直列装药土中爆炸外部效应的研究.pdf

陈叶青 等 直列装药土中爆炸外部效应的研究 一 7 直列装药土中爆炸外部效应的研究 陈叶青 铁 道部科 学研 究院北京，l 0 0 0 8 1 丫 总参工程兵科研二所 I ，●一 1 F f 摘要本文利用高速摄影 的方法对直列装药土 中爆炸介质表面鼓包运动规律进 行 了研 究，同时对爆坑特性也进行 了探 讨。 关键词 直列装 药， 鼓包运动 ，爆坑 。 ， l 1 试验方案 到 目前为止 ，直列装 药的定义还众说纷 纭 ，没有统一 的定论 。这 里 采用把l 。 ／ w≥ 1 ． 5 、1 。 ／ d ≥2 0其中 1 。为装药长度 ，W 为 最小抵抗线、d为装药直径 作为直列装药 的基本 内容 ⋯ 。 我 们制定试验方案的出发点是，由于模 慷破移 6 9 拟 试验 规模 不 大 ，因此方 案 必须 具 有一 定 的 代表性 。具体来说，就是 线 装 药 密度取多 大 ，抵 抗线 变 化范 围至 少 要多 大 才 能反 应 出 一 定 的规 律 ，同时 ，试验 条 件必 须 尽 可能 与 实际情况相符 ，最大程度地减小误差 ，以保 证实验数据的置信度 。为此 ，我们制定如下 试 验方 案 表 1 直列装药试验方案 这 里所 用 的公 式 q P 0 ． 4 。 o ． 4 4 w 对硝 铵 炸药 其前 面 的系 数 取 小值 。 浅埋爆破 ，如果填塞不好 ，会放 “ 冲天 炮 ” ；再 者 ，填 塞的介 质 比较碎 ，破 坏 了介 质 原 状整 体结 构 ，这 样 ，介 质 的 鼓包 运动 会 与实际情况有较大的差异 。为了克服这个问 米本课题是在曹国栋、林学 圣、毛志远等教师指导下 完成的。 1 9 9 3 1 0 1 1 收 稿 维普资讯 7 o 爆 破 l 9 9 4 题 ，采用先挖垂坑后再掏斜槽 如图 1的 方法 ，让装药轴线上方 的介质保持原状 。另 外 ，为了保证拍摄鼓包运动的清晰程度及便 H H 8 药 坑立 体 图 W 3 5 m D6 5 6 ．At一 2 8e m 5 X 图 1 ． I 耍 一 ⋯ x H 于判 读 ，我 们在 平整 场 地 、树 立标 志 、制作 背影、同步控制起爆方面作了一些努力 ，收 到 了 较好 的 效果 。 W 一 4 O Cm D 5 8 ．5 △t 一 0 。2 5 m s 墨 卫 X 一 。一 5 0c m D 5 3． 3 3 △t 7． i 4 r n s 一 W O O c I 1 D 4 0． 8 △t 一 5 m s 图 2 鼓 包运 动轮 廓 线 图 说 明 D一 放 大率 △ t 一 鼓 包轮廓线的时间间隔 _ 且 {． 王’ { ． 0 J． ， 畦 ‘ ● r ● C } m△ C 二 0 Ij Ⅳ 维普资讯 陈叶青 等直列装药土中爆炸外邮效应的研究 2 鼓包运动特性 我们所使用的高速摄影机型号为前苏联 的C KCl M，每幅画面尺 寸 为 7 ． 4 1 0 ． 4 mm ，把它放在J Y I型缩型 阅 读器上判 读 ，从 鼓 包 运动 开始 到 鼓 包破 裂 ，每 隔 一 定 的时间间隔 ，画一条轮廓线，所 有这些轮廓 线叠加 ，就得出了鼓包运动的轮廓线图 。图 2是本项试验条件下不同抵 抗线的鼓包运动 轮廓线图 各一幅 。 2 ． I 起爆端位置对介质速度分布的影晌 通 过对一系列鼓包运动轮廓线图的观察 分析，发现起爆端对介质运动速度是有影’ 响 的，特别 是W／ Jq较小时 比较明显 。装药 上方介质运动速度最大的特征点离起爆端的 距 离大约是整个装药长度的l ／ 5 左右， 正对起 爆端上方介质的运动速度 大 于 另一端 。但 是，随着W／ ／ q的增加 ，这种 现 象越来越 不明显 ，整个装药上方的 鼓 包 运动趋于平 展，介质 运动速度差异越来越小 。因此 ，在 大抵抗线的爆破中 ，可 以认为起爆端位置对 介质的运动速度影响不大。 2 ． 2 鼓包开始 出现的时间t 。 与w／ ／ q’ 的关系 所 谓鼓包开始出现 的时 间就是指从装药 起爆到有明显的鼓包运动这段时间。试验结 果 见表 2。 表 2 鼓包开始出现的时间t 。 与 w ／ 的关系表 为什么会 出现这段时 间呢用于确 定时 标信号起爆导爆索的雷管与起爆装药的雷管 是串联的。在 2安培左右起 爆 电 流 的作用 下 ，雷管桥丝爆炸作用时 间的最大偏差 在 2 毫秒以 内。