一种水下钻孔爆破振动效应控制装置、系统及应用方法与流程

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1.本发明涉及水下爆破技术领域，具体涉及一种水下钻孔爆破振动效应控制装置、系统及应用方法。

背景技术：

2.水运、水电工程进行水下岩石钻孔爆破时，爆破能量会在岩石中产生地震波，地震波振动峰值会对周围建(构)筑物产生不良影响。如在桥墩、码头、民房附近进行水下礁石或障碍物爆破时，就有可能对这些保护物造成危害。随着水下爆破一次齐爆药量不断加大，与空气爆破相比，水下爆破所产生的冲击波及能量流更强，影响范围也更广。例如，用173kgtnt球形装药在水中爆破，距离爆炸中心1.525m、15.25m、152.5m处水中冲击波压力分别为235mpa、15.3mpa和1.11mpa，因些在爆破过程中需要进行有效的防护。当前已有公开采用气泡帷幕技术对水中冲击波的削弱作用，如有文献公开了使用气泡发生管系在浮标上，将气泡发生管沿爆破区域的周围水域绕一圈分布，使爆破区域被完全围起来，再将供风连接管连接上气泡发生管的两端，使其与空压机连接，通过空压机供气，促使在爆破区域形成气泡帷幕，通过气泡帷幕实现对爆破区域中所产生的冲击波、压力、能量进行衰减。然采用上述方案依然存在如下技术问题：在水流较急的江面，很难确保气泡发生管定位后的稳定，容易被急流冲散，导致爆破过程冲击波无法有效被衰减，同时，水流也还会对气泡产生影响，如水深较深的水域，水流会冲击气泡，促使气泡跟随水流方向流动，进而降低气泡帷幕的防护效果，导致无法有效对周边保护物起到应有的保护效果。

技术实现要素：

3.本发明针对上述技术问题提供一种防护效果好、安全系数高的水下钻孔爆破振动效应控制装置。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种水下钻孔爆破振动效应控制装置，包括防护外管、喷气内管和填充物储藏管；所述防护外管套在所述喷气内管的外部、且与所述喷气内管可拆卸连接；所述喷气内管的管壁上开设有若干出气孔；所述喷气内管的上部设有所述填充物储藏管，所述填充物储藏管的内腔与所述喷气内管的内腔通过下料口连通；所述下料口处设有截流构件；所述下料口与所述喷气内管之间设有进气管；所述填充物储藏管的内腔装有水硬性胶凝材料。
6.优选的，所述截流构件为阀门开关。
7.优选的，所述填充物储藏管的下部设有进气管插口；所述进气管插口内可拆卸设有所述进气管；所述进气管作为所述截流构件、其上部堵住且密封所述下料口。
8.优选的，所述下料口处开设有截留插孔；所述截留插孔内可拆卸设有截留棒。
9.优选的，所述喷气内管的底部设有插座，所述防护外管的下部与所述插座进行可拆卸连接。
10.优选的，所述喷气内管的底部设有插座，所述插座的下部设有钻头；
11.所述防护外管的下部与所述插座进行可拆卸连接；所述防护外管的上部设有钻机连接部；所述填充物储藏管与所述喷气内管可拆卸连接。优选的，所述防护外管的外壁还开设有排渣凹槽。
12.优选的，所述防护外管采用陶瓷、金属、硬质塑料制成；所述填充物储藏管采用可降解塑料、pe、硅胶材质制成。
13.使用如上所述的一种水下钻孔爆破振动效应控制装置的控制系统，还包括气泵、输气管；所述输气管将所述气泵以及所述进气管连通。
14.使用如上所述的控制系统进行水下钻孔爆破振动效应控制的应用方法，包括如下步骤：
15.s1：在爆破区与保护物之间钻若干集空孔、且所述集空孔是分布在保护物周围的水域内；所述集空孔的深度超过保护物的基础深度；
16.s2:所述控制装置置入所述集空孔内；
17.s3：将所述防护外管拔出；
18.s4：使用输气管将所述气泵与所述进气管连通；
19.s5：在进行水下爆破前启动所述气泵，促使在集空孔处构成气泡帷幕；
20.s6：完成防护；
