本發(fā)明涉及一種管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的爆破方法，涉及采礦爆破。

背景技術(shù)：

1、在礦山開采過程中，巖體爆破過程實際是炸藥能量分配與傳遞的過程。利用現(xiàn)有技術(shù)調(diào)控炸藥能量，使能量合理分配對于提高礦山開采效率具有重要意義。傳統(tǒng)裝藥結(jié)構(gòu)的爆破使不少50%的爆破能量作用在巖石內(nèi)側(cè)的過度粉碎上，而上部礦塊的塊度過大，為達到預期爆破效果需進行二次爆破甚至多次爆破，此爆破方式降低了工程效率。

2、為改善爆炸能量的分配，工程實踐中普遍采用間隔裝藥技術(shù)，如申請?zhí)枮閏n202311237533.7的中國專利申請公開的一種水沙袋間隔裝藥光面爆破結(jié)構(gòu)及爆破方法。然而，間隔裝藥結(jié)構(gòu)在實踐中仍然存在諸多不足：一方面，采用間隔裝藥使得爆破能量作用于空氣或間隔介質(zhì)，爆破氣體在巖石表面通過微裂紋和孔隙進行擴散，增加了巖石的破碎程度，但出現(xiàn)局部集中現(xiàn)象，破碎效果不均勻，容易導致爆破后圍巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；另一方面，間隔結(jié)構(gòu)的存在使得沖擊波在巖石中的傳播路徑變長，爆破后沖距較長，爆破安全性有待提高。另外，由于炸藥爆破后化學反應(yīng)產(chǎn)生的煙塵中包含大量氮氧化物和一氧化碳顆粒，容易對爆破作業(yè)環(huán)境造成污染。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有間隔裝藥爆破技術(shù)存在爆破能量分布不均勻?qū)е碌膸r石破碎不均勻、圍巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的問題，提供一種管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的爆破方法。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、本發(fā)明首先公開了一種管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)，包括緊貼炮孔內(nèi)壁插入的聚能管100以及分段間隔填裝在聚能管內(nèi)的炸藥段200；

4、所述聚能管100在對應(yīng)炸藥段的內(nèi)側(cè)管壁上設(shè)有朝向管中心的聚能錐101，所述炸藥段200的炸藥側(cè)面通過聚能錐塑形形成朝外的聚能穴201；

5、所述聚能錐101與炸藥段接觸的側(cè)壁設(shè)有金屬粉末層102。

6、在本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)中，進一步的，所述聚能錐101沿炸藥段兩側(cè)的聚能管內(nèi)壁軸向分布若干組，聚能錐在聚能管軸向分布的圓周方位與所在炮孔和相鄰炮孔的連線方位對齊，同一軸向上的聚能錐101組間等距均勻分布。

7、在本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)中，進一步的，所述聚能錐101底部的總面積占聚能管100內(nèi)側(cè)管壁表面積的15-25%。

8、在本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)中，進一步的，所述金屬粉末層102為聚能錐表面噴射形成的紫銅粉末層。

9、在本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)中，進一步的，所述聚能管100采用孔徑為外徑80-90%的pvc管，所述pvc管設(shè)有連接內(nèi)壁和炮孔圍巖之間的接地導電硅膠。

10、在本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)中，進一步的，所述聚能管100外壁噴涂有al2o3-zro2復合陶瓷涂層。

11、在本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)中，進一步的，所述炸藥段200之間設(shè)置空氣間隔器400，實現(xiàn)使得炸藥段在聚能管內(nèi)分段設(shè)置，靠近炮孔出口的聚能管頂部設(shè)置填塞段300將裝藥結(jié)構(gòu)封堵在聚能管內(nèi)，所有炸藥段200通過電子雷管500連接起爆網(wǎng)絡(luò)。

12、在本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)中，進一步的，所述炸藥段采用散裝炸藥填充至聚能管100對應(yīng)聚能錐所在的管段中，其中，炮孔周邊為硬巖采用乳化炸藥，炮孔周邊為泥巖采用銨油炸藥。

13、本發(fā)明還公開了一種采用上述管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)的爆破方法，包括如下步驟：

14、步驟一、勘探劃分爆破區(qū)域，調(diào)查區(qū)域地質(zhì)情況，根據(jù)礦體巖性、結(jié)構(gòu)特征及爆破目標，確定布孔參數(shù)；

15、步驟二、使用鉆機按照布孔參數(shù)鉆孔并對炮孔進行維護；

16、步驟三、根據(jù)布孔方案預制本發(fā)明上述管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)所使用的聚能管，聚能管內(nèi)側(cè)管壁加工朝向管中心的聚能錐，聚能錐在聚能管軸向分布的圓周方位與對應(yīng)炮孔和相鄰炮孔的連線方位對齊，向聚能管內(nèi)比的聚能錐表面噴射紫銅粉末形成金屬粉末層，向聚能管外壁噴涂有al2o3-zro2復合陶瓷涂層，將預制好的聚能管插入炮孔內(nèi)，安裝聚能管時根據(jù)炮孔間的布孔方案，選擇對應(yīng)聚能管將其上設(shè)置的聚能錐方位與相鄰炮孔的連線方位對齊；

