一种水下爆破聚能弹及布设方法 |
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| 申请号 | CN201710554050.8 | 申请日 | 2017-07-09 | 公开(公告)号 | CN107218862A | 公开(公告)日 | 2017-09-29 |
| 申请人 | 贵州大学; | 发明人 | 张义平; 严鸿海; 陈德林; 陈少佳; 涂宣培; 陈炳君; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 水 下爆破聚能弹及布设方法，包括 外壳 ，在外壳底部嵌入垫板，在垫板正上方的外壳内安装药型罩，在药型罩上方的外壳内填充主装药，起爆点位于外壳上端且该起爆点与主装药连通，在起爆点处设置密封板实现外壳的密封，在垫板与药型罩之间设置密封的塑料 泡沫 实现外壳下端隔水，在主装药内设置隔板，本发明施工方便、快捷、初始投入低，相比普通裸露药包水下爆破能 更好的满足水下施工的需要，降低水下爆破工程成本，进一步提高经济效益。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种水下爆破聚能弹，包括外壳（4），其特征在于：在外壳（4）底部嵌入垫板（9），在垫板（9）正上方的外壳（4）内安装药型罩（5），在药型罩（5）底部沿边设置连接圈（7）且该连接圈（7）与外壳（4）内表面贴紧，在药型罩（5）上方的外壳（4）内填充主装药（8），起爆点（1）位于外壳（4）上端且该起爆点（1）与主装药（8）连通，在起爆点（1）处设置密封板实现外壳（4）的密封，在垫板（9）与药型罩（5）之间设置密封的塑料泡沫（6）实现外壳（4）下端隔水，在主装药（8）内设置隔板（3）。 |
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| 说明书全文 | 一种水下爆破聚能弹及布设方法技术领域[0001] 本发明涉及水下爆破施工技术领域，尤其是一种水下爆破聚能弹及布设方法。 背景技术[0002] 目前，水下炸礁工程主要采用水下钻孔爆破方法进行施工，该方法需要配备炸礁船及相应设备，所钻孔通常有1.8m的超深，且水下钻孔爆破作业环境比较复杂，既受水面风浪、海潮涌浪、河流水位、水 流速度、泥砂运动等因素影响，又因爆破介质处于水饱和状态并受水 层压力和水的阻力双重作用，因此钻孔定位、开孔精度、炮孔装药堵 塞质量控制均较陆地施工困难，容易产生偏差；尽管水中裸露药包爆 破比钻孔爆破具有施工简单、机动灵活、易于掌握、无需特殊设备等 优点，但其爆破单位炸药消耗量大、效率较低、爆破效果准确性差、 有害效应较大，并受水文气象条件的限制，而且一次破碎深度一般也 仅仅在1.0～1.5m；这对于小工程量及岩层较薄的工程成本太高，很不经济，为了提高其一次破碎深度，有必要采用一种方便、快捷、初始投 入低的方法来降低工程成本，进一步提高经济效益。 发明内容[0003] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种水下爆破聚能弹及布设方法，解决将陆地上聚能爆破技术应用于水下炸礁，降低水下爆破工程成本 ，进一步提高经济效益等问题，以克服现有技术的不足。 [0004] 本发明是这样实现的：一种水下爆破聚能弹，包括外壳，在外壳底部嵌入垫板，在垫板正上方的外壳内安装药型罩，在药型罩5底部沿边设置连接圈7且该连接圈7与外壳4内表面贴紧，在药型罩上方的外壳内填充主装药，起爆点位于外壳上端且该起爆点与主装药连通，在起爆点处设置密封板实现外壳的密封，在垫板与药型罩之间设置密封的塑料泡沫实现外壳下端隔水，在主装药内设置隔板。 [0005] 前述的一种水下爆破聚能弹中，所述药型罩为圆锥形或半球形结构。 [0006] 前述的一种水下爆破聚能弹中，所述外壳为圆柱形筒状结构，该起爆点的中心线、药型罩的中心线、隔板的中心线和主装药的中心线与外壳中心线重合实现轴对称轴向聚能装药。 [0007] 前述的一种水下爆破聚能弹中，在外壳沿边设置吊环，该吊环沿着外壳的中心线呈中心对称分布。 [0008] 前述的一种水下爆破聚能弹中，所述的隔板在药型罩底面上投影是药型罩底面积的2/3，隔板厚度是药型罩壁厚的0.8～5倍。 [0009] 一种水下爆破聚能弹的布设方法，该布设方法采用潜水员敷设或采用沉排法投放，敷设法是先对船进行准确定位，充分利用水底孤石、礁石通常固有的多面临水的特点和受长期侵蚀形成的表面凹凸不平形状，潜水员潜入水下将聚能药包紧贴于水下孤石顶部凹岩，然后上压沙袋等重物固定；采用沉排法是将聚能弹进行投放，利用重沙袋进行定位，安放聚能弹前清理水下岩面表层淤泥和浮渣；聚能弹从开挖边界向中心布设，最外侧聚能弹至开挖边界距离在1至2m，药包间距1.5～2m，按同心圆方式布设：井筒中心布设1个聚能弹，以此为圆心，半径为2m的圆周上布设6个，离开挖边界1m的圆周上布设12个；在爆区水面上，采用浮箱组成方型框架平台，用尼龙绳拉成坐标网，定出每个聚能弹的坐标，用浮吊将聚能弹沉入水底；采用导爆管雷管引爆聚能弹，防水导爆管传爆；每层分两次爆破，每次爆破9～10聚能弹。 [0010] 前述的一种水下爆破聚能弹的布设方法中，导爆管雷管采用的起爆网路是交叉复式网路，即在每个聚能弹中插入两发导爆管雷管，两发雷管是并联连接的，然后把插入聚能弹里所有的导爆管雷管用两发连接在一处，然后在船上用导线连接电雷管起爆网路。 [0011] 前述的一种水下爆破聚能弹的布设方法中，用雷管起爆导管网路时，起爆导爆管的雷管与导爆管捆扎端端头的距离应不小于15cm，应有防止雷管聚能穴炸断导爆管的措施，所以导爆管应均匀地敷设在传爆雷管周围并有胶布等捆扎牢固。 [0013] 附图1是本发明的结构示意图；附图2是本发明的横断面视图； 附图3是本发明的布设示意图。 [0014] 图中：1为起爆点、2为吊环、3为隔板、4为外壳、5 为药型罩、6为塑料泡沫、7为连接圈、8为主装药、9为垫板。图3为水下聚能药包布置示意图，10为爆破工作船、11为水面、12为聚能 弹、13为礁石、14为导爆线路、15为无线遥控起爆装置。 具体实施方式[0015] 本发明的实施例：一种水下爆破聚能弹，如附图所示，包括外壳4，在外壳4底部嵌入垫板9，在垫板9正上方的外壳4内安装药型罩5，在药型罩5底部沿边设置连接圈7且该连接圈7与外壳4内表面贴紧，在药型罩5上方的外壳4内填充主装药8，起爆点1位于外壳4上端且该起爆点1与主装药8连通，在起爆点1处设置密封板实现外壳4的密封，在垫板9与药型罩5之间设置密封的塑料泡沫6实现外壳4下端隔水，在主装药8内设置隔板3。 [0016] 其中该药型罩5为圆锥形或半球形结构，该外壳4为圆柱形筒状结构，该起爆点1的中心线、药型罩5的中心线、隔板3的中心线和主装药8的中心线与外壳4中心线重合实现轴对称轴向聚能装药，在外壳4沿边设置吊环2，该吊环2沿着外壳4的中心线呈中心对称分布，该隔板3在药型罩5底面上投影是药型罩5底面积的2/3，隔板3厚度是药型罩5壁厚的0.8～5倍。 [0017] 一种水下爆破聚能弹的布设方法，该布设方法采用潜水员敷设或采用沉排法投放，敷设法是先对船进行准确定位，充分利用水底孤石、礁石通常固有的多面临水的特点和受长期侵蚀形成的表面凹凸不平形状，潜水员潜入水下将聚能药包紧贴于水下孤石顶部凹岩，然后上压沙袋等重物固定；采用沉排法是将聚能弹进行投放，利用重沙袋进行定位，安放聚能弹前清理水下岩面表层淤泥和浮渣；聚能弹从开挖边界向中心布设，最外侧聚能弹至开挖边界距离在1至2m，药包间距1.5～2m，按同心圆方式布设：井筒中心布设1个聚能弹，以此为圆心，半径为2m的圆周上布设6个，离开挖边界1m的圆周上布设12个；在爆区水面上，采用浮箱组成方型框架平台，用尼龙绳拉成坐标网，定出每个聚能弹的坐标，用浮吊将聚能弹沉入水底；采用导爆管雷管引爆聚能弹，防水导爆管传爆；每层分两次爆破，每次爆破9～10聚能弹。 [0018] 其中该导爆管雷管采用的起爆网路是交叉复式网路，即在每个聚能弹中插入两发导爆管雷管，两发雷管是并联连接的，然后把插入聚能弹里所有的导爆管雷管用两发连接在一处，然后在船上用导线连接电雷管起爆网路，用雷管起爆导管网路时，起爆导爆管的雷管与导爆管捆扎端端头的距离应不小于15cm，应有防止雷管聚能穴炸断导爆管的措施，所以导爆管应均匀地敷设在传爆雷管周围并有胶布等捆扎牢固。 [0019] 具体制作及使用时利用水下聚能爆破技术开挖基岩不仅要求有一定的破碎深度，而 且要求有一定的破碎体积。深度和体积之间是相互制约的，在满足一 定的爆破深度的前提下，应尽可能的获得最大的爆破破碎体积。这一 点不同于通常的聚能装药穿孔。这样可以按照的药包间距排距布置药 包，实施水下基岩简便快速的爆破开挖。为了达到聚能装药提高水下 裸露药包爆破作用的目的，很重要的一个问题是要解决好药型罩下方 的聚能穴排水和防水。因为水在高压下是不可压缩介质，一旦聚能穴充水，爆破后药型罩就不能正常形成射流，从而达不到聚能爆破的目的。因此，排水或防水措施很重要。 [0020] 显然，聚能弹水下爆破技术发明涉及两方面的内容：一是合理选择和确定药型罩的材质、尺寸、炸药的品种类型等。 [0021] 二是聚能弹的应用方案研究，包括现场施工中的布弹参数设计以 及聚能弹定位方法和安全性能等。 [0022] 本发明的关键在于将陆上聚能射孔技术应用于水下爆破，结合实际水下爆破施工的操作便利，确定采用轴对称轴向聚能装药。本发明 中的聚能装药包括起爆装置、装药、外壳、药型罩(又称聚能罩)，起 爆点位于装药顶部中心，药型罩位于装药底部。通过合理现场聚能弹 爆破实施方案，更好的满足水下施工的需要，降低水下爆破工程成本 ，进一步提高经济效益。以下结合附图对本发明技术方案作详细描述 ，但本发明并不限于以下的描述内容。 [0023] (1)药型罩材质和厚度药型罩的作用是把炸药的爆炸能转化为罩体材料的射流动能，从 而提高其穿透能力。 药型罩的材料必须满足四点要求，即可压缩性小 、密度高，塑性和延展性好，在形成射流过程中不汽化。聚能装药的 药型罩的材质采用常规的药型罩材质，一般为铜、铁、钽、铝、铅、 锡及其合金材料，或其他可塑性金属材料和非金属材料。聚能装药穿 孔时，采用不同材质的药型罩的穿孔效果不一样，我们需要的爆破破 碎效果不仅有适宜的深度，而且需要有一定的破碎范围，而不是单纯 追求破碎深度。相同条件下，采用紫铜、生铁、钢、铝做药型罩材质 时穿透深度依次减小，但铝材加工比较方便，且成本低，因此，确认采用铝作为药型罩的材质，当然为了对比穿孔效果也可以选择紫铜做一下对比。 [0024] 药型罩的厚度以保证药包在加工和使用中的安全可靠来确定，不能太薄。同时结合加工工艺和成本，厚度也不宜过大。可以通过常规 实验确定药型罩厚度的具体数据。 [0025] (2)药型罩形状药型罩的剖面形状有多种，常用的有圆锥形和半球形药型罩。半球形药型罩形成的射流比圆锥形药型罩的粗，但其射流速度略低。据此，实践中人们发现，对于破碎中等强度的介质，使用半球形药型罩 效果较好。穿孔或破碎岩石的聚能装药是轴对称的。从加工工艺来说，铝质采用半球形加工比较方便，且半球形药型罩与圆锥形相比，穿孔的孔径比较大，也就是说，在破碎岩石时，其破碎范围会稍大，因此，我们选择半球形药型罩。加工出的药型罩要求厚度均匀，成型规整，罩底周边圆滑无毛刺(以免毛刺割破防水塑料袋)。 [0026] (3)装药类型水下爆破破碎岩体，药包位于需要爆破岩体的上方，结合实际水 下爆破施工的操作便利，确定采用轴对称轴向聚能装药(药型罩为锥形)。炸药的爆炸威力对聚能装药的爆破破碎效果有很大的影响。理论分析和实验研究表明，在破靶试验中，影响破靶威力的主要因素是爆压。随着爆压的增加，破靶深度和孔容积都增加。根据爆压的计算公式可以知道，爆压跟炸药密度的一次方、爆速的二次方成 正比。而炸药密度又对炸药爆速有很大影响。因此，应保证稳定的高 爆轰速度和一定的装药密度。根据以往研究及工程经验，聚能弹所用 炸药的爆速应大于6000m/s，密度大于1.20g/cm3。水下爆破的一个重要 问题是炸药的防水。 常用的乳化炸药有很好的防水性能，但爆速普遍 不够高，应根据需要专门研制特殊的乳化炸药，在乳化炸药中添加一 定的单质炸药，使得乳化炸药爆速超过6000m/s。实验表明，该种乳化 炸药完全能满足水下聚能爆破的要求。本发明即选用该种炸药。 [0027] (4)壳体水下爆破的药包应有足够的比重，以保证顺利自沉。壳体对作用 在药型罩上的有效药量有很大影响。但研究及实践表明，厚度仅为1mm 多的外壳，在几千克炸药的爆炸作用下，其影响可以忽略不计。但增强药包的径向约束，在没有隔板的情况下，对提高聚能装药爆破效果 非常有利，有利于爆炸能量的充分利用。但受到工程应用中的实际条 件限制，径向约束必须考虑如下因素： (1)材料消耗量。 [0028] (2)控制药包结构的密度必须接近1.5，以利于药包水中就位、加工方便。 [0029] (3)必要的强度和刚度。 [0030] (4)目前采用较多的外壳材料有钢、铝、铁板、竹筒、PVC管等。 [0031] 根据计算，确定采用一定壁厚的铁管作为径向约束，同时也起配重的作用。本发明中采用钢管作为药包外壳，故聚能药包是圆柱型的 ，钢管型号根据实际需要选取。对确定的钢管材料，需要进行如下加工过程：(1)将钢管首先切割成一定长度的的短钢管，长度可根据工程情况 由实验确定； (2)对两个切割断面进行打磨，打磨成圆滑棱角，避免直棱角；一 方面可以方便施工作业；另一方面可以保护药包包装的塑料袋； (3)焊接三个吊环，作为提升支点； (5)隔板 隔板的作用是用来改变爆轰波的传播路线，使作用药型罩壁面上 的爆轰波与壁面的夹角发生改变，增大压垮速度，提高药型罩的变形 能；因而在一定条件下，隔板能提高聚能装药的穿透作用。隔板的材 料可以选择塑料、木材、石墨等惰性材料。隔板尺寸和材料可以根据 实验确定。另外，研究表明药包外壳对隔板的作用有影响；在有外壳 约束比较强的条件下，增加隔板对增强爆破穿孔效果的作用并不明显 。