7聚能爆破技術(shù)

控制爆破主講鄧飛資源與環(huán)境工程學(xué)院7聚能爆破技術(shù)7.1聚能效應(yīng)利用裝藥末端的空穴來提高局部破壞作用的效應(yīng)稱為聚能效應(yīng)。這種現(xiàn)象稱為聚能現(xiàn)象。圖7－1

2.聚能原理解釋聚能現(xiàn)象的原因可以從炸藥爆炸產(chǎn)物的飛散過程得到(圖7-2).圓柱形炸藥爆炸后爆炸產(chǎn)物向垂直于藥柱表面的四周飛散，于是作用在鋼板上的僅僅是藥柱端部的爆轟產(chǎn)物，作用面積等于藥柱端面積(圖7-2a)。帶錐孔的藥柱則不一樣，錐孔部分的爆轟產(chǎn)物飛散時，先向軸線集中，匯聚成一股速度和壓力都很高的氣流，稱為聚能氣流(圖7一2b)。聚能氣流總能量大于普通藥柱端面氣流，而且作用在較小的面積上。所以打出較深的孔。在藥柱錐形孔穴的表面嵌裝一形狀相同的銅罩(圖7一2c),爆轟產(chǎn)物在推動罩壁向軸線運動過程中，將能量傳遞給銅罩。由于銅的可壓縮性很小.所以絕大部分能量轉(zhuǎn)換為動能形式，形成一股比氣體射流能量更集中速度和動量更高的一金屬射流，聚能作用大大提高。

圖7一2聚能原理示意圖錐形空穴聚能過程中有兩個因素起到控制作用1爆炸產(chǎn)物質(zhì)點一定速度近似垂直于錐形孔表面的方向向藥柱軸線匯聚，使能量集中。2高壓的爆炸產(chǎn)物在沿軸線匯聚時，形成更高的壓力區(qū)，這種高壓迫使爆炸產(chǎn)物向四周低壓膨脹，使能量分散。二、聚能藥包的結(jié)構(gòu)與形式

1基本構(gòu)成聚能藥包由外殼、藥型罩、炸藥和起爆裝置組成，見圖7－32.藥包形式無論聚能藥包應(yīng)用于什么目的，其作用主要是穿孔或切割。根據(jù)形成射流的形式不同，聚能藥包圖7一3穿孔聚能藥包構(gòu)成1一外殼;2一電雷鋅;3一傳爆炸藥;4一主爆炸藥;5-藥型罩有:(1)圓柱形聚能藥包，藥型罩的形狀為軸對稱型，其裝藥爆炸后可形成一束線性射流，主要用于穿孔.(2)線性楔形聚能藥包，產(chǎn)生的射流為一個平面，即形成面性射流，其藥型罩的形狀為面對稱型，這類聚能藥包主要用于金屬板材、管材的線性切割，即“聚能切割刀”。(3)球形聚能藥包，其藥型罩為中心對稱型，中心有球形空腔和球形罩，外表敷裝炸藥，在中心可獲得極大的能量集中，應(yīng)用很少。圖7－4各種形狀的藥型罩a一軸對稱型;b–面對稱型;c一中心對稱型