21.s7：拔除所述输气管以及拔除或控制所述截流构件促使所述下料口打开，所述填充物储藏管内的水硬性胶凝材料自然下落并沉降、填充至所述喷气内管以及所述集空孔内，所述水硬性胶凝材料的填充及硬化，实现对保护物周围的所述集空孔进行修补。
22.本发明与现有技术相比的有益效果：
23.本发明通过设有防护外管，对本装置在使用时，插入集空孔过程起到对所述喷气内管中的出气孔进行防护，防止污泥、细沙对出气孔造成堵塞；所述喷气内管在水下爆破过程，喷出气体并形成气泡，进而构成气泡帷幕，起到衰减震波作用；通过设有填充物储藏管用于盛装水硬性胶凝材料，在完成气泡帷幕防护效果后，通过打开下料口促使水硬性胶凝材料自然下落并沉降、填充至所述喷气内管以及所述集空孔内，所述水硬性胶凝材料的填充及硬化，实现对保护物周围的所有所述集空孔进行自动修补，避免因为钻取集空孔而影响到保护物周边地基的稳定性和牢固性，使用效果好。
附图说明
24.图1是本发明控制装置的第一种具体实施方式在插入集空孔后的剖面图；
25.图2是图1中将防护外管拔出后的剖面图；
26.图3是图2中拔除进气管后的水硬性胶凝材料下落的剖面图；
27.图4是本发明集空孔的分布图；
28.图5是本发明控制装置的第二种具体实施方式在插入集空孔后的剖面图；
29.图6是本发明控制装置的第三种具体实施方式中在插入集空孔后且喷气内管与填充物储藏管分离时的剖面图；
30.图7是图6中喷气内管与填充物储藏管组合时的剖面图；
31.图8是填充物储藏管下部设有进气管固定插槽时的剖面图；
32.图9是是本发明控制装置的第四种具体实施方式剖面图。
具体实施方式
33.下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明：
34.下述实施例中，“左、右”“前、后”“内”仅仅是为了描述符方便而定的方向，均不构成对本发明的结构的限制。
35.如图1～3所示，一种水下钻孔爆破振动效应控制装置，包括防护外管2、喷气内管4和填充物储藏管8；所述防护外管2套在所述喷气内管4的外部、且与所述喷气内管4可拆卸连接；所述喷气内管4的管壁上开设有若干出气孔3；所述喷气内管4的上部设有所述填充物储藏管8，所述填充物储藏管8的内腔与所述喷气内管4的内腔通过下料口7连通；所述下料口7处设有截流构件；所述下料口7与所述喷气内管4之间设有进气管12；所述填充物储藏管8的内腔装有水硬性胶凝材料9。这样设计的作用在于：防护外管2罩在喷气内管4的外部，起到防护作用，在使用时，插入集空孔14内的过程起到防止泥沙堵住喷气内管4上的出气孔3的作用，在进行通气前，可以将防护外管2拔出，当然如果所述防护外管2与所述喷气内管4之间预留的间隙足够宽，则在使用时，可以不拔出所述防护外管2，通过拔出所述防护外管2，还能够促使所述喷气内管4外壁与所述集空孔14的内壁之间的间隙足够宽，进而防止自所述防护外管2的出气孔3喷气形成的小气泡在集空孔14内聚集成大气泡，降低气泡帷幕的气泡量，降低防护效果。同时，将所述防护外管2拔除还有利于后期水硬性胶凝材料9下落时，自出气孔3等填充至集空孔14内壁，提高对保护物地基中集空孔14的修复效果。在本实施例中，所述水硬性胶凝材料9优先使用超细粉状的水硬性胶凝材料，比如可选水泥或水泥与石膏、细沙等超细粉混合体，粉体粒径可选小于所述出气孔3的孔径，优选200目以上的粒径粉体。
36.本装置在制备时可选如下材料：
37.所述防护外管2可采用陶瓷、金属、硬质塑料制成，其作用主要是防护以及引导插入集空孔14内的作用，因此，选材上最好使用硬质材质；
38.所述填充物储藏管8可采用可降解塑料、pe、硅胶材质制成，其作用主要是起到储藏水硬性胶凝材料，因此可选硬质客体材料，还可选柔性材料，选择使用柔性材料的好处在于，在将水硬性胶凝材料下料时，能够在水体波动的影响下像水下水草一样摆动下料，同时待下料完成，则柔性的材料还可呈倒伏状态，降低对水下环境的影响。同时，在制备时，还需要计算好集空孔、喷气内管4所需填充量的大小，进而制备能够储藏足够量的水硬性胶凝材料，确保能够对相关孔隙填满。
