申请/专利权人：中国科学技术大学;大昌建设集团有限公司

申请日：2018-12-26

公开（公告）日：2024-06-14

公开（公告）号：CN109489512B

主分类号：F42D1/08

分类号：F42D1/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.14#授权;2019.04.12#实质审查的生效;2019.04.12#专利申请权的转移;2019.03.19#公开

摘要：本发明公开了一种可变形折叠便携式快速装药聚能装置，包括可变形折叠波纹管状药型罩、炸药、引爆装置。药型罩是由可变形折叠波纹管或有内凹环形槽管体；炸药为普通炸药，将炸药装入管体内部；引爆装置为通用起爆器材如雷管导爆索等。本发明主要为了解决中深孔爆破的根底超挖欠挖问题、岩石破碎问题、炸药能量利用率问题以及掏槽爆破问题。在钻爆法中可以减小炮孔超深，减少钻孔成本，提高炮孔利用率。本发明改变传统炸药装药方式以及炸药做功方式，在设计位置和方向上释放能量，提高炸药能量利用率，节约成本。本发明引入了一种可变形折叠波纹管状药型罩，形式简单，形状多变，易于加工，使用便捷，提高生产效率，降低使用成本。

主权项：1.一种可变形折叠便携式快速装药聚能装置，包括可变形折叠波纹管状药型罩（2）、炸药（3）、引爆装置，其特征在于：所述可变形折叠波纹管状药型罩为具有内凹环形槽的可变形折叠波纹管；所述环形槽截面是楔形；该聚能装置利用具有内凹环形槽的可变形折叠波纹管自身的内凹环形槽，形成紧密的环形射流；在管体内部装填炸药；所述引爆装置为在炸药中部且平行于轴线的导爆索、端面嵌入的雷管以及导爆管；所述可变形折叠波纹管状药型罩能够拉伸收缩；所述可变形折叠波纹管状药型罩的管体壁厚0.2到2.5mm，波纹个数不少于2个；波纹截面最宽不大于管体最大直径的一半，最小不小于1mm，截面开口最大高度不大于管体最大直径的一半，最小不小于1mm，管体波纹间距最小为0，可由实际应用调整波纹间距；所述可变形折叠波纹管状药型罩拉伸后具有内凹环形槽，槽截面是楔形；炸药的装填结构进一步优化提高侵彻效果；所述可变形折叠波纹管状药型罩在压缩状态内凹环形槽截面高为h1，管外径为D，管内径为d1，药条外径d0，波纹管高度伸长量与药型罩尺寸h1，D，d1，d0的关系为： ，其中，所述可变形折叠波纹管状药型罩环形凹槽截面尖端设计有刺破点角度不大于30°，保证可刺破药条包装；可变形折叠便携式快速装药聚能装置在使用时，在未装药收缩状态时为非危险品，且占用空间小，方便运输管理；使用时拉伸波纹管，管腔膨胀变粗，可将药条装入；随后压缩波纹管腔收缩，尖端刺破点刺破药条，其内部炸药便挤入管内，待炸药充满管腔时停止压缩即可，形成具有环形凹槽的波纹管聚能药包，应用于爆破工程。

