阅读说明：本技术 一种用于深水陡坡开孔的施工方法及爆破聚能弹 (Construction method for drilling deep water abrupt slope and blasting energy-gathering bomb ) 是由 李永丰 潘江洋 王少华 陈颖 刘良平 夏瑜斌 于 2020-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种深水陡坡开孔施工方法及爆破聚能弹,该方法包括：对爆破目标区域进行平面和三维扫测,获得钻孔所在斜面的坡度和钻孔位置坐标；将完成起爆网络连接的爆破聚能弹轴向垂直于所述钻孔所在斜面,调整爆破聚能弹的凹陷面位于钻孔位置正上方预定距离并固定；起爆爆破聚能弹在钻孔位置完成槽坑的施工。用于解决现有技术中深水陡坡环境下难于进行钻孔作业等问题,通过爆破聚能弹对深水陡坡预定的钻孔位置进行深度侵彻,完成水下陡坡的开孔作业,为工程机械设备的钻孔作业奠定基础。(The invention discloses a deepwater steep slope opening construction method and blasting energy-gathering bombs, wherein the method comprises the following steps: performing plane and three-dimensional scanning measurement on the blasting target area to obtain the gradient of the inclined plane where the drill hole is located and the position coordinate of the drill hole; axially enabling the blasting energy-accumulating bomb which is connected with the initiation network to be perpendicular to the inclined plane where the drill hole is located, and adjusting the concave surface of the blasting energy-accumulating bomb to be located at a preset distance right above the position of the drill hole and fixing the blasting energy-accumulating bomb; and (5) finishing the construction of the groove pit at the drilling position by using the detonation blasting energy-gathering bomb. The method is used for solving the problems that drilling operation is difficult to perform in the deep water steep slope environment in the prior art, and the like, and the drilling position preset in the deep water steep slope is deeply penetrated through by blasting energy-gathered bombs, so that the drilling operation of the underwater steep slope is completed, and a foundation is laid for the drilling operation of engineering mechanical equipment.)

一种用于深水陡坡开孔的施工方法及爆破聚能弹

技术领域

本发明涉及水下施工技术领域，具体是一种深水陡坡开孔的施工方法及爆破聚能弹。

背景技术

随着我国经济建设的持续发展，水利水电工程建设需要对相当数量的水下爆破目标进行爆破拆除，水下爆破作业通常需要工程机械设备首先在作业面局部钻孔，然后再向钻孔内装药并实施爆破，钻孔作业时，需要锚定钻孔作业平台，而在深水区(水深超过100米)基岩裸露的陡坡(坡度超过45°)，由于受作业环境限制，套管或钻杆无法在陡坡上固定，还没加压就在自重作用下顺坡往下滑移，无法锚定钻孔作业平台，工程机械设备很难在深水陡坡上进行钻孔施工。

发明内容

本发明提供一种深水陡坡开孔的施工方法及爆破聚能弹，用于克服现有技术中深水陡坡环境下难于进行钻孔作业等缺陷，通过爆破聚能弹对深水陡坡预定的钻孔位置进行深度侵彻，完成水下陡坡的开孔作业，为工程机械设备的钻孔作业奠定基础。

为实现上述目的，本发明提供一种深水陡坡开孔施工方法，包括以下步骤：

步骤1，对爆破目标区域进行平面和三维扫测，获得钻孔所在斜面的坡度和钻孔位置坐标；

步骤2，将完成起爆网络连接的爆破聚能弹轴向垂直于所述钻孔所在斜面，调整爆破聚能弹的凹陷面位于钻孔位置正上方预定距离并固定；

步骤3，起爆爆破聚能弹在钻孔位置完成槽坑的施工。

为实现上述目的，本发明还提供一种爆破聚能弹，用于深水陡坡开孔施工，包括：

外壳，呈柱形，内部形成有封闭的空腔，用于填充炸药；所述外壳的底部向内凹陷，所述凹陷的表面为旋转面，所述旋转面的旋转轴与外壳的中心轴线或与外壳中心轴线的延长线重合；所述外壳包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳与第二外壳可拆卸连接，所述第一外壳与第二外壳之间具有密封结构；

