一种聚能粒子射流爆破装置

本发明涉及一种聚能粒子射流爆破装置，属于矿井定向爆破。

背景技术：

1、聚能爆破在矿区、隧道、地铁等多种需要对岩石进行定向破裂的领域有广泛的应用。目前主要使用的为双向聚能拉伸爆破与聚能水压爆破。主要方式为通过聚能管将爆破的能量进行汇聚，产生定向裂缝，再通过拉张作用扩张裂缝，对岩石进行处理。此方法利用岩石抗压能力强但抗拉能力弱的特点，通过聚能方向拉应力集中使岩石产生裂缝，实现定向爆破的效果。目前双向聚能拉伸爆破是利用炸药产生的冲击波和爆生气体通过聚能装置实现定向爆破，聚能水压爆破增加了高压水射流作用，但这两种方式虽然能达到一定的定向爆破效果，但是其爆破力有限，如何进一步提高爆破效果是行业内的研究方向。

2、另外目前的聚能爆破技术更加注重于如何产生更加光滑、稳定的聚能效果，在产生定向裂缝后两侧的岩石均较为完整。然而在工程实践中发现有时(如煤矿中沿空留巷坚硬顶板预裂、边坡开挖、隧道开挖等)只需要对其中一侧的围岩进行保护，对另一侧的岩石具有破碎需求，在这种需求下继续使用传统的双向聚能爆破则会使需要破碎的岩体不能充分碎裂，产生大块碎石甚至不发生破坏的情况。

3、因此，如何提供一种新的装置，使其在相同装药量的前提下，相比现有爆破管具有更好的定向爆破效果，从而有效减少炸药使用量，同时在爆破时能对一侧的围岩进行保护，对另一侧的岩石具有破碎效果，从而便于后续施工，是本行业的研究方向。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种聚能粒子射流爆破装置，使其在相同装药量的前提下，相比现有爆破管具有更好的定向爆破效果，从而有效减少炸药使用量，同时在爆破时能对一侧的围岩进行保护，对另一侧的岩石具有破碎效果，从而便于后续施工。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种聚能粒子射流爆破装置，包括聚能爆破管体、聚能爆破结构、固-液介质承装袋和多个条形卡扣；

3、所述聚能爆破管体的一侧管壁开设缺口，使聚能爆破管体的横截面为c字型(即不闭合圆弧形)，所述聚能爆破结构为两个，两个聚能爆破结构对称设置在缺口两侧的聚能爆破管体上，且两个聚能爆破结构的中心线与聚能爆破管体的中心线处于同一平面；所述多个条形卡扣等间距布设在缺口上部，且条形卡扣两端分别与缺口两侧的聚能爆破管体连接，用于对缺口的开口度进行控制；

4、所述聚能爆破管体内部装有炸药和多个固-液介质承装袋，多个固-液介质承装袋均处于聚能爆破管体内，使炸药处于多个固-液介质承装袋之间；所述固-液介质承装袋内设有一个腔或两个腔，若为一个腔，则其内部盛放固-液耦合介质，这种固-液混合式便于固体介质和液体介质充分混合；若为两个腔，则一个腔内盛放固体介质、另一个腔内盛放液体介质，这种固-液分离式在实际操作中更为简便；当炸药引爆时能将固-液介质承装袋破碎，使固体介质和液体介质从聚能爆破结构及缺口冲出聚能爆破管体，对周围岩体进行定向爆破。

5、优选地，所述聚能爆破结构为点式聚能结构、线式聚能结构和点线组合式聚能结构的其中一种，其中点式聚能结构为多个聚能孔等间距呈直线排列，且该直线与聚能爆破管体的轴线平行；这种方式爆破时产生的能量通过这些小孔以“点”的形式聚能冲击岩体；所述线式聚能结构为多个聚能槽等间距呈直线排列，其中聚能槽为条形孔，且该直线与聚能爆破管体的轴线平行。这种方式爆破时产生的能量通过管壁上的槽以“直线”的形式聚能冲击岩体，且这种方式便于工厂加工。所述点线组合式聚能结构为多个聚能孔和多个聚能槽交替布设呈直线排列，且该直线与聚能爆破管体的轴线平行；这种方式吸纳“点”式聚能集中程度高和“线”式加工方便的优势。

6、进一步，在每个聚能孔处分别沿各个聚能孔中心在聚能爆破管体的内腔及外表面设置刻线，用于辅助聚能爆破管体在爆破时形成角度，使聚能方向释放的能量分布更加线性。

7、进一步，所述聚能爆破管体为圆形管体或椭圆形管体，若为椭圆形管体，则缺口处于椭圆形管体的短轴上，且两个聚能爆破结构均处于椭圆形内腔的长轴上，使椭圆形管体的长轴为聚能方向。采用这两种形状的管体均能实现定向爆破效果，具体采用哪种根据钻孔实际情况进行选择。

