雷管爆炸对邻近导爆管影响的试验研究.pdf

第3 1 卷第1 期 爆破 V o l 3 1N o - 1 2 0 1 4 年3 月B L A S T I N G M a r ．2 0 1 4 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 4 ．0 1 ．0 2 8 雷管爆炸对邻近导爆管影响的试验研究 胡升海，房泽法，熊鹏，巫雨田，郑文强，何怡 武汉理工大学资源与环境工程学院，武汉4 3 0 0 7 0 摘要在导爆管雷管起爆网路中，传爆雷管爆炸产生的破片及金属射流易对邻近导爆管产生影响，致使 网路传爆中断。对8 。铝壳工业导爆管雷管爆炸对侧向及轴向不同距离导爆管的影响进行了试验研究，得到 侧向导爆管可被起爆的最大间距为1 0c m 左右，被切断的最大间距为1 2c m 左右，被损伤的最大间距为 1 5e m 以上的结论。导爆管被聚能射流击中后可能出现两种情况被击断且被起爆，被击断未被起爆。可被 起爆的最大间距在1 7 ．5e m 左右，被击断的最大间距在7 0c m 以内。 关键词雷管爆炸；邻近导爆管；影响距离；断爆 中图分类号T Q 5 6 5 ．2 ；T J 4 5 7 文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 4 0 1 0 1 1 8 0 6 E x p e r i m e n t a lS t u d yo nE f f e c to fD e t o n a t o r E x p l o s i o no nA d j a c e n tN o n e lT u b e H U S h e n g h a i ，F A N GZ e - f a ，X I O N GP e 增，形U 玩一t i a n ，Z H E N GW e n q i a n g ，H EM S c h o o lo fR e s o u r c e sa n dE n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g ， W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t I nN o n e ld e t o n a t o rn e t w o r k ，t h es h a p e dc h a r g ej e ta n dm e t a lf r a g m e n t sp r o d u c e db yd e t o n a t o re x p l o s i o nw e r el i k e l yt oi m p a c ta d j a c e n tN o n e lt u b ea ts o m ed i s t a n c ea n df u r t h e ri n t e r r u p tt h ed e t o n a t i n gn e t w o r k ．T h ee x p e r i m e n t a ls t u d i e so ne x p l o s i o ne f f e c t o f8 4a l u m i n u mi n d u s t r i a lN o n e lt u b ed e t o n a t o ro nl a t e r a la n da x i a la d j a c e n t N o n e lt u b ea td i f f e r e n td i s t a n c e sw e r ec o n d u c t e d ．R e s u l ts h o w e dt h a tt h em a x i m u md i s t a n c et h a tt h eN o n e lt u b ec o u l d b ei n i t i a t e di nl a t e r a ld i r e c t i o nw a s1 0c m ，a n dt h em a x i m u ml e n g t hw h i c hc o u l db ec u to f fw a s1 2e m ，a n dt h ed a m a g ed i s t a n c ew a so v e r1 5c m ．