全文数据：一种可变形折叠便携式快速装药聚能装置技术领域本发明属于工程爆破和弹药工程技术领域，具体涉及一种可变形折叠便携式快速装药聚能装置。背景技术爆破技术在我国的基础建设中起到很大的作用，隧道开挖、矿石开采、地铁修建、填海造岛等都需要爆破配合完成。我国铁路线和公路线较长且复杂，在修建铁路、公路时需要开挖隧道，隧道内岩石或土壤受力较大，运用爆破方式方便快捷。目前我国较多城市在建地铁，在沿海及一些地质较硬的城市很难采用机械手段作业，仍需运用爆破技术来实现。在煤矿和其他的矿石开采中采用爆破手段提高生产效率、降低成本。虽然爆破技术广泛使用并得到快速发展，但目前爆破技术依然有所欠缺，比如有超欠挖严重、炸药能量利用率低、炮孔利用率低等问题。这些问题又会带来相应的次生灾害，比如振动危害、环境污染等问题。基于这些问题，人们也采取了一些措施，中国专利CN102735121A给出一种可以用来进行深孔预裂爆破的聚能装药切割器。此聚能装药炸药用量少，穿深大，射流方向多，能够形成多道纵向裂缝利用应力集中效应和岩石抗压不抗拉的原理进行爆破。中国专利CN103983153A给出了一种壳体环向非连续聚能射流致裂器，它包括有圆管形弹壳、端盖以及引爆装置；具有炸药能量利用率高、费耗小、聚能定向等特点。它可以形成多道非连续的环形射流侵彻靶体，使靶体形成多而密的裂缝。中国专利CN107726936A给出了一种螺旋管药型罩，利用药型罩形成壳体装填炸药，并形成连续的螺旋形射流侵彻岩体。虽然很多方案对这些问题有了一定的改善，但效果仍然不理想并伴有新的问题出现。这些发明的特点在于，固定式药型罩。即：事先都需要制作好聚能装置，而现场工况不同，所用炸药一般是成品药条，现场无法快速按照这些发明的方法加工聚能装置。并且这些发明装置的尺寸大小不易改变，制作复杂，操作繁琐，使用不便，成本过大，不利于工业大规模生产推广，由于上述问题，聚能射流技术一直未能在现场得到推广应用。但由于聚能射流的产生原理，目前还未见可变形的聚能射流装置的报道。发明内容针对现有爆破技术的缺陷，本发明的目的在于，提供一种可变形折叠便携式快速装药聚能装置。通过可收缩的聚能结构设计，实现聚能装置可现场快速装药的目的。具体设计为，所述聚能罩为可变形波纹结构，内部波纹尖端设计有刺穿点。此装置在未装药收缩状态时为非危险品，且占用空间小，方便运输管理；使用时拉伸波纹管，管腔膨胀变粗，可将药条装入；随后压缩波纹管腔收缩，尖端刺穿点刺破药条，其内部炸药便挤入管内，待炸药充满管腔时停止压缩即可。同时，药条能够被所刺入的波纹部分固定，有利于药条定位。将装药的聚能波纹结构放置在炮孔内部，起爆后波纹所形成的药型罩产生环形射流在岩壁形成缝隙，能够很好解决爆破根底超挖、欠挖问题，减轻后续工程的工作量和危险性。在特殊环境下可切割钻杆、钢筋等结构。本发明的目的由以下技术方案实现：一种可变形折叠便携式快速装药聚能装置，包括可变形折叠波纹管状药型罩、炸药、引爆装置，所述可变形折叠波纹管状药型罩为可变形折叠波纹管或具有内凹环形槽的管体；所述环形槽截面可以是半圆形、楔形以及其他可形成射流的形状；该聚能装置利用可变形折叠波纹管或具有内凹环形槽的管体自身的内凹环形槽，形成紧密的环形射流；在管体内部装填炸药；所述引爆装置为在炸药中部且平行于轴线的导爆索和端面嵌入的雷管以及导爆管。其中，所述可变形折叠波纹管状药型罩可以拉伸收缩。其中，所述可变形折叠波纹管状药型罩的管体壁厚0.2到2.5mm，波纹个数不少于2个；波纹截面最宽不大于管体最大直径的一半，最小不小于1mm，截面开口最大高度不大于管体最大直径的一半，最小不小于1mm，管体波纹间距最小为0，可由实际应用调整波纹间距。其中，所述可变形折叠波纹管状药型罩环形凹槽截面尖端设计有刺破点角度不大于30°，保证可刺破药条包装。其中，所述可变形折叠波纹管状药型罩拉伸后具有内凹环形槽，槽截面可以是半圆形或楔形；炸药的装填结构可以进一步优化提高侵彻效果。其中，所述可变形折叠波纹管状药型罩在压缩状态内凹环形槽截面高为h1，管外径为D，管内径为d1，药条外径d0。波纹管高度伸长量与药型罩尺寸的关系为：本发明与现有技术相比的优点在于：1本发明药型罩具有伸缩性，易于加工，便于携带，操作简单，在压缩状态装填药卷，随后拉伸波纹管即完成装药。2本发明药型罩特殊，改变炸药对岩石的做功方式，能形成径向环形聚能射流，在炮孔内打出平行于垂直于炮孔方向的切缝。3本发明药型罩既有聚能作用又有管壳约束炸药作用，提高材料的利用率，节约使用成本。4本发明采用波纹管结构药型罩，与线性装药结构相比具有密集的环形射流效果，在孔壁上形成更大的缝隙范围。5本发明药型罩形状、大小灵活，可根据实际需要改变波纹管形状，可以设计为圆柱、圆锥、圆台等形状仍具有良好的侵彻效果。波纹管的凹槽截面可选取圆形、楔形，其中楔形角度可根据实际需要设计调整，方便控制。附图说明图1是本发明整体结构图示意图。图2是具有5个环形凹槽楔形截面波纹管聚能药包的剖面图。图3是具楔形截面波纹管压缩状态剖面图。图4是楔形截面波纹管聚能药包侵彻钢板的剖面图。图5是楔形截面波纹管聚能药包侵彻钢管的剖面图。