起爆装置，包括埋设于炸药内的起爆本体、与起爆本体连接的两接线柱以及分别连接在接线柱上的起爆网线；所述接线柱贯穿所述外壳顶部并与所述外壳固定连接，所述接线柱伸出所述外壳外的一端与所述起爆网线连接，所述接线柱埋设于炸药内的一端与所述起爆本体连接；

安装结构，固定在所述外壳上部外壁，用于为吊具提供安装基础。

本发明提供的深水陡坡开孔施工方法及爆破聚能弹，首先通过测量仪器对爆破目标区域进行平面扫测和三维扫测，获得目标即钻孔所在斜面的斜度及钻孔在斜面上的位置坐标；然后将连接好起爆网络的爆破聚能弹按照设定的炸高垂直固定在钻孔正上方，调整爆破聚能弹底部的凹陷面使其垂直于钻孔所在斜面并位于钻孔正上方，且凹陷面与钻孔位置坐标之间的垂直距离等于设定的炸高；调整完成后使爆破聚能弹位置固定；最后启动起爆器起爆爆破聚能弹，通过聚能弹对钻孔位置的侵彻完成槽坑的施工；上述方案借助聚能弹对水下陡坡开孔即槽坑施工，套管或钻杆通过槽坑在陡坡上固定，从而实现钻孔作业平台的锚定，为工程机械设备在深水陡坡上进行钻孔施工奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的深水陡坡开孔施工方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的深水陡坡开孔施工方法中钻爆船的定位示意图；

图3为发明实施例而提供的爆破聚能弹的主视图；

图4为图3的左视图。

附图标号：

1为起爆网线、2为接线柱、3为绝缘套、4为雷管室、5为电子雷管、6 为上部圆台状钢外壳、7为雷管脚线、8为钢丝绳、9为钢挂钩、10为橡胶密封圈、11为螺丝、12为上法兰盘、13为乳化炸药、14为下部圆柱状钢外壳、 15为球缺型聚能罩。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供一种深水陡坡开孔施工方法，包括以下步骤：

步骤S1，对爆破目标区域进行平面和三维扫测，获得钻孔所在斜面的坡度和钻孔位置坐标；

在爆破施工前，先利用测深仪和RTK-GPS(全球定位系统实时动态差分法测量技术)对爆破目标区域进行平面和三维扫测，得到钻孔位置坐标和钻孔所在斜面的坡度，根据钻孔位置及其斜度可设计爆破聚能弹的炸高和聚能罩的倾斜角度；

步骤S2，将完成起爆网络连接的爆破聚能弹轴向垂直于所述钻孔所在斜面，调整爆破聚能弹的凹陷面位于钻孔位置正上方预定距离并固定；

爆破聚能弹在安装调整之前事先将起爆网线接入起爆网络，这里的爆破聚能弹由于在水下爆破，需要能满足：抗水压、防渗漏等方面的要求；这里的爆破聚能弹采用下面实施例二的结构；

步骤S3，起爆爆破聚能弹在钻孔位置完成槽坑的施工。

本发明实施例的技术方案将聚能爆破技术用在深水陡坡钻孔开孔位置爆破形成一个槽坑，为套管或钻杆提供“站脚”平台。聚能爆破即用聚能效应，将装药前段(即与侵彻方向一致)做成空穴，将聚能穴衬以金属制成药型罩，则当爆轰波传至药型罩时，爆轰产物就会在装药轴线上汇集、碰撞，产生高压，将药型罩压垮、翻转变形，形成一个具有很高动能的高速弹丸，沿轴向方向向前侵彻破坏目标。主要特点是能量密度高和方向性强，但在聚能罩轴线方向上有很大的能量密度和破坏作用，其他方向则和普通装药的破坏作用是一样的。而利用爆破聚能弹在深水陡坡开孔需要解决的两个技术问题：一是爆破聚能弹的固定，爆破聚能弹必须下放至钻孔开孔位置并固定住，才能爆破形成槽坑；二是爆破聚能弹的炸高调整，只有将爆破聚能弹调整到距离钻孔开孔位置一定高度，才能形成较深的爆破侵彻深度和侵彻破坏范围。

