CN106885889A - 用于切缝药包水下爆炸测试实验的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的公开了一种用于切缝药包水下爆炸测试实验的装置及方法。包括第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)、至少一个第一旋转支架伸缩腿(6)、至少一个第二旋转支架伸缩腿(7)；第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)、第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)上安装有对爆炸测试过程进行传感测量的探头；第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)之间的距离、第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)之间的距离均可以调节，以测量切缝药包周围不同空间位置处的爆炸性能，具有很大灵活性，能够满足不同实验要求。
Description
技术领域
本发明涉及用于定向断裂控制爆破的切缝药包在水下爆炸时的压力测试系统，尤其涉及到实现测试切缝药包在不同空间位置下的爆炸特性研究的装置及方法。
背景技术
随着国家基础设施建设的进一步落实，大量的岩土工程项目正在展开，其中的土石方工程由于体量大，需要的破坏能量较大，一般工程上采用爆破的方式进行作业，光面爆破、定向断裂控制爆破等技术在道路建设、露天矿开采、矿山建设、隧道开挖中有着广泛的应用。但是在实际工程中，使用普通药包很难获得理想的爆破效果，由于切缝药包的爆炸特性，在使用切缝药包时，一般能够较好的控制断裂方向，使炸药释放的能量得到合理的利用。
然而对于切缝药包的爆炸特性研究还不是很全面，通过水下爆炸测试技术，测试切缝药包切缝方向和非切缝方向的压力及能量变化规律，实现对切缝药包全方位的爆炸性能测试，是一种常用的测试方式，然而传统的水下爆炸测试不能够满足切缝药包这种特殊装药形式的测试要求，所以对切缝药包传感器固定装置的研究具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供了一种可供测试切缝药包水下爆炸特性的传感器的实验固定装置。该实验系统利用切缝药包对炸药能量的约束和导向作用，在水下爆炸时在切缝方向和非切缝方向产生会不同的水下压力的特性，同时水下压力的大小与其距切缝药包的距离也有明显的关系，通过在不同的距离，不同的角度布置传感器来测量水下压力大小的变化，从而研究切缝药包爆炸时的能量分布规律，以及能量在水下传播时的衰减规律，为工程实践提供参考。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
用于切缝药包水下爆炸测试实验的装置，包括第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)、至少一个第一旋转支架伸缩腿(6)、至少一个第二旋转支架伸缩腿(7)；第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)、第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)上安装有对爆炸测试过程进行传感测量的探头；第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)、第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)围绕在切缝药包(13)的四周；第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)之间的距离、第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)之间的距离均可以调节，以测量切缝药包周围不同空间位置处的爆炸性能。
所述的装置，第一水平支架伸缩腿(5)和第二水平支架伸缩腿(8)插入水平支架(2)中，第一旋转支架伸缩腿(6)和第二旋转支架伸缩腿(7)插入旋转支架(3)中，第一水平支架伸缩腿(5)和第二水平支架伸缩腿(8)插入水平支架(2)后可以在其中来回抽动，选择好合适的水平支架伸缩腿(5)和水平支架伸缩腿(8)的距离后，通过支架定位孔(9)和第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)上相应的固定孔，将两个伸缩腿锁定在水平支架(2)上，第一旋转支架伸缩腿(6)和第二旋转支架伸缩腿(7)插入旋转支架(3)后可以在其中来回抽动，选择好合适的旋转支架伸缩腿(6)和旋转支架伸缩腿(7)的距离后通过支架定位孔(9)和第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)上相应的固定孔，将第一旋转支架伸缩腿(6)和第二旋转支架伸缩腿(7)锁定在旋转支架(3)上。