因此，为节约成本并简化聚能弹的制作工艺，可在聚能弹设计中考 虑不设置隔板。 [0032] (6)支架高度水下爆破破碎岩体，药包位于需要爆破岩体的上方，实验表明，水深2.2m不变时，随着药包深度从0.1m至1.5m增加，水底岩土中的 爆破破碎漏斗直径和深度都逐渐增大。就是说一定条件下药包越接近 爆破介质，则破碎范围和体积增大。同时考虑到水下的装药排水问题 、加工药包便利以及药包安放的稳定性，确定支架高度为零，即聚能 药包直接置于需要爆破岩石的表面上(安放药包前需清理表层淤泥和 浮渣)。聚能穴处于药包与岩石接触的界面位置，使聚能流射向需要爆 破的岩石。 [0033] (7)引爆根据实践，非电雷管在不采取任何措施的情况下，在20米水深中浸泡10小时仍能完全起爆乳化炸药。所以，可以采用导爆管雷管来实 施现场的水下炸药的引爆。关键问题是必须采取切实可行的措施，不 让水进入到传爆的导爆管中。方法有二，一是不剪断导爆管脚线，保 持其密封，并在施工中注意保护脚线，采用簇联方式引爆药包；二是 采取一定的悬挂措施，将连接头悬出水面，可以采用陆地的导爆管连 接器连接。为了抗海水涌浪的冲击，导爆管固定到尼龙绳上。 [0034] (8)药包形状及参数选取考虑到采用的铁管约束，药包为粗细一致的圆柱形。相关试验认为 ，药包的直径和高度的比例值在0.74～0.95之间对穿孔深度和孔径均没 有影响；同时考虑到爆破的目的不仅仅是穿孔，药包高度不宜过大； 为此，参照药包直径大约为高度的0.74～0.95倍设计药包。 [0035] (9)防水问题的解决水下爆破的一个重要问题是炸药的防水。因为水在高压下是不可 压缩介质，一旦聚能穴充水，爆破后药型罩就不能正常形成射流，从 而达不到聚能爆破的目的。为了达到聚能装药提高水下裸露药包爆破 作用的目的，可在半球形药型罩内充满一种不吸水且对药型罩的聚能 作用影响不大的物质。本发明采用泡沫塑料作为这种充填物质。参考 《井巷工程施工手册》P2-143，各种泡沫塑料的吸水性有差别，聚氯 乙烯泡沫塑料不吸水，可发性聚苯乙烯泡沫塑料的吸水性小，聚氯脂 泡沫塑料的吸水性好。因此，选择不吸水的聚氯乙烯泡沫塑料。 [0036] 首先根据半球形药型罩的尺寸加工半球形泡沫。为了施工方便，并 有利于发挥其排水作用，将加工好的半球形泡沫与药型罩粘接成一体 (泡沫置于半球罩内)，形成泡沫和药型罩组合体。这样，既方便了爆 破现场的施工，又确保在施工过程中泡沫不移位。 [0038] (10)药包投放施工方法采用潜水员敷设法，先对船进行准确定位，根据水下岩石的硬度 和分布情况设计不同重量的药包和药包间距，充分利用水底孤石、礁 石通常固有的多面临水的特点和受长期侵蚀形成的表面凹凸不平形状 。潜水员潜入水下将聚能药包紧贴于水下孤石顶部凹岩，然后上压沙 袋等重物固定，此时孤石因孤石底部反力大，位移小，破碎效果自然 增大。潜水敷设法定位准确，接触牢靠，能够达到更好的爆破效果。 [0039] (11)起爆网路设计考虑到水流的作用，为了方便于施工，本发明采用的起爆网路是交叉复式簇联网路。即在每个聚能弹中插入两发导爆管雷管，两发雷管是并联 连接的，然后把插入聚能弹里所有的导爆管雷管用两发或三发电雷管 连接在一处，然后在船上用导线连接电雷管后起爆网路。采用交叉复式簇联法连接网路，可以使水下爆破的网路连接不易产生错误，操作方便，爆破效果也较好。 |
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