一种用于建基面爆破开挖平整的炸药柱及开挖技术

技术领域

本发明属于工程爆破技术领域，特别涉及一种用于建基面爆破开挖平整的刚柔性复合垫层。

背景技术

轮廓面的成型控制是爆破效果的重要指标。水电工程的建基面、边坡马道保护层开挖质量一直是水电工程施工中的难点。现有技术中，传统的深孔台阶爆破，施工效率往往很低，且对孔底保留岩体的损伤较大；水平预裂或水平光面爆破，开挖效果尚佳，但施工效率仍无法令人满意。近年来的孔底设柔性垫层的小梯段孔间顺序起爆法，由于柔性垫层材料对爆破冲击波的缓冲作用有限，孔底损伤依然较大，开挖出的建基面起伏差较大，从而导致人工撬挖量较大；同时采用楔形药槽的普通聚能爆破，由于装置聚能效果有限，亦无法取得理想结果。如何控制大坝建基面、边坡马道成型的开挖质量，提高爆破作业的效率仍是目前急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中建基面和边坡马道保护层的开挖质量难以保证的不足，本发明提供了一种工艺简单、可操作性强、减少炮孔孔底损伤、增强爆破效率的用于建基面爆破开挖平整的技术。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种用于建基面爆破开挖平整的炸药柱，其要点在于，它包括炮孔、在炮孔孔底的缓冲层、刚性垫层、炸药、堵塞段，缓冲层、刚性垫层、炸药、堵塞段由下到上依次叠放。

缓冲层为圆柱体，直径小于爆破孔直径0.5-1cm，使其能顺利放入爆破孔中，缓冲层高度为10～40cm。

各炮孔内铺设的缓冲层厚度相同，缓冲层为泡沫混凝土制成。

刚性垫层的上下表面均为圆锥形，二者平行，能增加双向聚能效果。

刚性垫层的上下表面圆锥形的圆锥母线与底面呈35°~75°。

刚性垫层底面直径为爆破孔直径的0.65~0.95倍。

刚性垫层的高度为7-10cm。

一种将上述的炸药柱用于建基面爆破开挖平整的技术，其要点在于，它包括以下步骤：

1.1在岩体中钻设圆心共线的成排垂直炮孔；

1.2在炮孔孔底铺设缓冲层；

1.3采用绳索将刚性垫层牵引进入炮孔，并使其底面置于缓冲层上；

1.4向炮孔内加入成品卷状炸药后，填上堵塞段后引爆炸药。

炮孔的深度大于实际爆破深度，大于实际爆破深度与缓冲层及刚性垫层之和。

在确定炮孔直径后，首先要制作缓冲层和刚性垫层。

缓冲层为圆柱体，直径小于爆破孔直径0.5-1cm，使其能顺利放入爆破孔中，缓冲层高度为10～40cm。各炮孔内铺设的缓冲层厚度相同，缓冲层为泡沫混凝土制成。

刚性垫层采用铸铁或混凝土制备，刚性垫层的上下表面均为圆锥形，二者平行，圆锥形的圆锥母线与底面呈35°~75°。

爆炸发生后，炮孔中向炮孔底垂直方向传播的爆炸冲击波遇到孔底的刚性垫层后，在刚性垫层侧面上发生反射和折射，人字形上表面将诱导爆炸能量向孔底水平方向传播。由于从能量从较小波阻抗的空气介质进入较大波阻抗的混凝土或铸铁介质，冲击波的大部分能量进入刚性垫层，在刚性垫层的下表面，冲击波一方面在刚性垫层内发生反射，进一步使刚性垫层破碎，同时爆破的大量能量沿孔底方向集中，在孔底方向产生聚能效果，使原本均衡的能量向孔底方向转移，减小孔底水平方向上的损伤。由于刚性垫层和缓冲层的破碎以及爆炸冲击波在不同材料介质边界的多次反射和折射，将进一步消耗孔底垂直方向传播的爆炸能量，减小孔底损伤。对于开挖中的成排爆破孔，相邻炮孔的相互作用将增强炮孔孔底水平方向的聚能效果，同时对单个炮孔而言，通过将水平方向的能量转移向孔底方向，以上两种聚能机制的同时作用可实现炮孔间岩体破碎的同时减小起伏差，从而保证建基面开挖的一次成型。

因此与现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：

（1）本发明工艺简便，成本低廉，易于操作，可直接利用施工现场的钻孔设备钻设垂直爆破孔。

（2）由于刚性垫层的双向聚能作用，减小不利影响，开挖效果可靠，可保证大坝建基面和边坡马道保护层开挖的一次成型，广泛用于水利水电工程、交通、矿山的行业的建基面和边坡保护层开挖工程中。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中刚性垫层3的结构示意图；

图3为爆炸冲击在炮孔内的传播示意图；

图4为使用状态图

图中：1堵塞段2炸药3刚性垫层4缓冲层5岩体8炮孔。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步介绍。