图6是具有5个环形凹槽半圆形截面波纹管聚能药包的剖面图。图中附图标记含义为：1为雷管，2为波纹管状药型罩，3为炸药，4为钢管，5为钢板，6为刺破点。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。本发明的一种可折叠便携式快速装药聚能装置，包括波纹管状药型罩2、炸药3和引爆装置。所述炸药3为高能炸药，具有高能量高爆速的特点；所述波纹管状药型罩2为具有环形凹槽的管，有2个以上的环形凹槽，凹槽截面可以是半圆形、楔形或其他可形成射流的形状；波纹管状药型罩2整体包络线呈圆柱、圆台、圆锥等形状；波纹管状药型罩2中空部分填满炸药3，并在中心轴线部分安装引爆装置。所述引爆装置为雷管1。本发明在使用时，在未装药收缩状态时为非危险品，且占用空间小，方便运输管理；使用时拉伸波纹管，管腔膨胀变粗，可将药条装入；随后压缩波纹管腔收缩，尖端刺穿点刺破药条，其内部炸药便挤入管内，待炸药充满管腔时停止压缩即可，形成具有环形凹槽的波纹管聚能药包，应用于爆破工程。在波纹管状药型罩2的加工过程中，根据不同的情况可选择不同的尺寸。为体现侵彻效果，一般环形凹槽的个数要多于2个，为保证射流的质量要求圆管厚度在0.2到2.5mm。根据炮孔直径或其他方面的因素选择药型罩形状及内外径的大小。本发明的聚能装药用于岩土爆破时炸药能量利用率高，产生的裂缝多而密，能够有效解决爆破根底问题。通过计算孔距、装药量，合理设计就能使每个聚能装药产生的裂缝贯通，从而达到碎石目的。岩石产生裂缝后，岩石整体应力重分布，在后续过程中产生应力集中效应致使裂缝扩展，最终致使岩体破裂。此种断裂方式中，爆炸载荷可不用达到岩石破坏强度就可破坏岩石，可减少药量。同时爆生气体作用于裂缝时，岩石受到拉应力，由于岩石抗拉强度小，岩石被撕裂而脱落，此种断裂方式也可减少装药量。装药量减少能节约成本，也可降低爆炸产生的次生灾害，从而改善振动和污染问题。根据工程需要，一个炮孔可使用多个本发明的聚能装药，通过计算和合理设计尺寸可控制碎石的大小及抛掷地点。这符合预裂爆破的要求，易实现预设的目标。此方式在矿石开采过程中可控制矿石体积，方便运输等后续工作。在进行钢筋混凝土结构爆破拆除时，此聚能装药能有效切割混凝土中的钢筋，提高爆破切口的破碎率。本发明主要用在岩石深孔爆破和地下隧道爆破开挖中，也可用作煤体或其他矿石的采掘。对于煤层和矿体中深孔预裂爆破，能有效控制煤矿采掘大小，方便运送，对后续工作有巨大改善。在采煤工作中，能够降低或消除煤层瓦斯突发危险性，保障矿工生命安全和矿产资源。在页岩气开采工作中，能在岩体上打出多而密的孔径，方便后续开采工作。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例1：参考图3，波纹管状药型罩内直径21.00mm、高50mm，管材料为铁；楔形截面高3mm、宽4mm。炸药为4％玻璃微球敏化的乳化炸药，混合均匀后将炸药填入波纹管状药型罩内压实，密度保证在1.1gcm3到1.3gcm3。实验用无起爆药雷管1起爆，雷管1放在聚能装药一端的面的中心。对本实施例的聚能装药进行钢板5侵彻实验，钢板5长宽厚为100mm、100mm、15mm，侵彻深度有3到4mm，侵彻缝宽4到5mm，钢板5凹陷1到2mm。侵彻缝有5个，起爆侧的侵彻浅一些，另一侧深一些。实施例2：参考图4，波纹管状药型罩内直径30mm、高50mm，管材料为铝；楔形截面高5mm、宽10mm。炸药为4％玻璃微球敏化的乳化炸药，混合均匀后将炸药填入波纹管状药型罩内压实，密度保证在1.1gcm3到1.3gcm3。实验用无起爆药雷管1起爆，雷管1放在聚能装药一端的面的中心。对本实施例的聚能装药进行钢管侵彻实验，钢管外径57mm、钢管壁4厚4mm、管长300mm。经过试验后，与装药位置平行处的钢管有较窄的凸起，外径约107mm即钢管管壁外伸25mm，沿钢管轴向方向有撕裂的裂缝。实施例3：参考图3，波纹管状药型罩内直径35mm、高30mm，管材料为塑料；楔形截面高5mm、宽7mm。炸药为4％玻璃微球敏化的乳化炸药，混合均匀后将炸药填入波纹管状药型罩内压实，密度保证在1.1gcm3到1.3gcm3。实验用无起爆药雷管1起爆，雷管1放在聚能装药一端的面的中心。对本实施例的聚能装药进行钢板5侵彻实验，钢板5长宽厚为300mm、100mm、15mm，侵彻深度有1到2mm，侵彻缝宽2到3mm，钢板5未明显凹陷，侵彻缝有5个。实施例4：参考图2，波纹管状药型罩外直径35mm、高30mm，管材料为铁；楔形截面高5mm、宽5mm；刺破点角度为10°，长约3mm。炸药为4％玻璃微球敏化的乳化炸药，混合均匀后将炸药填入直径30mm、高30mm的柱状塑料袋中密封，密度保证在1.1gcm3到1.3gcm3。将波纹管拉长，波纹管内径为30mm时装入制作好的药条，随后压缩波纹管药条塑料袋被刺破，炸药充满波纹管。实验用无起爆药雷管1起爆，雷管1放在聚能装药一端的面的中心。对本实施例的聚能装药进行钢板5侵彻实验，钢板5长宽厚为300mm、100mm、15mm，侵彻深度有1到2mm，侵彻缝宽2到3mm，钢板5未明显凹陷，侵彻缝有5个。

