一种隧道爆破周边孔现场混装乳化炸药的系统及方法

技术领域

本发明涉及隧道建设的工程爆破技术领域，具体地，涉及一种隧道爆破周边孔现场混装乳化炸药的系统及方法。

背景技术

在隧道爆破中，现有的现场混装乳化炸药装药技术可以快速装填掏槽孔、崩落孔、底板孔等，与人工装填成品炸药相比，大大提高了装药效率。现场混装乳化炸药技术具有安全、高效、经济和环保的要求，已在露天矿山中得到广泛应用，而随着该技术的成熟，已逐步在交通隧道爆破开挖中应用，特别是在作业条件恶劣、施工效率要求高的工程中，对该技术需要更为迫切。但对于隧道爆破，往往要求周边孔采用光面爆破，即，既要保证隧道周边轮廓的平整，还要保证围岩稳定性。

要保证光面爆破效果，需要周边孔采用不耦合装药的结构，而混装乳化炸药的特点就是耦合装药，因此，周边孔很难达到光面爆破的效果。该技术不能满足周边孔装药的技术要求，无法达到良好光面爆破的目的，提出的一些解决办法也不能很好解决该问题，只能采用常规的间隔装填卷装成品炸药的方式，影响了装药效率，因而无法整体体现现场混装乳化炸药技术的优势。

目前有通过控制装药管的拔出速度来调整炸药的输出量，实现孔内不耦合装药，该办法需要对拔管速度和喷药速度有很精准的控制，目前的技术还很难完美达到，经常会出现多装药或断装药的情况，爆破效果并不理想，甚至会出现拒爆，进而影响了现场混装乳化炸药技术的推广，因此该方法仍处于探索阶段。还有一种方法是在孔内先装一根PVC管，再在孔内装填混装乳化炸药，通过PVC管使得炸药和孔壁有一定的间隔，达到不耦合装药的目的，但该方法的的主要缺点：一是每个孔中要多加一根PVC管，大大增加了施工成本；二是PVC材料在炸药爆炸的高温高压气体作用下会生成大量有毒有害气体，严重影响施工作业人员的身体健康。

发明内容

为此，本发明提供了一种隧道爆破周边孔现场混装乳化炸药的系统及方法。本发明对现场混装乳化炸药技术在隧道爆破中应用扫清了障碍，完美实现了隧道爆破高效和高质量的有机结合。

为实现上述目的，本发明提供了一种隧道爆破周边孔现场混装乳化炸药的系统，包括乳胶基质储罐、乳胶基质输料管、敏化剂储罐、敏化剂输料管、混装乳化炸药泵送系统、输药管、快速固化泡沫材料存储罐、缓冲泡沫材料输料管和混合发生器；

优选的，乳胶基质储罐通过乳胶基质输料管、敏化剂储罐通过敏化剂输料管分别与混装乳化炸药泵送系统连通，混装乳化炸药泵送系统另外通过输药管与混合发生器连通，快速固化泡沫材料存储罐通过缓冲泡沫材料输料管也与混合发生器连通。

在上述任一方案中优选的是，混合发生器包括流量调节装置、第一静态混合单元和第二静态混合单元。乳胶基质储罐中的乳胶基质和敏化剂储罐中的敏化剂分别经过乳胶基质输料管、敏化剂输料管和泵送系统泵送后，经过输药管在混合发生器内的第一静态混合单元和第二静态混合单元实现充分混合后，输送到孔内，在孔内发生敏化反应生成炸药。

在上述任一方案中优选的是，混合发生器内部分为两个管道，第一管道内设置流量调节装置；第二管到内沿泵送方向依次设置第一静态混合单元和第二静态混合单元。

在上述任一方案中优选的是，第一静态混合单元是由大直径进口逐渐缩小成为小直径管道的单元，第二静态混合单元是类似网状结构的静态混合单元。乳胶基质和敏化剂以一定速度经过两混合单元时会形成涡流，使两种材料充分混合。泡沫材料流经设有流量调节装置的第一管道。对于不同地质的隧道，可以通过流量调节装置来调整填入炮孔的泡沫材料的量，进而来调整装药参数，确保周边孔爆破效果。

