一种自密封型孔口卡位装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种自密封型孔口卡位装置及其施工方法，属于爆破装置、爆破炮眼孔口和炮孔封堵技术领域。

背景技术

在矿山与石材开采、基坑开挖、隧道与地下空间施工、顽石/孤石安全爆破拆除、管道等堵塞疏通等市政交通工程中，常常需要进行爆破。爆破致裂法具有效率高、成本低等特点，在采矿工程、地下交通工程和水利水电工程等岩体开挖中得到广泛应用。

炮孔封堵在工程爆破中发挥了重要的作用，合理的封堵可以保证炸药充分反应，使之放出最大热量和减少有毒气体生成，提高炸药爆炸能量利用率；减少空气冲击波对周围巷道及周围建筑物的破坏，同时降低瓦斯粉尘等爆炸的风险，改善爆破效果。

炮孔封堵作为深孔预裂爆破过程中的重要环节，直接影响着爆破的质量。合理的炮孔封堵能延长爆生气体的作用时间，提高炮孔利用率，减少飞石数量，降低粉尘、瓦斯等爆炸风险，提高爆破效果。

目前大部分的金属与非金属的地下中深孔爆破，在爆破过程中人们对炮孔封堵的作用认识不足，很多爆破工程都不进行堵塞，往往是通过加大炸药量来实现预期的爆破效果。随着人们对炮孔封堵作用的认识，越来越多的爆破工程进行了炮孔封堵。

而目前使用的炮孔封堵皆是采用快干类水泥等填塞，一般炮孔封堵先将粘土（添加少量水）捏成型，再人工往炮孔里塞，边塞边用棍捣紧。对于下向炮孔，在重力的作用下，炮泥容易进入炮孔，炮孔填塞比较容易；但对于水平炮孔或倾斜上向炮孔，常规炮孔封堵技术，由于炮孔壁不规则、不光滑，炮泥在填塞的过程中容易被中间凸出物卡死，受到破坏，炮泥送不到指定位置，内有中空，填塞不到位，严重影响到爆破效果。此外，使用此类方式填塞炮孔往往需要一定时间使填塞物固结达到一定强度，封堵效果受封堵材料性质、固结时间、操作方式等因素影响，且为一次性封堵，耗材严重且易产生废弃物污染。因此，需要开发一种机械式、操作简单、可重复利用的自密封型孔口卡位装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供了一种机械式、密封性好、孔口堵塞牢固、操作简单、可重复使用自密封型孔口卡位装置。

同时，本发明提供一种自密封型孔口卡位装置的施工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种自密封型孔口卡位装置，包括自密封构件及孔口卡位构件；

所述孔口卡位构件包括圆柱状的空心筒，所述空心筒的顶板上设置有第一贯穿孔，所述第一贯穿孔内转动连接有外部转动块；

所述外部转动块的底端设置有深入其内部的螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有推送棒；

所述推送棒包括与所述螺纹孔螺纹连接的螺纹部，与所述螺纹部一体连接的圆锥状膨大部和与所述圆锥状膨大部一体连接的长直杆部；

所述空心筒的侧壁上对称设置有第二贯穿孔，所述第二贯穿孔内活动设置有抓墙爪，所述抓墙爪包括位于所述空心筒内部的并且与所述推送棒相接触的内端头和位于所述空心筒外部的并且用于卡紧炮孔壁的齿状抓墙面；

所述抓墙爪的外壁通过弹性元件与所述空心筒的外壁相连；

所述空心筒的底板上设置有第三贯穿孔，所述长直杆部穿过所述第三贯穿孔并与所述自密封构件的支板固定连接；

所述底板和所述支板的相对面分别向其对面延伸有环形凸沿，两所述环形凸沿之间设置有弹性棒；

所述弹性棒内部设置有用于贯穿所述长直杆部的通孔，所述弹性棒与所述长直杆部之间过盈配合，所述弹性棒的上下两端与所述环形凸沿相适配，所述牛筋棒的中部直径大于所述环形凸沿的内壁直径。

所述圆锥状膨大部的直径由所述螺纹部向所述长直杆部逐渐变大。

所述内端头为弧形，并与所述圆锥状膨大部相契合。

所述齿状抓墙面包括若干金属齿。

所述外部转动块通过轴承转动连接于所述第一贯穿孔内。

所述外部转动块顶部设置有扳手。

所述螺纹部和所述圆锥状膨大部均位于所述空心筒内。

所述弹性元件包括弹簧。

所述弹性棒包括牛筋棒；所述弹性棒的外表面设置有若干防转纹理。

一种自密封型孔口卡位装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：将该自密封型孔口卡位装置放入炮孔中，抓墙爪伸入炮孔内，扳手留在炮孔外；

