一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置及方法，包括炮孔、柔性垫层、多层状消聚能球、炸药和堵料，炮孔钻设在冻岩坝基的控制基面上，柔性垫层铺设在炮孔底部，多层状消聚能球紧压在柔性垫层之上，由自外向内设置的多层波阻抗高低交替变化的材料构成，炸药设在多层状消聚能球上方，堵料设在炸药上方，用于进行堵塞填埋。本发明专利技术能够使得在爆炸应力波的作用下，反射更多爆炸能量作用在炮孔壁上，增强爆破效果，实现炮孔底部侧上方聚能爆破，同时显著降低向炮孔底部下方透射能量，减小保留岩体损伤，实现消能效果。实现消能效果。实现消能效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置及方法


[0001]本专利技术涉及岩体爆破
，尤其涉及一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置及方法，适用于水利水电、交通、工民建等领域中的坚硬岩体基础爆破开挖。

技术介绍

[0002]坝基开挖质量在水利水电工程中至关重要，岩体爆破开挖过程中，由于爆炸荷载的作用，在完成岩石爆破破碎的同时，不可避免地对保留岩体产生动力损伤，其施工质量与岩基面的开挖质量密切相关，特别地，对于冻岩坝基而言，岩体强度相比于常规岩体有一定增强，爆破耗药量明显增加，相对地，会加剧对底部保留岩体的损伤。同时，对于炮孔近区冻岩，其内部含冰微裂隙在高温爆热条件下迅速气化，围岩微裂隙发育增加，爆生气体更易贯入岩体，发挥膨胀裂岩作用，也会对孔底保留岩体的损伤进一步加剧。因此，亟需对常规爆破进行改进，在保证质量的同时，高效率地完成对岩基的开挖。
[0003]相关技术通过炮孔底部布置高波阻抗垫块，来反射爆炸冲击波，增强上部岩体的破碎效果，同时降低孔底方向冲击波对保留岩体的损伤作用。但是单层的高波阻抗垫块对应力波的透、反射作用能力有限，同时，锥形垫块布置过程中易存在底部倾斜的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置及方法，在竖直炮孔中该孔底消聚能结构能够实现在保证炮孔孔底消能的基础上，同时增强孔底孔壁上的聚能作用。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置，包括：
[0007]炮孔，钻设在冻岩坝基的控制基面上；
[0008]柔性垫层，铺设在炮孔底部；
[0009]多层状消聚能球，紧压在柔性垫层之上，由自外向内设置的多层波阻抗高低交替变化的材料构成；
[0010]炸药，设在多层状消聚能球上方；
[0011]堵料，设在炸药上方，用于进行堵塞填埋。
[0012]进一步地，所述柔性垫层的材料为细砂、岩粉、松砂中的一种或多种的混合。
[0013]进一步地，所述的柔性垫层厚度6～10cm。
[0014]进一步地，所述多层状消聚能球外径比所述炮孔内径小4到6mm。
[0015]进一步地，所述多层状消聚能球采用金属制作而成，选择不同的金属以实现不同的材料性能。
[0016]进一步地，材料的波阻抗的计算方法为：
[0017][0018][0019]式中，E为材料弹性模量，ρ为材料密度，μ为材料泊松比，V
p
为材料纵波波速，ρV
p
为材料波阻抗。
[0020]进一步地，设多层状消聚能球由n层材料制成且外径为d1，最内层材料为球体结构且外径为d2，最内层材料外径为所述多层状消聚能球外径的1/2～2/3，其余层为球壳状结构且厚度一致，其余层的厚度为
[0021]进一步地，通过增加所述多层状消聚能球材料的层数，减少每层材料的厚度，能提高炮孔间聚能破碎效果和炮孔底消能减振效果。
[0022]进一步地，相邻层材料间形成界面，界面的反射波强度和透射波强度分别用以下公式表示：
[0023][0024][0025]式中，I为入射应力波强度，R为反射波强度，T为透射波强度，ρ
a
为界面前介质材料密度，ρ
b
为界面后介质材料密度，(V
p
)
a
为界面前介质材料纵波波速，(V
p
)
b
为界面后介质材料纵波波速，ρ
a
(V
p
)
a
为界面前介质材料波阻抗，ρ
b
(V
p
)
b
为界面后介质材料波阻抗。
[0026]一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖方法，包括以下步骤：
[0027]在冻岩坝基的控制基面上钻设炮孔；
[0028]在炮孔底部铺设柔性垫层；
[0029]将多层状消聚能球放入炮孔底部，紧压在柔性垫层上，所述多层状消聚能球由自外向内设置的多层波阻抗高低交替变化材料构成；
[0030]在炮孔内多层状消聚能球上方装炸药后进行堵塞填埋；
