CN105674819B - 一种水介质换能爆破方法及其装药腔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水介质换能爆破方法及装药腔，水介质换能爆破方法的步骤包括首先在爆破介质的炸药装药腔中安装质量比大于或等于最优值的水介质和炸药，且将炸药和水介质相互隔离，然后引爆所述炸药装药腔中安装的炸药；装药腔中安装有质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且炸药和水介质相互隔离，其中最优值M为爆破所采用炸药的爆热和氢、氧合成水时所释放的热能的比值。本发明具有能够提高炸药能量有效利用率、改善炸药对爆破介质的爆破效果、减小爆破危害、爆破烟尘少的优点。

Description

一种水介质换能爆破方法及其装药腔

技术领域

本发明涉及爆破施工技术，具体涉及一种水介质换能爆破方法及其装药腔。

背景技术

传统爆破技术中存在普遍认为炮眼中不能有水的偏见。2007年铁道建筑设计院何广沂教授等对节能环保工程爆破技术申请了国家专利《工程水压爆破炮眼及其爆破法》(ZL200710051361.9)，该技术方案记载有其爆破技术原理为“由于炮眼的水袋中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损失地经过水传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎，此外水产生‘水楔’效应，更利于岩石破碎”。但是该技术方案存在下述缺点：(1)该技术方案认为其破岩机理是靠水的不可压缩性挤压岩石，实质上是利用在水中传播的冲击波对水不可压缩的特性，水实质上是被利用作用能量传播的载体，故要求水袋与炮孔紧密接触，其水袋厚度≮0.8mm等等。但是，自从炸药发明以来人们都在为提高炸药能量的有效利用、减小炸药爆炸的危害作用进行不懈努力，但是效果至今仍然不十分理想，炸药爆炸能量有效利用率仍然停留在20％～30％一个不高的水平，该技术方案仍然存在炸药爆炸能量利用率不高的问题。(2)该技术方案已申请近十年，但是其应用仍然局限于在“中铁集团”内部的隧道开挖中推广阶段，在互联网没有见到普遍采用和用于其他爆破行业的报道，究其原因主要是在施工中仍然难免将水袋挤破而失效，且施工工艺麻烦。(3)该技术方案要求水袋与炮孔紧密接触，因此在将水袋放入炮孔过程中，尽管水袋壁很厚，但是两端仍然容易由于下落的冲击力而发生破裂，导致水袋破损或者水袋破损也无从发现。

此外，近几年又发明了二氧化碳爆破法，其爆破机理为：二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器(爆破筒)内，装入安全膜、破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作。将爆破筒和起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破筒插入钻孔中固定好，连接起爆器电源。当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，被爆介质受二氧化碳气体膨胀作用完成爆破作业，并且爆破振动危害小，但爆破烟尘较大。虽然该爆破技术爆破危害小，但爆破效果不是十分理想，一般破碎粒度在1.0m³左右，只适用于大料石开采，应用范围受到较大的限制。且其配套设备成本高，一般在50～60万元人民币，增加了爆破作业的附加成本。尽管二氧化碳获取方便(工业生产采用高温煅烧石灰石即可得到)但二氧化碳爆破法所排放的二氧化碳会对空气造成污染、会对大气产生温室效应，与环保低碳背道而驰，因此不适用于一般工程爆破作业。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够提高炸药能量有效利用率、改善炸药对爆破介质的爆破效果、减小爆破危害、爆破烟尘少的水介质换能爆破方法及其装药腔。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种水介质换能爆破方法，步骤包括：

1)在爆破介质的炸药装药腔中安装质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且将炸药和水介质相互隔离，其中最优值M的计算函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，M表示水介质和炸药之间的质量比的最优值，H_e表示爆破所采用炸药的爆热，H_s表示氢和氧合成水时所释放的热能；

2)引爆所述炸药装药腔中安装的炸药。

优选地，所述步骤1)中将炸药和水介质相互隔离具体是指将水介质封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，所述爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体，所述水介质装设于袋体中。

