[發明專利]一種用于鉆孔爆破的鉆孔填塞裝置及其制備方法

有效

• 申請號: 201710293708.4
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN107014264B
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 徐帥;莫東旭;李元輝;安龍
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: F42D1/08
• 分類號: F42D1/08;F42D3/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;范象瑞

一種用于鉆孔爆破的鉆孔填塞裝置，包括由海綿和有透水孔的牛皮紙制作的包裝筒內裝膨脹劑構成的藥柱；膨脹劑由過燒CaO、NaHCO3、石英砂、粘土、高分子吸水材料和無水乙醇混合組成；藥柱固定在由絲桿和堵蓋構成的軸向膨脹約束機構上，封閉在局部帶有吸熱墊和隔熱墊的彈性保護套與堵蓋形成的空間內。該裝置通過用NaHCO3反應吸收CaO與水反應放出的熱量、由吸熱墊對熱量再吸收和剩余熱量由隔熱墊阻隔三項技術措施，使被隔熱墊遮蓋的傳爆器材的溫度低于其耐受溫度，確保傳爆系統安全運行無拒爆事故；膨脹劑反應過程中軸向膨脹受限，向徑向發展，使徑向膨脹壓力提高，藥柱與鉆孔內壁充分彌合，填塞質量和效果提高。

技術領域

本發明涉及巖石爆破，特別是一種鉆孔爆破開挖巖石使用的鉆孔填塞裝置及其制備方法。

背景技術

鉆孔爆破簡稱鉆爆法，是通過鉆孔和裝藥對巖石進行爆破的方法，是目前開挖破碎巖體的主要手段。據統計，在露天礦山生產中，礦巖破碎均靠鉆爆法；在地下硬巖礦山掘進與開采中，鉆爆法占到90％以上；在隧道和水工施工中，鉆爆法占60-70％。鉆爆法破巖的原理是利用炸藥在鉆孔內有限空間中急劇反應，爆炸產生的應力波使巖體產生裂隙，由爆炸產生的高溫、高壓氣體形成的氣鍥推動巖體進一步破碎。

研究表明，鉆爆法破巖時，有效的填塞可使爆生氣體對巖體的作用時間延長，節省炸藥用量，提高炮孔利用率，降低有毒有害氣體的產生，從而提高爆破效果。實驗表明，有填塞時單孔破巖量比無填塞時超出20-30％。

目前，鉆爆法施工時，下向孔填塞多采用鉆孔時產生的巖粉或外運破碎成一定粒度的粗骨料進行填塞，通過一定的填塞長度，來保證下向孔的爆破效果。對于掘進爆破中的水平孔，則采用炮泥、水炮泥或機械膨脹塞進行鉆孔填塞。對于上向孔，由于安裝困難，實際生產中，大都用包裝袋或浸水紙殼進行填塞。下向孔利用巖粉或粗骨料進行填塞時，由于巖粉或粗骨料屬于松散物質，靠其自重壓覆在炸藥之上，與孔壁之間摩擦力小，對爆生氣體的密封作用有限，只能通過加長填塞長度，才能達到有效填塞的效果。如此需增大炮孔的總長度，使鉆孔費用增加。采用炮泥進行填塞時，由于炮泥的硬度和韌性較差，填塞施工較為困難，且填塞的炮泥與孔壁間的摩擦力較小，氣密性較差；炮泥本身的強度指標與圍巖差別較大，導致填塞位置仍然是爆破時的最薄弱位置，成為爆生氣體過早泄漏的薄弱點，導致爆破能量過早泄漏。上向孔采用包裝袋或紙殼填塞，在正向起爆(孔底起爆)條件下，這些填塞物根本起不到封堵作用，實際上是由孔口附近一定長度的藥柱作為填塞材料起封堵作用，由此帶來炸藥的浪費和爆破效果的降低。

為提高填塞的技術效果，國內外學者開展了不同類型填塞材料和填塞方法的研究。

CN101318802A專利文獻公開了一種地震勘探爆破過程中使用的鉆孔封孔裝置。該裝置是由盛裝生石灰的圓形無紡布袋置于一個多孔的圓形塑料外殼中構成，用其堵塞地震勘探中的震源炮孔，將原來采用的松散填塞改為預應力高強度嵌砌式填塞，增加了填塞體的波阻抗和內摩擦阻力，改善了藥包能量過早擴散和損失的問題，同等條件下提高了地震勘探的勘探深度和勘探精度。但該裝置在使用中存在以下技術問題：

1、裝置中生石灰遇水反應生成氫氧化鈣過程中會釋放大量的熱，使填塞材料產生高溫。鉆爆法爆破時，孔內需要鋪設傳爆器材，主要是非電導爆管或導爆索，這些材料的安全耐受溫度在120°以下，填塞材料產生的高溫一旦超過該溫度，傳爆系統會被破壞，導致發生拒爆事故。

2、無紡布袋中的生石灰遇水后在徑向和軸向均會產生膨脹，在徑向由于受到炮孔壁的約束，會使膨脹向軸向發展，因塑料外殼對膨脹的軸向約束有限，導致軸向膨脹較大，而徑向膨脹不足，使填塞材料與孔壁的彌合程度不足，填塞效果不夠理想。

3、塑料外殼韌性較差，對生石灰遇水膨脹產生一定的約束力，不僅影響填塞材料的反應程度，而且影響填塞材料與炮孔孔壁的彌合。