所述的装置，第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)、第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)围绕在以切缝药包(13)悬吊轴线为轴的同一个或不同的圆柱面上。
所述的装置，水平支架(2)通过挂钩(1)与外部固定架相连，将整个装置悬吊在水池中，固定不动并保持水平。
所述的装置，旋转支架(3)上部有水平刻度盘(10)，可以通过转动旋转支架(3)，并观察刻度盘(10)示出的水平支架与旋转支架之间的夹角角度，当达到设计角度后，用旋转支架锁扣(16)将旋转支架(3)和水平支架(2)锁定。
所述的装置，旋转支架锁扣(16)是一个与挂钩(1)上的螺纹配合的螺帽，当拧紧该螺帽，水平支架(2)和旋转支架3就固定在一起。
所述的装置，水平支架(2)、旋转支架(3)、水平支架伸缩腿(5)、旋转支架伸缩腿(6)、水平支架伸缩腿(7)、旋转支架伸缩腿(8)均使用三棱柱形状的钢材，使三棱柱的一个棱正对待测试的切缝药包，尽量减少水压在装置上的反射，避免给实验带来误差。
所述的装置，切缝药包(13)的吊装高度能够根据实验需要自由调整，以测量切缝药包(13)爆炸后，切缝药包(13)不同部位处的水压分布规律。
所述的装置，正对切缝药包(13)下部的旋转支架转轴上也安装有探头。
根据所述的装置进行爆炸实验的方法，包括以下步骤：
首先，在地面对装置进行组装，分别将伸缩腿安装到位，在探头插孔内安装探头，通过起重装置将装置整体吊装在水池上方；
然后，根据实验需要制作切缝药包，在炸药药包中装入一定量的炸药，并用起爆线将药包连接，由于在水下起爆，需要对药包做好防水措施；
之后，用药包悬吊钢条将药包固定在药包挂钩上，根据实验需求设置水平支架和旋转支架的角度，并用锁扣锁定，设置伸缩腿与药包的距离并用定位孔锁定；
最后，将固定装置吊入水中，保持水平支架水平，将药包起爆线末端与脉冲起爆器相连，打开探头信号采集装置，操作起爆器引爆炸药。
本发明的用于切缝药包水下爆炸测试传感器的固定装置，能够实现切缝药包在水下爆炸特性的研究，通过对切缝药包在切缝与非切缝方向水压大小的分析，研究切缝药包在切缝和非切缝方向能量释放大小，释放速度，释放的轨迹的规律，从而得到切缝药包在切缝方向与非切缝方向爆炸时的能量分布规律及衰减规律，并在此基础上对切缝药包爆炸理论进行更深入的研究。
系统利用电荷灵敏度为35～45pc/MPa的压电探头进行信号采集，延时控制器触发多通道脉冲点火器引爆炸药，操作简便，可靠性高。实验开始之前要做好对探头的防水，采用环氧树脂胶对重点部位进行防水。爆炸波信号传输系统由低噪声电缆线，电荷放大器，信号存储示波器组成。低噪声电缆使得爆炸波信号传输不失真。低噪音电缆型号为STYV-2型。该低噪声电缆绝缘电阻为5000MΩ·Km。此型号电缆耐冲击、振动。电荷放大器是测量信号以电荷形式传递的微弱电荷信号的放大装置，它具有两个作用：一是将压力压电传感器获得的爆炸冲击波动信号(一般此种信号比较微弱)经由STYV-2型低噪音电缆传输并在末端进行放大；二是增加爆炸波动信号在传输中电流输出，便于爆炸冲击波动信号的采集记录显示分析。采用的数字存储示波器为美国Aglient公司生产的54845A型Infiniium示波器，该示波器最高采样频率为10-9s量级，完全能满足水下爆炸测试的10-6s量级的要求，并具有操作简便、用户界面友好，稳定性好的优点。他们之间通过YE5853电荷放大器相连接，
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构图；
图2为本发明所使用的挂钩及药包固定吊钩示意图；
图中：1挂钩、2水平支架、3旋转支架、4药包固定吊钩、5水平支架伸缩腿、6旋转支架伸缩腿、7旋转支架伸缩腿、8水平支架伸缩腿、9支架定位孔、10刻度盘、11轴承、12药包悬吊钢条、13切缝药包、14起爆线、15探头插孔、16旋转支架锁扣，17固定孔，A、B、C、D、E为探头。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