T w oc a s e so fb e i n gc u to f fo c c u r r e d ，b e i n gi n i t i a t e do rd a m a g e db ys h a p e dc h a r g ej e t ． T h ea x i a la d j a c e n tm a x i m u md i s t a n c et h a tt h eN o b e lc o u l db ei n i t i a t e dw a sa b o u t1 7 ．5e m ，w h i l et h a tc o u l db ec u to f f w a sp r o b a b l ya b o u t7 0c m ． K e yw o r d s d e t o n a t o re x p l o d i n g ；a d j a c e n tN o n e lt u b e ；e f f e c td i s t a n c e ；i n t e r r u p t i o no fd e t o n a t i o np r o p a g a t i n g 在工程爆破中，常采用雷管对导爆管进行起爆 或传爆。雷管爆炸对外的作用形式在近处以爆炸气 体及冲击波为主，一定距离外以管壳破片为主⋯， 因此除能起爆与其直接相连的导爆管外，也易对与 其邻近一定距离处的导爆管产生影响。廖小翠对纸 收稿日期2 0 1 3 0 9 0 5 作者简介胡升海 1 9 8 9 一 ，男，湖北广水人，硕士研究生，从事爆破 工程与器材的研究， E m a i l h u s h 2 0 1 4 s i n a ，c o m 通讯作者房泽法 1 9 5 4 一 ，男，武汉理工大学教授， E - m a i l f a n g z e f a 2 6 3 ．n e t 。 壳雷管爆炸对邻近导爆管的影响作了试验研究旧o ， 得到雷管爆炸对导爆管的侧向影响距离为1 5c m ， 轴向影响距离为1 6e m 的结论。工程中现主要使用 金属壳雷管，金属壳雷管爆炸对邻近导爆管的影响 主要表现在爆炸冲击波、金属破片及金属聚能射流 对侧向或者轴向前方一定距离处的导爆管的损伤或 切断，从而引起导爆管及其网路的传爆中断∞j 。课 题通过金属铝壳雷管爆炸试验，研究其对侧向及轴 向导爆管的影响。 万方数据 第3 1 卷第1 期 胡升海，房泽法，熊鹏，等雷管爆炸对邻近导爆管影响的试验研究 1 1 9 1 雷管爆炸对侧向导爆管影响的试验 1 ．1 试验装置与方法过程 为研究雷管爆炸对侧向邻近导爆管的影响，制 作加工一固定雷管与导爆管的简易木架。首先在木 板正中心处钻一直径比雷管外径略小的孔，用以穿 过导爆管雷管的导爆管及雷管头部的卡口皮塞，从 而使雷管得以固定；然后以中心孔为圆心在间隔 4 5o 的八个方向等距离钻孔，孔径约为3I n n ，钻孑L 距 离在试验中首先取5c m ，之后根据需要调整，分别 为2c m 、3c m 、4c m 、8c m 、1 0 ／2 1 1 3 、1 2c m 、1 5c m 等c 在矩形木板四角钉等高木条，从而制成试验所需木 架。试验时，导爆管上端穿过小孔固定，下端用具有 同样小孔的纸板固定，以尽量保持所有导爆管竖直， 并在纸板上加小块木板以防纸板被雷管聚能射流击 坏。1 0c m 、1 2c m 、1 5c m 间距试验周围用1 6 根导爆 管以增大破片击中导爆管的机率。安装好导爆管及 雷管的试验装置如图1 所示。 图1雷管爆炸对侧向导爆管影响的试验装置 F i g ．1E x p e r i m e n t a la p p a r a t u so ne f f e c to fd e t o n a t o r e x p l o d i n gt ol a t e r a la d j a c e n tn o n e lt u b e 所用雷管为某厂生产8 } } 铝壳工业导爆管雷管。 为在实验室内进行试验，并利用高速摄像机记录观 察其过程，制作加工一简易爆炸木箱 木箱为11 3 3 3 立方体，正前方为8m m 厚有机玻璃，上方留空，其 余4 面为1 0I B m 厚木芯板 ，经多次雷管爆炸试验， 箱体及有机玻璃安全可靠。 