一种大孔径静态爆破方法及其堵孔装置

摘要

本发明公开了一种大孔径静态爆破方法及其堵孔装置，所述装置中椎体设置在壳体内部，四枚锥销设置在壳体上的四个孔中，弹簧套在锥销外，并卡在壳体内部，螺栓通过椎体内的螺纹与其相连；所述方法是首先根据施爆体的力学参数确定大孔径静态爆破设计方案中的孔网参数，先使用钻头φ76mm钻0.5～1m深的炮孔；换用液压扩孔钻头，将炮孔下部直径扩大至φ101mm；将破碎剂与水按照4:1-3:1搅拌均匀，灌满φ101mm的炮孔；利用堵孔装置将炮孔堵塞住，并用碎石和土壤将炮口堵塞严实。本发明有效地解决了静态爆破中的冲孔问题，使得静态爆破技术得以用于50mm以上的大孔径炮孔的情况且有效地的减少了破碎等待时间，提高了静态爆破的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石爆破开挖施工方法及其装置，特别是一种大孔径静态爆破方法及其堵孔装置，属于土石方施工技术方法技术领域。

背景技术

随着现代经济和社会基本建设的发展，城市建设迅速崛起，从有效利用城市土地的观点出发，拆旧建新和改建工程将是建设的基本方针。由于这类工程往往是在人口密集，建筑物集中的地方进行，要求在施工过程中无噪声、无震动、无飞石等公害，不危及附近居民的安全。而传统的施工方法往往是难以满足的。在一些特殊的施工场所，由于受到各种条件和原因的制约，不宜采用炸药爆破方法，如：一些特殊矿山井下巷道施工及化工厂的施工其防爆要求高，不能采用炸药爆破的方法，由于炸药受到如此多的条件限制，人们期待使用一种无公害的爆破方法，在这种情况下，静态爆破技术应运而生。

1968年，日本技研兴业研究所的田中秀男最先研究静态破碎剂，他用生石灰与水拌制成浆体，填充到钻孔中，通过CaO水化生成Ca(OH)₂，产生膨胀压使混凝土破坏。在我国，中国建筑材料科学研究总院水泥科学研究所于1981年率先研制静态破碎剂；李卫栋在《静态爆破技术在建筑施工中的应用》中应用孔径45mm的静态爆破技术成功拆除了天津油化纤厂两台设备的基础150m³；龚有满等在《柳江航道整治工程中的静态破碎实验研究》中介绍了在水下进行静态爆破的实验，实验发现“小孔径、密间距”的布孔方式破岩效果较好，而使用80mm的炮孔进行实验则会产生冲孔现象，不宜直接用作水下静态爆破作业；游宝坤在《静态爆破技术——无声破碎剂及其应用》一书中系统的阐述了静态爆破技术的原理和应用方法以及工程实例；高荣庆在《对静态爆破喷料的研究》中提出了冲孔（喷料）的原因与影响因素，分析了药剂、环境温度、孔壁性质、孔径、水灰比等对冲孔的影响，特别是当孔径大于50mm时，孔内的破碎剂喷出，发生冲孔现象，因而在工程中难以应用。

现有静态爆破技术为小孔径静态爆破，其炮孔直径在30mm至50mm之间，一旦孔径过大或者温度过高就极易发生危险的冲孔现象，影响施工安全和施工进度。同时，小孔径静态爆破与大孔径静态爆破相比，具有膨胀压力小，反应速度慢等问题，施工效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种大孔径静态爆破堵孔装置，用以解决大孔径静态爆破中的冲孔现象。

本发明的另一个目的是提供一种大孔径静态爆破方法，特别是一种炮孔直径大于50mm的大孔径静态爆破方法，从而将大孔径静态爆破方法运用于各类爆破工程中，减少爆破危害，加快施工进度。

实现本发明目的(1)的技术解决方案是：一种大孔径静态爆破堵孔装置，所述装置由椎体、锥销、壳体、弹簧和螺栓组成，椎体设置在壳体内部，四枚锥销设置在壳体上的四个孔中，弹簧套在锥销外，并卡在壳体内部，螺栓通过椎体内的螺纹与其相连。