优选地，所述袋体(1)的端部设有采用一次热压焊接形成的热压焊缝带，所述袋体位于热压焊缝带内侧的内腔孔径从袋体的中部向端部逐渐变小。

优选地，所述热压焊缝带包括依次相连的第一侧部焊接带、底部焊接带和第二侧部焊接带，所述第一侧部焊接带、第二侧部焊接带相对底部焊接带对称布置。

优选地，所述第一侧部焊接带、底部焊接带、第二侧部焊接带为直条状或弧状。

优选地，所述第一侧部焊接带、底部焊接带、第二侧部焊接带的两端设有弧形弯曲部，使得所述第一侧部焊接带和袋体的侧壁之间、第一侧部焊接带和底部焊接带之间、底部焊接带和第二侧部焊接带之间、第二侧部焊接带和袋体的侧壁之间均形成平滑的过渡结构。

优选地，所述第一侧部焊接带、第二侧部焊接带两者与袋体的圆柱体侧边的夹角α均为40～60°。

优选地，所述袋体的端部位于热压焊缝带的外侧设有扁平状尾部，所述袋体内为真空。

优选地，所述步骤1)中将炸药和水介质相互隔离具体是指将炸药装入防水袋中形成药卷，将药卷放入有水的炸药装药腔中使得炸药和水介质相互隔离，炸药装药腔的内壁和药卷之间形成径向不耦合的装药结构，且所述装药结构中的水介质、药卷中的炸药之间的质量比大于或等于所述最优值M。

本发明还提供一种水介质换能爆破装药腔，所述水介质换能爆破装药腔中安装有质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且炸药和水介质相互隔离，其中最优值M的计算函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，M表示水介质和炸药之间的质量比最优值，H_e表示爆破所采用炸药的爆热，H_s表示氢和氧合成水时所释放的热能。

优选地，所述水介质换能爆破装药腔为无水炮孔，所述无水炮孔中的炸药被分为一段或者两段及以上的药柱安装，所述水介质封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，每一段药柱的两端均设有爆破水柱装置，且所述无水炮孔的底部和靠近堵塞封口段的端部均设有爆破水柱装置；所述爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体，所述水介质装设于袋体中。

优选地，所述水介质换能爆破装药腔为有水炮孔，所述有水炮孔中的炸药装设于防水袋中形成药卷，药卷插设于有水炮孔中使得炸药和水介质相互隔离，所述有水炮孔的内壁和药卷之间形成径向不耦合的装药结构，所述有水炮孔中的水介质位于有水炮孔的内壁和药卷之间。

优选地，所述水介质换能爆破装药腔为药室，所述药室中的炸药被分装在炸药箱内，所述炸药箱分层叠放且同一层的相邻炸药箱之间预留有空隙，所述水介质被封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，所述爆破水柱装置布置在同一层的相邻炸药箱之间预留的空隙中；所述爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体，所述水介质装设于袋体中。

本发明的水介质换能爆破方法具有下述优点：

1、本发明从炸药爆炸的热力学、化学机理出发，提出了保证水介质(水)和炸药的质量比大于或等于最优值，从而所有炸药的能量能够将水介质的化学键断裂而分解为氢和氧，以解决炸药的能量有效利用率不足的问题，引爆炸药后，水介质吸收炸药爆炸能量后化学键断裂而分解为氢和氧，使得体积增长到标准状况下原体积的1200多倍，由于这些气态物质受到高度压缩，积蓄了巨大的势能的氢和氧以及炸药爆炸的爆生物质将对爆破介质主要以急剧膨胀挤压作用破碎爆破介质而做功；且爆生物质对爆破介质主要以急剧膨胀挤压作用破碎爆破介质，加之因为水在高温高压环境下的断键、成键的时程作用，延缓了整个爆炸化学反应过程即延缓了“爆炸热力学系统”瞬时爆轰的时程，所以炸药爆炸的空气冲击波、地震波、光和声的效应等的危害作用会得到很大的缓解。此外，爆生物质做功释放了能量它们的化学键键能降低，与此同时氢和氧又重新形成新的化学键而合成水，合成水以水雾的形式存在，因此大大地降低了爆破烟尘，在相同爆破介质的条件下减少炸药单耗20％～30％，爆破振动减小20％～25％，爆破烟尘降低40％～45％，爆破介质破碎粒度与普通爆破相比较为均匀、大块率降低、基本无爆破飞石且爆堆集中方便挖装和运输作业，故成本下降20～25％，因此具有能够提高炸药能量有效利用率、改善炸药对爆破介质的爆破效果、减小爆破危害、爆破烟尘少的优点。

