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爆破聚能管

发布时间:2020-05-13 11:13

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概述:爆破聚能管 爆破聚能管简称聚能管,因其两侧开有V形聚能槽利用聚能槽的聚能效应对山体围岩进行破坏故称其为爆破聚能管。该技术产品主要适用于铁路、公路和地铁隧道光面爆破,矿山开采以及洞采、煤矿开采及切顶。 其爆破机理是在药包爆炸后,靠近聚能穴的爆炸......

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爆破聚能管简称聚能管,因其两侧开有V形聚能槽利用聚能槽的聚能效应对山体围岩进行破坏故称其为爆破聚能管。该技术产品主要适用于铁路、公路和地铁隧道光面爆破,矿山开采以及洞采、煤矿开采及切顶。 其爆破机理是在药包爆炸后,靠近聚能穴的爆炸能量会朝向穴的轴线方向汇聚,形成一股高密度、高速度、高压力的气体射流。换句话说,当药包存在聚能穴时,在聚能穴方向可以局部聚集、产生超常规的爆破能量,因此聚能爆破所形成的高密度、高速度、高压力的气体射流能够提高炸药的爆炸功率。该项技术在某些军事民报火工产品中都有广泛的应用,但应用于光面爆破的工程实例确是罕见。 2018年3月1日聚能管光面爆破新技术成功登陆CCTV10《走近科学》。

中文名爆破聚能管

外文名Blast Shaped tube

 
 
 
 

组成结构

爆破聚能管是一种由PVC制成的装药管道两侧水平开有V形聚能槽。

W形聚能管
W形聚能管

孔内装药结构

孔内装药结构

爆破聚能管主要应用于国家铁路、公路、地铁工程建设、矿山开采以及洞采、煤矿开采及切顶。2015起该技术产品已经广泛应用于中铁、中铁建、中交、中建、水电以及铁矿、煤矿、军工系统工程。相比传统的光面爆破,聚能管光面爆破技术可以节省炸药,降低烟尘。同时对于岩石整体性非常高的围岩,可以大幅度的扩大周边眼的孔距,爆破后轮廓线平整,降低超挖欠挖,减少后期喷浆用量!

 

原理说明

 

聚能管聚能效应共四个过程:

炸药爆炸产生的爆轰波通过聚能管的聚能槽,将炸药的动能于势能转换成高压、高速、高能的射流,切割岩石成缝,形成1~2cm的深缝。

射流在孔壁产生的射流压力高达7000MPA,岩石动载抗压强度为200MPA,抗拉为1/8~1/10的抗压强度,响铃的两个炮孔即为邻空面,叠加后的压缩波变为稀疏波,在两炮孔连线上使岩石分子结构断裂,形成裂纹。

准静态气体膨胀,静态压力在两炮孔最短连线两侧产生拉力使岩石裂缝进一步扩展。

根据爆破应力集中气刃作用原则,爆破气体沿裂缝进一步扩大贯通,抛落岩石。

EBLSC聚能射流模拟分析

    从下图中我们可以看到射流从开始挤压、碰撞、形成射流和杵体两部分以及射流的拉伸和断裂过程。从下图我们可以清除的看到PVC管药形罩在炸药爆轰击后,各个微元沿药形罩表面法线方向轴线方向运动,在轴向上汇聚碰撞。轴向闭合时,缩小到直径较小的区域,因而罩壁厚度必然增加。这样一来罩内表面速度必然大于罩外表面速度,在轴线碰撞时,罩内壁部分得到极大速度成为射流,外壁部分则速度大为降低成为杵。挤压出来杵体和射流两部分,由于射流的前端和杵体的末端存在较大的速度梯度,并且沿着射流伸长方向梯度逐渐增大,射流自由运动的过程中不断的被拉伸,最后被拉断。为了保证形成的射流具有较好的侵彻能力,这就要求射流在运动过程当中达到一个理想的速度,同时也要求药形罩具有良好的延展性能,从而保证在一定时间****流不会被快速拉断,从而损失了其破坏性效果。因此,需要研究炸药的特性、药形罩的特性以及炸高的数值等,通过对各个TBLSC参数的研究可以优化整个结构,使其达到最大的侵彻破坏能力,用以得到最为理想的效果。

聚能射流形成过程放大示意图

 

聚能射流形成过程放大示意图
聚能射流形成过程放大示意图

 

聚能射流形成过程放大示意图

聚能射流形成过程放大示意图

 

聚能射流形成过程放大示意图

 

历史沿革

光面爆是沿设计开挖边界布置密集的炮孔,采取不耦合装药或者装填低威力炸药,在主爆破区前起爆用以形成完整的开挖轮廓面,而后衍生出预裂爆破以及聚能爆破技术。

聚能爆破技术,早在第二次世界大战就在军事方面广泛应用。国内在聚能破甲技术发展过程中,如敏感弹战斗部等方面取得了较为快速的发展。20世纪60年代打破国外的封锁技术独立自主研发成功原子弹,就是得力于聚能爆破轰击核装置而引爆原子弹。

20世纪60年代开始聚能爆破开始用于工程建设,首先是瑞典的U.Langefors提出,孔壁切槽爆破利用槽口应力集中定向开裂的设想,后经过W.L.Fourney验证是有效的。70年代国外广泛研究和应用了切槽爆破技术。

1984年武汉大学开始着手研究切槽爆破技术,1991年取得有关切槽工具、爆破参数等多项专利。

1992年长江科学院在宜江前坪长江可许愿试验基地进行过孔径40mm、孔距60cm、孔深3-4cm的块状石灰岩刻槽聚能预裂爆破解炮实验,实验结果壁面平整,因炮孔切槽工艺制约以及岩石固有裂隙等因素影响,一直未采用!

20世纪90年代以后水电开发的蓬勃发展和全国基本的大规模建设展开,工程建设学者们又产生了对聚能光面爆破技术的浓厚兴趣,进入21世纪后更是方兴未艾,设计出各种聚能装药装置,但是效果差强人意并未大规模进行采用。

2015上半年,高级爆破工程师魏华昌以及何广沂教授组建团队对聚能管光面爆破立项进行研究,2016年2月份研究成功,3月份推广并投入使用!

2018年3月1日,石门隧道爆破项目成功登陆CCTV10《走近科学》,其中使用的聚能光面爆破新技术已经在在全国范围内广泛使用并且进行技术改革。如宝汉高速石门隧道项目等等。

 

发展前景

半个多世纪以来聚能爆破、光面爆破有了飞快的发展,自从20世纪60年代初我国采用该项爆破技术以来工程爆破界无不给予极大的关注,都在想方设法为减少造孔量、降低爆破对保留岩体的危害而绞尽脑汁。“聚能管光面爆破技术”的研发成功。顺利地突破了这一技术的发展瓶颈,将轮廓控制爆破技术发展到了较为良好的境界,该项具有国际领先水平的爆破新技术在全国推广应用。采用该项先进技术将给企业带来巨大的社会经济效益并推动我国预裂、光面爆破的进一步发展。

聚能爆破发展前景


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