步骤二：转动扳手，扳手带动推送棒向前运动，与推送棒相连接的自密封构件的支板向前运动并压缩弹性棒，此时弹性棒横向膨胀至与炮孔的直径相同；

步骤三：继续转动扳手，推送棒继续向前运动，抓墙爪继续向外伸出，直至抓墙爪外径达到与膨胀后的弹性棒的外径相同；

步骤四：此时，继续转动扳手，直至抓墙爪插入炮孔壁并且具有一定压力，停止转动扳手，卡位密封操作完成，开始爆破；

步骤五：爆破结束后，反向转动扳手，抓墙爪松弛，弹性棒缓慢恢复原状，从炮孔中取出该自密封型孔口卡位装置，操作结束。

本发明的有益效果：

1.本发明的自密封型孔口卡位装置，通过推出抓墙爪，卡入炮孔壁，实现孔口机械堵塞，通过压缩牛筋棒使其横向扩展实现密封。

2.本发明的自密封型孔口卡位装置，依靠抓墙爪与炮孔壁的摩擦进行卡位，适用于各类岩体爆破炮孔，适用于炸药爆破以及各种高能气体压裂，只需要转动扳手达到所需压力，操作简单。

3.本发明的自密封型孔口卡位装置，利用牛筋棒作为密封装置，保证高压气体密封不外泄，气体密封效果好。

4.本发明的自密封型孔口卡位装置，利用机械式孔口卡位，牛筋棒密封堵塞，不需要其他化学材料参与，即可实现卡位密封，安全环保，无污染残留，且不需要时间差，卡位后即可爆破，节省时间。

5.本发明的自密封型孔口卡位装置，利用抓墙爪和牛筋棒实现卡位密封，存在抓墙爪和牛筋棒恢复工序，可重复利用，经济实惠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明中外部转动块的结构示意图；

图4是本发明中空心筒的结构示意图；

图5是本发明中推送棒的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明一种三向独立加载的新型混合边界真三轴仪作进一步详细说明。

实施例1：

如图1和图2所示，一种自密封型孔口卡位装置，包括自密封构件及孔口卡位构件；所述孔口卡位构件包括圆柱状的空心筒3。

如图4所示，空心筒3由顶板、底板8和侧壁围成，位于内部的圆锥状的推送棒7及外部转动块2三部分组成，圆柱状的空心筒3侧壁伸出抓墙爪4，空心筒3顶部与外部转动块2活动连接，空心筒3底部与自密封构件相连接。

如图3所示，所述外部转动块2穿过圆柱状的空心筒3的顶板并可活动，外部转动块2的底部中心有螺纹孔12深入内部，外部转动块2的顶部有扳手1伸出，供以旋转。

优选地，所述空心筒3的顶板上设置有第一贯穿孔，所述第一贯穿孔内通过轴承转动连接有外部转动块2。

如图5所示，所述抓墙爪4具有可伸缩性，抓墙爪4的内端头15为弧形并与圆锥状的推送棒7接触，抓墙爪4外部两侧由弹性元件5与空心筒3侧壁相连，弹性元件5优选为弹簧，抓墙爪4的外部顶端为齿状抓墙面16；所述推送棒7下部为长直杆部9，长直杆部9连接自密封构件的支板10，长直杆部9向上穿过带孔的圆柱状的弹性棒11，弹性棒11的材质优选为牛筋，长直杆部9再向上为圆锥状膨大部14，圆锥状膨大部14再向上为螺纹部13，螺纹部13伸入外部转动块2的螺纹孔12中，圆锥状膨大部14与抓墙爪4接触进行上下推放。

所述自密封构件包括圆柱状的弹性棒11，空心筒3的底板8作为自密封构件的顶部挤压板，支板10作为自密封构件的底部挤压板，长直杆部9穿过底板8并与支板10相连。

本自密封型孔口卡位装置通过推出抓墙爪4卡入炮孔壁，实现孔口机械堵塞，通过压缩弹性棒11使其横向扩展实现密封。

所述自密封型孔口卡位装置，需要根据现场炮孔直径和炮孔壁材质，进行计算和现场实验，得出炮孔实现密封且卡位装置牢固卡位时抓墙爪4需要的运动距离与弹性棒11需要的压缩距离间的关系，在使用前，根据炮孔直径选择圆柱筒3直径，进而通过抓墙爪4需要的运动距离与弹性棒11需要的压缩距离间的关系确定弹性棒11长度、圆锥状膨大部14位置以及螺纹部13长度等。

所述空心筒3为空腔金属筒，用以连接外部转动块2、自密封构件、抓墙爪4及推送棒7，为抓墙爪4与推送棒7提供接触空间，为抓墙爪4提供基座便于伸缩，同时使外部转动块2、推送棒7处于同一直线上便于前后运动时的协调。