如图1、2所示，一种用于建基面爆破开挖平整的炸药柱，它包括位于岩体中圆心共线的成排垂直炮孔8、在炮孔孔底的缓冲层4、刚性垫层3、炸药2、堵塞段1，缓冲层4、刚性垫层3、炸药2、堵塞段1由下到上依次叠放。缓冲层4为圆柱体，直径小于爆破孔直径0.5-1cm，使其能顺利放入爆破孔中，缓冲层4高度为10～40cm。各炮孔内铺设的缓冲层厚度相同，缓冲层为泡沫混凝土制成。

刚性垫层3的上下表面均为圆锥形，二者平行，上下表面圆锥形的圆锥母线与底面呈35°~75°，底面直径为爆破孔直径的0.65~0.95倍，高度为7-10cm，采用铸铁或混凝土制备。能增加双向聚能效果。

如图4所示，一种将所述的炸药柱用于建基面爆破开挖平整的技术，它包括以下步骤：

1.1在岩体中钻设圆心共线的成排垂直炮孔8；

1.2在炮孔孔底铺设缓冲层4；

1.3采用绳索将刚性垫层3牵引进入炮孔，并使其底面置于缓冲层上方；

1.4向炮孔内加入成品卷状炸药2后，填上堵塞段后引爆炸药。

其中：炮孔的深度大于实际爆破深度，一般等于或大于实际爆破深度（现有技术所要钻的深度）与缓冲层4及刚性垫层3之和，在确定好爆破孔直径后先制作缓冲层4和刚性垫层3，按规定爆破孔直径是有标准的，所以缓冲层4和刚性垫层3可作为标配件，缓冲层4为圆柱体，直径小于爆破孔直径0.5-1cm，使其能顺利放入爆破孔中，缓冲层4高度为10～40cm。各炮孔内铺设的缓冲层厚度相同，缓冲层为泡沫混凝土制成。

刚性垫层3的上下表面均为圆锥形，二者平行，上下表面圆锥形的圆锥母线与底面呈35°~75°，底面直径为爆破孔直径的0.65~0.95倍，高度为7-10cm，采用铸铁或混凝土制备。能增加双向聚能效果。

如：待爆破开挖的岩质基础开挖深度为8m，刚性垫层3采用铁粉混凝土制备，缓冲层材料为泡沫混凝土。

本具体实施的坝基一次成型钻孔爆破方法依次按以下步骤进行：

1、制作刚性垫层3，先根据炮孔8的直径制作相应的刚性垫层3。

2、在岩体中钻设圆心共线的成排垂直炮孔：

在待爆破开挖的岩质基础中，合理布设垂直炮孔的位置和尺寸，炮孔孔径90mm，炮孔深8.5m，炮孔（比现有同条件下的炮孔）超深0.5m，堵塞段长2m，炮孔间距为3m。刚性垫层4的直径为89mm，高度40cm，由泡沫混凝土制成。

3、铺设缓冲层：

钻孔完成后，在各孔底均匀放入厚度为40cm的缓冲层。

4、将刚性垫层置于缓冲层上：

本具体实施中需采用的刚性垫层形状为：上下表面为平行的圆锥面，其母线和底面呈45度角，圆周直径为85mm，高度为8cm。按照上述形状参数，采用铁粉混凝土加工制备双人字（双锥）形刚性垫层，所制备的刚性垫层可为实心。

用尼龙绳将刚性垫层捆绑系紧上，通过尼龙绳将其缓缓牵引进入炮孔，并将其底面安置在缓冲层上。

5、装药及起爆：

在炮孔中装填直径为70mm的药卷，药卷长度为6m，炸药选用乳化炸药。装药完成后，采用粘土或沙袋作为堵塞段1对炮孔进行堵塞。堵塞完毕，确认安全后，通过雷管引爆炮孔中的炸药。

使用时如图4所示，炸药柱成排排列，引爆后，如图3、图4所示，炮孔中向炮孔底垂直方向传播的爆炸冲击波遇到孔底的刚性垫层后，在刚性垫层侧面上发生反射和折射，人字形上表面将诱导爆炸能量向孔底水平方向传播。由于从能量从较小波阻抗的空气介质进入较大波阻抗的混凝土或铸铁介质，冲击波的大部分能量进入刚性垫层，在刚性垫层的下表面，冲击波一方面在刚性垫层内发生反射，进一步使刚性垫层破碎，同时爆破的大量能量沿孔底方向集中，在孔底方向产生聚能效果，使原本均衡的能量向孔底方向转移，减小孔底水平方向上的损伤。由于刚性垫层和缓冲层的破碎以及爆炸冲击波在不同材料介质边界的多次反射和折射，将进一步消耗孔底垂直方向传播的爆炸能量，减小孔底损伤。对于开挖中的成排爆破孔，相邻炮孔的相互作用将增强炮孔孔底水平方向的聚能效果，同时对单个炮孔而言，通过将水平方向的能量转移向孔底方向，以上两种聚能机制的同时作用可实现炮孔间岩体破碎的同时减小起伏差，从而保证建基面开挖的一次成型。

由于边坡马道保护层的爆破要求低于建基面爆破，因此本发明也可用于边坡马道保护层的建设中。