39.优选的，有些实施例中，所述截流构件为阀门开关。
40.优选的，如图1所示，所述填充物储藏管8的下部设有进气管插口11，另一侧设有进气管支撑孔6；所述进气管插口11内可拆卸设有所述进气管12；所述进气管12作为所述截流构件、其上部堵住且密封所述下料口7。在使用前，起到对所述下料口7的密封作用，在拔除后，则所述下料口7打开，促使水硬性胶凝材料下落。
41.为了便于所述防护外管2的拔出操作，所述进气管12可选如图1所示的一根较长的进气管，制备时，可选用硬质塑料或者采用硅胶、橡胶等材质制成具有柔韧性的进气管，采用该技术方案下，所述进气管12的底面设有若干出气口12-1，所述出气口12-1与所述喷气内管4的内腔13相通，为喷气内管4供气；所述进气管12在制备时其管径最好稍微过盈设计，以防止所述进气管12在进气管插口11内转动。
42.为了实现所述进气管12的稳固搁置，有些实施例还可以设有如图8所示的结构，设有进气管固定槽17，而所述进气管12可活动插入所述进气管固定槽17内。
43.优选的，有些实施例还可以将上述构造设成如图9所示，所述下料口7处开设有截留插孔；所述截留插孔内可拆卸设有截留棒7-1，而为了便于截留棒7-1的拔出操作，可以在所述截留棒7-1的外端设有凸圈7-1-1，所述截留棒7-1的选材上可选硬质材料或者具有柔韧性的材料，硬质材料为了避免阻碍所述防护外管2的拔出操作，可以将所述截留棒7-1的外部部分设得短一些，若是采用柔韧性材质，则可选实心的硅胶棒，使用的所述截留棒7-1相对所述截留插孔可优选过盈设计，以防止所述截留棒7-1的转动。而在采用该技术方案下，所述进气管12则可选与所述填充物储藏管8进行硬性连接或一体成型制备。所述进气管12主要是用于与输气管连接，因此，在本实施例中，如图9所示，所述进气管12可以设成一个输气管接头结构。这种设计不仅可以降低成本同时还有利于实际作业，比如在作业过程输气管的拔除或者防护外管2的拔除操作。
44.优选的，如图1所示，所述喷气内管4的底部设有插座1，本实施例中所述插座1剖面呈台阶状，其作用时便于所述防护外管2的下部与所述插座1进行可拆卸连接，即在本实施例中套接连接。设有的所述插座1还起到如下作用：待所述防护外管2拔除后，如图2～3所示，所述插座1作为底座插在所述集空孔14内，对所述喷气内管4和所述填充物储藏管8起到支撑稳定作用。
45.优选的，基于本发明在使用时，需要对保护物周边水域的地基进行钻孔(集空孔14)，因此，有些实施例还可以将本装置设成如下结构：如图6～7以及图9所示，所述喷气内管4的底部设有插座16，所述插座16的下部设有钻头15；所述防护外管2的下部与所述插座16进行可拆卸连接，在本实施例中，所述插座16可选外六角结构，因为在本实施例中，所述防护外管2的上部设有钻机连接部2-1，其作用在于：所述钻机连接部2-1在使用时，用于连接钻机的输出轴或联轴装置，然后将动力通过所述防护外管2下传至钻头15，因此在选材上，所述插座16以及所述防护外管2可优选金属材质，如不锈钢、碳钢等；在本实施例中，所述填充物储藏管8通过在其下部设有连接部8-2与所述喷气内管4的顶部可拆卸连接，这样设计的好处在于：进行钻孔作业时，所述填充物储藏管8是与所述喷气内管4分开的，待钻入足够深度后，再将所述防护外管2拔除，最后再将所述填充物储藏管8连接到所述喷气内管4上，采取的连接结构可选插接或螺纹连接等常见的连接结构。优选的，为了便于排渣，所述防护外管2的外壁还开设有排渣凹槽2-2，便于在钻孔过程上传沙粒。采用本实施方式的好处在于：操作更加便捷、高效，减少水下作业时间，同时，直接采用钻头15进行钻孔，无需将钻头拔出，钻取形成的孔道与本装置配合会更好、更紧密，有利于减少因为钻孔对保护物周边地基的影响，且修复后地基的牢固性和稳定性更佳。
