复合壳体聚能装药的构想及其试验验证.pdf

第 “ 卷第 期 ““ 年 月 爆破 “ / *,AD8 ,CD C 8A8C,G O8L D8D9, 47, 988, -’A-8D,8；C,-PC 以 上， 在民用工程爆破中会对环境和人员造成极大的 危害， 因而聚能装药安全性的研究日益受到广泛的 重视， 这也是聚能装药发展的重要方向。 降低破片危害的主要措施是降低破片的动能， 对于同种装药结构来讲， 破片的大小基本是一致的， 决定破片动能大小的主要因素是破片的速度。复合 壳体聚能装药便是在这样的背景和需求条件下， 提 出的发展安全聚能装药的一个设想。 复合壳体聚能装药原理与结构设 想 ［ Q 5］ 根据爆炸应力波在介质中的反射透射作用原 理， 应力波通过 “软” 介质材料后， 其强度有所降低， 从而减弱应力波对 “软” 介质后面材料或物体的作 用。据此， 提出的具有复合壳体结构的聚能装药结 构为壳体由三层材料复合而成， 内外层为金属， 中间 层为 “软” 介质， 该结构装药由于内层金属壳体的存 在， 不仅可以延迟圆周侧向的稀疏波进入炸药装药 的时间， 减弱稀疏波的影响， 向爆轰产物中反射冲击 波， 提高炸药能量的利用率， 提高聚能罩的聚合速度 万方数据 和射流速度， 加大作用效果， 而且由于中间 “软” 介质 层的衰减缓冲吸能作用和最外层金属壳体的束缚作 用， 使爆炸压力作用于内层和最外层金属壳体的压 力减小， 阻碍破片的形成， 降低了破片的飞散速度削 弱了装药爆炸对非聚能穴方向物体及环境的破片作 用危害和空气冲击波作用， 从而具备安全聚能装药 的一定性能。图 为复合壳体聚能装药构想结构简 单示意图。 图 复合壳体聚能装药的结构示意图 “复合壳体聚能装药试验 “装药壳体的基本尺寸 装药壳体采用钢壳体 （中碳钢钢管车制并焊接 壳顶而成） ， 密度为 ’“， 动屈服强度 * , -./。 0壳体作为内层壳体， 10 ， “ 0 ， 0 壳体作为 外层壳体， 内外层分别配合使用， 组成 “ 种不同尺寸 的复合壳体， 壳体尺寸如表 。 表 各壳体基本尺寸 壳体 编号 内直径 ’ 外直径 ’ 体积 （内’外） ’“ 内高度 ’ 外高度 ’ 厚度 ’ -*1’23-311 13-3-13131 “*-*-3131 -1--3131 “1装药的基本参数 表 “ 单壳体与复合壳体聚能装药基本参数 装药 编号 壳体重 量’ 复合 材料 复合腔 体积 ’“ 复合材 料重量 ’ 材料 密度 ’ （ 4 “） 加复合 材料后 重量’ 药量 ’ 01 *3 10 1*3 新闻纸1““-3“-“ *3 101 123 硬纸板1“--“-23 *3 “0“113 空气层 *2 *3 0 “- 聚乙烯 胶带层 1-3-*13 *3 01 “*3 条网状 聚氨酯 1*3-33- *3 炸药采用塑性 炸药手工压装而成， 塑 成分 主要有黑索金 （567） 、 聚异丁烯、 30变压器油等， 其 主要参数如下 由于手工填塞密度较低， 仅为1 ’“， 爆速 32 ’8。 药型为圆锥形， 无聚能罩， 圆锥药型尺寸为 底 直径 - ， 锥角 *-9， 高度 “* ， 药量均为*3 。 复合层填充材料分别采用新闻纸， 硬纸板， 聚乙 烯胶带和包装用聚氨酯泡沫， 手工填塞到内外层壳 体之间， 形成中间层， 填塞时尽量做到紧密不留间 隙。 表 1 列出了 种型号聚能装药的参数， 其中 0 为 单壳体装药， 由壳体 填药制成， 10 ， “ 0 ， 0为复 合壳体装药， 由壳体 1， “， 分别与壳体 填充复合 材料和炸药后制成。 ““实验装置及结果描述 实验用装药共分为 “ 组， 每组 1 个， 分别是 第 一组 0和 “ 0； 第二组 10 和 1 0 1； 第三组 0 和 01。如此分组的目的在于比较壳体同等尺寸下不 同复合材料装药对钢板的穿透深度， 以及壳体破片 对靶板作用的情况。 