CN113567495B - 基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，计算得到的粉碎区和裂隙区的能耗占比与最大裂隙圈半径边缘处对应的爆破振动总能量E1，将该爆破振动总能量E1比上炸药爆炸总能量值E1/E0，得出裂隙区之后弹性振动区的能耗占比；将粉碎区和裂隙区的能耗占比与弹性振动区的能耗占比进行相加，即可以得到用于粉碎区、裂隙区和弹性振动区的能耗占比。本发明的优点是：根据地震波在透明固体材料中的传播过程及传播规律，通过爆破振动能量衰减变化率求得裂隙区半径边缘对应的能量值，比上炸药爆炸总能量，即可得到炸药爆炸用于弹性振动区的能耗占比。

Description

基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法
技术领域
本发明属于炸药爆炸性能测试技术领域，尤其是一种基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法。
背景技术
近年来水利水电、采矿工程、隧道掘进等都运用到炸药爆炸的作用进行破岩，然而炸药各部分的能量损耗占比却难以通过试验与理论相结合的方法准确计算出来。炸药在岩体中爆炸时大致分为粉碎区、裂隙区和弹性振动区三个区域，粉碎区和裂隙区属于有利的爆破区域，而弹性振动区仅对环境造成振动破坏作用。模拟炸药爆破岩体的试验时，为了便于观察岩体内部的破坏情况，一般采用与岩体物理力学性质相似的透明玻璃材料制作而成，爆破后的固体玻璃样品易于观察破坏情况。
鉴于此，为了测量炸药在固体透明玻璃材料中爆炸时用于粉碎区、裂隙区和弹性振动区的能量，本发明提供一种基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，有利于提高炸药在岩体中爆炸的能量利用率。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，为炸药在固体透明玻璃材料中爆炸时粉碎区、裂隙区和弹性振动区的能耗占比提供参考依据。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，包括以下步骤：
1)保护装置内设置有试样，试样中心开有盲孔，盲孔内放置炸药，炸药上方的盲孔内采用填塞物进行密封填塞，所述的填塞物的材质与透明固体材料相同，炸药采用数码电子雷管进行延时起爆；
2)对爆炸后的试样进行处理，在原盲孔位置进行钻孔，取出爆炸产生的碎块，采用注水法测量爆破空腔的体积；爆破空腔的体积与密封填塞状态下试样的体积之比V1/V0即为粉碎区和裂隙区的能耗占比；
3)从能量的角度计算裂隙区之后的能耗占比，在保护装置上端面进行开孔，安装至少三个振动传感器，振动传感器远离爆心进行安装，且振动传感器成直线等距排列，采集得到爆破振动信号，利用MATLAB软件结合小波包分解的方式对每个爆破振动信号数据进行处理，求得数据对应的爆破振动能量，采用等效法计算炸药在试样中爆炸时爆破振动能量的衰减情况，基于爆破振动能量衰减机制，试求最大裂隙圈半径边缘处对应的爆破振动总能量E1。
4)根据步骤2)和步骤3)计算得到的粉碎区和裂隙区的能耗占比与最大裂隙圈半径边缘处对应的爆破振动总能量E1，将该爆破振动总能量E1比上炸药爆炸总能量值E1/E0，得出裂隙区之后弹性振动区的能耗占比；
将粉碎区和裂隙区的能耗占比与弹性振动区的能耗占比进行相加，即可以得到用于粉碎区、裂隙区和弹性振动区的能耗占比：
Figure BDA0003174797630000021
式(1)中：D为能耗占比；V1为爆破空腔体积，cm3；V0为钻孔状态下的透明固体材料总体积，cm3；E1为最大裂隙区半径边缘的能量值，J；E0为炸药的总能量值，J。
所述保护装置为箱体结构，上端面至少开有3个孔；所述振动传感器与试样之间采用石膏充填固定，待石膏凝固后再进行试验。