权利要求：1.一种可变形折叠便携式快速装药聚能装置，包括可变形折叠波纹管状药型罩、炸药、引爆装置，其特征在于：所述可变形折叠波纹管状药型罩为可变形折叠波纹管或具有内凹环形槽的管体；所述环形槽截面可以是半圆形、楔形以及其他可形成射流的形状；该聚能装置利用可变形折叠波纹管或具有内凹环形槽的管体自身的内凹环形槽，形成紧密的环形射流；在管体内部装填炸药；所述引爆装置为在炸药中部且平行于轴线的导爆索和端面嵌入的雷管以及导爆管。2.如权利要求所述1的可变形折叠便携式快速装药聚能装置，其特征在于：所述可变形折叠波纹管状药型罩可以拉伸收缩。3.如权利要求1所述的可变形折叠便携式快速装药聚能装置，其特征在于：所述可变形折叠波纹管状药型罩的管体壁厚0.2到2.5mm，波纹个数不少于2个；波纹截面最宽不大于管体最大直径的一半，最小不小于1mm，截面开口最大高度不大于管体最大直径的一半，最小不小于1mm，管体波纹间距最小为0，可由实际应用调整波纹间距。4.如权利要求1所述的可变形折叠便携式快速装药聚能装置，其特征在于：所述可变形折叠波纹管状药型罩环形凹槽截面尖端设计有刺破点角度不大于30°，保证可刺破药条包装。5.如权利要求1所述的可变形折叠便携式快速装药聚能装置，其特征在于：所述可变形折叠波纹管状药型罩拉伸后具有内凹环形槽，槽截面可以是半圆形或楔形；炸药的装填结构可以进一步优化提高侵彻效果。6.如权利要求1所述的可变形折叠便携式快速装药聚能装置，其特征在于：所述可变形折叠波纹管状药型罩在压缩状态内凹环形槽截面高为h1，管外径为D，管内径为d1，药条外径d0，波纹管高度伸长量与药型罩尺寸的关系为：

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