装药置于厚度为 3- 的钢板表面， 其侧向 -- 处安置厚度为 3- 的钢质靶板， 用来观察 破片侵彻情况， 装药用 0 电雷管从顶部中心起爆。 图 “、 图 、 图 3、 图 * 分别为 0 ， 1 0 ， 0 ， 01装药 爆炸后壳体破片对靶板侵彻的照片。 图 1 0装药壳体对靶板的侵彻 图 “ 10 装药壳体对靶板的侵彻 实验结果描述如下 第一组 0单壳体装药 穿钢板深度约为 “3 ， 孔径 “ ， 以原壳体轴线中心为圆心形成深度为 1 ， 内半径为 11 ， 外半径为 1 的圆环状刮 痕， 这是由于爆轰波向下驱动壳体冲击钢板并且壳 2爆破1--“ 年 1 月 万方数据 体膨胀导致。壳体受爆轰作用膨胀至半径为 “ 处由于径向变形轴向收缩， 壳体下部已离开钢板， 在 约 “ 处壳体破裂形成碎片飞散， 在钢板上有明 显的破片划痕。破片对靶板侵彻深度最大 ， 最 小 “ ， 以 ’ 居多， 破片数量很多， 近似圆片 状， 直径 。 图 “ “* 装药壳体对靶板的侵彻 图 “* 装药壳体对靶板的侵彻 *复合壳体装药以空气层作为中间复合层 穿 钢板深度约为 ’ ， 孔径 , ， 圆环状刮痕深 度为 ， 内半径为 ， 外半径为 “ ， 在约 - 处壳体破裂形成碎片飞散， 在钢板上有明显 的破片划痕。破片对靶板侵彻深度最大 - ， 最小 ， 以 “ 居多， 破片数量比单壳体要少一 些。 第二组 * 复合壳体装药以新闻纸作为中间复合层 穿钢板深度约为 ， 孔径 , ， 圆环状刮痕 深度为 , , ， 内半径为 ， 外半径为 . ， 在约 处壳体破裂形成碎片飞散， 在钢板 上有破片划痕。破片对靶板侵彻深度最大 之间。破片不规则， 直径 左右。 * 复合壳体装药以硬纸板作为中间复合层 穿钢板深度约为 “ ， 孔径 , 。圆环状刮痕 深度为 左右， 内半径为 - ， 外半径为 ， 在约 处壳体破裂形在碎片飞散， 在钢板 上有破片划痕。破片对靶板侵彻深度在 “ 之间。破片为条状， 长 ， 宽 左右。 第三组 “ * 复合壳体装药以聚乙烯胶带层作为中间复 合层 穿钢板深度约为 “- ， 孔径 , ， 圆环状 刮痕不明显， 在约 ’ 处壳体破裂形成碎片飞 散， 在钢板上有破片划痕。破片对靶板侵彻深度在 , , 之间。破片较大为长条状， 长 ， 宽 左右。 “ * 复合壳体装药以聚氨酯泡沫作为中间复合 层 穿钢板深度约为 ， 孔径 , ， 圆环状刮 痕深度 ， 内半径为 ， 外半径为 . ， 在约 ’ 处壳体破裂形成碎片飞散， 在钢板上有 破片划痕。破片对靶板侵彻深度在 之间， 以 居多， 破片不规则为条状， 长 ， 宽 左右。 “结论 ） 聚能装药采用复合壳体结构可以有效降低壳 体破片飞散速度， 提高了装药爆炸的安全性， 该探索 性试验证明了复合壳体聚能装药的可行性、 合理性 和科学性。 （） 单壳体装药与复合壳体装药相比， 穿甲深度 浅， 表明单壳体增强射流能量的作用比复合壳体要 弱； 单一壳体承受爆轰作用， 导致破片最多且细小， 侵彻靶板深度很深， 约为 “* 装药对靶板侵彻深度 的 ’ 倍， 表明其破片能量大， 飞散速度高。 （） 对于空气层复合壳体装药， 尽管内外层壳体 间只有空气， 但可以看出穿甲深度略有提高， 侵彻靶 板深度约为单壳体装药的 ’/左右， 破片速度有所 下降， 但空气密度太小且为流体无任何强度， 速度降 低程度不大。 （） *复合壳体装药复合层较薄， 仅有 厚， 但已显示出一定厚度和动态屈服强度的材料所 构成的具有复合层的聚能装药， 其破片飞散速度已 有明显下降。新闻纸的强度小于硬纸板的动态屈服 强度， * 装药侵彻靶板深度约为 * 装药的 , 倍左右， 因而其破片速度较之硬纸板装药要大。 （“） “*装药的复合层厚度为 ， 为 * 装药 的 “ 倍。