步骤2)和步骤3)计算得到的能耗占比的前提是假设炸药在一个密闭环境中爆炸时，炸药爆炸产生的能量仅用于粉碎区、裂隙区和弹性振动区，忽略炸药爆炸产生能量用作其他方面的能量。
所述的振动传感器为三个，振动传感器与爆心的距离分别为R1、R2、R3，测得数据对应的爆破振动能量为S1、S2、S3，则爆破振动能量的衰减情况为：
Figure BDA0003174797630000022
式(2)中：A为爆破振动能量衰减变化率，J/cm；
对爆破振动能量衰减变化率A进行多次计算求平均值，然后求得最大裂隙区半径边缘对应的能量值E1。
炸药爆炸后造成的裂隙区不会引起试样表面发生破坏。
所述的试样为透明固体材料试样、岩石或矿石。
步骤3)所述的最大裂隙区半径通过红外热成像获取。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种新的用爆破空腔体积与钻孔状态下透明固体材料的体积之比表示粉碎区和裂隙区的能耗占比的方法。本发明根据地震波在透明固体材料中的传播过程及传播规律，通过爆破振动能量衰减变化率求得裂隙区半径边缘对应的能量值，比上炸药爆炸总能量，即可得到炸药爆炸用于弹性振动区的能耗占比。本发明结合炸药爆炸的能量耗散情况，通过组合试验得出了炸药爆炸时用于粉碎区及裂隙区、裂隙区边缘的能耗占比。
附图说明
图1是保护装置与振动传感器安装的连接示意图。
图2是透明固体材料试样的结构示意图。
图3是炸药爆炸后的透明固体材料试样的结构示意图。
图中：1-保护装置 2-振动信号接收仪 3-数据处理系统 4、5-通孔 6-透明固体材料试样 7-振动传感器 8-数据传输线 9-填塞物 10-炸药 11-爆破空腔 12-裂隙区最大半径。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
实施例1：
见图1，图2，一种基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，基于爆破破岩机理，假设炸药10在一个密闭环境中爆炸时，炸药10爆炸产生的能量仅用于粉碎区、裂隙区和弹性振动区，忽略炸药10爆炸产生能量用作其他方面的能量，而炸药10在透明固体材料试样6中爆炸时粉碎区能量和裂隙区能量占比可以用体积占比的方式测得，即爆炸产生的粉碎区体积和裂隙区体积(爆破空腔11)与透明固体材料试样6整体的体积之比。
试验方法如下：
步骤1，制作略小于三维度声波测试设备1内部体积的透明固体材料试样6，对试样6进行加工，在透明固体材料试样6中心钻取盲孔，见图2；
在盲孔内放置炸药10，炸药10上方采用等同性质的透明固体材料填塞物9进行密封填塞，采用数码电子雷管进行延时起爆。
步骤2，预先在试样6上端面放置石膏，便于振动传感器固定安装，采集准确的爆破振动信号。
步骤3，保护装置1如图1，保护装置1的壳体上端面开有至少三个孔用于安装振动传感器7，振动传感器7远离爆心进行安装，且振动传感器7成直线等距排列，采集爆破振动信号；在保护装置1上端面和前端面左下角分别设置通孔4和通孔5，可通过通孔向保护装置内注入或流出液体清洗保护装置，或封闭通孔4，从通孔5将保护装置内的空气抽出，实现真空爆破。需要说明的是，爆破过程中保护装置1上盖为关闭状态。
通过振动信号接收仪2和数据处理系统3对数据进行处理，获取炸药13爆炸后衰减传播到透明固体材料试样6表面的振动信号；
进一步地，从能量的角度计算裂隙区之后弹性振动区的能耗占比，设爆心与测点(振动传感器7)的距离为爆心距R1、R2、R3，利用MATLAB软件结合小波包分解的方法对每个爆破振动信号数据进行处理得到对应的爆破振动能量为S1、S2、S3，则爆破振动能量的衰减情况为：
Figure BDA0003174797630000041
式(2)中：A为爆破振动能量衰减变化率，J/cm。
上述爆破振动能量的衰减情况可多次计算求平均值，然后更好的求得最大裂隙区半径12边缘对应的能量值E1。