每种距离的试验次数为1 4 次不等，每次试验 都辅以高速摄像机观察记录其过程，试验后记录导 爆管出现的起爆、炸断、破损及熏黑等损伤情况。因 相机性能、光源等原因，试验中未能观察到雷管破 片，因此无法确定是热爆炸气体、冲击波还是破片对 导爆管进行的作用，是单独的作用还是联合的作用， 各自作用的距离范围是多大。高速摄像仅起到记录 校验作用。 1 ．2 试验结果与分析 1 ．2 ．1 试验结果 雷管爆炸对邻近2c m 、3c m 、4c m 、5c m 、8c m 、 1 0c m 、1 2c m 、1 5c m 不同距离导爆管作用后的图像 如图2 所示。影响情况统计如表1 所示。试验中的 间距是指雷管与导爆管轴心线之间的距离。 强馥谣’g 鬻带⋯囊z 。j 。螽‘蕊霉一。j i ， 誓霪，；；。踅罐 J 冬i 二 7 南 F j 。曝灼m ．| 【j J 小i j 肼，f 岛导I } 桀。F j ’口9 托i 1 钌；啜片 F i g ．2D a m a g ep i c t u r c su 1d e t , n a t o le x p l o d i n gt o l a t e r a la d j a c e n tn o n e lt u b eo fd i f f e r e n td i s t a n c e 1 ．2 ．2 结果分析 雷管爆炸后，随着距离的增大，热爆炸气体及冲 击波的能量迅速衰减，因此导爆管被雷管起爆及炸 断的概率会降低。表1 中导爆管的起爆率基本符合 这一规律，但炸断率却出现1 0c m 间距的导爆管无 一根被炸断而1 2c n l 间距的导爆管却有一根被炸断 的现象，这是因为雷管对外作用形式在一定距离后， 由以爆炸气体及冲击波为主，变为以破片为主。破 片经过一定距离的扩散，空问分布的密集度变小，破 片能否击中导爆管具有一定的概率，且即使击中也 不能保证能切断导爆管。由于试验中导爆管数量还 不够多，试验次数也偏少，所以才会出现如此现象。 若增加导爆管数量及试验次数，肯定会出现导爆管 距离越远被炸断或切断的概率越低的结果。 观察发现，导爆管被炸断或破损最严重的部位基 本相同，未被炸断的导爆管都出现2 ～4 个不同程度 的破孑L 。测得所用雷管总长度为6 ．5 5c n l ，雷管头部 卡口塞的软塞长度为0 ．5 0c n l ，即安装好的雷管尾部 离顶板距离为6 ．0 5c m 。测得爆后雷管离顶板距离 3 ．1 5c m ，即雷管尾部有2 ．9 0c m 被炸掉。测得2c m 、 万方数据 爆破 2 0 1 4 年3 月 3c m 、4c m 、5c m 间距试验被炸断部位离顶板距离基 本集中在4 ．5 ～7 ．51 2 m 之间，并以6 ．5 ～7c m 居多，且 未被炸断的导爆管出现的2 ～4 个不同损伤程度的破 孔也基本集中在离顶板4 ．5 7 ．5c m 范围内。8c m 、 1 0 3 m 、1 2c m 、1 5 3 m 等试验中，同距离试验时各导爆 管破损部位基本相同，但随着距离的加大，导爆管破 损部位离顶板距离会增大并稍微超出7 ．5c m ，这是由 雷管爆炸后破片飞散的方向性所致。侧向破片并不 是无规律的飞散，理想瞬时爆轰条件下，破片沿其管 壳法线方向飞散，而非理想条件下实际破片飞散方向 与起爆位置和爆轰波传播方向有关，因此会由法线方 向稍偏向爆轰传播方向MJ 。 表1 雷管爆炸对侧向导爆管影响情况统计 T a b l e1E f f e c tc o n d i t i o ns t a t i s t i co fo fd e t o n a t o r e x p l o d i n gt ol a t e r a la d j a c e n tn o n e lt u b e 间距／序次炸断或起爆情况 c m 炸断起爆 封％率／O ／o 雷管爆炸时的起爆能力分布如图3 虚线内所 示‘5 | 。 图3 雷管爆炸时的起爆能力分布 F i g ．3 I n i t i a t i n ga b i l i t yd i s t r i b u t i o no fd e t o n a t o re x p l o d i n g 由表1 可知，随着导爆管与雷管间距的增加，导 爆管除了出现炸断的情况减少外，受损情况也减轻， 主要表现在两个方面一是导爆管被熏黑状况的减 轻。