2、本发明的实施方法简单易行，与现行的各种爆破作业施工工艺步骤没有多大差异且效果更好，节省施工成本明显，施工单位容易接受，便于推广应用。

3、本发明适用于各类炸药爆炸破碎岩石、混凝土作业，在浅孔爆破、深孔爆破、地下爆破、硐室爆破、水下爆破中均可采用，可以在水利水电、矿山、公路、铁路等建筑业中广泛推广应用。

本发明的水介质换能爆破装药腔为应用本发明的水介质换能爆破方法的装药腔体结构，因此同样也具备本发明的水介质换能爆破方法的前述优点，故在此不再赘述。

附图说明

图1为本实施例一水介质换能爆破方法的基本流程示意图。

图2为本实施例一爆破水柱装置的主视结构示意图(半圆展开图)。

图3为图2的局部放大结构示意图。

图例说明：1、袋体；2、热压焊缝带；21、第一侧部焊接带；22、底部焊接带；23、第二侧部焊接带；3、扁平状尾部。

具体实施方式

实施例一：

炸药爆炸是一种瞬时发生的化学反应，这一化学反应生成新的物质并在极短时间内释放大量的能，对炸药爆炸进行检测和分析是非常困难的事情。因此，如何分析炸药爆炸的基本原理，对于提高炸药能量有效利用率至关重要。如果在“爆炸热力学系统”中加入“一定量”的水，按照热力学定律和物质不灭定律(质量守恒定律)以及瞬时爆轰理论，由于炸药爆炸是瞬时完成，“爆炸热力学系统”来不及和爆破介质发生热交换，故可以把“爆炸热力学系统”作为一个“绝热系统”看待，因此炸药爆炸所释放的能将转换为水的内能(化学能)，积蓄了炸药爆炸能的水和炸药共同参与化学反应后的高温高压爆生气态物质将进一步发生化学反应生成新的物质并遵循瞬时爆轰理论主要以急剧膨胀做功的方式挤压爆破介质使爆破介质破碎，完成爆破作业。研究表明，水是地球上存在最普遍最稳定的物质同时又是“最容易吸收能量和释放能量”的一种最容易获得的物质。一般来说炸药爆炸最高可以达到3000℃以上的高温，水在常压下2000℃开始分解成氢和氧并且吸收很大的(15879kJ/kg)能量，一定量的水在参与炸药爆炸所产生的3000℃的高温1万MPa的高压条件下，因此将吸收炸药爆炸能量后化学键键能提高导致水的化学键断裂而分解为氢和氧。因此根据上述原理分析可知，水介质(水)在爆破中实质上起到了下述作用：(I)水介质吸收炸药爆炸能量后化学键断裂而分解为氢和氧，使得体积急剧增长，由于这些气态物质受到炸药装药腔的限制而高度压缩，积蓄了巨大的势能的氢和氧以及炸药爆炸的爆生物质将对爆破介质主要以急剧膨胀挤压作用破碎爆破介质而做功。(II)爆生物质对爆破介质主要以急剧膨胀挤压作用破碎爆破介质，加之因为水在高温高压环境下的断键、成键的时程作用，延缓了整个爆炸化学反应过程即延缓了“爆炸热力学系统”瞬时爆轰的时程，所以炸药爆炸的空气冲击波、地震波、光和声的效应等的危害作用会得到很大的缓解。其中，“爆炸热力学系统”是指爆破作业中需要使用炸药对岩石、混凝土等介质进行破碎时在介质中人为造成一定的空腔并埋设炸药及起爆系统后堵塞封闭的整个爆破系统，“爆炸热力学系统”根据瞬时爆轰理论可以当作绝热系统。(III)爆生物质做功释放了能量它们的化学键键能降低，氢和氧又重新形成新的化学键而合成水(其化学反应方程式为：2H₂+O₂＝2H₂O+571.66KJ)，合成水以水雾的形式存在，因此大大地降低了爆破烟尘。