实现本发明目的(2)的技术解决方案是：一种大孔径静态爆破方法，具体包括以下步骤：

1）首先根据施爆体的力学参数确定大孔径静态爆破设计方案中的孔网参数，在施爆体上按标示的位置打孔，先使用普通钻头φ76mm钻0.5～1m深的炮孔；

2）换用液压扩孔钻头，将炮孔下部直径扩大至φ101mm；

3）将破碎剂与水按照4:1-3:1的比例搅拌均匀，按照大孔径的体积计算量，灌满φ101mm的炮孔；

4）利用堵孔装置将炮孔堵塞住，并用碎石和土壤将炮口堵塞严实。

步骤1中所述的施爆体为岩石或混凝土。

步骤3中所述的破碎剂为静态破碎剂。

本发明具有以下优点：

1）  结合液压扩孔钻的扩孔技术和机械堵孔装置的堵孔技术，有效地解决了静态爆破中的冲孔问题，使得静态爆破技术得以用于50mm以上的大孔径炮孔的情况；

2）  大孔径静态爆破中破碎剂能量利用率高，孔壁上膨胀压力大，破碎剂反应时间快，有效地的减少了破碎等待时间，提高了静态爆破的效率。

附图说明

图1为本发明实施例的一种大孔径静态爆破方法的流程示意图。

图2为本发明实施例的堵孔装置的结构示意图。

图3为堵孔装置的专用扳手外六角扳手的结构示意图。

图4为本发明实施例中炮孔结构及封孔示意图。

图5为本发明实施例中单孔实验示意图。

具体实施方式

本发明使用的液压扩孔钻头型号为：76-101，湖南长沙黑金刚实业有限公司生产。

本发明使用的破碎剂为长沙东科建材科技有限公司生产的静态破碎剂（SCA破碎剂）。

本发明所述的堵孔装置为机械式堵孔器，利用四个锥销2卡住孔壁，其结构如图2所示，由椎体1、锥销2、壳体4、弹簧3和螺栓5组成，椎体1设置在壳体4内部，四枚锥销2位于壳体4上的四个孔中，螺栓5通过椎体1内的螺纹与其相连，弹簧3套在锥销2外侧，并卡在壳体4内部。

通过使用专用扳手外六角扳手将螺栓5逐渐拧紧，使得椎体1向上运动，通过斜面作用将锥销2顶出壳体4，卡在变孔径的孔壁上，使得整个装置得以实现堵孔的目的，本发明中外六角扳手的结构如图3所示，上部是扳手，中部是1m长钢管，下部是外六角结构。

本实施例的实验为单孔试验，实验流程图见图1，

1）  首先根据施爆体的力学参数确定大孔径静态爆破设计方案中的孔网参数。本实施例中施爆体为砂岩，其抗压强度约为100MPa，抗拉强度约为10MPa。根据岩石的形状、节理、钻孔孔径和要求，破碎的块度等因素来确定最小抵抗线，取值为：W=80cm。在施爆体上按标示的位置打孔，见图5实验示意图。先使用普通钻头φ76mm钻0.5m深的炮孔；

2）  换用液压扩孔钻头，将炮孔下部直径扩大至φ101mm，最后形成炮孔深度为1.1m（装药部分0.6m），炮孔整体外形见图4；

3）  由炮孔体积公式V=π（D/2）²计算出破碎剂浆体体积，继而计算出破碎剂量Q为8Kg，水2.5L,将静态破碎剂与水搅拌均匀，灌满φ101mm的炮孔；

4）  将堵孔器放入炮孔之中，使用外六角扳手将堵孔器上端螺栓5拧紧，使堵孔器四个锥销2向外顶出，并将堵孔器上部绳子拉紧，将炮孔堵塞住，其炮孔结构及封孔示意图见图4，然后用碎石和土壤将炮口上部堵塞严实；

5）  15分钟之后，静态破碎剂发生膨胀反应，实验岩石沿最小抵抗线方向产生断裂，岩石块被崩落下来。待静态破碎剂完全反应之后，将堵孔器回收，可用于下一次静态爆破施工。

利用大孔径静态爆破方法，将岩块成功爆破，岩块在静态破碎剂膨胀作用下，沿最小抵抗线方向形成破裂并崩落，形成一块80cm×80cm×150cm的岩块。所设计的堵孔装置很好地解决了大孔径静态爆破的冲孔现象，将静态破碎剂膨胀能量封闭在炮孔内部，使其几乎完全作用于孔壁用于破碎作用。现场爆破噪声和爆破振动相比较同等规模的爆破作业非常小，达到了静态爆破施工过程中微噪声、微震动、无飞石的目的。同时，与传统的小孔径静态爆破相比，由于孔径变大，装药量大大提高，致使破碎能量提高，孔壁上膨胀压力大，静态破碎剂反应时间快，有效地的减少了破碎等待时间，提高了静态爆破的效率。