参考图1、2，用于切缝药包水下爆炸测试实验的装置，包括挂钩1、水平支架2、旋转支架3、药包固定吊钩4、水平支架伸缩腿5、旋转支架伸缩腿6、旋转支架伸缩腿7、水平支架伸缩腿8、支架定位孔9、刻度盘10、轴承11、药包悬吊钢条12、切缝药包13、起爆线14、探头A、B、C、D、E、探头插孔15、旋转支架锁扣16。水平支架伸缩腿5和水平支架伸缩腿8的可以插入水平支架2中，旋转支架伸缩腿6和旋转支架伸缩腿7可以插入旋转支架3中，水平支架伸缩腿5和水平支架伸缩腿8插入水平支架2后可以在其中来回抽动，选择好合适的水平支架伸缩腿5和水平支架伸缩腿8的距离后，通过支架定位孔9和水平支架伸缩腿5和水平支架伸缩腿8上相应的固定孔17，将两个伸缩腿锁定在水平支架2上，旋转支架伸缩腿6和旋转支架伸缩腿7插入旋转支架3后可以在其中来回抽动，选择好合适的旋转支架伸缩腿6和旋转支架伸缩腿7的距离后通过支架定位孔9和旋转支架伸缩腿6和旋转支架伸缩腿7上相应的定位孔17，将旋转支架伸缩腿6和旋转支架伸缩腿7锁定在旋转支架3上，水平支架2通过挂钩1与外部固定架相连，将整个装置悬吊在水池中，固定不动并保持水平，旋转支架3上部有水平刻度盘10，可以通过转动旋转支架3，并观察刻度盘10示出的水平支架与旋转支架之间的夹角角度，当达到设计角度后，用旋转支架锁扣16将旋转支架3和水平支架2锁定。旋转支架锁扣16是一个与挂钩1上的螺纹配合的螺帽，当拧紧该螺帽，水平支架2和旋转支架3就固定在一起。
水平支架2、旋转支架3、水平支架伸缩腿5、旋转支架伸缩腿6、水平支架伸缩腿7、旋转支架伸缩腿8均使用三棱柱形状的钢材，使三棱柱的一个棱正对待测试的切缝药包一侧，尽量减少水压在装置上的反射，避免给实验带来误差。
挂钩1和药包固定吊钩4之间通过螺纹连接在一起。
切缝药包13的吊装高度可根据实验需要自由调整，可以测量切缝药包13爆炸后，切缝药包13中部、下部等不同位置处的水压分布规律。
起爆线14的尖端插入切缝药包13，并做好防水措施，将起爆线14末端与脉冲起爆器相连，按照设定的时间放电引爆炸药药包13。
切缝药包13具有多种形式，可以改变装药形式、药包的材料，炸药的种类，切缝的大小等参数，来对不同参数下的切缝药包13进行测试。具体药包形式需要根据实验要求具体设置。
如果需要一次测量多个距离，多个角度的水压的大小，可以相应的增加旋转支架3和探头的数量即可。本发明的用于切缝药包水下爆炸测试传感器固定装置，其具体操作方法是：
首先，在地面对装置进行组装，分别将伸缩腿插进水平支架和旋转支架内，在探头插孔内安装探头，通过起重装置将装置整体吊装在水池上方；
然后，根据实验需要制作切缝药包，在炸药药包中装入一定量的炸药，并用起爆线将药包连接，由于在水下起爆，需要对药包做好防水措施；
之后，用药包悬吊钢条将药包固定在药包挂钩上，根据实验需求设置水平支架和旋转支架的角度，并用锁扣锁定，设置伸缩腿与药包的距离并用定位孔锁定；
最后，将固定装置吊入水中，保持水平支架水平，将药包起爆线末端与脉冲起爆器相连，打开探头信号采集装置，操作起爆器引爆炸药。
所述的延时控制器能以μs级的精度设置延时时间间隔，满足实验的精度要求。
所述的多通道脉冲点火器可以一次引爆至少两个药包。
以水平支架和旋转支架垂直，且水平支架的一条伸缩腿到药包的距离是另一条的二倍，旋转支架的一条伸缩腿到药包的距离也是另一条的二倍为例进行说明。
如图1、2所示，具体步骤包括：
步骤一、在地面对装置进行组装，分别将水平支架伸缩腿5、8和旋转支架伸缩腿6、7插入插进水平支架2和旋转支架3内，在探头插孔内安装探头。把切缝药包13通过药包悬吊钢条12悬挂在药包固定吊钩4上，起爆线14通过吊钩4连接到发爆器上。其中要做好药包和传感器的防水。
步骤二、通过刻度盘10调节水平支架与旋转支架之间的角度，当达到设计角度后，用旋转支架锁扣16将旋转支架3和水平支架2锁定，满足切缝药包多角度测试要求，
步骤三、通过调节水平支架伸缩腿5、8与水平支架2的定位长度，并用支架定位孔9进行定位，满足距切缝药包不同位置处的测试要求，
步骤四、通过起重装置连接挂钩1装置整体吊装在水池上方，下沉到指定高度，将药包起爆线末端与脉冲起爆器相连，打开探头信号采集装置，操作起爆器引爆炸药。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.