基于固转气的预裂爆破装置及其方法和爆破能量评估方法

本发明涉及岩土工程爆破，特别是涉及一种基于固转气的预裂爆破装置及其方法和爆破能量评估方法。

背景技术：

1、固转气预裂剂指大量固体颗粒发生化学反应生成大量气体的一种产气具，其在使用时固体颗粒通高压电后迅速生成大量气体，威力为煤矿三级乳化炸药的80％-90％，该预裂剂常压下难以引燃，高压下持续燃烧，一旦泄压预裂剂立即停止工作，使用相对安全。固转气预裂剂破岩有诸多优点，在破岩时通过预裂剂与启动剂组合的方式共同放入炮孔中，并对炮孔进行严密封堵以防留有与外界连通的空袭而发生盲炮或不完全爆炸。固转气预裂剂工作时，首先通过引线通电引爆启动剂，启动剂发生爆炸形成高压高温因而引爆预裂剂，预裂剂在高温高压下发生化学反应，迅速生成大量气体冲击围岩。围岩在冲击波和高能气体冲击作用下岩炮孔为中心产生大量网状裂纹。然而预裂过程中容易受到地质条件影响，裂纹受到气体冲击的作用朝向地质松软的方向延展，而其他角度方向的裂纹进展缓慢或致裂效果不佳，此外，也会出现岩石破碎不均匀、产缝裂纹不可预测等现象。

2、采用装药结构可以一定程度上提升能量利用率和实现定向预裂的目的。与不采用装药结构相比，预裂剂爆炸产生的能量沿四周扩散导致对破岩或产生裂隙长度的效果降低。而采用具有导流孔的预裂装药结构可以约束能量走向，实现聚集能量朝某个方向破岩的效果，可以宏观上实现对裂隙走向的观测和产生更均匀的破碎岩石。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于固转气的预裂爆破装置及其方法和爆破能量评估方法，解决传统爆破预裂岩石破碎不规则不均匀、致缝裂纹预测难等问题，为岩土工程爆破顺利实施提供有力保障。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种基于固转气的预裂爆破装置，包括：

4、爆破药剂，所述爆破药剂包括预裂剂和同轴设置于所述预裂剂内的启动剂，所述预裂剂具有能够容纳所述启动剂的放置孔，所述启动剂连接有引线；

5、装药机构，所述装药机构包括装药管以及设置于所述装药管两端的顶盖、底盖，所述顶盖以及底盖均与所述装药管可拆卸连接，所述顶盖具有允许所述引线穿过的通孔，所述装药管、所述顶盖以及所述底盖围成的腔室能够容纳所述预裂剂；所述装药管的管壁上设置有多组导流组件，所述导流组件沿所述装药管的轴线方向等间距均布，每一组所述导流组件均包括多个导流孔，所述导流孔绕所述装药管的轴线周向均布，相邻的两所述导流组件交错设置。

6、优选地，所述装药管的轴向长度为l，所述装药管的内径为r，所述导流孔的半径为r，则且

7、每一组所述导流组件中的所述导流孔的数量为α，所述导流孔的数量范围为且α的最大取值为所述导流组件的数量为β，

8、优选地，所述导流孔为圆孔。

9、优选地，所述导流孔为腰型孔，所述导流孔的长轴方向平行于所述装药管的轴线方向。

10、优选地，所述顶盖以及所述底盖分别与所述装药管螺纹连接。

11、优选地，所述顶盖具有内螺纹，所述装药管的外壁上具有与所述顶盖相适配的外螺纹；所述顶盖的内顶壁与所述预裂剂之间填充有封堵结构层，所述封堵结构层由膨胀水泥制成。

12、优选地，所述底盖具有外螺纹，所述装药管的内壁上具有与所述底盖相适配的内螺纹；所述底盖具有与所述放置孔相匹配的固定凸台，所述固定凸台能够伸入所述放置孔内，以固定所述预裂剂的径向位置。

13、本发明提供一种基于固转气的预裂爆破方法，利用上述的基于固转气的预裂爆破装置，包括如下步骤：

14、步骤一、准备所述装药机构，所述装药管的外径与炮孔的直径相匹配；

15、步骤二、将所述启动剂放入所述放置孔内，所述启动剂连接有所述引线，将所述爆破药剂装入所述装药管内，装好所述顶盖以及所述底盖；准备爆破。

16、优选地，根据不同深度的爆破作业选择若干所述基于固转气的预裂爆破装置相连；当同一炮孔设置多组所述基于固转气的预裂爆破装置时，所述基于固转气的预裂爆破装置的所述引线串联后，准备起爆。