1藥罩;2炸藥三、影響聚能爆破威力的因素

1.炸藥的性能

炸藥是聚能爆破的能源.因此炸藥的性能是影響聚能威力的根本因素。當(dāng)聚能藥包爆炸時，它釋放出來的能量迅速傳給藥型罩，迫使藥型罩向軸線上高速壓合和碰撞，產(chǎn)生高速運動的射流。但是藥型罩壓合和碰撞的速度主要取決于炸藥的爆轟壓力，根據(jù)理論分析和試驗的結(jié)果表明，聚能威力隨著爆轟壓力的增加而增加。按照流體力學(xué)理論，炸藥的爆轟壓力是爆速和裝藥密度的函數(shù)，這種關(guān)系用(4-1)式表示。PCJ=1/4ρ0D2(4-1)2.藥型罩(1)藥型罩的材料藥型罩材料必須滿足以下幾點要求材料的可壓縮性要小;密度要大;塑性和延展性要好;在形成射流過程中不會產(chǎn)生汽化。紫銅制作藥型罩的效果最好，其次是鑄鐵、鋼和陶瓷。（2)藥型罩的形狀在選取藥型罩的形狀時，應(yīng)考慮它的聚能效果要好，形狀簡單和加工方便。(3)藥型罩的錐角。當(dāng)錐角小于30度穿孔性能很不穩(wěn)定，0度時射流的質(zhì)量極小，基本上形不成連續(xù)的射流。當(dāng)錐角介于300--700之間時，射流才具有足夠的質(zhì)量和速度，才能起到破碎和穿孔的作用。小錐角時，射流速度較高，有利于提高穿孔深度，大錐角時射流質(zhì)量提高，穿孔深度變小，但穿孔直徑增大。

(3)藥型罩的壁厚。藥形罩的最佳壁厚是隨著藥型罩材料比重的減小而增加，隨錐角的增大而增加，隨罩的直徑的增大和外殼的加厚而增加。

3.炸高炸高是指從聚能藥包的底面(即藥型罩底面)到穿孔目的物間的最短距離。炸高對穿孔威力影響很大，一方面隨著炸高的增加，能使射流拉長，從而提高穿孔深度;但是，另外一方面，隨著炸高的增大射流會產(chǎn)生徑向分散和擺動，延伸到一定程度后產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，使穿孔深度降低。與最大穿孔深度相對應(yīng)的炸高，稱為有利炸高。有利炸高隨著錐角的增加而省加。另外.采用高爆速炸藥和增大隔板的直徑，都能使藥型罩所受的沖擊壓力增加，從而增大射流速度，并使射流拉長.故使有利炸高得到增加。一般來說，有利炸高對于常用的藥型罩是罩底直徑的1－3倍。

4隔板隔板是裝在藥型罩頂部和聚能藥包頂面之間的一塊板材，見圖5-4。在聚能藥包中采用隔板，目的在于改變在聚能藥包中傳播的爆轟波波形.控制爆轟方向和爆轟波到達藥型罩的時間，提高爆炸載荷，從而增加射流速度，達到提高聚能度。

圖5--4裝有隔板的聚能藥包

1一隔板;2一主裝藥;3一聚能穴5.藥包的殼體殼體對穿孔效果的影響是通過殼體對爆轟波波形的影響而產(chǎn)生的。主要表現(xiàn)在爆轟波形成的初始階段，沒有殼體時，隔板前的中心爆轟波與通過隔板周圍的側(cè)向爆轟波同時到達罩的頂部，使罩頂受載均衡。當(dāng)使用有殼藥柱時，爆轟波在殼體壁面發(fā)生反射，從而使壁面附近爆轟波能量加大.使側(cè)向爆轟波較中心爆轟波提前到達藥型罩壁面，造成罩壁受載的不均衡，迫使罩壁向后噴而形成反射流。使整個射流不集中和不穩(wěn)定，導(dǎo)致穿孔深度的咸小，但是。另外一方面，有殼藥柱可以減弱稀疏彼的作用.有利于提高炸藥能量的利用率。

6.藥包形狀的幾何參數(shù)在確定藥包的結(jié)構(gòu)形狀時、必須綜合考慮各方面的因素，既要使裝藥重量最輕，又要使聚能效果好。這就要求更有效的利用炸藥，選擇合適的裝藥結(jié)構(gòu)。在整個的聚能藥包中，參與形成聚能射流的炸藥僅是靠近藥型罩的一定厚度的炸藥層，這一層炸藥叫做有效炸藥層，見圖7--5(a)中藥包的方格線部分。.其它不直接參與聚能效應(yīng)的那部分炸藥，叫做非有效炸藥，它的作用是使有效炸藥層達到穩(wěn)定爆轟，并使有效