硝铵 炸药的爆速 约为3 0 0 0 m／ s ， I m长 装药 的传 爆 时 间 也 只 有 0 ． 3 3 ms 。在 本试验条件下 ，应力 波 在 土 壤中的传播速 度在 l O 0 0 m／ s 左右，即使取抵抗线为6 0 c m， 应力波传播到地表也仅需0 ． 6 ms 左 右 。如果 说是由于应力波到达 自由面时产生反射拉伸 波的作用使地表介质开始运动出现 H f j 显鼓包 的话，显然与试验结果不符 。那么 ，t 。 这段 时 间究竟消耗在哪里呢分析认为爆后 土 体介质要克服其重力，粘着力、内摩擦力等 才能向上运动，这必须有较大的能量作用 ， 而初始应力波所携带的能量是远远不够的 ， ．这就 只能 是 装 药爆 炸 气体 膨 胀 甯 l j 的 化 播 和 不 断传 播 到地 表 的应 力 波 等儿 个 方 面能 量的综合作用了 。 2 ． 5 鼓包运动速度 的分布规律 根据鼓包发展的过程可把鼓包表面速度 分为两个阶段 一是初 速 度 V。即鼓包开 始运动时的速度 ，反映在鼓包轮廓线图上 就 是第一条轮廓线所表示的速度 ，二是后期 平均速度V 反映在鼓包轮廓线 上 就是从 第二条 轮廓 线 起 ，直 到 鼓 包破 裂 ，有 土块 飞 散的那条轮廓线为止的所 有由轮廓线表示 的 运动速度的平均值 ，其速 度 与 相 似因子 W／ ／ ， q有一定关系 。在本试验 条 件下 ，当 W一4 0 c m时，初速度V。 并不大 于后期的平 均 速度 ； 当抵 抗 线 为4 5 c m、 5 0 c m、 5 5 c m时 ， 初速 度 V。 明 显大 于 后 期平 均 速 度 ，接 近两 倍的 关系 ；但 当 W 一6 0 c m时 ， 初速 度V。 相 对于后期平均速 度又有明显下降的趋势 。这 ”现 象 蝗 科牛 作 者所 做 的 集闭 药 一 l I I J 爆 炸的 试验 结 果很 相 似 通过对数据的归纳整理，可 得 到 反 映 维普资讯 7 2 爆 破 w／ , ／ q与V之间关系的表 3。 裹 3 w ／ , ／q与 V的关系裹 t 9 9 4 在计算机上回归处理 ，得到如下关系 一 V ； 5 6 8． 2 2 6 9 5 ． 4 4 4 5 9 ． 8 ,／ q 。 ～ 。 其 中 q ---- 1 ． 1 k w 。 1 一 n z ， k 是 与 装 药 及 介 质 性质有关的参数，对硝铵炸药在粘土中爆炸 取 k 1 ． 0 k g ／ m。 。有 关 单 位 W--N m， V一一m／ s ，q 一一 k g ／ m。 3 ■坑特性 5 ． 1 爆坑 与空腔的比较 这里的爆坑指单 自由面条件下直列装药 飞散爆破所形成的爆坑形状 ，空腔是指在无 限介质 中直列装药爆炸所形成的空腔。 爆坑的开 口形状可以绘制 成图 3。 A I A 3 图 3 爆坑 开 口形 状 图 在本试验条件下 ，对大量实验数据的处 理得到如下规律 D l ≈D 2 Y l ≈ Y 2 D d ≈血 D 0 ． 6 △D 一 ’ ～ ≈ 告 o ．8 5 维普资讯 1 9 9 4 陈叶青等直列装药土中爆炸外部效应的研究 有的爆破工作者 ． ‘ ． j利 用X光照相 为纯太安、长径 比为2 11，介质为普通地 得到直列装药在无限介质中爆炸最终爆炸空 表粘土 ，密度为1 ． 8 g ／ c m。 ， 含 水量在1 5 ， 、 一 腔纵断面形状图 图 4，其条件是装药 1 6 ％之间。 图4最终爆炸空腔纵断面形状和尺寸 对于此空腔的结论是 AL ≈0 ．6， 告一 罟一 0 ． 9 3 最 终 空 腔 是 对 称 的 与 起 爆 端无 关 。 这个结论与爆坑的开口形状很相似 ，尽 管试验条件有些不同 ，但至 少 能 给我们启 示 两者之间的内在联系是很紧密的。 5 ． 2 爆坑开口形状 的绘 制 设计 一 项 土石 方 爆破 工 程 ， 要 预 估 方 量 ，确定开 口尺寸是很重要的 ，通过对本次 试验的数据处理 ，我们总结出 “ 八点法”绘 制爆坑开口形状 ，如图 3 所示 。 无论 直列装药多长 ，只要定出这八点 A l 、A 2 、A 8 、A‘ ，A E 、A 6 、Bl 、B 2， 爆坑形状 就能基本绘出。定点的方 法为 Al A 2 2 n w n ， 爆破 作用指数 ；w、抵 抗线 A 3 A ‘ A 5 A e 一 0 ． 