在本方案一优选实施例中，所述步骤S2包括：

步骤S201，钻爆船底部安装有至少三个主钢丝绳绞车；将每个主钢丝绳绞车的钢丝绳分别连接在爆破聚能弹的一个调整安装端；完成所有主钢丝绳绞车与爆破聚能弹的安装；

步骤S202，钻爆船底部安装有至少两个辅助钢丝绳绞车；将每个辅助钢丝绳绞车的钢丝绳分别连接在爆破聚能弹的一个抗阻安装端；完成所有辅助钢丝绳绞车与聚能爆破端的安装；

步骤S21，将钻爆船固定在爆破目标区域的水面上；具体可采用六缆定位法将钻爆船固定在爆破目标区域的水面上；参见图2；两根主缆分别从钻爆船后端两头固定，两根边缆分别从钻爆船一侧的两头固定，前开锚和后开锚分别从钻爆船另一侧的两头固定，其中后开锚与其中位于钻爆船前端的边缆交叉；前后开锚和边缆采用锚链抛锚定位；

步骤S22，通过水下机器人监测爆破聚能弹的凹陷面与钻孔所在斜面的角度及凹陷面与钻孔的距离即炸高；通过控制安装在钻爆船上的钢丝绳绞车调整连接在爆破聚能弹不同位置的钢绳长度来控制聚能弹爆破的角度和炸高；

步骤S23，固定所有钢丝绳，使爆破聚能弹按设计炸高悬空垂直于钻孔位置。

在本方案另一优选实施例中，所述步骤S2包括：

步骤S21，将钻爆船固定在爆破目标区域的水面上；具体可采用六缆定位法将钻爆船固定在爆破目标区域的水面上；

步骤S201，钻爆船底部安装有至少三个主钢丝绳绞车；将每个主钢丝绳绞车的钢丝绳分别连接在爆破聚能弹的一个调整安装端；完成所有主钢丝绳绞车与爆破聚能弹的安装；

步骤S202，钻爆船底部安装有至少两个辅助钢丝绳绞车；将每个辅助钢丝绳绞车的钢丝绳分别连接在爆破聚能弹的一个抗阻安装端；完成所有辅助钢丝绳绞车与聚能爆破端的安装；

步骤S22，通过水下机器人监测爆破聚能弹的凹陷面与钻孔所在斜面的角度及凹陷面与钻孔的距离即炸高；通过控制安装在钻爆船上的钢丝绳绞车调整连接在爆破聚能弹不同位置的钢绳长度来控制聚能弹爆破的角度和炸高；

步骤S23，固定所有钢丝绳，使爆破聚能弹按设计炸高悬空垂直于钻孔位置。

利用拖船将钻爆船拖至施工区域前方，采用“六缆定位法”固定钻爆船，使得钢丝绳绞车处于爆破目标上方。在爆破聚能弹上设置五个绳索扣(三个主绳索扣设置在同一平面上以便于调节角度和炸高，两个辅助绳索扣对称分布用于抵抗水流的阻力)分别用钢丝绳连接到钢丝绳绞车，同时在爆破聚能弹上设置GPS定位装置以便于实时掌握爆破聚能弹所处位置，然后将起爆网络与爆破聚能弹的起爆网线连接好，然后利用绞车将爆破聚能弹缓慢沉入水中，下放到爆破聚能弹定位GPS数据与设计孔位一致后，借助水下机器人观察爆破聚能弹的聚能罩与陡坡的角度关系，通过钢丝绳绞车调整钢绳长度来控制爆破聚能弹的角度和炸高，使爆破聚能弹的按设计炸高垂直于陡坡，然后固定所有钢丝绳，保证爆破聚能弹按设计炸高悬空垂直于钻孔孔位。设置好爆破聚能弹后，所有人员撤离钻爆作业船并做好警戒，然后起爆爆破聚能弹，在深水陡坡钻孔位置形成一个槽坑，为套管或钻杆提供“站脚”平台。