17、步驟四、按照權(quán)利要求1-8的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)向聚能管內(nèi)分段間隔填裝炸藥段以及電子雷管，分段的炸藥段與聚能管內(nèi)的聚能錐所在區(qū)域?qū)?yīng)；

18、步驟五、將所有炮孔內(nèi)的電子雷管通過導線連接形成延時起爆網(wǎng)絡(luò)，用炮泥將炮孔密實封孔；

19、步驟六、起爆，爆破完成后采集爆堆圖像，采用wipfrag數(shù)字圖像分析系統(tǒng)統(tǒng)計塊度分布。

20、在本發(fā)明的上述一種采用管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)的爆破方法中，進一步的，所述延時起爆網(wǎng)絡(luò)的延時包括孔間延時和排間延時，延時時間δt計算公式如下：

21、，

22、式中：w為炸藥單孔裝藥量，vp為爆破波速度，k1為經(jīng)驗修正系數(shù)，w為爆破所需能量，cp為巖石的比熱容，s為孔間距，v為爆破區(qū)域體積。

23、本發(fā)明采用的上述技術(shù)方案具備以下有益效果：

24、（1）本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)通過在聚能管內(nèi)側(cè)管壁上兩側(cè)設(shè)置聚能錐，向聚能管內(nèi)裝填炸藥后在炸藥段側(cè)面一體成型錐形穴狀的聚能穴，炸藥爆炸產(chǎn)生的能量分散時，先向錐形聚能穴軸線集中，形成聚能氣流，聚能氣流達到最大集中處后再分散開來，使得爆破能量多向分散，炮孔內(nèi)主應(yīng)力集中效應(yīng)削弱，結(jié)合在聚能錐內(nèi)襯的紫銅金屬粉末層大大提高聚能氣流的集中程度，從而對炮孔周邊圍巖產(chǎn)生極大的穿透能力，使得炸藥爆破能量更均勻地分布在巖石內(nèi)部，使得爆后礦塊破碎均勻，沖距較短。

25、（2）本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)在聚能管內(nèi)的炸藥段采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，炸藥段之間通過空氣間隔開，炸藥段爆炸產(chǎn)生的爆破波傳遞到氣體后再從炮孔中傳遞到巖體，聚能穴產(chǎn)生的聚能氣流向錐形孔穴軸線集中后分散，保證了能量分配的均勻性，不僅有效減少爆后大塊的形成，也沒有產(chǎn)生局部過度粉碎現(xiàn)象，便于爆后的裝載和運輸，有效提高工程效率，降低成本。

26、（3）本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)的爆破方法通過設(shè)定孔內(nèi)電子雷管延時、孔間延時和排間延時，并采用空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)，有效提高炸藥利用率。管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)的聚能結(jié)構(gòu)結(jié)合起爆網(wǎng)絡(luò)延時起爆可以避免爆炸波過于集中導致爆破區(qū)域礦體不能有效粉碎的問題，使爆炸能量穩(wěn)定傳播。炮孔內(nèi)空氣間隔結(jié)構(gòu)可以抬高藥柱高度，促使爆破能量在孔內(nèi)分散，加強炸藥沖擊波的反射與疊加，延長應(yīng)力波作用時間。此方法強化對爆破能量的有效調(diào)控，避免能量浪費，有效提高爆破能量利用率。

27、（4）本發(fā)明的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)在裝藥時，通過識別巖性確定裝填炸藥類型，有效提高爆破效率。若巖性整體為硬巖，則孔內(nèi)炸藥段都裝乳化炸藥；若巖性整體為硬巖，則孔內(nèi)炸藥段都裝銨油炸藥；若巖性為泥巖硬巖混合，則對應(yīng)泥巖段的炸藥段裝銨油炸藥，對應(yīng)硬巖段的炸藥段裝乳化炸藥。此方法與爆破區(qū)域巖性相結(jié)合，適應(yīng)地質(zhì)環(huán)境，有效減少炸藥單耗，降低工程成本。

28、綜上所述，本發(fā)明提供的管式間隔裝藥結(jié)構(gòu)，通過在聚能管內(nèi)分段間隔填裝的炸藥段側(cè)面形成聚能穴，增強爆破穿透能力，實現(xiàn)爆破能量在炮孔內(nèi)的均勻分布和精細調(diào)控，提升爆破能量利用率，其應(yīng)用的爆破方法提升了礦山開采工程的效率，降低了經(jīng)濟成本，在提高巖體破碎效率的同時保證了爆破的安全性，符合現(xiàn)代礦山開采的要求。

29、以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。