用于切缝药包水下爆炸测试实验的装置，其特征在于，包括第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)、至少一个第一旋转支架伸缩腿(6)、至少一个第二旋转支架伸缩腿(7)；第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)、第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)上安装有对爆炸测试过程进行传感测量的探头；第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)、第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)围绕在切缝药包(13)的四周；第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)之间的距离、第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)之间的距离均可以调节，以测量切缝药包周围不同空间位置处的爆炸性能。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，第一水平支架伸缩腿(5)和第二水平支架伸缩腿(8)插入水平支架(2)中，第一旋转支架伸缩腿(6)和第二旋转支架伸缩腿(7)插入旋转支架(3)中，第一水平支架伸缩腿(5)和第二水平支架伸缩腿(8)插入水平支架(2)后可以在其中来回抽动，选择好合适的水平支架伸缩腿(5)和水平支架伸缩腿(8)的距离后，通过支架定位孔(9)和第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)上相应的固定孔，将两个伸缩腿锁定在水平支架(2)上，第一旋转支架伸缩腿(6)和第二旋转支架伸缩腿(7)插入旋转支架(3)后可以在其中来回抽动，选择好合适的旋转支架伸缩腿(6)和旋转支架伸缩腿(7)的距离后通过支架定位孔(9)和第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)上相应的固定孔，将第一旋转支架伸缩腿(6)和第二旋转支架伸缩腿(7)锁定在旋转支架(3)上。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，第一水平支架伸缩腿(5)、第二水平支架伸缩腿(8)、第一旋转支架伸缩腿(6)、第二旋转支架伸缩腿(7)围绕在以切缝药包(13)悬吊轴线为轴的同一个或不同的圆柱面上。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，水平支架(2)通过挂钩(1)与外部固定架相连，将整个装置悬吊在水池中，固定不动并保持水平。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，旋转支架(3)上部有水平刻度盘(10)，可以通过转动旋转支架(3)，并观察刻度盘(10)示出的水平支架与旋转支架之间的夹角角度，当达到设计角度后，用旋转支架锁扣(16)将旋转支架(3)和水平支架(2)锁定。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，旋转支架锁扣(16)是一个与挂钩(1)上的螺纹配合的螺帽，当拧紧该螺帽，水平支架(2)和旋转支架(3)就固定在一起。
7.根据权利要求3-6任一所述的装置，其特征在于，水平支架(2)、旋转支架(3)、水平支架伸缩腿(5)、旋转支架伸缩腿(6)、水平支架伸缩腿(7)、旋转支架伸缩腿(8)均使用三棱柱形状的钢材，使三棱柱的一个棱正对待测试的切缝药包，尽量减少水压在装置上的反射，避免给实验带来误差。
8.根据权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，切缝药包(13)的吊装高度能够根据实验需要自由调整，以测量切缝药包(13)爆炸后，切缝药包(13)不同部位处的水压分布规律。
9.根据权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，正对切缝药包(13)下部的旋转支架转轴上也安装有探头。
10.根据权利要求1-6任一所述的装置进行爆炸实验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，在地面对装置进行组装，分别将伸缩腿安装到位，在探头插孔内安装探头，通过起重装置将装置整体吊装在水池上方；
然后，根据实验需要制作切缝药包，在炸药药包中装入一定量的炸药，并用起爆线将药包连接，由于在水下起爆，需要对切缝药包做好防水措施；
之后，用药包悬吊钢条将药包固定在药包挂钩上，根据实验需求设置水平支架和旋转支架的角度，并用锁扣锁定，设置伸缩腿与药包的距离并用定位孔锁定；
最后，将固定装置吊入水中，保持水平支架水平，将药包起爆线末端与脉冲起爆器相连，打开探头信号采集装置，操作起爆器引爆炸药。
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