CN107607006B - 基于聚能炸药切割大直径螺栓的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利水电技术领域，具体涉及一种基于聚能炸药切割大直径螺栓的方法及装置，其中该方法包括：将两个线型聚能切割器分别布置于大直径螺栓的两侧；其中，所述线型聚能切割器具有磁性定位安装支架；根据炸药的爆速、聚能切割器的装药厚度及聚能切割器聚能罩的尺寸确定炸高，并通过所述磁性定位安装支架定位炸高；通过微秒级起爆雷管同时引爆布置于大直径螺栓两侧的线型聚能切割器。本发明采用聚能爆破方法及装置将放空洞钢闷头的锚固螺栓炸断形成过水通道，既解决了大坝面板维修时的水库放空问题，又可减少工程的投资和工期，还可降低深水闸门运行期的维修等所带来的麻烦。

Description

基于聚能炸药切割大直径螺栓的方法及装置

技术领域

本发明属于水利水电技术领域，具体涉及一种基于聚能炸药切割大直径螺栓的方法及装置。

背景技术

将水库的导流洞改建为放空洞在水利水电工程建设中具有公认的工程实用价值，当需要水库放空时，如何利用爆炸技术炸断放空洞钢闷头大直径锚固螺栓形成过水通道，且使爆炸产生的冲击波不损坏导流洞堵头、洞体，是能否解决大坝面板维修时的水库放空问题，减少工程的投资和工期，降低深水闸门运行期的维修等所带来的麻烦的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于聚能炸药切割大直径螺栓的方法及装置，以解决上述技术问题。

本发明提供了一种基于聚能炸药切割大直径螺栓的方法，包括：

将两个线型聚能切割器分别布置于大直径螺栓的两侧；其中，线型聚能切割器具有磁性定位安装支架；

根据炸药的爆速、聚能切割器的装药厚度及聚能切割器聚能罩的尺寸确定炸高，并通过磁性定位安装支架定位炸高；

通过微秒级起爆雷管同时引爆布置于大直径螺栓两侧的线型聚能切割器。

进一步地，线型聚能切割器包括聚能切割器外壳、聚能罩及起爆雷管，聚能切割器外壳内为装有炸药的药室，起爆雷管与所述药室连接；

磁性定位安装支架与聚能切割器外壳连接，磁性定位安装支架包括支撑杆，支撑杆布置于聚能罩的两侧，一端连接聚能切割器外壳，另一端连接有磁铁；

支撑杆具有伸缩机构及锁定机构，可进行长度调节及位置锁定；

支撑杆具有用于标识距离的刻度线；

支撑杆连接有气泡水平仪。

进一步地，磁铁为与大直径螺栓外周相适应的弧形磁铁。

进一步地，药室包括低爆速主装炸药室及高爆速炸药室，高爆速炸药室远离聚能罩设置，两个高爆速炸药室的长度方向分别与聚能罩的两直边平行，其余空间为主装炸药室，高爆速炸药室中的高爆速炸药与主装炸药室中的低爆速炸药接触连接。

进一步地，聚能罩由紫铜材料制成。

本发明还提供了一种基于聚能炸药切割大直径螺栓的装置，包括两个分别用于布置于大直径螺栓的两侧的线型聚能切割器，线性切割器具有磁性定位安装支架；

线型聚能切割器包括聚能切割器外壳、聚能罩及起爆雷管，聚能切割器外壳内为装有炸药的药室，起爆雷管与药室连接；

磁性定位安装支架与聚能切割器外壳连接，磁性定位安装支架包括支撑杆，支撑杆布置于聚能罩的两侧，一端连接聚能切割器外壳，另一端连接有磁铁；

支撑杆具有伸缩机构及锁定机构，可进行长度调节及位置锁定；

支撑杆具有用于标识距离的刻度线；

支撑杆连接有气泡水平仪。

进一步地，磁铁为与大直径螺栓外周相适应的弧形磁铁。

进一步地，药室包括低爆速主装炸药室及高爆速炸药室，高爆速炸药室远离所述聚能罩设置，两个高爆速炸药室的长度方向分别与聚能罩的两直边平行，其余空间为主装炸药室，高爆速炸药室中的高爆速炸药与主装炸药室中的低爆速炸药接触连接。

