一种气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的装置及方法

摘要

本发明提供了一种气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的装置及方法：所述装置包括炸药结合体、定位滑轮机构、拉绳和悬挑构件，其中，炸药结合体由气球、炸药和导爆管构成，炸药结合体的重力受力方向与浮力、拉力受力方向处于同一铅垂线上，悬挑构件设置在炸药结合体上方并能够靠近或远离炸药结合体。所述方法包括安装时控制炸药结合体的重力受力方向与浮力、拉力受力方向处于同一铅垂线上；在气球上浮过程中，对停止在井壁垮塌部位的气球进行水平位移进行修正，以控制炸药结合体的重力受力方向与浮力、拉力受力方向处于同一铅垂线上。本发明具有爆破疏通效果好且最大限度地发挥炸药的能量，有效避免磨破气球球体，便于施工等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及爆破处理溜井高位堵塞的技术领域，更具体地讲，涉及一种 采用气球悬浮炸药对溜井高位堵塞进行爆破处理的装置和方法。

背景技术

溜井堵塞后的有效处理是矿山安全生产不容忽视的问题，目前，在生产 实践中可采用的处理溜井堵塞方法有如下几种：

(1)炮振处理法。炮振处理通常有三种方法：①在下部溜口内炮振；②在 检查巷道、中间巷道内炮振；③在上部溜井口炮振；均靠爆破振动破坏悬拱 的平衡。

(2)溜井注水法。利用散体含水量增大、黏着力降低的特性，向井内灌人 适量的水浸泡，使堵塞物料垮落，达到处理堵塞的目的。该法施工简单，适 用于堵塞物块度小、含粉、泥较大的情况，灌水过程中要加强溜井底部放矿 口的安全监测。处理时需慎重，有跑矿的危险；若用此法处理堵料不垮落时， 灌水后的残留滴水容易使矿石掉落，给再用其它方法处理增大了难度。

(3)氢气球悬挂药包爆破法。利用氢气球上升的能力，将药包上升带至堵 塞处进行爆破处理堵塞，一般处理高度为15～60m。但由于炸药捆绑在气球 的下方，且炸药量很少，爆炸后引爆气球，炸药的威力不能全部作用到拱脚， 对悬拱破坏作用的效果不太明显。

(4)下挖法。若是露天矿，堵塞处距离溜井口较近，可实施溜井降段至堵 塞处处理的方法。

(5)穿孔爆破法。若堵塞位置距溜井口较近(60m之内)，且堵塞位置明确， 则采用地质钻绕井口垂直井壁钻孔，孔深到堵塞位置处，然后进行装药爆破， 使堵塞部位连同堵塞处的井壁同时塌落疏通堵塞。

(6)矿用火箭弹处理法。利用发射筒内爆炸物爆炸产生的强大气流作用， 使火箭弹升空与堵塞部位引爆装置自动引爆，使堵塞部位受到强烈的爆炸冲 击或者振动而下落，从而疏通溜井堵塞。从20世纪70年代开始，国内专门 开发了矿用火箭弹进行溜井堵塞的处理，取得了较好的效果。根据井外测试， 目前最高射程的矿用火箭弹LSK-3型可以将4kg炸药送到340m高度，但是 目前井内成功使用的高度记录只有80m左右。

然而，以上各种方法，在处理高深溜井井筒的高位堵塞上，均存在适用 条件不足的问题，而且溜井井筒堵塞处理危险性极高；目前国内尚无用氢气 球悬浮炸药爆破疏通大型、特长型溜井高位堵塞的范例，对溜井高位堵塞， 某厂采用传统氢气球悬浮炸药爆破处理法进行处理，发现无法疏通堵塞，并 且还造成溜井停止使用，这是因为：氢气球悬浮炸药爆破是在溜井观查平巷 的观查口处施工，位于溜井井筒的侧方且场地狭小，氢气球拉绳在氢气球上 升过程中拉力方向与氢气球及炸药结合体的重心不在同一铅垂线上，使氢气 球受拉绳水平分力作用。氢气球在井筒下部可沿井壁正常上浮，当升至垮塌 空间时，受溜井内滴水、拉绳水平分力作用下，氢气球发生水平方向移动， 最后停留在垮塌空间，无法继续沿垮塌空间上部井筒上升至堵塞部位，炸药 也就无法与堵塞块接触，无法达到爆破疏通作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，而提供一种使悬浮炸药 的气球能够顺利通过溜井垮塌空间并上升至堵塞部位，达到爆破疏通溜井的 装置及方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种气球悬浮炸药爆破处理溜 井高位堵塞的装置，所述装置包括炸药结合体、定位滑轮机构、拉绳和悬挑 构件；其中，定位滑轮机构设置在炸药结合体的下方，拉绳的一端通过定位 滑轮机构与炸药结合体底部连接且另一端为自由控制端；炸药结合体由气球、 炸药和导爆管构成，炸药固定在气球顶部，导爆管的一端通过定位滑轮机构 布置在气球表面并与埋在炸药内的雷管相连且另一端为自由控制端，并且所 述炸药结合体的重力受力方向与浮力、拉力受力方向处于同一铅垂线上；悬 挑构件设置在炸药结合体上方并能够靠近或远离炸药结合体，所述悬挑构件 包括悬挑杆、导向滑轮和吊绳，导向滑轮固定在悬挑杆的靠近炸药结合体的 一端上，吊绳的一端通过导向滑轮与炸药结合体顶部连接且另一端为自由控 制端。