同样，还可以用“化学能”来诠释水参与炸药爆炸化学反应这一能量转换现象：一切化学反应实质上就是原子最外层电子运动状态的改变。在化学反应中吸收或者释放的能量就叫做化学能。化学能的来源是在化学反应中由于原子最外层电子运动状态的改变和原子能级发生变化的结果。物质是由分子组成的，分子是由原子靠电磁场(化学键能)接合而成的，固体、液体、气体物质都是由分子靠电磁场(分子间力即化学键能)接合而成的。化学键是物质的一种存在形式，化学键物质就是电磁场物质。化学反应是原子重新组合变成新的物质的过程。在化学反应过程中，化学键的键能能级发生变化，于是产生化学能现象，键能(电磁场能级)提高时是吸能反应，键能降低时是放能反应。各种物质都储存有化学能。不同的物质不仅组成不同、结构不同，所包含的化学能也不同。在化学反应中，既有化合物中化学键的断裂，又有生成物中化学键的形成，化学键的断裂吸收能量，化学键的形成释放能量。化学键的断裂和形成是物质在化学变化中系统发生能量变化(转换)的主要原因。一个化学反应的过程，本质上就是旧化学键断裂或新化学键形成的过程。水也不例外，水参与炸药爆炸的化学反应，这一热能转换为机械能的实质就是炸药的爆炸能使水的化学键断裂后再重新形成新的化学键的过程，从而完成能量积蓄后再重新释放做功的过程，就像带动火车的蒸汽机车凭借水为媒介将煤燃烧的热能把水变为高温高压蒸汽推动汽缸活塞运动做功一样，水起到了能量转换的媒介作用，这个过程需要经过一定的时程。换句话说就是：“积蓄了炸药爆炸能的水和炸药共同参与化学反应后生成的高温高压爆生气态物质(即在高温高压的特定条件下进一步发生化学反应生成新的物质)将遵循瞬时爆轰理论主要以急剧膨胀做功的方式挤压爆破介质使爆破介质破碎”。这是一种能量转换过程，在“爆炸热力学系统”中能量的改变(转换)只能等于传入或者传出该系统的能量，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式。水加入到“爆炸热力学系统”中只是完成了能量转换过程，并没有增加炸药的爆炸能，仅仅是让炸药的爆炸能所做功的有用部分(破碎介质)和无用部分(产生危害作用的地震冲击波等)相互之间发生了用益于人类的变化而已。

因此，根据上述分析论证可以确定，保证炸药的能量被水介质有效吸收、使得炸药爆炸的能量被充分利用于水介质的分解，即可保证具有最优的炸药能量有效利用率，又可以及充分地延缓“爆炸热力学系统”瞬时爆轰的时程，缓解炸药爆炸的空气冲击波、地震波、光和声的效应等的危害作用，降低爆破烟尘。为了实现上述能量转换，本实施例采用的技术手段是保证水介质(水)和炸药的质量比大于或等于最优值M。最优值M等于所使用炸药的爆热与氢和氧合成水所释放的热能的比值，同时最优值M也是水的摩尔质量(水的分子质量)与所使用炸药的摩尔质量(炸药的分子质量)的比值。在质量比等于最优值M的情况下，所有炸药的能量能够将所有水介质的化学键断裂而分解为氢和氧，在质量比大于最优值M的情况下，所有炸药的能量能够将部分水介质的化学键断裂而分解为氢和氧。在质量比小于最优值M的情况下，则不能够将所有炸药的能量充分利用以将水介质的化学键断裂而分解为氢和氧，则会存在炸药的能量有效利用率不足的问题。

基于上述原理，如图1所示，本实施例水介质换能爆破方法的步骤包括：

1)在爆破介质的炸药装药腔中安装质量比大于或等于最优值M的水介质(水)和炸药，且将炸药和水介质相互隔离，其中最优值M的计算函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，M表示水介质和炸药之间的质量比的最优值，H_e表示爆破所采用炸药的爆热(参见表1)，H_s表示氢和氧合成水时所释放的热能(15879kJ/kg)；

