[发明专利]一种锥型能量调控装置及基于该装置的曲面基础竖直孔爆破开挖方法

说明书

本发明公开了一种锥型能量调控装置及基于该装置的曲面基础竖直孔爆破开挖方法，锥型能量调控装置外部管壁由聚丙烯制成，内部由下往上依次布置砂石缓冲层、能量切向调控结构、木屑类充填物、硬质牛皮纸。其中，能量切向调控结构为锥柱组合体，下部为圆柱体，上部棱锥体，所述棱锥体上设有为考虑能量反射方向而变化的倾斜反射面，所述倾斜反射面的倾角根据该炮孔底部剖面切线的水平夹角而定；本发明通过能量切向调控结构定向调控炮孔底部爆炸能量集聚方向，保证孔底能量集聚方向与炮孔底部开挖成型曲面切线方向平行，在有效降低孔底损伤的同时，改善曲面基础开挖成型效果，且通过竖直孔钻孔设计，提高施工效率。

技术领域

本发明属于水利水电领域，涉及一种爆破开挖方法，具体涉及一种锥型能量调控装置及基于该装置的曲面基础竖直孔爆破开挖方法，尤其适用于水利水电工程、矿山工程中曲面基础的开挖成型。

背景技术

在水利水电工程、矿山工程、石化基地等大型工程建设中，通常面临大范围岩石基础的整体开挖成型，建基面爆破效果的好坏直接影响了水电站开挖建设、矿山生产、基础设施建设过程中的施工效率与安全稳定。针对工程中遇到的特殊岩石基础型式，尤其是复杂曲面基础开挖成型，现有技术中的水平孔孔深受到极大限制，已经越来越难以适应曲面基础工程施工进度的要求。传统方法采用保护层分层开挖、水平光面爆破或预裂爆破技术施工时，施工步骤繁琐且进度慢，各工序间干扰大，难以适应工程施工进度和质量的要求。

目前，考虑到竖直孔台阶爆破方案的开挖效率高，竖直孔爆破方法等到广泛应用。多个专利(CN201310170450.0、CN201410225182.2、CN201510110243.5、CN201710189621.2、CN201910226829.6)通过锥形、球形高波阻抗垫块对炮孔内部爆炸冲击波进行反射，在控制孔底岩石损伤深度及程度的同时，通过结构表面的冲击波反射进行水平向聚能，达到破碎岩石的目的。但是，上述能量反射主要关注岩石基础的水平向开挖，未对复杂曲面基础进行应用，如何提高曲面基础的高质量、高效率的爆破开挖效果成为急需解决的问题之一。

鉴于上述问题，发明一种既能有效降低孔底损伤、提高施工效率，又能改善复杂曲面基础开挖成型效果的爆破开挖方法具有重要现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种锥型能量调控装置及基于该装置的曲面基础竖直孔爆破开挖方法，该方法能够定向调控爆炸能量的集聚方向，保证孔底能量集聚方向与炮孔底部开挖成型面切线方向平行，在有效降低孔底损伤的基础上，改善复杂曲面基础开挖成型效果，并通过竖直孔施工形式提高施工效率。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

一种用于曲面基础爆破开挖的锥型能量调控装置，其特征在于：包括管壳和设于管壳内由下往上依次布置砂石缓冲层、能量切向调控结构、木屑类充填物和硬质牛皮纸，所述能量切向调控结构由下部的圆柱体和上部的棱锥体组成，所述棱锥体上设有至少两对考虑反射方向的倾斜反射面。

作为改进，所述棱锥体上每对倾斜反射面与炮孔底部所处曲面基础的一个剖切面垂直且对应，该剖切面对应的炮孔底部所处曲面基础的剖面切线的水平夹角记为α，则调整棱锥体上与其对应的该对倾斜反射面的倾角，使得其中沿曲面向上侧的倾斜反射面的倾角为沿曲面向下侧的倾斜反射面的倾角为

作为改进，所述管壳为聚丙烯管，聚丙烯管壁厚为2～3mm，直径较炮孔直径小10～15mm，砂石缓冲层厚度为8～12cm；能量切向调控结构高度约10～20cm，硬质牛皮纸厚4～5mm，能量切向调控结构和硬质牛皮纸的直径与聚丙烯管内径均相匹配。

作为改进，所述能量切向调控结构由高波阻抗材料制成。

一种利用上述锥型能量调控装置进行曲面基础竖直孔爆破开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：