在上述任一方案中优选的是，混合发生器为管状体，直径在35～40cm之间；第一管道设置在第二管道的上部。

此外，为实现上述目的，本发明提供了一种利用上述系统实现隧道爆破周边孔装填混装乳化炸药的方法，包括以下步骤：

(Ⅰ)在乳胶基质储罐中加入满足使用量的乳胶基质，在敏化剂储罐中加入满足使用量的敏化剂，在快速固化泡沫材料存储罐中加入满足使用量的泡沫缓冲材料；

(Ⅱ)将乳胶基质和敏化剂分别通过乳胶基质输料管和敏化剂输料管输送到混装乳化炸药泵送系统；

(Ⅲ)由混装乳化炸药泵送系统将乳胶基质和敏化剂通过输药管泵送到混合发生器中进行充分混合，生成乳化炸药；同时，利用罐内部压力将泡沫缓冲材料通过缓冲泡沫材料输料管输送到混合发生器中；

(Ⅳ)将从混合发生器中输出的乳化炸药和泡沫缓冲材料直接同时注入到炮孔内。

优选的，泡沫缓冲材料在混合发生器中经过设置流量调节装置的第一管道；乳胶基质和敏化剂在混合发生器中经过第二管道，并依次通过第一静态混合单元(11)和第二静态混合单元进行充分混合。

在上述任一方案中优选的是，泡沫缓冲材料为外包覆催化剂膜的聚氨酯泡沫材料。

本发明的有益效果为：

1.本发明在原混装乳化炸药装药管头又增加了一套缓冲材料产生装置，在往孔内装填混装乳化炸药的同时，在围岩保留侧填入一定量的快速固化泡沫缓冲材料，起到降低炸药爆炸冲击压力保护围岩的作用，达到良好的光面爆破效果。

2.本发明主要针对隧道爆破施工的机械化装药环节，在装填周边孔时，通过特定的装置，可以同时将混装乳化炸药和泡沫材料按一定比例和角度装入孔内，在炸药爆炸时，泡沫材料起到缓冲冲击波，保护孔壁的作用，达到良好光面爆破的效果。

3.本发明的方法在提高隧道爆破装药效率的同时达到良好的光爆效果，使得现场混装乳化炸药技术在隧道爆破应用中不受限制。

4.本发明对现场混装乳化炸药技术在隧道爆破中应用扫清了障碍，完美实现了隧道爆破高效和高质量的有机结合。

附图简要说明

图1是根据本发明的隧道爆破周边孔现场混装乳化炸药的系统的结构示意图；

图2是根据本发明的隧道爆破周边孔现场混装乳化炸药的系统的混合发生器的内部侧视图；

图3是图2中沿A-A线的剖面图；

图4是根据本发明在周边孔装药完毕后的装药效果示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请的具体实施方式和附图对本申请的技术方案进行详细的说明，但如下实施例仅是用以理解本发明，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，本申请可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1

一种隧道爆破周边孔现场混装乳化炸药的系统，包括乳胶基质储罐1、乳胶基质输料管2、敏化剂储罐3、敏化剂输料管4、混装乳化炸药泵送系统5、输药管6、快速固化泡沫材料存储罐7、缓冲泡沫材料输料管8和混合发生器9；

乳胶基质储罐1通过乳胶基质输料管2、敏化剂储罐3通过敏化剂输料管4分别与混装乳化炸药泵送系统5连通，混装乳化炸药泵送系统5另外通过输药管6与混合发生器9连通，快速固化泡沫材料存储罐7通过缓冲泡沫材料输料管8也与混合发生器9连通。

混合发生器9包括流量调节装置10、第一静态混合单元11和第二静态混合单元12。乳胶基质储罐1中的乳胶基质和敏化剂储罐3中的敏化剂分别经过乳胶基质输料管2、敏化剂输料管4和泵送系统5泵送后，经过输药管6在混合发生器9内的第一静态混合单元11和第二静态混合单元12实现充分混合后，输送到孔内，在孔内发生敏化反应生成炸药。

