[发明专利]一种用于钻孔爆破的钻孔填塞装置及其制备方法

说明书

一种用于钻孔爆破的钻孔填塞装置，包括由海绵和有透水孔的牛皮纸制作的包装筒内装膨胀剂构成的药柱；膨胀剂由过烧CaO、NaHCO3、石英砂、粘土、高分子吸水材料和无水乙醇混合组成；药柱固定在由丝杆和堵盖构成的轴向膨胀约束机构上，封闭在局部带有吸热垫和隔热垫的弹性保护套与堵盖形成的空间内。该装置通过用NaHCO3反应吸收CaO与水反应放出的热量、由吸热垫对热量再吸收和剩余热量由隔热垫阻隔三项技术措施，使被隔热垫遮盖的传爆器材的温度低于其耐受温度，确保传爆系统安全运行无拒爆事故；膨胀剂反应过程中轴向膨胀受限，向径向发展，使径向膨胀压力提高，药柱与钻孔内壁充分弥合，填塞质量和效果提高。

技术领域

本发明涉及岩石爆破，特别是一种钻孔爆破开挖岩石使用的钻孔填塞装置及其制备方法。

背景技术

钻孔爆破简称钻爆法，是通过钻孔和装药对岩石进行爆破的方法，是目前开挖破碎岩体的主要手段。据统计，在露天矿山生产中，矿岩破碎均靠钻爆法；在地下硬岩矿山掘进与开采中，钻爆法占到90％以上；在隧道和水工施工中，钻爆法占60-70％。钻爆法破岩的原理是利用炸药在钻孔内有限空间中急剧反应，爆炸产生的应力波使岩体产生裂隙，由爆炸产生的高温、高压气体形成的气锲推动岩体进一步破碎。

研究表明，钻爆法破岩时，有效的填塞可使爆生气体对岩体的作用时间延长，节省炸药用量，提高炮孔利用率，降低有毒有害气体的产生，从而提高爆破效果。实验表明，有填塞时单孔破岩量比无填塞时超出20-30％。

目前，钻爆法施工时，下向孔填塞多采用钻孔时产生的岩粉或外运破碎成一定粒度的粗骨料进行填塞，通过一定的填塞长度，来保证下向孔的爆破效果。对于掘进爆破中的水平孔，则采用炮泥、水炮泥或机械膨胀塞进行钻孔填塞。对于上向孔，由于安装困难，实际生产中，大都用包装袋或浸水纸壳进行填塞。下向孔利用岩粉或粗骨料进行填塞时，由于岩粉或粗骨料属于松散物质，靠其自重压覆在炸药之上，与孔壁之间摩擦力小，对爆生气体的密封作用有限，只能通过加长填塞长度，才能达到有效填塞的效果。如此需增大炮孔的总长度，使钻孔费用增加。采用炮泥进行填塞时，由于炮泥的硬度和韧性较差，填塞施工较为困难，且填塞的炮泥与孔壁间的摩擦力较小，气密性较差；炮泥本身的强度指标与围岩差别较大，导致填塞位置仍然是爆破时的最薄弱位置，成为爆生气体过早泄漏的薄弱点，导致爆破能量过早泄漏。上向孔采用包装袋或纸壳填塞，在正向起爆(孔底起爆)条件下，这些填塞物根本起不到封堵作用，实际上是由孔口附近一定长度的药柱作为填塞材料起封堵作用，由此带来炸药的浪费和爆破效果的降低。

为提高填塞的技术效果，国内外学者开展了不同类型填塞材料和填塞方法的研究。

CN101318802A专利文献公开了一种地震勘探爆破过程中使用的钻孔封孔装置。该装置是由盛装生石灰的圆形无纺布袋置于一个多孔的圆形塑料外壳中构成，用其堵塞地震勘探中的震源炮孔，将原来采用的松散填塞改为预应力高强度嵌砌式填塞，增加了填塞体的波阻抗和内摩擦阻力，改善了药包能量过早扩散和损失的问题，同等条件下提高了地震勘探的勘探深度和勘探精度。但该装置在使用中存在以下技术问题：

1、装置中生石灰遇水反应生成氢氧化钙过程中会释放大量的热，使填塞材料产生高温。钻爆法爆破时，孔内需要铺设传爆器材，主要是非电导爆管或导爆索，这些材料的安全耐受温度在120°以下，填塞材料产生的高温一旦超过该温度，传爆系统会被破坏，导致发生拒爆事故。

2、无纺布袋中的生石灰遇水后在径向和轴向均会产生膨胀，在径向由于受到炮孔壁的约束，会使膨胀向轴向发展，因塑料外壳对膨胀的轴向约束有限，导致轴向膨胀较大，而径向膨胀不足，使填塞材料与孔壁的弥合程度不足，填塞效果不够理想。

3、塑料外壳韧性较差，对生石灰遇水膨胀产生一定的约束力，不仅影响填塞材料的反应程度，而且影响填塞材料与炮孔孔壁的弥合。