实施例二

如图3、图4所示，在实施例一的基础上，本发明实施例提供一种爆破聚能弹，用于深水陡坡开孔施工，包括：外壳、起爆装置和安装结构；外壳，呈柱形，内部形成有封闭的空腔，用于填充炸药，采用现有的炸药，例如2 号岩石乳化炸药；所述外壳的底部向内凹陷，所述凹陷的表面形成实施例一中的凹陷面，凹陷面为旋转面，所述旋转面的旋转轴与外壳的中心轴线或与外壳中心轴线的延长线重合；所述外壳包括第一外壳和第二外壳，所述第一外壳与第二外壳可拆卸连接，所述第一外壳与第二外壳之间具有密封结构；旋转面包括圆锥面、圆台面、球冠或椭球冠中任一种，或两种以上的组合；

第一外壳与第二外壳的组合方式可采用上下式分体连接结构，也可以采用两半拼接结构，可拆卸连接具体可采用螺栓等连接组件连接，也可以采用机械结构连接；在本发明一具体实施例中，第一外壳采用上部圆台状钢外壳6，第二外壳采用下部圆柱状钢外壳14，下部圆柱状钢外壳14的底部向内凹陷形成球缺形聚能罩15；

起爆装置，包括埋设于炸药内的起爆本体、与起爆本体连接的两接线柱2以及分别连接在接线柱2上的起爆网线1；所述接线柱2贯穿所述外壳顶部并与所述外壳固定连接，所述接线柱2伸出所述外壳外的一端与所述起爆网线1连接，所述接线柱2埋设于炸药内的一端与所述起爆本体连接；起爆装置可采用电子雷管；

安装结构，固定在所述外壳上部外壁，用于为吊具提供安装基础。安装结构采用挂耳或挂钩等机械结构。本实施例中的吊具为安装在钻爆船底部的钢丝绳绞车，通过钢丝绳8与安装结构连接；在进行爆破前将起爆网线接入起爆网络；

外壳采用第一外壳、第二外壳两部分组装结构，以便于填充炸药和安装起爆装置；在两部分之间设置密封结构，以免水下作业爆破器材受到水的影响发生拒爆等情况，保障密封防水性能的可靠性；外壳底部的凹陷一方面用于提高抗水压性能，另一方面，当顶部起爆装置经起爆网线起爆后会引爆填充于空腔内的乳化炸药，而乳化炸药爆炸产生的爆轰波传至外壳底部形成的凹陷型聚能罩时，爆轰产物就会在装药轴线上汇集、碰撞，产生高压，将凹陷型聚能罩压垮、翻转变形，形成一个具有很高动能的高速弹丸，沿轴向方向向前侵彻破坏目标；在爆破聚能弹固定和炸高调整过程中，以借助外部器械吊具通过安装结构与爆破聚能弹连接。

本方案的有益效果是：1、利用聚能爆破技术能有效提高炸药能量利用率，具有侵彻破坏能力强、侵彻破坏方向性强、爆炸能量密度高、爆炸能量集中、弱化了振动效应，减小对周围的影响、节省炸药量等优点；2、聚能爆破弹的结构具有可靠的抗水压、防渗漏性能，尤其适用于深水爆破，有助于提高深水爆破的稳定性，降低爆破风险。3、将聚能爆破装置用于深水爆破作业，减小了施工难度，提高了施工速度，降低了施工风险，节约工程成本，比普通水下裸露爆破更能满足水下施工的需要。

优选地，所述第一外壳顶部密封、底部敞口，且底部沿径向延伸形成下法兰盘；所述第二外壳顶部敞口、底部密封，且顶部沿径向延伸形成上法兰盘12；所述上法兰盘12与下法兰盘通过多个螺栓组件连接；本方案中上下法兰盘之间通过螺丝11连接；

