一种模块化多向线型聚能切割装置

本发明属于工程爆破领域，特别是一种模块化多向线型聚能切割装置。

背景技术：

1、目前，国内、外在类似大重型厂房基础开挖以及城市轨道交通建设、隧道开挖、人防工程开挖和洞库开挖等工程的岩石巷道掘进以钻爆法施工为主，基础保留部分成型、巷道成型是基础开挖和岩巷掘进的关键要素。巷道成型控制多采用传统的轮廓线钻眼法、预裂爆破法、预留光爆层爆破法等方法。这些爆破方法尽管在巷道成型及掘进速度方面均有所改进和提高，但由于原理本身的缺陷，现场应用效果并不理想，仍然存在着诸如钻孔工作量较大、爆破材料消耗较大、后续工作量及成本较高、超欠挖量较大、半孔率不高、对围岩破坏和扰动较大、产生的震动较大等局限性。主要表现在以下三方面：一是传统光面爆破炮孔间距较小，钻孔工作量较大，同时增加了起爆材料消耗量；二是传统光面爆破在节理发育岩体不可能完全形成光滑壁面，对围岩造成破坏，在节理裂隙发育岩石或低强度岩石中还会引起超挖，增加除矸工作量及支护成本；三是单个炮孔的爆破作用没有方向性，不仅在炮孔间形成贯通裂纹，而且在炮孔周围其他方向形成随机径向裂纹。特别是在一些“精雕细刻”的岩土巷道掘进工程中，随着对开挖技术的要求越来越高，传统光面爆破参数不断得以优化，尽管如此，在孔壁上仍然会产生大量随机裂纹，对围岩造成损伤；四是对周围岩体尤其是待保护岩体的扰动较大。为了减少或避免爆破超挖，有效保护围岩，亟须从根本上改进传统光面爆破技术。因此，在传统光面爆破基础上的岩石定向断裂爆破得到了发展和应用。20世纪60年代，人们尝试采用定向断裂控制爆破技术控制巷道成型。瑞典学者最先提出并实践了将聚能装药技术运用到岩石切割中，我国学者也在岩石切割、石油开发、金属切割等方面应用该技术。这类技术主要通过改变炮孔和药包形状或在药包外添加切缝套管的方式改变爆炸产物对孔壁的作用方向，包括聚能药包爆破、切槽爆破和切缝药包爆破技术。然而聚能爆破药包加工复杂；切槽爆破的孔壁切槽作业难度较大，且成本较高；切缝药包爆破虽然取得了一定的效果，但仍然存在聚能罩、开缝宽度和耦合系数选择等关键技术问题亟待解决。

2、现有技术中虽然对以上问题进行了一定程度的改进，但是这些技术的聚能方向数量受限，最多只有两个，只能形成良好的断面，但是无法对光爆层岩体形成良好的破坏效果，大块率较高，二次破碎工作量较大，极大影响出矸效率，且施工成本较高。

3、由上可知，目前急需一种能够提高光面爆破、预裂爆破和定向断裂爆破效果，大大降低爆破危害效应的更为有效的爆破装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种模块化多向线型聚能切割装置，用于解决现有技术中定向爆破效果受限的问题。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种模块化多向线型聚能切割装置，包括至少一个模块化多向聚能切割器、装药定位装置、起爆点定位装置和聚能方向定向装置。

3、一种模块化多向线型聚能切割装置，装置包括至少一个模块化多向聚能切割器、装药定位装置、起爆点定位装置和聚能方向定向装置；

4、当模块化多向聚能切割器数量为1时，模块化多向聚能切割器非聚能一侧设置聚能方向定向装置，模块化多向聚能切割器的两端分别设置起爆点定位装置，装药定位装置套在模块化多向聚能切割器的两端；

5、当模块化多向聚能切割器数量大于1时，所有模块化多向聚能切割器的结构相同，多个模块化多向聚能切割器首尾通过聚能方向定向装置互相连接进行串联，位于头部的模块化多向聚能切割器的前端通过聚能方向定向装置装有起爆点定位装置，位于尾部的模块化多向聚能切割器的后端也通过聚能方向定向装置装有起爆点定位装置，每个模块化多向聚能切割器上均套有装药定位装置，或者在相间隔的模块化多向聚能切割器上套有装药定位装置。

6、进一步地，模块化多向聚能切割器包括模块化多向聚能切割器外壳、聚能药型罩和炸药，所述模块化多向聚能切割器的聚能方向n向，n＝3,4,5,6，……；

7、如果n＝3，则模块化多向聚能切割器外壳包括一个较宽的刚性板或弹性板和两个结构相同的较窄的刚性板或弹性板，聚能药型罩包括三个相同的聚能药型罩板，三个刚性板或弹性板和三个聚能药型罩板间隔设置，共同围成一个横断面为异形的筒状结构，筒状结构的内部装有炸药；

8、如果n＝4，则模块化多向聚能切割器外壳包括一个较宽的刚性板或弹性板，聚能药型罩包括四个相同的聚能药型罩板，刚性板或弹性板和四个聚能药型罩板互相连接设置，共同围成一个横断面为异形的筒状结构，筒状结构的内部装有炸药；

9、如果n＝5，则模块化多向聚能切割器外壳包括一个较宽的刚性板或弹性板，聚能药型罩包括五个相同的聚能药型罩板，刚性板或弹性板和五个聚能药型罩板互相连接设置，共同围成一个横断面为异形的筒状结构，筒状结构的内部装有炸药；