8 5 A l A 2 _ _0 ． 3 A一 , 一A 4 对今后工作的几点建议 4 ． 1 对鼓包运动的研究 在同样的线装药密度下 ，把飞散爆破 、 松散爆破的鼓包运动一直到没有明显的鼓包 出现 的整个抵抗线范围与对应的鼓包运动速 度进行分析，这对研究介质运动的本质规律 是很有意义的。 4 ． 2 对爆坑 的研究 加大试验范围，减少影响 因素，在各种 不同的介质中进行试验 ，这对获得更准确的 爆坑参数计 算公式和绘制方法以及推广应用 是很有必要的。 4 ． 5 加强机理分析 ，找 出合 乎 实膏 } 的理论 推导 同时 ，通过不同的试验手段，把空腔的 发展 、鼓包运动 以及最后形成爆坑整个过程 一下。 ． ’ 卡。 上 一 o ． ． 』 维普资讯 7 4 坶 破 1 9 9 4 联系起来研究。这是一个工作量大 ，比较复 杂而且也是相 有意义的题目。 参考 文献 1、金骥 良 、冯叙 瑜 。延 长 药 包爆 破 漏 斗特 性的试验研究。 硕士论文 ，1 9 8 2 2、顾道 良等 。土岩爆破中 的 商 速 摄影方 法 。土 岩爆 破 文 集 。 1 9 8 0 3、许连坡等。土 中爆破鼓包运动 的X光摄 影研究 研究报告 。1 9 8 2 4、龙源等。条形装药土中爆炸空腔发展过 程的实验研究 。爆炸与冲击。1 9 8 8 3 5、龙 源 ，条 形 装 药土 中爆 炸空 腔发 展过 程 的试验研究 硕士论文 。1 9 8 7 Te s t Re s e a r c h o f Qu t e r Ef f e e t o f L i n e a r Ch a r g e Bl a s t i n g i n S o i l Ch e n Ye q i n g Zh a i H ／．／ a n Ch i n a Ac a d e my o f Ra i l wa y S c i e n c e s t h e S e c o n d Re s e a r c h l n s t i t u t e o f t h e En g i n e e r s Co r p s o f Ge n e r a 1 S t a f f He a d q u a r t e r ABS TRACT l a t h i s。p a r ， ． t ．he l a w o f me di um s u r f a c e o f b u l g i n g mo t i o n o f l i ne a r c ha r g e b l a s t i n g i n s o i l i s s t u d i e d b y wa y o f h i g h s pe e d p h 0 t o g r a p h 。 I n t he me a n t i me , he c ha r a c t e r o f b l a s t i n g t n n e l i s i n q u i r e d i n t o 。 KEY W O RDS l i ne a r c ha r g e ，b u l g i n g mo t i o n，b l a s t i n g t u n e l 上接 第8 6 页 满桶 时 ，由 于桶 内外水 压 力平 衡 ，阀片 借助 其大于水 比重的重力往下沉降随即关 闭桶底 入水孔。此时往上拉系桶绳提桶将水排至孔 外。经试验，阀片沿固定于桶底之三根螺栓 上下移动 蓝 由置于每 根螺栓之导向套管进 行阀片移动 中的平衡 ，阀 片 开 启 与关闭灵 活 ，谴且 密 闭效 果 好 。 4疏干效果 将底 阀桶用于对深 1 3 m、孔径 1 5 0 mm、 水 柱高 度 3 m的集 水 炮孔 进 行 疏 干 ，人工提 排速度为3 0 秒 钟一桶 9分钟计 1 8 桶即可完 成疏干工作 。经疏干的炮孔与其他炮孔同时 装药起爆 ，爆破效果均很好。 5 结论 底阀桶疏干集水炮孔的方法对钻凿在非 含水岩层中的集水炮孔 以及微浸水炮孔进行 疏干，是一种简单易行和行之有效的方法。 在矿山穿孔爆破工作 中应用该法 能充分利用 集水炮孔 ，从而减少穿爆工作量 ，降低穿爆 成本，获得 较好的经济效益。 进一步改进和完善此方法 ，可将桶高增 加为 1 m， 以提 高 排 水效 率 。还 可 在 集水 炮 孔 口安置带滑轮的三角滑架 ，以减轻提排水 的劳动强度。 维普资讯