CN110118704A - 一种测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的装置及方法，属于爆破工程领域。本发明包括三脚架、尼龙绳、空心铁块和弹簧测力计，弹簧测力计的上端通过绳子固定在三脚架上，弹簧测力计的下端与尼龙绳相连，尼龙绳的下端通过空心铁块上的挂钩与其相连；空心铁块包括一密封的圆柱体外壳，其内部设有一空心圆柱体，空心铁块可以沉入炮孔中。本发明的测量密度的方法，专门用于对炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的测量，该方法步骤简单、可操作性强、节省投资成本。通过该方法可以测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物的密度，特别适用于深孔爆破。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的方法及装置，属于爆破工程领域。
背景技术
在我国的地下爆破、煤矿矿井爆破和露天爆破工程中，钻孔爆破法仍然是主要破岩手段。由此可见炮孔在爆破工程中的应用是极其广泛的。由于考虑到炮孔中不同水位下水与岩屑混合物的密度对不同水位下炮孔的装药量、装药结构、炸药卷长度和直径等爆破参数的影响，就需找到一种测量炮孔中水与岩屑混合物密度的可行性方法及装置。若能解决此类问题，既能达到提高爆破的效果、降低了爆破过程中能量的损失的目的，又能有效地控制爆破产生的各种危害。然而，目前还没有一套专门测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的方法及装置。常见的测量液体密度的方法有称量法、比重杯法、U形管法、阿基米德定律法、密度计法等。但在实际测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的工作中，如称量法、比重杯法、U形管法，这些方法要求在施工现场取待测液体，进而求这些待测液体的密度。但实际工程中，在炮孔中取不同水位下的待测液体是很难实现的；若用阿基米德定律法求液体密度的步骤又很繁琐；而当炮孔中待测液体距孔口的距离很深时，密度计法是很难操作的。
能否找到一种步骤简单、可操作性强的方法，并能保证精确的测出炮孔中不同水位下水与岩屑混合物的密度，这正是本发明的任务所在。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述方法存在的不足，提出一种利用浮力法测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物的密度进而使炸药能够下沉，解决炮孔中水与岩屑混合物的密度对爆破参数影响的问题。
本发明是采用以下技术方案来实现的：一种测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的装置，包括三脚架2、尼龙绳3、空心铁块4和弹簧测力计1，
所述弹簧测力计1的上端通过绳子固定在三脚架2上，弹簧测力计1的下端与尼龙绳3相连，尼龙绳3的下端通过空心铁块4上的挂钩5与其相连；
所述空心铁块4包括一密封的圆柱体外壳，其内部设有一空心圆柱体，空心铁块4可以沉入炮孔中。
进一步的，所述空心铁块4中圆柱体外壳的底面半径小于炮孔的半径。
采用上述装置测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的方法，包括如下步骤：
(1)将三脚架2固定在炮孔口的边缘，用地下水位计测量炮孔中水与岩屑混合物的水位，将尼龙绳3固定的空心铁块4下沉至待测水位处的水与岩屑混合物中；
(2)读取弹簧测力计的数据F，根据牛顿第三定律求出浮力Ff＝G-F，最后根据浮力的计算公式Ff＝ρgv，即可求出不同水位下水与岩屑混合物的密度ρ，其中G为空心铁块4的重力，G＝(πR2H-πr2h)ρ铁g，v为空心铁块4的体积，v＝πR2H，R为空心铁块4中圆柱体外壳的底面半径，H为空心铁块4圆柱体外壳的高，r为空心铁块4中空心圆柱体的底面半径，h为空心铁块4中空心圆柱体的高。
所述尼龙绳3的长度根据所需测量的水与岩屑混合物的所在水位处确定，使尼龙绳3恰好放入水与岩屑混合物的待测水位处，并使尼龙绳3垂直放入水与岩屑混合物中。
本发明与其它几种测量密度的方法相比有以下优点：
(1)本发明采用浮力法测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的方法。称量法、比重杯法、U形管法，这些方法要求在施工现场取待测液体，进而求这些待测液体的密度。而此方法避免了取待测液体；
(2)本发明采用浮力法测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的方法，不仅提供了一种经济实用、设计合理的方法，根据不同水位下水与岩屑混合物密度的不同，以确定不同水位下炸药的种类及装药量等对爆破参数进行最合理的设计。这样既能使炸药可以下沉、提高爆破的效果，又能有效地控制爆破产生的各种危害；