“* 所用的聚乙烯胶带是选取合适的尺寸 作为一个整体填充进去的， 而 “ * 复合层所用材料 是用许多聚氨酯泡沫碎块填实的， 制作较为简单， 其 动态屈服强度远小于聚乙烯胶带。实验表明 “ * 装药侵彻靶板深度约为 * 的 “/左右， 约为 “ * 的 /左右， 可以看出其破片飞散速度远小于 “* 和其它尺寸的装药， 而且穿甲最深， 穿甲深度约为 *单壳体装药的 , 倍。 ） 壳体破片对靶板的刮痕表明， 装药爆炸后壳 体破裂时的半径约为未爆前原壳体半径的 倍左 右。 （下转第 .’ 页） .第 卷第 “ 期贺建平等复合壳体聚能装药的构想及其试验验证 万方数据 下 ［ “ ］ 。 ） 孔径 根据目前我国静爆成熟的经验， 其孔径 为 “ ’’。 ） 孔深 钻孔孔深是保证静爆的关键， 经实验和 施工表明该工程最佳孔深为 “ * ’。在堡体 静爆施工中， 为保证上述孔深， 堡体大于 ’ 深采 用两次或多次实施， 则孔深系数 应取 较为合 适。 ） 孔网尺寸 在保证孔深 “ * ’ 的条件 下， 孔距 为 * ’， 排距 最大达 * “ * ’。排 距 （ “ ） 。 表 间距 与 值关系表 岩石类型莫氏硬度 （’）标准 值 中硬岩* “ “ 硬岩 “ “ ） 装药、 充填 装药、 充填是静爆的重要程序之 一， 根据实验和施工表明， 按要求将破碎剂拌和后， 可直接将药装至孔口， 不再采用其他充填物。这样 虽然部分药物浪费， 但大大缩短了装药的时间， 即保 证了人员安全又能使静爆剂尽快进行膨胀状态。 效果及体会 采用以上各参数工作后， 装药 , 后孔口开始 裂缝， , 后缝隙达到 “ -’， 即炮机和挖机配合 可将堡体清理至底平设计标高。通过本次静爆施工 有以下体会 ） 对于特殊情况下采用静爆技术是十分可行 的， 既保证了仪器、 设备的安全， 又能保证正常生产。 ） 静爆剂装孔后， 外界温度 *.左右为最佳。 ） 应根据工程地质条件的不同， 进行实验， 调整 作业参数。 参考文献 ［］ 魏承景， 谢逢午静态破碎技术 ［/］ 南宁 广西科技出 版社， 00 ［］ 刘清荣控制爆破 ［/］ 武汉 华中工学院出版社， 0 ［］ 刘键静态爆破研究、 爆破与安全 ［/］ 武汉 湖北科 技出版社， 0 （上接第 0 页） ） 复合壳体聚能装药与单壳体装药相比， 装药 其它参数相同的条件下， 聚能射流对钢板的穿甲作 用有一定增强， 这是因为壳体增厚， 爆轰能量更多地 用于聚能射流。 ） 在其它条件相同的前提下， 仅就复合壳体结 构而言。破片速度降低程度与复合层厚度、 复合层 材料种类以及材料动态屈服强度有关。复合层厚度 大， 应力波随距离衰减的效果明显； 材料抗冲击缓冲 性能好， 易于吸收应力波能量； 材料动态屈服强度 大， 消耗于材料破碎的能量多， 对最外层壳体的作用 就小。如果选用复合层厚度适中， 抗冲击缓冲性能 好同时动态屈服强度较大的 “软” 介质材料作为复合 层材料， 将会取得更好的效果。 ） 本试验仅是探索性的， 较为简单， 在此基础上 应进一步深入研究， 制作带聚能罩的更多种复合层 材料及不同尺寸的装药进行对比实验， 应用高速摄 影、 速度测试仪等设备记录分析复合壳体聚能装药 壳体膨胀的具体过程及壳体破片飞散情交， 并从理 论上展开研究计算， 为复合壳体聚能装药的定型生 产提供实践和理论支持。 参考文献 ［］ 高尔新， 李景云， 冯顺山 带壳聚能装药的实验研究 ［1］ 实验力学， 00，（） * “ * ［］ 张守中爆炸与冲击动力 ［/］ 北京 兵器工业出版社， 00 ［］ 马晓青冲击动力学 ［/］ 北京 北京理工大学出版社， 00 ［］ 爆炸及其作用编写组爆炸及其作用 ［/］ 北京 国防 工业出版社， 020 ［］ 王礼立应力波基础 ［/］ 北京 国防工业出版社， 0 20第 * 卷第 期张科专静态破碎技术在开挖坚硬岩石中的应用 万方数据