根据本发明的气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的装置的一个实施 例，所述悬挑构件还可以包括设置在溜井观察口处的支撑单元，所述支撑单 元包括固定在溜井观察口上的支架，以及固定在支架上的托轮，托轮的轮槽 直径与所述悬挑杆的直径匹配，以使悬挑杆能够在轮槽上移动进而靠近或远 离炸药结合体。

根据本发明的气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的装置的一个实施 例，所述装置还可以包括固定在所述气球顶部中心的炸药承托构件，该炸药 承托构件优选轻质碳素杆环。

根据本发明的气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的装置的一个实施 例，所述定位滑轮机构和/或所述导向滑轮上设置有防脱挡板。

本发明的另一方面提供了一种气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的方 法，包括依次进行的以下步骤：测量溜井的垮塌部位，并获得垮塌部位的最 高与最低高程，以及垮塌部位上部的堵塞部位的高程；将权利要求1至5中 任一项所述的气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的装置安装在溜井中，并 在安装过程中确保炸药结合体的重力受力方向与浮力、拉力受力方向处于同 一铅垂线上；将气球充气至预设压强；充气完成之后，移动悬挑杆至远离炸 药体的位置，剪断吊绳，并释放拉绳和导爆管的自由控制端，以使炸药结合 体自由上浮至垮塌部位；对停止在垮塌部位的炸药结合体的水平位移进行修 正，以控制炸药结合体的重力受力方向与浮力、拉力受力方向处于同一铅垂 线上；再次释放拉绳和导爆管的自由控制端，使炸药结合体上浮通过垮塌部 位并最终上升至垮塌部位上部的堵塞部位；进行爆破处理。

根据本发明的气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的方法的一个实施 例，可以控制所述炸药结合体的重力为气球浮力的2/5，拉绳的拉力为气球浮 力的3/5。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果包括爆破疏通效果好，且最大 限度地发挥炸药的能量；施工时气球球体完全悬空，受拉绳和吊绳共同作用， 有效避免施工时磨破气球球体；气球充气方便，便于施工。

附图说明

图1示出了根据本发明示例性实施例的气球悬浮炸药爆破处理溜井高位 堵塞的装置的示意图。

图2A示出了根据本发明示例性实施例的聚能穴炸药的主视图。

图2B示出了根据本发明示例性实施例的聚能穴炸药的俯视图。

10-炸药结合体、11-炸药、12-气球、13-导爆管、20-定位滑轮机构、21- 定位滑轮、22-钢板、23-钢管、30-拉绳、40-悬挑构件、41-悬挑杆、42-导向 滑轮、43-吊绳、50-炸药承托构件、61-支架、62-托轮、70-溜井井壁。

具体实施方式

下面将参照附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的气球悬浮炸药 爆破处理溜井高位堵塞的装置及方法。

图1是根据本发明示例性实施例的气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞 的装置的示意图，图2A示出了根据本发明示例性实施例的聚能穴炸药的主 视图，图2B示出了根据本发明示例性实施例的聚能穴炸药的俯视图。如图1 所示，本示例性实施例的气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的装置包括炸 药结合体10、定位滑轮机构20、拉绳30和悬挑构件40。