46.使用如上所述的一种水下钻孔爆破振动效应控制装置的控制系统，还包括气泵、输气管；所述输气管将所述气泵以及所述进气管12连通。使用时，气泵供气，然后输气管输送高压气通过所述进气管12进入所述喷气内管4内。
47.使用如上所述的控制系统进行水下钻孔爆破振动效应控制的应用方法，包括如下步骤：
48.s1：在爆破区与保护物之间钻若干集空孔14、且所述集空孔是分布在保护物周围的水域内；所述集空孔的深度超过保护物的基础深度；如图4所示，优选的若干所述集空孔
14成排分布，且相邻两排之间的集空孔14错开分布，这样在形成大量气泡时所构成的气泡帷幕可以起到交替作用。本发明中通过在保护物周边的水域地基打孔，在形成气泡帷幕时，气泡帷幕相比传统的技术方案存在如下区别：本发明的气泡帷幕时自保护物周边的地基(即超过保护物基础的深度的地基)处形成的气泡帷幕，这样在地基内形成大量气泡帷幕，即地基处即可衰减水下爆破传来的冲击波，能够更好地衰减冲击波，进而更好减轻对保护物地基及保护物造成的破坏，对保护物的保护效果更好。同时，直接气泡帷幕直接设在保护物周边的地基水域，气泡帷幕不会受到水流的过多干扰，及时水流较急，依然能够确保气泡帷幕发挥应有的衰减效果。
49.s2:所述控制装置置入所述集空孔内；
50.在本实施例中，该步骤有如下两种操作方案：
51.方案1：采用常规钻孔机进行钻孔获得集空孔14，然后将所述控制装置插入所述集空孔14内。
52.方案2：直接使用如图6～7以及图9所示的结构，使用钻头15直接打孔，然后将所述喷气内管4、钻头15等直接留置于孔内。
53.s3：将所述防护外管2拔出；
54.s4：使用输气管将所述气泵与所述进气管12连通；
55.s5：在进行水下爆破前启动所述气泵，促使在集空孔处构成气泡帷幕；
56.s6：完成防护；
57.s7：拔除所述输气管以及拔除或控制所述截流构件促使所述下料口7打开，所述填充物储藏管8内的水硬性胶凝材料自然下落并沉降、填充至所述喷气内管4以及所述集空孔内，所述水硬性胶凝材料的填充及硬化，实现对保护物周围的所述集空孔进行修补。
58.为体现本发明的技术效果，将本发明与现有技术进行相关数值的测试。对比例为：采用现有的气泡发生管系在浮标上，将气泡发生管沿爆破区域的周围水域绕一圈分布，使爆破区域被完全围起来，再将供风连接管连接上气泡发生管的两端，使其与空压机连接，通过空压机供气，促使在爆破区域形成气泡帷幕。
59.1、测试设备清单
[0060][0061]
2、试验方法：
[0062]
传感器测点位置包括帷幕前和帷幕后(对比例的帷幕后的测试点与本发明的帷幕后的测试点相同，与爆点位置距离20米左右)；爆点位置相同；帷幕层数相同。
[0063]
3、测试结果
[0064]
3.1平均水流速度：0.1m时气泡帷幕水下爆破冲击波测试数值统计表
[0065]
3.2平均水流速度：0.3m时气泡帷幕水下爆破冲击波测试数值统计表
[0066][0067]
由上结果可知：采用本发明相比对比例在同样的起爆量下，对保护物的防护效果更好，效果主要体现在：1、阻波率表现更佳；2、在不同水流流速下，阻波率更加稳定可靠，且对比例的技术方案的阻波率随着水流流速的增加受到的干扰更高，由平均水流在0.1m时，阻波率95.82％，下降至平均水流在0.3m时的95.71％，其原因可能在于气泡帷幕的位置处于水流流速较高位置，气泡帷幕中的气泡会受到水流的冲击影响，进而降低其阻波效果；而本发明因为气泡帷幕时设在保护物周边的水域(即靠近岸边)，气泡帷幕受到水流的冲击影响较小，同时，江面水流越急反而依靠高速水流本身对振波的影响，进而在本发明的技术方案中还能提高阻波率，由上可见，本发明相比现有技术方案的技术效果具有显著的进步。