混合发生器9内部分为两个管道，第一管道内设置流量调节装置10；第二管到内沿泵送方向依次设置第一静态混合单元11和第二静态混合单元12。

第一静态混合单元11是由大直径进口逐渐缩小成为小直径管道的单元，第二静态混合单元12是类似网状结构的静态混合单元。乳胶基质和敏化剂以一定速度经过两混合单元时会形成涡流，使两种材料充分混合。泡沫材料流经设有流量调节装置10的第一管道。对于不同地质的隧道，可以通过流量调节装置10来调整填入炮孔的泡沫材料的量，进而来调整装药参数，确保周边孔爆破效果。

混合发生器9为管状体，直径为35cm；第一管道设置在第二管道的上部。

周边炮孔A装药完毕后的装药效果见图3所示。被爆破侧为乳化炸药B，保留侧为。泡沫缓冲材料C具有缓冲吸能的作用，能减弱冲击波压力，保护孔壁围岩，达到光面爆破的效果。根据炮孔A位置的不同，调整两种材料的相应方向，使得泡沫缓冲材料C始终在围岩被保留侧。

实施例2

一种利用上述系统实现隧道爆破周边孔装填混装乳化炸药的方法，包括以下步骤：

(Ⅰ)在乳胶基质储罐1中加入满足使用量的乳胶基质，在敏化剂储罐(3)中加入满足使用量的敏化剂，在快速固化泡沫材料存储罐7中加入满足使用量的泡沫缓冲材料；

(Ⅱ)将乳胶基质和敏化剂分别通过乳胶基质输料管2和敏化剂输料管(4)输送到混装乳化炸药泵送系统5；

(Ⅲ)由混装乳化炸药泵送系统5将乳胶基质和敏化剂通过输药管6泵送到混合发生器9中进行充分混合，生成乳化炸药；同时，利用罐内部压力将泡沫缓冲材料通过缓冲泡沫材料输料管8输送到混合发生器9中；

(Ⅳ)将从混合发生器9中输出的乳化炸药和泡沫缓冲材料直接同时注入到炮孔内。

泡沫缓冲材料在混合发生器9中经过设置流量调节装置10的第一管道；乳胶基质和敏化剂在混合发生器9中经过第二管道，并依次通过第一静态混合单元11和第二静态混合单元12进行充分混合。

泡沫缓冲材料为外包覆催化剂膜的聚氨酯泡沫材料。

聚氨酯泡沫材料发泡膨胀，与孔内空气中的水分反应，受催化剂作用，在30分钟内快速固化后，达到设计强度，起到缓冲冲击波，保护岩壁的作用。

所述催化剂包括以下重量份的组分：2-甲基环己基胺20-25、3-(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯10-15、苄基二甲胺10-15、二甲氨基环己烷15-20、N,N-二甲基三亚甲基二胺3-5，N-甲基二环己胺8-10、安息香酸铅5-10、二丁基双(1-氧代十二烷氧基)锡10-12。

该催化剂稳定性好，从而使得其与聚氨酯泡沫材料交联固化充分，网络结构交联度致密，残留单体几率大大减少，且催化剂添加量少，从而提高了聚氨酯泡沫的耐老化和固化性能，并且大大提高其发泡和固化速度，且材料来源广泛、易得，成本较低。经相关试验测试，该催化剂与市面同类催化剂相比，使聚氨酯泡沫的耐老化和固化性能分别提高20％以上和25％以上，并且使其发泡和固化速度提高15-20％。

实施例3

一种隧道爆破周边孔现场混装乳化炸药的系统，包括乳胶基质储罐1、乳胶基质输料管2、敏化剂储罐3、敏化剂输料管4、混装乳化炸药泵送系统5、输药管6、快速固化泡沫材料存储罐7、缓冲泡沫材料输料管8和混合发生器9；

乳胶基质储罐1通过乳胶基质输料管2、敏化剂储罐3通过敏化剂输料管4分别与混装乳化炸药泵送系统5连通，混装乳化炸药泵送系统5另外通过输药管6与混合发生器9连通，快速固化泡沫材料存储罐7通过缓冲泡沫材料输料管8也与混合发生器9连通。