2c m 至5c m 距离可以观察到导爆管靠近雷管 一侧被严重熏黑，8c m 及1 0c m 距离时也可看到不 太严重的熏黑迹象，1 2c m 间距时已看不到被熏黑 迹象；二是导爆管破孔程度与密集度的减小。4C I T I 、 5C 1 T I 、8c m 、1 0c m 、1 2c m 各间距导爆管试验中，破孔 程度及密集度都有所减小，1 2c m 时有1 根导爆管 无明显损伤，1 5c m 时有4 根无明显损伤。 从高速摄像图像发现，雷管爆炸后其爆炸气体 火焰的扩散范围要超过1 0c m 。陈福梅、蔡瑞娇认 为【6J ，雷管爆炸后，冲击波及热爆炸气体的有效作 用范围主要集中在侧向2 0m m 半径内，2 0m m 以外 其作用趋近于零，主要是破片的作用。陈士海经试 验认为“ o ，雷管爆炸冲击波对侧向导爆管的有效作 用范围可取为2 5 r a m 。据上观点，则试验中3 ～ 1 0c m 间距的导爆管被起爆都是破片作用所致。但 被起爆的导爆管有被炸断也有未被炸断的，都有被 熏黑痕迹且5c m 以内熏黑严重，因此无法排除冲击 波及爆炸气体对导爆管的作用，单独用破片作用来 解释3 1 0c m 的影响似乎并不完全准确。 确定雷管爆炸后侧向冲击波与破片各自的衰减 规律，有助于确定冲击波 包括热爆炸气体 与破片 对临近爆破器材的作用范围，这一课题尚待进一步 研究，其分界点可能并不在2c m 间距，而是在2c m 与1 0c m 之间的某一位置。 2 雷管爆炸对轴向导爆管影响的试验 雷管爆炸对轴向一定距离处导爆管的影响主要 表现在聚能穴高速金属射流的冲击与灼烧，较近时 则仍是爆炸气体与冲击波。本试验尝试对雷管爆炸 产生的金属射流能否起爆或射断不同距离处的导爆 管进行研究。 2 ．1 试验装置与方法过程 在爆炸木箱内，雷管的安装及高度的控制是通 ～、，／ 鎏 二， ≤、 万方数据 第3 1 卷第1 期胡升海，房泽法，熊鹏，等雷管爆炸对邻近导爆管影响的试验研究 1 2 1 过横向卡在木箱内的中间钻有小孔的细长木条来实 现的。小孔直径比导爆管外径略小以使导爆管穿过 而固定导爆管雷管，雷管尾部坚直向下。为增大导 爆管被聚能射流击中的可能性，每组制作等长的平 行紧密排列并用透明胶布粘贴约束的1 0 根导爆管， 导爆管两端搁在中间保留一定间距的两方石块上， 导爆管两端上部各压一至两个石块，以固定导爆管 束。调整石块连同导爆管束的位置以使雷管尾部正 对导爆管束，调整横木条的高度以使雷管与导爆管 束间的距离达到试验的需要。每次试验时辅以高速 摄像机记录其过程，试验后记录导爆管出现的起爆、 炸断、破孑L 等情况。简易试验装置如图4 所示。 图4 。爵管爆炸对轴”导爆管影响试验装置 F i g ．4E x p e l i m e n t a la p p a r a t u s0 1 1e l I e c to fd e t o n a t o r e x p l o d i n gt o a x i a la d j a c e n tn o n e lt u b e 2 ．2 试验结果与分析 雷管爆炸后对轴向3 ．5c m 、5c m 、1 0e m 、1 5c m 、 1 7 ．5c m 、2 0c m 不同间距导爆管的影响如图5 所 示，统计如表2 所示。 图5雷管爆炸对轴向不同间距导爆管的损伤照片 F i g ．5D a m a g ep i c t u r e so fd e t o n a t o re x p l o d i n gt oa x i a l a d j a c e n tn o n e lt u b eo fd i f f e r e n td i s t a n c e 表2 雷管爆炸对轴向导爆管影响情况统计 T a b l e2E f i e c tc o n d i t i o ns t a t i s t i co fd e t o n a t o r e x p l o d i n gt oa x i a la d j a c e n tn o n e lt u b e 间距／影响情况 1 0 根导爆管 e m 炸断起爆 数 数 图6 、图7 、图8 分别为5 3 m ，1 7 ．5c m ，2 0c m 三 种间距的雷管爆炸对轴向导爆管影响的部分高速图 像，可以看出5c m 及1 7 ．