2)引爆炸药装药腔中安装的炸药。引爆炸药后，水介质吸收炸药爆炸能量后化学键断裂而分解为氢和氧，使得体积增长到标准状况下原体积的1200多倍，由于这些气态物质受到高度压缩，积蓄了巨大的势能的氢和氧以及炸药爆炸的爆生物质将对爆破介质主要以急剧膨胀挤压作用破碎爆破介质而做功；且爆生物质对爆破介质主要以急剧膨胀挤压作用破碎爆破介质，加之因为水在高温高压环境下的断键、成键的时程作用，延缓了整个爆炸化学反应过程即延缓了“爆炸热力学系统”瞬时爆轰的时程，所以炸药爆炸的空气冲击波、地震波、光和声的效应等的危害作用会得到很大的缓解。此外，爆生物质做功释放了能量它们的化学键键能降低，氢和氧又重新形成新的化学键而合成水，合成水以水雾的形式存在，因此大大地降低了爆破烟尘。常用工业炸药的主要成分是硝酸铵，其爆炸化学反应方程式为：4NH₄NO₃＝3N₂+2NO₂+8H₂O+1414.08kJ，按上述化学反应方程式和按照摩尔体积可以计算爆生气态物质在标准状况下(0℃,一个标准大气压)的爆生体积，其中N₂的爆生体积为486(L)(810/28×22.4×3/4)，其中第一个分数的分子810代表N₂的相对密度，第一个分数的分母28代表N₂的分子量，22.4(L)代表N₂在标准状况下的摩尔体积，第二个分数的分子3代表3个氮气分子，第二个分数的分母4代表4个硝酸铵分子(即4个硝酸铵分子爆炸后生成了3个氮气分子，(下同)；NO₂的爆生体积为353(L)(1450/46×22.4×2/4)，H₂O的爆生体积为379.7(L)(1000/18×22.4×8/4)，因此爆生体积总和为1218.7(L)。1kg水在气态标准状况下的体积为1224.4(L)，例如在一般炮孔中采用本实施例水介质换能爆破方法时，炸药占78％、水介质占22％。因此按照加权平均法计算在“爆炸热力学系统”中水和炸药生成的高温高压物质的体积在标准状况下是原来体积的倍数为：1218.7×78％+1224.4×22％＝1219.954，即爆生气态物质在标准状况下体积增大了1200多倍，却高度压缩在“爆炸热力学系统”内或“炮孔”内，因此这些水和炸药的高温高压爆生气态物质将主要以急剧膨胀的方式挤压爆破介质而做功，使爆破介质破碎完成爆破作业。因此其爆炸效果是爆生物质将主要以急剧膨胀的方式挤压爆破介质而做功，从而提高了炸药爆炸的有效利用率，这是人们长期追求的提高炸药有些利用率的目标所在，这就是本实施例水介质换能爆破方法水介质参与炸药爆炸的机理，也是本实施例水介质换能爆破方法与炸药单独爆炸机理的区别所在。经过验证，本实施例水介质换能爆破方法在相同爆破介质的条件下减少炸药单耗20％～30％，爆破振动减小20％～25％，爆破烟尘降低40％～45％，爆破介质破碎粒度与普通爆破相比较为均匀、大块率降低、基本无爆破飞石且爆堆集中方便挖装和运输作业，故成本下降20～25％，因此具有能够提高炸药能量有效利用率、改善炸药对爆破介质的爆破效果、减小爆破危害、爆破烟尘少的优点。

不同的炸药具有不同的爆热值，例如常见的工业炸药的爆热数值如表1所示，毫无疑问，本实施例方法并不受限于某一种特定的炸药，故在此不再赘述。

表1：常用工业炸药的爆热数值表：

本实施例中，步骤1)中将炸药和水介质相互隔离具体是指将水介质封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体1，水介质装设于袋体1中。通过爆破水柱装置包装水介质的方式，能够保证袋体1在施工中水不渗漏和逸出并方便安装，且可以方便地应用于各类无水炮孔及药室，而且还可以方便地根据需要采用预制备的爆破水柱装置，以满足现场快速安装需要。本实施例中，袋体1采用低密度聚乙烯(LDPE)用压延法生产的薄管材制作，低密度聚乙烯是一种高分子聚合物、无毒、无味、无臭，由于用材量小故价廉。爆破水柱装置制作简单方便，其内注水也没有任何特殊要求，施工现场获取方便几乎不花成本，因此生产完全低碳、节能、环保。考虑到实际炸药装药腔的结构一般为孔状(炮孔)或者药室，因此袋体1的长度和尺寸都可以根据炸药装药腔的结构而进行选择，故在此不再赘述。