混合发生器9包括流量调节装置10、第一静态混合单元11和第二静态混合单元12。乳胶基质储罐1中的乳胶基质和敏化剂储罐3中的敏化剂分别经过乳胶基质输料管2、敏化剂输料管4和泵送系统5泵送后，经过输药管6在混合发生器9内的第一静态混合单元11和第二静态混合单元12实现充分混合后，输送到孔内，在孔内发生敏化反应生成炸药。

混合发生器9内部分为两个管道，第一管道内设置流量调节装置10；第二管到内沿泵送方向依次设置第一静态混合单元11和第二静态混合单元12。

第一静态混合单元11是由大直径进口逐渐缩小成为小直径管道的单元，第二静态混合单元12是类似网状结构的静态混合单元。乳胶基质和敏化剂以一定速度经过两混合单元时会形成涡流，使两种材料充分混合。泡沫材料流经设有流量调节装置10的第一管道。对于不同地质的隧道，可以通过流量调节装置10来调整填入炮孔的泡沫材料的量，进而来调整装药参数，确保周边孔爆破效果。

混合发生器9为管状体，直径为40cm；第一管道设置在第二管道的上部。

此外，第一静态混合单元11由相互连通的大直径进口段、渐缩过渡段和小直径管道组成，小直径管道的出口段具有喉口；大直径进口段、渐缩过渡段和小直径管道的长度比例为4：7：1.5，大直径进口段和小直径管道的直径比例为17：1。

第二静态混合单元12包括径向网格架、轴向网片和网格框；若干所述径向网格架环向设置在网格框内；所述径向网格架朝向第一静态混合单元11的表面倾斜设置；所述网格框围合设置在所述径向网格架外侧，并固定在第二管道的内表面上；每个径向网格架背向第一静态混合单元11的表面上间隔设置多个轴向网片。

所述径向网格架上设置有安装座；所述轴向网片上设置有固定安装块；固定安装块与安装座对应配合安装；所述固定安装块截面外轮廓为多边形。所述固定安装块面向所述径向网格架的一端上设置有安装孔；所述安装座朝向轴向网片的一侧上设置有螺接柱；所述螺接柱与所述安装孔对应配合安装。

所述轴向网片包括前倾斜段、中间段和后倾斜段；所述固定安装块连接设置在所述中间段上；所述前倾斜段设置在所述中间段的前端；所述后倾斜段设置在所述中间段的后端；所述前倾斜段、中间段和后倾斜段整体形成近似S状。

第一静态混合单元11和第二静态混合单元12构造简单，形成很强的涡流区，速度梯度大，使乳胶基质和敏化剂充分混合，减少了混合时间。利用涡流原理，将乳胶基质和敏化剂充分混合，减少了投加量，节约了费用。上述单元易管理维护、运行费低，不仅节约了设备维修费用，减少了维护管理的困难，还节约了能源的消耗。该设备投资造价小，市场推广应用前景广阔。

第二静态混合单元12的结构可以相互之间实现乳胶基质和敏化剂的充分均匀混合。

由上述实施方式可知，本发明在原混装乳化炸药装药管头又增加了一套缓冲材料产生装置，在往孔内装填混装乳化炸药的同时，在围岩保留侧填入一定量的快速固化泡沫缓冲材料，起到降低炸药爆炸冲击压力保护围岩的作用，达到良好的光面爆破效果。

本发明主要针对隧道爆破施工的机械化装药环节，在装填周边孔时，通过特定的装置，可以同时将混装乳化炸药和泡沫材料按一定比例和角度装入孔内，在炸药爆炸时，泡沫材料起到缓冲冲击波，保护孔壁的作用，达到良好光面爆破的效果。

本发明的方法在提高隧道爆破装药效率的同时达到良好的光爆效果，使得现场混装乳化炸药技术在隧道爆破应用中不受限制。

本发明对现场混装乳化炸药技术在隧道爆破中应用扫清了障碍，完美实现了隧道爆破高效和高质量的有机结合。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。