10、所述模块化多向聚能切割器外壳的非聚能方向较宽一侧中线上距两端20mm～25mm处分别设置一直径3mm高3mm～4mm的圆柱形凸起，模块化多向聚能切割器外壳的圆柱形凸起可以跟聚能方向定向装置沿长度方向中线上的间隔20mm～25mm直径3mm的一排圆柱形通孔相互配合固定。

11、进一步地，所述装药定位装置为橡胶圈，厚度范围为5.0mm～10.0mm。

12、进一步地，所述起爆点定位装置为中心带起爆雷管座的工程塑料底座或橡胶底座，底座的侧壁带有与聚能方向定向装置配合使用的圆柱形凸起，凸起轴心距离两端的距离分别为10mm和20mm，远离凸起一端靠近凸起面两侧伸出长10mm宽5mm厚2mm的刚性板或弹性板。

13、进一步地，所述聚能方向定向装置为厚3mm～4mm、宽20mm～30mm的高强度工程塑料长条，沿长度方向中线上布设间隔20mm～25mm直径3mm的一排圆柱形通孔，通过圆柱形通孔与模块化多向聚能切割器外壳的非聚能方向较宽一侧中线上距两端20mm～25mm处分别设置一直径3mm高3mm～4mm的圆柱形凸起互相配合牢固地固定在一起。

14、进一步地，所述炸药为膏状乳化炸药或粉状乳化炸药或其他塑性炸药或粘性炸药或粉状炸药。

15、进一步地，所述聚能药型罩每一个聚能方向的横截面为楔形，楔形顶部开口角度范围为75°～105°，楔形指向模块化多向聚能切割器的中心；或者所述聚能药型罩每一个聚能方向的横截面为椭圆弧形，椭圆弧形的长短轴比为1.3～1.8。

16、进一步地，所述模块化多向线型聚能切割装置药型罩的材料为工程塑料或硬纸或薄铁皮，厚度0.4mm～1.1mm。

17、进一步地，所述模块化多向聚能切割器外壳的材料为工程塑料或硬纸或薄铁皮，厚度0.5mm～2.0mm。

18、本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的模块化多向线型聚能切割装置采用模块化多向线型聚能装药，其非聚能方向较宽一侧中线上在距离头尾20mm～25mm处各有一个直径3mm、高3mm～4mm的圆柱形凸起，可根据实际环境和爆破参数设计选择合适的装药模块，适用性非常强；2)本发明的模块化多向线型聚能切割装置采用聚能方向定向装置，能够实现模块化多向线型聚能装药的任意组合，且连接强度能够满足使用要求；3)本发明的模块化多向线型聚能切割装置采用具有一定厚度的橡胶圈制成的装药定位装置，能够将装药可靠地定位于炮孔的中央，有效地减少装药对炮孔壁的破坏；4)起爆点定位装置的中心带起爆雷管，通过聚能方向定向装置可以与模块化多向聚能切割器外壳一端组合使用，能够确保切割器装药起爆点位于切割器一端的中心，保证爆轰波能够对称到达药形罩，使切割器能够形成对称性良好的聚能射流；5)本发明的模块化多向线型聚能切割装置采用高强度工程塑料片制成的聚能方向定向装置，厚3mm～4mm，宽20mm～30mm，沿其长度方向中线上间隔20mm～25mm布设直径3mm圆通孔，长度根据具体情况可任意选择，通过多向线型聚能切割器非聚能的一侧的圆柱形凸起将其固定在聚能方向定向装置上的圆通孔中，并采用胶带加强固定，根据露出炮孔部分定向装置横断面的宽度方向可以确定多向线型聚能切割器的聚能方向，确保多个炮孔中多向线型聚能切割器的两个对称聚能方向与开挖轮廓线一致，而另外的至少一个聚能方向朝向待爆岩体，也就是与待保护围岩方向相反；6)本发明的模块化多向线型聚能切割装置能够实现定位定向准确、围岩半孔率高、超欠挖量小、操作使用方便、爆破效果好、可靠性高、破坏性小、适应性强等目标，提高施工效率，满足大重型厂房基础、洞库、隧道、井巷等开挖工程中对周边孔或预裂孔装药的需求；7)本发明的模块化多向线型聚能切割装置可以确保聚能切割装置位于炮孔中心，起爆点位于聚能切割装置一端中心，且在对称的两个聚能方向以及另外一侧(即光面爆破或者预裂爆破中待破坏一侧)方向上产生聚能射流，对聚能方向上的炮孔壁产生有效破坏，在对称的两个聚能方向上的炮孔间以及另外一侧(即光面爆破或者预裂爆破中待破坏一侧)方向上产生裂缝，尤其加强了对光面爆破或者预裂爆破中待破坏一侧方向的岩石破坏程度，从理论上讲爆破效果将大大优于普通光面爆破装药和双向线型聚能装药，而对被保护围岩的破坏降到最低程度；8)本发明的装置能够满足开挖工程对光面爆破和预裂爆破的要求，提高光面爆破和预裂爆破效果，大大降低爆破危害效应。模块化多向线型聚能切割装置具有定位定向准确、操作使用方便、围岩半孔率高、超欠挖量小、爆破效果好、可靠性高、施工效率高、破坏性小、适应性强等优点，可以满足大重型厂房基础、洞库、隧道、井巷等开挖工程中对周边孔及预裂孔装药的需求，是对我国现有工程爆破器材的重要补充。