8、进一步，所述聚能爆破管体上设有多个凸起，条形卡扣与聚能爆破管体之间通过条形卡扣两端上的连接孔与凸起配合连接。采用这种连接形式，便于条形卡扣与聚能爆破管体之间的快速连接。

9、进一步，若两个固-液介质承装袋均两个腔，则两者装在聚能爆破管体时，使两者的液体腔更靠近炸药，或者使两者的固体腔更靠近炸药。上述两种方式均能保证爆破效果，但是需保证两个固-液介质承装袋均同时采用液体腔或固体腔靠近炸药，这样才能保证定向破裂效果。

10、进一步，所述每个聚能孔的直径为圆形管体直径或椭圆形管体长轴的1/7～1/11。相邻聚能孔之间的距离为聚能孔直径的3～5倍，所述聚能管体外表面圆形直径比炮孔直径小6～8mm；采用上述参数在爆破时使得能量更好的聚集在聚能方向。所述聚能孔的形状为圆形孔、椭圆型孔、菱形孔和正六边形孔中的任意一种，根据实际需要进行选择。

11、进一步，所述聚能爆破管体两端的管壁上均设有t型凹槽，相邻两个聚能爆破管体通过工字型连接卡榫卡固在t型凹槽内实现两个聚能爆破管体的同轴连接。采用这种结构连接时从t型凹槽侧面对齐后滑入，直至全部嵌入其中；卡榫与t型凹槽连接后更便于调整装药管位置，在放置时可以保证结构更加稳定不易滑动。在朝向向下的钻孔中放置时也可以避免调整过程中由于重力导致下方聚能管与上方聚能管脱离的情况发生。

12、进一步，所述固-液耦合介质中固体和液体的质量比为1：(4～6)。这样能进一步提高聚能爆破效果。

13、进一步，所述液体介质采用水或者加入无机盐的盐水；固体介质采用高强度且成颗粒状的固体材料，固体介质强度越大，爆破时的动态冲击能力越大，维护裂缝不闭合能力越强，考虑到成本，固体介质强度不低于70mpa。

14、与现有技术相比，本发明采用聚能爆破管体、聚能爆破结构、固-液介质承装袋和多个条形卡扣相结合方式，具有如下优点：

15、1、本发明的聚能爆破管体一侧设有缺口，使其形成c字型结构，该结构能实现在爆破时对一侧的围岩进行保护，对另一侧的岩石具有破碎效果；通过缺口，并通过多个条形卡扣对缺口的开口度进行调整，从而保证在爆炸时产生的能量以及冲击波可以直接作用到所需破碎的一侧岩体，减少岩石受到的保护作用，同时聚能结构能实现聚能方向上的定向爆破产生裂缝，两者同时进行，最终实现沿聚能方向为分界面，一侧岩体完整，一侧岩体破碎的效果。

16、2、由于本发明特定的聚能爆破管结构，使能量在本发明中流动与传统聚能管产生了区别，其中缺口的存在，实现了一侧围岩破碎、一侧围岩完整的效果，但是由于部分能量被用于对围岩进行冲击破碎，致使聚能定向爆破产生裂缝的效果有所减弱。因此本发明通过固-液介质承装袋加入固、液介质作为爆破耦合剂，形成三相耦合介质粒子射流爆破，大大提升了能量的传递效率，并且直接参与到定向裂缝的生成与维持的同时，使其中的固、液介质以携带粒子的射流形式对岩石进行冲击使其产生破坏，达到对定向断裂与半边碎裂双重激励效果，可以抵消能量分流的不利影响，并通过更高的能量利用率实现产生的爆破冲击力到达传统聚能爆破的十几倍，最终实现形成高深度、高成型度、高光滑度并且可以实现半边破碎的聚能效果，并能有效减少炸药使用量。

17、3、本发明的聚能粒子射流爆破利用固-液-气三相耦合介质进行能量传递，特别是高强度固体粒子的加入可显著提高爆破威力，据现场试验可比传统爆破减少22％以上的炸药用量。利用高强度固体粒子介质的高速动态冲击作用、液体介质所形成的高压流体水射流的液楔作用、炸药的爆轰波作用和高压气流的气楔作用共同致裂煤岩体，同时利用固体粒子维持裂缝的破裂状态不闭合。与传统炸药爆破主要依靠爆轰波和高能气体破岩作用外相比，该技术可发挥“爆轰波(炸药产生)+高速粒子冲击(固体介质产生)+高压水射流(液体介质产生)+高能气体致裂(炸药产生)”的四重作用，此外，固体粒子还可以维持裂缝破裂的状态。