5e m 间距时有导爆管被起 爆而2 0c m 时聚能射流直接穿过导爆管束，未被 起爆。 对表2 中导爆管被炸断与损伤情况分析可知， 在2 0c m 范围内的几组试验中，除第一组3 ．5 3 m 间 距时导爆管仅破损严重未被击断 原因可能是由于 聚能穴的聚能射流尚未完全形成 外，其余几组全 部有1 根以上导爆管被击断，另有不同数量的导爆 管损伤严重。且被炸断及破损严重的导爆管数量随 着间距的增大先是呈上升的趋势，至1 7c m 左右时 达到最大，后又减小。对单雷管爆炸过程高速摄像 分析知，雷管聚能射流的最大距离在7 0c m 左右。 自聚能射流形成至4 0e m 距离范围内，其速度呈近 似线性下降，且大于3 2 0 0m ／s ，4 0c m 后聚能射流发 生多次断裂。由聚能射流的高温高压高速特性及塑 料导爆管的热熔特性，可知当雷管聚能射流完全形 成后，7 0c m 范围内击断正对聚能穴方向导爆管的 可能性极大。 对表2 中导爆管被起爆情况分析可知，在该系 列试验中除2 0 c m 间距的导爆管未有被起爆的情况 外，其余各间距试验中都有1 ～2 根导爆管被起爆， 说明在1 7 ．5c m 轴向间距范围内导爆管有被起爆的 可能性，超过2 0c m 间距的导爆管只会被聚能射流 击断而不会起爆。 万方数据 爆破2 0 1 4 年3 月 结合导爆管被炸断、损伤、起爆的情况分析知， 导爆管被起爆与被炸断两者之间没有必然联系。导 爆管无论是否被击断都有被起爆的可能性，导爆管 被击断后可能被起爆也可能不被起爆。如5c m 与 1 0c m 间距试验时出现被击断的导爆管未被起爆， 而被击断导爆管两侧未断的导爆管却被起爆的情 况，1 7c m 时出现导爆管有5 根被击断而其中只有2 根被起爆的情况；3 ．5e m 间距试验中无导爆管被炸 断但其中一根表面损伤不太严重的导爆管却被起 爆，说明在3 ．5c m 轴向距离范围内，雷管的主要作 用形式不是聚能射流而是爆炸气体与冲击波，聚能 射流尚未完全形成；2 0c m 时出现被击断的2 根导 爆管都未被起爆的情况，其原因可能是聚能射流的 能量衰减，不足以起爆导爆管。 图6 雷管爆炸对轴向5C 1 1 1 问距导爆管影响的高速摄像图像 F i g ．6H i g hs p e e dp h o t o g r a p h so fd e t o n a t o re x p l o d i n ge f f e e t i n go n5c ma x i a ld i s t a n c en o n e lt u b e 图7 雷管爆炸对轴向1 7 ．5C I I I 问距导爆管影响的高速摄像图像 F i g ．7H j g bs p e e dp h o t o g l ’a p h so fd e t o n a t o re x p l o d i n ge f f e e t i n go n1 7 ．5C I na x i a ld i s t a n c en o n e lt u b e 罔8带管爆炸刘轴阳2 0C I l l 间距导爆僻影响的高速摄像I 冬{ 像 F i g ．8H i g hs p e e dp h o t o g r a p h so fd e t o n a t o re x p l o d i n ge f f e e t i n go n2 0e ma x i a ld i s t a n c en o n e lt u b e 3结语 1 传爆雷管爆炸后，高速飞散的破片有可能 在侧向邻近导爆管还没有完成传爆作用前对其产生 作用。经试验知，侧向导爆管可被起爆的最大间距 在1 0c m 左右，被切断的最大间距在1 2c m 左右，被 损伤的最大问距在1 5c m 以上。若被切断或损伤， 则可能会使导爆管断爆，进而导致某炮孔拒爆或前 方网路的传爆中断。因此在爆破网路连接时，应尽 量将传爆雷管避开爆破网路。可利用地形进行隔 离，也可用废弃的纸箱、编织袋或土覆盖掩埋j 。 2 在爆破网路连接时，若不加以注意则可能 会出现雷管聚能射流击中轴向导爆管的情况。导爆 管被击中后可能出现两种情况被击断且被起爆，被 击断未被起爆。导爆管可被起爆的轴向最大间距在 1 7 ．5a m 左右，被击断的最大问距在7 0c m 以内。 若被击断且未被起爆，则会导致某炮孔拒爆或前方 网路的传爆中断。