[0068]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，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、润饰或变化，也可以将上述
技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种水下钻孔爆破振动效应控制装置，其特征在于：包括防护外管、喷气内管和填充物储藏管；所述防护外管套在所述喷气内管的外部、且与所述喷气内管可拆卸连接；所述喷气内管的管壁上开设有若干出气孔；所述喷气内管的上部设有所述填充物储藏管，所述填充物储藏管的内腔与所述喷气内管的内腔通过下料口连通；所述下料口处设有截流构件；所述下料口与所述喷气内管之间设有进气管；所述填充物储藏管的内腔装有水硬性胶凝材料。2.根据权利要求1所述的一种水下钻孔爆破振动效应控制装置，其特征在于：所述截流构件为阀门开关。3.根据权利要求1所述的一种水下钻孔爆破振动效应控制装置，其特征在于：所述填充物储藏管的下部设有进气管插口；所述进气管插口内可拆卸设有所述进气管；所述进气管作为所述截流构件、其上部堵住且密封所述下料口。4.根据权利要求1所述的一种水下钻孔爆破振动效应控制装置，其特征在于：所述下料口处开设有截留插孔；所述截留插孔内可拆卸设有截留棒。5.根据权利要求1所述的一种水下钻孔爆破振动效应控制装置，其特征在于：所述喷气内管的底部设有插座，所述防护外管的下部与所述插座进行可拆卸连接。6.根据权利要求1所述的一种水下钻孔爆破振动效应控制装置，其特征在于：所述喷气内管的底部设有插座，所述插座的下部设有钻头；所述防护外管的下部与所述插座进行可拆卸连接；所述防护外管的上部设有钻机连接部；所述填充物储藏管与所述喷气内管可拆卸连接。7.根据权利要求6所述的一种水下钻孔爆破振动效应控制装置，其特征在于：所述防护外管的外壁还开设有排渣凹槽。8.根据权利要求1所述的一种水下钻孔爆破振动效应控制装置，其特征在于：所述防护外管采用陶瓷、金属或硬质塑料制成；所述填充物储藏管采用可降解塑料、pe或硅胶材质制成。9.使用如权利要求1～8任一所述的一种水下钻孔爆破振动效应控制装置的控制系统，其特征在于：还包括气泵、输气管；所述输气管将所述气泵与所述进气管连通。10.使用如权利要求9所述的控制系统进行水下钻孔爆破振动效应控制的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：在爆破区与保护物之间钻若干集空孔、且所述集空孔是分布在保护物周围的水域内；所述集空孔的深度超过保护物的基础深度；s2:所述控制装置置入所述集空孔内；s3：将所述防护外管拔出；s4：使用输气管将所述气泵与所述进气管连通；s5：在进行水下爆破前启动所述气泵，促使在集空孔处构成气泡帷幕；s6：完成防护；s7：拔除所述输气管以及拔除或控制所述截流构件促使所述下料口打开，所述填充物储藏管内的水硬性胶凝材料自然下落并填充至所述喷气内管以及所述集空孔内，所述水硬性胶凝材料的填充及硬化，实现对保护物周围的所述集空孔进行修补。

技术总结

本发明涉及水下爆破技术领域，具体公开了一种水下钻孔爆破振动效应控制装置、系统及应用方法。包括防护外管、喷气内管和填充物储藏管；所述防护外管套在所述喷气内管的外部、且与所述喷气内管可拆卸连接；所述喷气内管的管壁上开设有若干出气孔；所述喷气内管的上部设有所述填充物储藏管，所述填充物储藏管的内腔与所述喷气内管的内腔通过下料口连通；所述下料口处设有截流构件；所述下料口与所述喷气内管之间设有进气管；所述填充物储藏管的内腔装有水硬性胶凝材料。采用本发明具有操作便捷、工作效率高、阻波效果显著等优点。阻波效果显著等优点。阻波效果显著等优点。