如图2所示，袋体1的端部设有采用一次热压焊接形成的热压焊缝带2，袋体1位于热压焊缝带2内侧的内腔孔径从袋体1的中部向端部逐渐变小。通过上述结构，能够保证袋体1在炸药装药腔(炮孔)中下落时，由于热压焊缝带2内侧的内腔孔径从袋体1的中部向端部逐渐变小，从而使得炸药装药腔(炮孔)的冲击力均匀作用在袋体1的端部逐渐变小的结构，减少炸药装药腔(炮孔)对袋体1的局部冲击力，提高袋体1的可靠性。需要说明是，由于本实施例中两个端部都对称设置热压焊缝带2，从而袋体1的两端可以无障碍地选择任意一端朝下。

如图2所示，热压焊缝带2包括依次相连的第一侧部焊接带21、底部焊接带22和第二侧部焊接带23，第一侧部焊接带21、第二侧部焊接带23相对底部焊接带22对称布置。

如图2和图3所示，第一侧部焊接带21、底部焊接带22、第二侧部焊接带23为直条状。毫无疑问，在前文记载的袋体1位于热压焊缝带2内侧的内腔孔径从袋体1的中部向端部逐渐变小的启发下，本领域技术人员也可以根据需要将第一侧部焊接带21、底部焊接带22、第二侧部焊接带23三者选择采用弧状，同样也能够保证袋体1位于热压焊缝带2内侧的内腔孔径从袋体1的中部向端部逐渐变小，同样也能够减少炸药装药腔(炮孔)对袋体1的局部冲击力，从而能够防止袋体1发生破裂，提高袋体1的可靠性。

如图2和图3所示，第一侧部焊接带21、底部焊接带22、第二侧部焊接带23的两端设有弧形弯曲部，使得第一侧部焊接带21和袋体1的侧壁之间、第一侧部焊接带21和底部焊接带22之间、底部焊接带22和第二侧部焊接带23之间、第二侧部焊接带23和袋体1的侧壁之间均形成平滑的过渡结构。通过上述平滑的弧形结构，能够确保第一侧部焊接带21和袋体1的侧壁之间、第一侧部焊接带21和底部焊接带22之间、底部焊接带22和第二侧部焊接带23之间、第二侧部焊接带23和袋体1的侧壁之间的连接部处的牢固可靠，从而提高热压焊缝带2的整体可靠性。

如图2所示，第一侧部焊接带21、第二侧部焊接带23两者与袋体1的圆柱体侧边的夹角α均为45°。夹角α的取值用于保证袋体1下落时炸药装药腔内壁的冲击力均匀地作用在第一侧部焊接带21、第二侧部焊接带23上，其取值在40～60°的效果较好，夹角α小于40°则会导致袋体1端部过尖，一方面容易造成袋体1端部和炸药装药腔之间的间隙空腔过大，不利于爆破，另一方面还容易导致袋体1下落到底时对底部焊接带22处的冲击过大而容易导致底部焊接带22处破裂；夹角α大于60°虽然可以改善上述问题，但是会导致袋体1下落时炸药装药腔内壁的冲击力作用在第一侧部焊接带21、第二侧部焊接带23上不够均匀，同样也容易引起袋体1的破裂。

如图2所示，袋体1的端部位于热压焊缝带2的外侧设有扁平状尾部3，并且袋体1内为真空。扁平状尾部3一方面能够对热压焊缝带2起到保护作用，另一方面扁平状尾部3可以与炸药装药腔的炮孔壁接触产生摩擦阻力还能够对袋体1下落时的冲击力起到缓冲作用，袋体1内形成真空，可以减小袋体1下落过程水对袋壁的冲击力，从而能够提高袋体1的可靠性。