(3)本发明采用浮力法测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的方法，步骤简单、可操作性强、节省投资成本，特别适用于深孔爆破。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明空心铁块的主视图；
图3是本发明空心铁块的俯视图；
图中各标号为：1-弹簧测力计、2-三脚架、3-尼龙绳、4-空心铁块、5-挂钩。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-3所示，一种测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的装置，包括三脚架2、尼龙绳3、空心铁块4和弹簧测力计1，
所述弹簧测力计的上端通过绳子固定在三脚架2上，弹簧测力计1的下端与尼龙绳3相连，尼龙绳3的下端通过空心铁块4上的挂钩5与其相连；将弹簧测力计1固定在三脚架2上，是为了保证弹簧测力计1的读数能够稳定，测得的数据比较精确。此外尼龙绳3质轻且坚硬、吸水性小、尺寸稳定性好；其重量等因素对结果影响很小，几乎可以忽略不计。
所述空心铁块4包括一密封的圆柱体外壳，其内部设有一空心圆柱体，所述空心铁块4中圆柱体外壳的底面半径小于炮孔的半径，以便圆柱体铁块能放入如图1所示的炮孔中，而且空心铁块4可以沉入炮孔中。
实施例2：本实施例中采用如实施例1中所述的装置对炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度进行测量，
要使空心铁块4在水与岩屑混合物中可以下沉，就要保证G＞Ff即：v实/v＞ρ/ρ铁，其中v实为空心铁块4实心部分即密封的圆柱体外壳的体积，ρ为水与岩屑混合物的密度，本实施例中取空心铁块4中圆柱体外壳的底面半径R＝15mm，空心铁块4圆柱体外壳的高H＝45mm，空心铁块4中空心圆柱体的底面半径r＝14.23mm，空心铁块4中空心圆柱体的高h＝30mm，利用公式G＝(πR2H-πr2h)ρ铁g，ρ铁＝7.9×103kg/m3，求得空心铁块4的重力G＝0.98N；
记录空心铁块4放入炮孔中的不同水位下，弹簧测力计的读数F；
根据牛顿第三定律求出浮力Ff＝G-F；最后根据公式ρ＝Ff/gπR2H，即可算出水与岩屑混合物的密度ρ，本实施例中取了6个不同水位处进行测量，其结果如表1所示。
表1不同水位处炮孔中水与岩屑混合物密度
上表1是结合具体数据求得了炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度，以保证炸药的密度大于水与岩屑混合物的密度使炸药下沉，根据不同水位下水与岩屑混合物密度的不同确定不同水位下炮孔的装药量、装药结构、炸药卷长度和直径等对爆破参数进行最合理的设计。既能达到提高爆破的效果、降低了爆破过程中能量损失的目的，又能有效地控制爆破产生的各种危害。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的装置，其特征在于：包括三脚架(2)、尼龙绳(3)、空心铁块(4)和弹簧测力计(1)，
所述弹簧测力计(1)的上端通过绳子固定在三脚架(2)上，弹簧测力计(1)的下端与尼龙绳(3)相连，尼龙绳(3)的下端通过空心铁块(4)上的挂钩(5)与其相连；
所述空心铁块(4)包括一密封的圆柱体外壳，其内部设有一空心圆柱体，空心铁块(4)可以沉入炮孔中。
2.根据权利要求1所述的测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的装置，其特征在于：所述空心铁块(4)中圆柱体外壳的底面半径小于炮孔的半径。
3.一种测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将三脚架(2)固定在炮孔口的边缘，用地下水位计测量炮孔中水与岩屑混合物的水位，将尼龙绳(3)固定的空心铁块(4)下沉至待测水位处的水与岩屑混合物中；
(2)读取弹簧测力计的数据F，根据牛顿第三定律求出浮力Ff＝G-F，最后根据浮力的计算公式Ff＝ρgv，即可求出不同水位下水与岩屑混合物的密度ρ，其中G为空心铁块(4)的重力，G＝(πR2H-πr2h)ρ铁g，v为空心铁块(4)的体积，v＝πR2H，R为空心铁块(4)中圆柱体外壳的底面半径，H为空心铁块(4)圆柱体外壳的高，r为空心铁块(4)中空心圆柱体的底面半径，h为空心铁块(4)中空心圆柱体的高。
4.根据权利要求3所述的测量炮孔中不同水位下水与岩屑混合物密度的方法，其特征在于：所述尼龙绳(3)的长度根据所需测量的水与岩屑混合物的所在水位处确定，使尼龙绳(3)恰好放入水与岩屑混合物的待测水位处，并使尼龙绳(3)垂直放入水与岩屑混合物中。
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