因此，在爆破网路连接时，必须避 免聚能射流击中导爆管的情况出现。一般采用的方 法为反向绑扎雷管，或在聚能穴部位用电工胶布缠 两到三层，或用泥团或纸团堵塞在雷管聚能穴 部位‘8 。。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]陈福梅．工程雷管的起爆能力[ J ] ．爆破器材，1 9 7 9 1 1 - 7 ． [ 2 ] 廖小翠．导爆管传爆可靠性的试验研究[ D ] ．绵阳西 南科技大学，2 0 0 9 ． [ 2 ] L I A OX i a o e u i ．E x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h ed e t o n a t i o np r o p a g a t i o nr e l i a b i l i t yo fn o n e lt u b e [ D ] ．M i a n y a n g S o u t h w e s t U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 0 9 ． i nC h i n e s e [ 3 ] 陈嘉琨，范钦文，高耀林．塑料导爆管[ M ] ．北京国防 万方数据 第3 l 卷第1 期胡升海，房泽法，熊鹏，等雷管爆炸对邻近导爆管影响的试验研究 1 2 3 上接第7 8 页 通过对比从上到下依次起爆和先中间后两边的 起爆方式发现，在其它爆破参数相同或类似的情况 下，对爆破振动的控制明显优于之前，上导洞壁相同 位置的振动速度分别降低了2 9 ．1 ％和2 0 ．6 ％。分 析其主要原因是在总装药量一定的情况下，起爆网 路更加细化，每个断面分成了三个区域，各区域之间 有延时间隔，每个区域又保证了从上到下依次起爆， 使得质点振动的能量分布在了更宽的时间域上，因 此振动速度的峰值会有所下降。最终本次地下通道 的爆破掘进施工安全顺利地通过排水管线下方，并 未对混凝土排水管造成破坏。 另外，通过观测现场爆破之后的轮廓面状况，发 现采取先中问、后两边的起爆方式隧道轮廓面的爆 破效果更佳，超、欠挖的情况更少。分析其主要原因 是中间部位先起爆之后产生了新的自由面，这样两 边区域的爆破就有了两个自由面，即上端面和侧面， 为控制轮廓面提供了较好的爆破条件，可有效地控 制隧道变形，施工是安全可靠的。 4结语 1 城市地铁过街通道的开挖，当遇到坚硬岩 石时，如果开挖区地处闹市，周边环境复杂，就需要 制定安全可靠的设计方案，严格控制单段起爆药量。 对于较宽及较长的地下过街通道，可采取多断面渐 次开挖，避免同一时段同一大断面同时爆破开挖，提 高隧道施工的安全性。 2 本次工程实例证明，运用“先中间、后两边” 的起爆顺序，一方面可降低爆破振动的影响，另一方 面对于隧道轮廓面的控制效果也十分显著。中间先 起爆，保证了同一排孔的单孔单响，并在断面中部形 成了新的自由面，为断面余下两边的起爆提供了较 好的爆破条件。此外，余下两边也采取间隔起爆，做 到整个断面单孔单响，进一步降低了爆破振动。 3 对于地下密布管线，尤其是经过排水管附 近区域的爆破开挖，一定要严格控制爆破振动。一 般可采取降低单次循环进尺，减小总装药量及最大 单响药量，运用微差爆破技术等方式。 4 城市地下隧道的开挖，影响因素较为复杂， 在依照设计方案施工的同时，还应通过监测相关数 据，尤其是爆破振动的影响，从而不断优化改进方 案，保证施工的安全。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 李启航，栗龙发，张智宇，等．城镇复杂环境下的顶管 隧道爆破[ J ] ．爆破，2 0 1 2 ，2 9 2 5 4 - 5 6 ． [ 1 ] L IQ i h a n g ，L U A NL o n g f a ，Z H A N GZ h i y u ，e ta 1 ．C o m p l e xu r b a ne n v i r o n m e n to ft h et o pt u b e t u n n e lb l a s t i n g [ J ] ．B l a s t i n g 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