参见前文可知，应用本实施例水介质换能爆破方法的水介质换能爆破装药腔中安装有质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且炸药和水介质相互隔离，其中最优值M的计算函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，M表示水介质和炸药之间的质量比最优值，H_e表示爆破所采用炸药的爆热，H_s表示氢和氧合成水时所释放的热能。

本实施例中的水介质换能爆破装药腔具体为无水炮孔，和现有无水炮孔的结构类似，炮孔为封闭式结构，且炮孔堵塞段长度一般取值为炮孔的抵抗线长度即可，且炮孔堵塞段采用加水湿润的钻孔岩渣堵塞并压实即可。本实施例无水炮孔中的炸药被分为一段或者两段及以上的药柱安装，水介质封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，每一段药柱的两端均设有爆破水柱装置，且无水炮孔的底部和靠近堵塞封口段的端部均设有爆破水柱装置；爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体1，水介质装设于袋体1中。毫无疑问，针对钻孔爆破无水炮孔，也可以根据需要布置一段或者两段及以上的药柱，引爆时可以根据需要采用采用导爆索引爆或多发雷管引爆，其原理与本实施例完全相同，在此不再赘述。

实施例二：

本实施例与实施例一的水介质换能爆破方法基本相同，且水介质换能爆破装药腔中同样也安装有质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且炸药和水介质相互隔离。其主要不同点为本实施例中的水介质换能爆破装药腔为有水炮孔，有水炮孔中的炸药装设于防水袋中形成药卷，药卷插设于有水炮孔中使得炸药和水介质相互隔离，有水炮孔的内壁和药卷之间形成径向不耦合的装药结构，有水炮孔中的水介质位于有水炮孔的内壁和药卷之间。

在炸药和水介质相互隔离的结构实现时，本实施例水介质换能爆破方法的步骤1)中将炸药和水介质相互隔离具体是指将炸药装入防水袋中形成药卷，将药卷放入有水的炸药装药腔中使得炸药和水介质相互隔离，炸药装药腔的内壁和药卷之间形成径向不耦合的装药结构，且装药结构中的水介质、药卷中的炸药之间的质量比大于或等于最优值M。

实施例三：

本实施例与实施例二的水介质换能爆破方法基本相同，且本实施例中的水介质换能爆破装药腔为有水炮孔中的水下炮孔，水下炮孔中同样也安装有质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且炸药装设于防水袋中形成药卷，药卷插设于水下炮孔中使得炸药和水介质相互隔离。本实施例水介质换能爆破方法的步骤1)中将炸药和水介质相互隔离方法和实施例二完全相同，故在此不再赘述。

实施例四：

本实施例与实施例一的水介质换能爆破方法基本相同，其主要不同点为本实施例中的水介质换能爆破装药腔为为药室(硐室)，药室中同样也安装有质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且炸药和水介质相互隔离。本实施例药室中炸药和水介质相互隔离的结构实现不同：药室中的炸药被分装在炸药箱内，炸药箱分层叠放且同一层的相邻炸药箱之间预留有空隙，水介质被封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，爆破水柱装置布置在同一层的相邻炸药箱之间预留的空隙中；爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体1，水介质装设于袋体1中。通过上述爆破水柱装置和炸药箱的排布结构，既有利于安放爆破水柱装置，又不至于让炸药箱压住爆破水柱装置。本实施例中，单个爆破水柱装置以质量不超过15kg为宜，这样便于人工搬运。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种水介质换能爆破方法，其特征在于步骤包括：

1)在爆破介质的炸药装药腔中安装质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且将炸药和水介质相互隔离，其中最优值M的计算函数表达式如式(1)所示；

<mrow> <mi>M</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>H</mi> <mi>e</mi> </msub> <msub> <mi>H</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式(1)中，M表示水介质和炸药之间的质量比的最优值，H_e表示爆破所采用炸药的爆热，H_s表示氢和氧合成水时所释放的热能；

