，在运输过程中方便易行。
一种爆破孔柔性自锁堵塞装置的使用方法爆破孔柔性自锁堵塞装置的使用方法，包括如下步骤：
1)钻孔，得到炮孔直径炮孔下部装入炸药和雷管1形成装药段后，先在炮孔内炸药上部填入一段厚度为1.0～3.0倍炮孔直径的岩渣，形成第一岩渣填充段3；
2)放置如权利要求1-2所述的爆破孔柔性自锁堵塞装置，形成至少一段空气缓冲层5，所述空气缓冲层5数量n与所述爆破孔柔性自锁堵塞装置数量一致；
3)在所述爆破孔柔性自锁堵塞装置上填充岩渣，形成第二岩渣填充段31；
4)联网并起爆。
通过锥度波纹管4来承接爆轰气体，使得所述锥度波纹管4压紧在填充的岩渣上，从而增大所述锥度波纹管4与填充的岩渣之间的摩擦力，避免爆轰气体向外溢出。同时由于具有空气缓冲层5，在所述空气缓冲层5内没有岩渣的阻碍，使得爆轰气体在所述空气缓冲层5停留，从而向所述炮孔的孔壁扩散，有助于爆破的效果。根据炮孔的长度来选择空气缓冲层5数量n，来进一步避免爆轰气体向外溢出。
优选的，所述空气缓冲层5深度为L1，L1值符合以下规律：1/3Ls<L1<1/2Ls公式中，Ls为堵塞段长度，Ls＝H-Le，H为炮孔深度，Le为装药长度。所述锥度波纹管4的下底面直径：式中，为炮孔直径，锥度波纹管4的上底面直径：锥度波纹管4的高度H波纹管：锥度波纹管4的厚度：δ波纹管＝4.0～8.0mm，PVC连杆9管壁厚度δPVC为4.0～8.0mm，PVC连杆9的外径：PVC连杆9的内径：PVC连杆9的高度Hpvc＝L1/n+H波纹管，饼状垫片11的直径饼状垫片11厚度为δ垫＝10～20mm。当堵塞长度超过8米时采用2个爆破孔柔性自锁堵塞装置，堵塞长度短于8米时采用1个爆破孔柔性自锁堵塞装置，可以有效的避免爆轰气体向外溢出。在所述爆破孔柔性自锁堵塞装置上填充岩渣，形成第二岩渣填充段31，使得可以在所述第二岩渣填充段31上再放置1个爆破孔柔性自锁堵塞装置，然后再继续填充岩渣使得岩渣将所述锥度波纹管4和炮孔孔壁中的缝隙填充好。
如图4所示当采用一段空气缓冲层5时，所述爆破孔柔性自锁堵塞装置放置与所述空气缓冲层5中，上面再填充岩渣，形成第二岩渣填充段31，所述第二岩渣填充段31一直延伸至炮孔的孔口。
如图5所示当采用两段空气缓冲层5时，所述爆破孔柔性自锁堵塞装置的尺寸遵循如上所述的爆破孔填装方法中所述计算方法，所述每层空气缓冲层5的深度为L1/2，因此具有两段所述第二岩渣填充段31，第一段所述第二岩渣填充段31的高度为(0.25～0.5)*(Ls-L1-第一岩渣填充段3厚度)，第二段所述第二岩渣填充段31一直填充到所述炮孔的孔口。
实施例2
优选的，炮孔直径为165mm，堵塞段长4m，其中堵塞段设计空气缓冲层深度为1.5m(介于4*1/3＝1.33m和4*1/2＝2m之间，取为0.35倍堵塞段长度)，每个炮孔采用1个爆破孔柔性自锁堵塞装置。
①锥度波纹管4的下底面直径：锥度波纹管4的上底面直
径
②锥度波纹管4的高度H波纹管＝400mm。
③锥度波纹管4的壁厚：δ波纹管＝5.0mm；；PVC连杆9的厚度大约3.0mm。
④PVC连杆9的外径：
PVC连杆9的内径：
PVC连杆9的长度HPVC杆：HPVC杆＝1.5m/1＝1.5m。
⑤饼状垫片11的直径
饼状垫片11的厚度δ垫：δ垫＝15mm。
实施例3
优选的，炮孔直径为250mm，堵塞段长10m，其中堵塞段设计空气缓冲层深度为4m(介于10*1/3＝3.33m和10*1/2＝5m之间，取为0.4倍堵塞段长度)，每个炮孔采用2个爆破孔柔性自锁堵塞装置。
爆破孔柔性自锁堵塞装置的尺寸:
①锥度波纹管4的下底面直径：锥度波纹管4的上底面直
径
②锥度波纹管4的高度为600mm，500mm≤H波纹管≤1000mm。
③锥度波纹管4的壁厚：δ波纹管＝5.0mm；PVC连杆9的厚度大约4.0mm。
④PVC连杆9的外径：
PVC连杆9的内径：
PVC连杆9的长度HPVC杆：HPVC杆＝4m/2＝1.5m。
⑤饼状垫片11的直径
饼状垫片11的厚度δ垫：δ垫＝20mm。
实施例4
在本实施例中，所述锥度波纹管的上底面直径为0，所述锥度波纹管形成圆锥状。