17、本发明还提供一种上述的基于固转气的预裂爆破装置的爆破能量评估方法，

18、设有所述导流孔的所述装药管的有效长度为l，所述装药管内径为r，所述导流孔的半径为r，所述爆破药剂的质量为m，所述爆破药剂能量密度为d，则所述爆破药剂总能量e为：

19、e＝md

20、所述导流孔的半径需满足则所述装药管的内径满足

21、每一组所述导流组件中的所述导流孔的数量为α，所述导流孔的数量范围为且α的最大取值为所述导流组件的数量为β，

22、所述装药管上的所述导流孔的总数n为：

23、

24、每一所述导流孔的释放能量ei为：

25、

26、每一所述导流孔的能流密度ρi为：

27、

28、其中，s为所述导流孔的面积，s＝πr2。

29、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的基于固转气的预裂爆破装置，包括爆破药剂和装药机构，爆破药剂包括预裂剂和同轴设置于预裂剂内的启动剂，预裂剂具有能够容纳启动剂的放置孔，启动剂连接有引线；装药机构包括装药管以及设置于装药管两端的顶盖、底盖，顶盖以及底盖均与装药管可拆卸连接，顶盖具有允许引线穿过的通孔，装药管、顶盖以及底盖围成的腔室能够容纳预裂剂；装药管的管壁上设置有多组导流组件，导流组件沿装药管的轴线方向等间距均布，每一组导流组件均包括多个导流孔，导流孔绕装药管的轴线周向均布，相邻的两导流组件交错设置。

30、本发明的基于固转气的预裂爆破装置，利用装药机构对爆破药剂进行固定，装药机构采用分体式结构，提高了爆破药剂的装药操作便捷性，其中装药管的管壁上设置多组导流组件，每一组导流组件均包括多个导流孔，且相邻的导流组件的导流孔交错布设，使得爆破时高能气流由导流孔处产生射流，实现了致缝裂纹可预测性，在保证装药结构稳定的同时，实现了岩石破碎的均匀性。

31、本发明还提供了一种上述基于固转气的预裂爆破方法以及上述基于固转气的预裂爆破装置的爆破能量评估方法，通过调整导流孔的布置方式，获得对应导流孔的单孔能流密度，单孔能流密度可以评估不同布孔方式、孔形态、孔个数的装药机构在通过单位面积上的能量分布和释放，高能流密度意味着爆炸物产生的能量在单位面积上释放的能量更多，为设计和优化不同装药机构的布孔方式、孔形态和孔个数提供重要的参数依据，为提高爆破能量利用率提供新方法。

1.一种基于固转气的预裂爆破装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于固转气的预裂爆破装置，其特征在于：所述装药管的轴向长度为l，所述装药管的内径为r，所述导流孔的半径为r，则且

3.根据权利要求1所述的基于固转气的预裂爆破装置，其特征在于：所述导流孔为圆孔。

4.根据权利要求1所述的基于固转气的预裂爆破装置，其特征在于：所述导流孔为腰型孔，所述导流孔的长轴方向平行于所述装药管的轴线方向。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于固转气的预裂爆破装置，其特征在于：所述顶盖以及所述底盖分别与所述装药管螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的基于固转气的预裂爆破装置，其特征在于：所述顶盖具有内螺纹，所述装药管的外壁上具有与所述顶盖相适配的外螺纹；所述顶盖的内顶壁与所述预裂剂之间填充有封堵结构层，所述封堵结构层由膨胀水泥制成。

7.根据权利要求5所述的基于固转气的预裂爆破装置，其特征在于：所述底盖具有外螺纹，所述装药管的内壁上具有与所述底盖相适配的内螺纹；所述底盖具有与所述放置孔相匹配的固定凸台，所述固定凸台能够伸入所述放置孔内，以固定所述预裂剂的径向位置。

8.一种基于固转气的预裂爆破方法，其特征在于，利用权利要求1-7任一项所述的基于固转气的预裂爆破装置，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的基于固转气的预裂爆破方法，其特征在于：根据不同深度的爆破作业选择若干所述基于固转气的预裂爆破装置相连；当同一炮孔设置多组所述基于固转气的预裂爆破装置时，所述基于固转气的预裂爆破装置的所述引线串联后，准备起爆。

10.一种如权利要求1-7任一项所述的基于固转气的预裂爆破装置的爆破能量评估方法，其特征在于：