所述炸药结合体10由炸药11、气球12和导爆管13构成，炸药11固定 在气球12的顶部，导爆管的一端通过定位滑轮机构20并布置在气球12表面 且另一端为自由控制端，并且所述炸药结合体10的重力受力方向与浮力、拉 力受力方向处于同一铅垂线上，这是因为，若气球12在上升过程中炸药结合 体10的重力受力方向与浮力、拉力受力方向不处于同一铅垂线上，那么，气 球12会受到拉绳30的水平分力作用，在气球12上升的过程中，气球12将 会发生水平方向的移动，并且，当气球12上升至垮塌空间时，由于溜井井壁 70及堵塞物长期都有渗水，部份渗水会形会滴水，影响气球12上升的竖直 状态，所以在溜井内滴水、拉绳30水平分力作用下，气球12停留在垮塌空 间，无法继续沿垮塌空间上部井筒上升至堵塞部位，炸药11也就无法与堵塞 块接触，无法达到爆破疏通作用，所以需要控制炸药结合体10的重心与所述 拉绳30的拉力处于同一铅垂线上。为了达到上述目的，通常可以将炸药11、 导爆管13对称、均匀地布置在气球12上，例如，如图2所示，将炸药11制 作成带聚能穴11a结构的药柱，并均匀地固定在气球12的顶部，可以将导爆 管13对称地设置在气球12球体的经线上，也可以导爆管13围绕气球呈螺旋 状，等等，可以看出，导爆管13可以为多种常见设置方式，只要能够保证由 炸药11、气球12和导爆管13构成的炸药结合体10的重力受力方向能与拉 绳30的拉力处于同一铅垂线上即可。另外，由于气球12本身圆度及气球顶 点确定的误差，炸药11的固定点需要经反复试验确定，以保证炸药结合体 10的重力受力方向与浮力、拉力受力方向处于同一铅垂线上，经试验，气球 12在每上升20米，水平位移量不超过0.5米的情况下，并采用当气球12上 升到井壁垮塌部位时暂停气球12上浮，消除水平位移后继续上升的办法可使 气球12顺利通过垮塌空间，到达堵塞部位。

其中，本发明的气球12可以采用任何比空气密度小、能使自由上浮的气 球，通常，优选容易获得的氢气球。将炸药11设置在气球12的顶部是为了 保证炸药11贴紧溜井堵塞块，以达到更好地爆破疏通效果。为了防止气球球 体因为负重而发生凹陷，使炸药11无法直接接触堵塞块，可以在所述气球 12顶部中心的固定一个炸药承托构件50，所述炸药承托构件50对炸药起到 支撑作用，优选轻质碳素杆环。另外，在本发明的一个示例性实施例中，采 用直径1.5mm的高强塑料拉绳。

所述定位滑轮机构20设置在炸药结合体10的下方，可以包括多个轻质、 滑动灵活的滑轮，其中的一个滑轮为定位滑轮21，通过该定位滑轮机构20， 使炸药结合体10只受到垂直的拉力，即无水平分力作用；其中，一个定位滑 轮21设置在炸药结合体10的正下方，该定位滑轮21固定在钢板22上，该 钢板22水平安装在溜井内，钢板22的大小和重量根据需要选择，只要能够 起到固定定位滑轮21，在施工时能保证定位滑轮不发生移动的作用即可，在 本发明的一个示例性实施例中，采用的钢板22直径为120mm、厚度为20mm； 其他的滑轮固定在沿溜井井壁设置的导轨23上，并从溜井底部延伸至溜井的 观察口，为了防止导轨自身在工作时翻转、滚动，导轨可以采用角钢。拉绳 的一端通过所述定位滑轮机构20与所述气球12的下部连接，拉绳的另一端 为自由控制端，作业人员可以通过该自由控制端控制气球；在本发明的一个 示例性实施例中，用于固定滑轮的导轨长为8米；此外，还可以在所述定位 滑轮机构20上设置防脱挡板，设置防脱挡板的作用为了防止拉绳和导爆管在 释放过程中脱落，以可靠、匀速、稳定地释放拉绳和导爆管，可以是在滑轮 上设置一块挡板也可以是其他结构，只要能挡住拉绳和导爆管以防止滑出滑 轮的轮槽即可。