进一步地，聚能罩由紫铜材料制成。

进一步地，起爆雷管为微秒级电子起爆雷管。

与现有技术相比本发明的有益效果是：采用聚能爆破方法及装置将放空洞钢闷头的锚固螺栓炸断形成过水通道，既解决了大坝面板维修时的水库放空问题，又可减少工程的投资和工期，还可降低深水闸门运行期的维修等所带来的麻烦。

附图说明

图1是本发明一种基于聚能炸药切割大直径螺栓的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

本实施例提供了一种基于聚能炸药切割大直径螺栓的方法，包括：

步骤1，将两个线型聚能切割器分别布置于大直径螺栓的两侧；其中，线型聚能切割器具有磁性定位安装支架。

步骤2，根据炸药的爆速、聚能切割器的装药厚度及聚能切割器聚能罩的尺寸确定炸高，并通过磁性定位安装支架定位炸高。炸高确定的具体方法包括：

1)确定线型聚能切割器名义最佳炸高(H₀)的经验公式为：

H₀＝kV^aU^bW^c(mm)

式中各参数分别表示：

V为炸药的爆速(m/s)，其变化范围为7000～9100(m/s)；U为切割器的装药厚度(mm)，其范围为1.5～15(mm)；W为切割器聚能罩的母线母线长度(mm)，其变化范围为5～60(mm)。

a、b、c依次为以上三个参数的指数；k是与聚能罩材料、炸药密度等因素有关的系数。上面公式揭示了切割器主要组元的主要参数与名义最佳炸高之间的关系。

在运用上述经验公式计算H₀时，直接带入上面V、U、W三个参数给出的单位数值进行计算。

2)运用随机筹划法或正交法确定试验方案，并运用回归分析方法对试验数据进行处理，既得出上述经验公式中系数k和指数a、b、c的值分别为：

k＝(7.5～8.5)×10^-3；a＝0.3～0.4；b＝0.4～0.6；c＝0.9～1.1.

3)根据理论分析和大量试验表明，实际运用中的具体线型聚能切割器，其真实最佳炸高值会偏离H₀值。当真实炸高大于H₀时，对目标的切割深度影响较大；而真实炸高小于H₀时，对目标的切割深度影响不大。由此给出实用最佳炸高H_s＝(0.85～1.05)H₀。

4)在线型聚能切割器的实际使用中，应尽可能按Hs设置炸高。在特殊情况下，还可采用许用合理炸高(H_x)，其变化范围：H_s>H_x≥0。

这是因为：当H_x小于H_s时，虽然线型聚能切割器的聚能射流地目标侵彻作用(视为主要作用)在显著增强。因此，扔能满足切割效果的要求。

通过该确定炸高的方法，使切割器设置更加适用于实际使用，同时还能最大限度地发挥切割器的切割效能。该方法适用于聚能罩夹角(锥角)为85±10°、聚能罩的壁厚为0.5mm～3mm的线型聚能切割器。

步骤3，通过微秒级起爆雷管同时引爆布置于大直径螺栓两侧的线型聚能切割器。

聚能切割器是利用聚能装药原理制成的一种带有金属聚能罩的线性装药。当聚能药包爆轰时，爆轰波到达金属聚能罩壁面的初始压力高达数万兆帕，远远大于金属材料的强度金属聚能罩在运动过程中所产生的塑性变形功转化为热能，使金属罩的温度上升，进一步降低了材料的强度，以致聚能罩被压垮，爆炸产物在推动罩壁向对称轴线运动的过程中将能量传递给金属罩，由于金属的可压缩性小，能量极大部分表现为动能形式，形成速度与动能比爆轰气体更高的金属射流。形成的金属粒子射流沿聚能槽法线方向作高速运动，在对称面上发生闭合高速碰撞形成高速的连续薄层状射流(通称“聚能刀”)对目标进行切割。

本实施例通过将两个线型聚能切割器分别布设在大直径螺栓两侧，采用微秒级电子起爆雷管进行同步精确引爆，通过双向同时切割的方法，减小了炸药的用量，降低了对环境的影响。同时，采用线型聚能切割器自带的磁性定位安装支架进行定位布置，无需重设定位支架，安装定位方便、快捷，节省人力物力。