[0031]进行起爆。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0033]1、本专利技术能够使得在爆炸应力波的作用下，反射更多爆炸能量作用在炮孔壁上，增强爆破效果，实现炮孔底部侧上方聚能爆破，同时显著降低向炮孔底部下方透射能量，减小保留岩体损伤，实现消能效果。
[0034]2、本专利技术增强了爆破效果，增强了爆后消除根坎作用，免除了后续的处理，减少了人工和装药损耗，有效提高爆破装药效率，节省工程造价。
[0035]3、对于冻岩保留岩体的损伤减小，提高了工程建设质量。
[0036]4、专利技术成本低、操作简单，该专利技术结构所涉及的材料均易于获取、价格低廉。
附图说明
[0037]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分。本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0038]图1为本专利技术基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置示意图。
[0039]图2为本专利技术消聚能原理示意图。
[0040]图3为本专利技术基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖方法的示意图。
[0041]图中：1、堵料；2、炸药；3、多层状消聚能球；4、柔性垫层；5、岩体；6、控制基面；7、炮孔。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0043]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0044]相关技术中，通过炮孔7底部布置单层的高波阻抗垫块，来反射爆炸冲击波，增强上部岩体的破碎效果，同时降低炮孔底部方向冲击波对保留岩体的损伤作用，但是单层的高波阻抗垫块对应力波的透射、反射作用能力有限，本专利技术提供一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置，能够多次进行应力波的反射和透射，反射更多爆炸能量作用在炮孔壁上，增强爆破效果，实现炮孔底部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置，其特征在于，包括：炮孔，钻设在冻岩坝基的控制基面上；柔性垫层，铺设在炮孔底部；多层状消聚能球，紧压在柔性垫层之上，由自外向内设置的多层波阻抗高低交替变化的材料构成；炸药，设在多层状消聚能球上方；堵料，设在炸药上方，用于进行堵塞填埋。2.根据权利要求1所述的一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置，其特征在于：所述柔性垫层的材料为细砂、岩粉、松砂中的一种或多种的混合。3.根据权利要求1所述的一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置，其特征在于：所述的柔性垫层厚度6～10cm。4.根据权利要求1所述的一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置，其特征在于：所述多层状消聚能球外径比所述炮孔内径小4到6mm。5.根据权利要求1所述的一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置，其特征在于：所述多层状消聚能球采用金属制作而成，选择不同的金属以实现不同的材料性能。6.根据权利要求4所述的一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置，其特征在于，材料的波阻抗的计算方法为：特征在于，材料的波阻抗的计算方法为：式中，E为材料弹性模量，ρ为材料密度，μ为材料泊松比，V
p
为材料纵波波速，ρV
p
为材料波阻抗。7.根据权利要求1所述的一种基于多层透反射聚能结构的冻岩坝基爆破开挖装置，其特征在于：设多层状消聚能球由n层材料制成且外径为d1，最内层材料为球体结构且外径为d2，最内层材料外径为所述多层状消聚能球外径的1/2～2/3，其余层为球壳状...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺华雄，严鹏，姚洪成，柳兵，朱瑾，成毅峰，郑源，孙灿营，郭万福，王万明，周永永，董涛，梅芳斌，魏海洋，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：