2)引爆所述炸药装药腔中安装的炸药。

2.根据权利要求1所述的水介质换能爆破方法，其特征在于：所述步骤1)中将炸药和水介质相互隔离具体是指将水介质封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，所述爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体(1)，所述水介质装设于袋体(1)中。

3.根据权利要求2所述的水介质换能爆破方法，其特征在于：所述袋体(1)的端部设有采用一次热压焊接形成的热压焊缝带(2)，所述袋体(1)位于热压焊缝带(2)内侧的内腔孔径从袋体(1)的中部向端部逐渐变小。

4.根据权利要求3所述的水介质换能爆破方法，其特征在于：所述热压焊缝带(2)包括依次相连的第一侧部焊接带(21)、底部焊接带(22)和第二侧部焊接带(23)，所述第一侧部焊接带(21)、第二侧部焊接带(23)相对底部焊接带(22)对称布置。

5.根据权利要求4所述的水介质换能爆破方法，其特征在于：所述第一侧部焊接带(21)、底部焊接带(22)、第二侧部焊接带(23)为直条状或弧状。

6.根据权利要求5所述的水介质换能爆破方法，其特征在于：所述第一侧部焊接带(21)、底部焊接带(22)、第二侧部焊接带(23)的两端设有弧形弯曲部，使得所述第一侧部焊接带(21)和袋体(1)的侧壁之间、第一侧部焊接带(21)和底部焊接带(22)之间、底部焊接带(22)和第二侧部焊接带(23)之间、第二侧部焊接带(23)和袋体(1)的侧壁之间均形成平滑的过渡结构。

7.根据权利要求6所述的水介质换能爆破方法，其特征在于：所述第一侧部焊接带(21)、第二侧部焊接带(23)两者与袋体(1)的圆柱体侧边的夹角α均为40～60°。

8.根据权利要求7所述的水介质换能爆破方法，其特征在于：所述袋体(1)的端部位于热压焊缝带(2)的外侧设有扁平状尾部(3)，所述袋体(1)内为真空。

9.根据权利要求8所述的水介质换能爆破方法，其特征在于：所述步骤1)中将炸药和水介质相互隔离具体是指将炸药装入防水袋中形成药卷，将药卷放入有水的炸药装药腔中使得炸药和水介质相互隔离，炸药装药腔的内壁和药卷之间形成径向不耦合的装药结构，且所述装药结构中的水介质、药卷中的炸药之间的质量比大于或等于所述最优值M。

10.一种水介质换能爆破装药腔，其特征在于：所述水介质换能爆破装药腔中安装有质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且炸药和水介质相互隔离，其中最优值M的计算函数表达式如式(1)所示；

<mrow> <mi>M</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>H</mi> <mi>e</mi> </msub> <msub> <mi>H</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式(1)中，M表示水介质和炸药之间的质量比最优值，H_e表示爆破所采用炸药的爆热，H_s表示氢和氧合成水时所释放的热能。

11.根据权利要求10所述的水介质换能爆破装药腔，其特征在于：所述水介质换能爆破装药腔为无水炮孔，所述无水炮孔中的炸药被分为一段或者两段及以上的药柱安装，所述水介质封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，每一段药柱的两端均设有爆破水柱装置，且所述无水炮孔的底部和靠近堵塞封口段的端部均设有爆破水柱装置；所述爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体(1)，所述水介质装设于袋体(1)中。

12.根据权利要求10所述的水介质换能爆破装药腔，其特征在于：所述水介质换能爆破装药腔为有水炮孔，所述有水炮孔中的炸药装设于防水袋中形成药卷，药卷插设于有水炮孔中使得炸药和水介质相互隔离，所述有水炮孔的内壁和药卷之间形成径向不耦合的装药结构，所述有水炮孔中的水介质位于有水炮孔的内壁和药卷之间。

13.根据权利要求10所述的水介质换能爆破装药腔，其特征在于：所述水介质换能爆破装药腔为药室，所述药室中的炸药被分装在炸药箱内，所述炸药箱分层叠放且同一层的相邻炸药箱之间预留有空隙，所述水介质被封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，所述爆破水柱装置布置在同一层的相邻炸药箱之间预留的空隙中；所述爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体(1)，所述水介质装设于袋体(1)中。