所述悬挑构件40设置在炸药结合体10的上方并能够靠近或远离炸药结 合体10，所述悬挑构件40包括悬挑杆41、导向滑轮42和吊绳43，导向滑 轮42固定在悬挑杆靠近炸药结合体的一端上，吊绳的一端通过导向滑轮42 与炸药结合体10顶部连接且另一端为自由控制端。设置该悬挑构件40主要 起到三方面的作用：(1)悬挑杆41可以起到悬挂炸药结合体10的作用，若不 将炸药结合体10悬挂起来，那么在气球12的充气过程中，气球12的球体将 被井内下部的矿料或井壁磨破，所以，用悬挑杆41将炸药结合体10悬挂起 来再给气球12充气，可以有效避免气球球体的磨损；(2)气球12在充气过程 中，球体会不断翻转，易造成拉绳30、导爆管13相互缠绕、打结，而使用 悬挑杆41，以及在吊绳43和拉绳30的作用下，可以有效预防上述情况发生； (3)此外，在气球12具有一定的浮力后，悬挑杆41可以阻挡气球12上升，以 便继续充气，使气球12达到预定的气压，具备需要的上升浮力。为了使气球 12在充气完成后，悬挑构件40不挡住气球12的上升，将该悬挑构件40设 置为能够靠近或远离炸药结合体10的结构，例如，设置为可以伸缩的机构， 或者可以滑动的机构，只要其能够起到靠近或远离炸药结合体10，当靠近炸 药结合体10时，能起到上述三方面的作用，并在充气完成后，能够远离炸药 结合体10，不会阻挡炸药结合体10，使其正常上升即可。悬挑杆41的长度 一般根据生产实际选择，在本发明的一个示例性实施例中，悬挑杆41采用长 12米的钢管制成，悬挑杆41的表面经过防爆处理；为了可靠、匀速、稳定 地释放吊绳，还可以在所述导向滑轮42上设置所述防脱挡板。

由于炸药结合体10的总重量较大，在气球12充气前炸药结合体10的重 量均由悬挑杆41负担，而在实际生产中，悬挑杆41从观察口伸入井内的距 离较长，在本发明的一个示例性实施例中，悬挑杆41伸入距离约为4.5米， 如用人力的方法，需要多人协作才能平衡悬挑杆41，但观察平巷场地狭小， 不可能容纳下较多的作业人员(现场协同施工的还有爆破工、充气人员、信 号员等)，为了降低施工难度，可以通过在溜井观察口处设置支撑单元，以使 悬挑杆41能够在支撑单元上移动以靠近或远离炸药结合体10。该支撑单元 包括固定在溜井观察口上的支架61，以及固定在支架61上的托轮62，托轮 62的轮槽直径与所述悬挑杆41的直径匹配，一般地，将轮槽直径控制在比 悬挑杆直径大5～8mm的范围内，以使悬挑杆41能够在轮槽上移动进而靠近 或远离炸药结合体10。通过该支架61和托轮62可以方便地平衡悬挑杆所述 一端的重量，便于施工。

根据本发明的另一方面，如图1、图2所示，采用本发明示例性实施例 的装置进行爆破处理溜井高位堵塞，包括依次进行的以下步骤：

测量溜井的垮塌部位，并获得垮塌部位的最高与最低高程，以及垮塌部 位上部的堵塞部位的高程。

将上述气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的装置安装在溜井中，并在 安装过程中确保炸药结合体10的重力受力方向与浮力、拉力受力方向处于同 一铅垂线上。

接着，将气球12充气至预设压强。充气完成之后，移动悬挑杆41至远 离炸药体的位置，剪断吊绳43，并释放拉绳30和导爆管13的自由控制端， 以使炸药结合体10自由上浮至垮塌部位。

对停止在垮塌部位的炸药结合体10进行水平位移进行修正，以控制炸药 结合体10的重力受力方向与浮力、拉力受力方向处于同一铅垂线上。

再次释放拉绳30和导爆管13的自由控制端，使炸药结合体10上浮通过 垮塌部位并最终上升至垮塌部位上部的堵塞部位。

最后，进行爆破处理。

其中，炸药结合体10所悬浮炸药11的重量的确定，一般按照炸药结合 体10的重力占气球浮力的2/5，拉绳的拉力占气球浮力的3/5的原则确定， 以保证炸药结合体10的重心稳定，在其上升过程以及到达堵塞部位时不发生 翻转。

综上所述，本发明提供了气球悬浮炸药爆破处理溜井高位堵塞的装置及 方法。本发明的优点包括：(1)通过控制炸药、导爆管的分布，以及在炸药结 合体达到垮塌部位后进行水平位移修正，保证了炸药结合体的重力受力方向 与浮力、拉力受力方向处于同一铅垂线上，使悬浮炸药的气球能够顺利通过 溜井垮塌空间并上升至堵塞部位，达到较好地爆破疏通效果；(2)将炸药安装 在气球的顶部，并设置炸药承托构件，使炸药能更好更直接地接触堵塞块， 最大限度地发挥了炸药的能量；(3)安装悬挑构件，有效避免气球球体在充气 过程中的磨损，并且便于充气，此外，通过安装托轮和支架，使施工过程更 加方便容易。

尽管上面已经结合附图和示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通 技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述 实施例进行各种修改。