所述外部转动块2顶端焊接扳手1，扳手1伸出炮孔外，手动或机械转动扳手1，使其产生转动，进而通过旋转螺纹带动推送棒7前后运动。

进一步的，所述推送棒7上部为直螺纹，即螺纹部13与外部转动块2相配，推送棒7被外部转动块2通过螺纹带动前后运动时，中部的圆锥状膨大部14与抓墙爪4接触，由于圆锥状膨大部14直径变化，与抓墙爪4接触部分直径发生变化，进而推动抓墙爪4上下运动，同时推送棒7带动支板10前后运动，促使自密封构件间的弹性棒11变形。

进一步的，所述抓墙爪4由金属材质铸造，其底部为弧形，与推送棒7的圆锥状膨大部14相契合，抓墙爪4顶部为若干细密尖锐的金属齿，在推送棒7向前运动时，圆锥状膨大部14与抓墙爪4底弧接触，进而推送抓墙爪4向上运动，直至抓墙爪4顶部的金属齿卡紧炮孔壁；抓墙爪4外两侧连接弹性元件5，弹性元件5优选为弹簧条，在抓墙爪4未被推出前，弹簧处于自然状态，抓墙爪4被推出后，弹簧被拉伸，抓墙爪4受到向下（即向空心筒3方向）的拉力，在推送棒7退回，圆锥状膨大部14与抓墙爪4底弧接触直径变小时，抓墙爪4被弹簧拉回原位。

进一步的，所述空心筒3的底板8固定不动，底板8中心穿过推送棒7并与推送棒7的长直杆部9活动连接，自密封构件内部为牛筋棒，牛筋棒具有一定的弹性，支板10与长直杆部9焊接并跟随长直杆部9一起前后运动，支板10向前运动时，挤压牛筋棒使其横向变形，直至紧贴炮孔壁达到密封要求，支板10向后运动时牛筋棒受力松弛自行恢复原状。

进一步的，所述牛筋棒中心有贯通的圆柱空芯，推送棒7下部的长直杆部9从圆柱空芯中穿出，并连接在支板10上，转动扳手1，使外部转动块2带动推送棒7向前运动时，支板10被带动向前运动，上下挤压板之间的距离减小，牛筋棒受挤压向侧面膨胀凸起，支板10向前运动距离越长，牛筋棒凸起越厚，同时抓墙爪4向外推出距离越长。在支板10向前运动一定距离后，此时，抓墙爪4紧紧抓牢炮孔壁，同时牛筋棒凸起压紧炮孔壁，从而实现卡位且自密封。作业结束后反向旋转扳手1，向后推送推送棒7，即可放松抓墙爪4及牛筋棒，从而卸下该自密封型孔口卡位装置，实现重复利用。

更进一步地，所述底板8和所述支板10的相对面分别向其对面延伸有环形凸沿，两所述环形凸沿之间设置有弹性棒11；所述弹性棒11与所述长直杆部9之间过盈配合，过盈配合的设置，可以防止牛筋棒发生旋转，所述弹性棒11的外表面设置有若干防转纹理，防转纹理优选为若干斜条纹，防转纹理的设置，进一步防止牛筋棒发生旋转，从而实现牛筋棒的前后向运动。

实施例2：

一种自密封型孔口卡位装置的施工方法，包括以下步骤：

根据现场炮孔直径和炮孔壁材质，进行计算和现场实验，例如炮孔直径110mm，孔壁材质为花岗岩，则据此条件选取适当的空心筒3直径、牛筋棒长度、圆锥状膨大部14位置、抓墙爪4伸缩距离以及螺纹部13长度等，如该例中，选取直径为100mm空心筒3，抓墙爪4原位直径104mm，最大伸长直径118mm，牛筋棒原状直径100mm，具体使用方法包括如下步骤：

步骤一：将该自密封型孔口卡位装置放入炮孔中，抓墙爪4部分伸入炮孔内，扳手1留在炮孔外；

步骤二：转动扳手1，扳手1带动推送棒7向前运动，推送棒7的长直杆部9连接自密封构件的支板10向前运动，压缩牛筋棒，此时牛筋棒横向变形；

步骤三：牛筋棒向前压缩20mm时直径达到110mm，此时抓墙爪4外径108mm；

步骤四：转动扳手1，推送棒7继续向前运动时，抓墙爪4继续向外伸出，直至外径达到110mm；

步骤五：此时继续转动扳手1，抓墙爪4插入炮孔壁并且具有一定压力，停止转动扳手1，同时，自密封构件之间的牛筋棒受横向约束，外径达到110mm后不再变化而达到此直径的部位面积变大，使密封效果达到最好状态，卡位密封操作完成，开始爆破；

步骤六：爆破结束后，反向转动扳手1，抓墙爪4松弛，牛筋棒缓慢恢复原状，取出自密封型孔口卡位装置，操作结束。

通过上述步骤，采用机械式自密封型孔口卡位装置，实现理想的炮孔卡位密封效果，而且操作简单，可重复利用，无污染废弃物，适用于各类地层中的炸药爆破或高能气体压裂的孔口封堵作业，同时适用于实验室内小型炮孔封堵。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。