参图1所示，线型聚能切割器包括聚能切割器外壳11、聚能罩12及起爆雷管(图中未示出)，聚能切割器外壳11内为装有炸药的药室，起爆雷管与药室连接；磁性定位安装支架与聚能切割器外壳11连接，磁性定位安装支架包括支撑杆21，支撑杆21布置于聚能罩12的两侧(可布置多组，一般切割器上、下两端各布置一组)，一端连接聚能切割器外壳11，另一端连接有(条形)磁铁22；支撑杆21具有伸缩机构及锁定机构，可进行长度调节及位置锁定；支撑杆21具有用于标识距离的刻度线23；支撑杆连接有气泡水平仪24。

该磁性定位安装支架通过磁铁与大直径螺栓吸引进行聚能切割器的定位安装，安装、拆除方便，结构简单、易于实现。通过支撑杆上的伸缩机构及锁定机构及刻度线，可根据确定的炸高进行精确的距离调节，以保证炸高调节的方便性及准确性。通过支撑杆上的气泡水平仪使两个聚能切割器处于同一水平度，可保证双向切割的同步性及精确性。

在本实施例中，磁铁22还可采用大直径螺栓外周相适应的弧形磁铁，以使安装更加方便，固定更加牢固。

在本实施例中，药室包括低爆速主装炸药室13及高爆速炸药室14，高爆速炸药室14远离聚能罩12设置，两个高爆速炸药室14的长度方向分别与聚能罩12的两直边平行，其余空间为主装炸药室13，高爆速炸药室14中的高爆速炸药(爆速不低于6500m·s^-1)与主装炸药室13中的低爆速炸药(爆速一般为3500m·s^-1)接触连接。

本实施例通过采用低爆速工业炸药与高爆速炸药相配合使用的方法，以高爆速炸药带动主装炸药爆轰，使主装炸药中产生汇聚爆轰波15，利用汇聚爆轰波15和成型装药的双重聚能效果产生强烈的金属射流，对大直径螺栓进行切割，进一步降低了价格昂贵的高爆速炸药的使用成本，具有较好的经济效果。

在本实施例中，聚能罩12由紫铜材料制成，厚度根据炸药种类、聚能罩材料、锥角(60-90度之间)、尺寸确定。

在本实施例中，起爆雷管采用微秒级高精度电子起爆雷管，以保证同时起爆的精确性。

本实施例通过采用聚能爆破方法及装置将放空洞钢闷头的锚固螺栓炸断形成过水通道，既解决了大坝面板维修时的水库放空问题，又可减少工程的投资和工期，还可降低深水闸门运行期的维修等所带来的麻烦。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (1)

1.一种基于聚能炸药切割大直径螺栓的装置，其特征在于，包括两个分别用于布置于大直径螺栓的两侧的线型聚能切割器，所述线型聚能切割器具有磁性定位安装支架；

所述线型聚能切割器包括聚能切割器外壳、聚能罩及起爆雷管，所述线型聚能切割器外壳内为装有炸药的药室，所述起爆雷管与所述药室连接；

所述药室包括低爆速主装炸药室及高爆速炸药室，所述高爆速炸药室远离所述聚能罩设置，两个所述高爆速炸药室的长度方向分别与所述聚能罩的两直边平行，其余空间为所述主装炸药室，所述高爆速炸药室中的高爆速炸药与所述主装炸药室中的低爆速炸药接触连接；所述聚能罩由紫铜材料制成；所述起爆雷管为微秒级电子起爆雷管；

所述磁性定位安装支架与所述线型聚能切割器外壳连接，所述磁性定位安装支架包括支撑杆，所述支撑杆布置于所述聚能罩的两侧，一端连接所述线型聚能切割器外壳，另一端连接有磁铁；所述磁铁为与所述大直径螺栓外周相适应的弧形磁铁；

所述支撑杆具有伸缩机构及锁定机构，可进行长度调节及位置锁定；

所述支撑杆具有用于标识距离的刻度线；

所述支撑杆连接有气泡水平仪；

应用所述基于聚能炸药切割大直径螺栓的装置进行大直径螺栓切割的方法包括：

将两个线型聚能切割器分别布置于大直径螺栓的两侧；其中，所述线型聚能切割器具有磁性定位安装支架；

根据炸药的爆速、线型聚能切割器的装药厚度及线型聚能切割器聚能罩的尺寸确定炸高，并通过所述磁性定位安装支架定位炸高；

通过微秒级电子起爆雷管同时引爆布置于大直径螺栓两侧的线型聚能切割器。