所述密封结构包括：开设在所述下法兰盘底面上的第一密封槽、开设在所述上法兰盘12顶面上的第二密封槽以及夹持于所述第一密封槽与第二密封槽之间的密封垫。优选地，所述密封垫为环形，所述密封垫的横截面为圆形、方形或T形。

本方案中密封垫采用橡胶密封圈10。上述密封结构具有结构简单、便于安装、且密封性能可靠的优点。密封垫可直接从市场上购买获得，降低成本。法兰盘可焊接在钢外壳(指第一外壳、第二外壳)开口处，法兰盘之间放置密封橡胶圈然后用螺丝11紧固，能够形成一个具有抗压密封防水的装药结构外壳装置。

优选地，所述第二外壳底面为球冠、椭球冠、圆锥面或圆台面。

优选地，所述第二外壳的周侧面为圆柱形。

优选地，所述第一外壳包括圆柱部分和圆台部分，所述圆柱部分包括圆柱侧面和封闭所述圆柱侧面顶部开口的顶面；顶面与所述圆柱侧面固定连接或一体成型；

所述圆台部分包括圆台侧面，圆台侧面顶端与所述圆柱侧面低端固定连接或一体成型；所述圆台侧面低端与所述第二外壳的顶端固定连接或一体成型；所述圆台侧面顶端开孔尺寸小于低端开口尺寸。上述结构一方面有利于部件之间的安装，另一方面装药后聚能弹整体在通过吊具固定和调整炸高时重心稳定、易于操作。

优选地，所述起爆本体包括雷管室4和安装在所述雷管室4内的电子雷管5；所述电子雷管5底部通过贯穿所述雷管室4底部的两根雷管脚线7分别与接线柱3连接。

优选地，所述雷管室4呈柱状，所述雷管室4顶部固定在所述外壳顶部内壁，并沿所述空腔中心轴线方向或沿第一外壳中心轴线方向延伸。引爆时以充分发挥空腔内所有炸药的作用。

优选地，所述接线柱2轴向与所述雷管室4轴向平行，且所述接线柱2 的外周侧包覆有绝缘套3，所述绝缘套3与所述外壳顶部抵触并密封配合。绝缘套3在安装起爆网线1时能提高安全性能，接线柱2轴向与所述雷管室4 轴向平行能减少占用空间，提高引爆效能。

优选地，所述安装结构包括三个调整安装端，每个调整安装端包括一个吊钩，每个吊钩均包括一直臂段，所述直臂段一端沿周向均布固定在所述第一外壳的圆台部分上，另一端向下弯曲形成勾部以供吊具穿设；所有吊钩的勾部均位于垂直于外壳中心轴线的同一平面上。

优选地，所述安装结构还包括两个抗阻安装端(图未示)，每个抗组安装端包括一个吊钩；每个吊钩均包括一直臂段，所述直臂段一端沿周向对称固定在所述第二外壳的侧壁，吊钩的直臂段另一端向下弯曲形成勾部以供吊具穿设；所有吊钩的勾部均位于垂直于外壳中心轴线的同一平面上。

本方案中吊钩采用钢挂钩9，钢挂钩9与外部钢丝绳8连接来固定聚能爆破装置，通过调整连接在三个调整安装端上钢丝绳8长度实现聚能爆破装置的炸高和角度的调整。通过调整连接在两个抗阻安装端上的钢丝绳8用于加强爆破聚能弹在水中的稳定性，避免受到水流冲击而改变方向。

当顶部电子雷管5起爆后会引爆乳化炸药13，而乳化炸药13爆炸产生的爆轰波传至球缺型聚能罩15时，爆轰产物就会在装药轴线上汇集、碰撞，产生高压，将球缺型聚能罩15压垮、翻转变形，形成一个具有很高动能的高速弹丸，沿轴向方向向前侵彻破坏目标。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。