步骤4，通过红外热成像准确获取透明固体材料试样6由于炸药13爆炸产生的裂隙区最大半径，结合步骤3计算裂隙区最大半径12边缘未破坏透明固体材料试样6的爆破振动能量E1，将该爆破振动总能量E1比上炸药爆炸总能量值为E1/E0，得出裂隙区之后弹性振动区的能耗占比。需要说明的是，炸药10造成的碎裂范围不会引起试样6表面发生破坏。
步骤5，对爆炸后的透明固体材料试样6进行处理，在原盲孔位置进行钻孔，取出爆炸产生的碎块，采用注水法测量爆破空腔11的体积V1，包括裂缝的体积；进一步地，爆破空腔14的体积V1与密封填塞状态下透明固体材料试样6的体积V0之比，即为粉碎区和裂隙区的能耗占比。
步骤6，结合步骤4和步骤5，将粉碎区和裂隙区的能耗占比与弹性振动区的能耗占比进行相加，即可以得到用于粉碎区、裂隙区和弹性振动区的能耗占比：
Figure BDA0003174797630000051
式(1)中：D为能耗占比；V1为爆破空腔体积，cm3；V0为钻孔状态下的透明固体材料总体积，cm3；E1为最大裂隙区半径边缘的能量值，J；E0为炸药的总能量值，J。
实施例2：
结合实施例1，选择岩石作为试验样品，进行单孔爆破试验，试样由于炸药爆炸产生的裂隙区最大半径可通过红外热成像获取，进一步地，通过能耗占比表达式计算粉碎区和裂隙区的能耗占比与弹性振动区的能耗占比。
实施例3：
结合实施例1，选择品味较高的矿石作为试验样品，进行多孔精确延时爆破试验，需要说明的是，所述炸药造成的碎裂范围不会引起试样表面发生破坏，试样由于炸药爆炸产生的裂隙区最大半径可通过红外热成像获取，进一步地，通过能耗占比表达式计算粉碎区和裂隙区的能耗占比与弹性振动区的能耗占比。
实施例4：
结合实施例1，选择岩石作为试验样品，进行多孔精确延时爆破试验，需要说明的是，所述炸药造成的碎裂范围不会引起试样表面发生破坏，试样由于炸药爆炸产生的裂隙区最大半径可通过红外热成像获取，进一步地，通过能耗占比表达式计算粉碎区和裂隙区的能耗占比与弹性振动区的能耗占比。

Claims (7)

1.基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）保护装置内设置有试样，试样中心开有盲孔，盲孔内放置炸药，炸药上方的盲孔内采用填塞物进行密封填塞，所述的填塞物的材质与透明固体材料相同，炸药采用数码电子雷管进行延时起爆；
2）对爆炸后的试样进行处理，在原盲孔位置进行钻孔，取出爆炸产生的碎块，采用注水法测量爆破空腔的体积；爆破空腔的体积与密封填塞状态下试样的体积之比V 1/V 0即为粉碎区和裂隙区的能耗占比；
3）从能量的角度计算裂隙区之后的能耗占比，在保护装置上端面进行开孔，安装至少三个振动传感器，振动传感器远离爆心进行安装，且振动传感器成直线等距排列，采集得到爆破振动信号，利用MATLAB软件结合小波包分解的方式对每个爆破振动信号数据进行处理，求得数据对应的爆破振动能量，采用等效法计算炸药在试样中爆炸时爆破振动能量的衰减情况，基于爆破振动能量衰减机制，试求最大裂隙圈半径边缘处对应的爆破振动总能量E 1；
4）根据步骤2）和步骤3）计算得到的粉碎区和裂隙区的能耗占比与最大裂隙圈半径边缘处对应的爆破振动总能量E 1，将最大裂隙圈半径边缘处对应的爆破振动总能量E 1比上炸药爆炸总能量值E 1/E 0，得出裂隙区之后弹性振动区的能耗占比；
将粉碎区和裂隙区的能耗占比与弹性振动区的能耗占比进行相加，即可以得到用于粉碎区、裂隙区和弹性振动区的能耗占比：
Figure QLYQS_1
（1）
式（1）中：D为能耗占比；V 1为爆破空腔体积，cm3；V 0为钻孔状态下的透明固体材料总体积，cm3；E 1为最大裂隙圈半径边缘处对应的爆破振动总能量，J；E 0为炸药的总能量值，J。
2.根据权利要求1所述的基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，其特征在于，所述保护装置为箱体结构，上端面至少开有3个孔；所述振动传感器与试样之间采用石膏充填固定，待石膏凝固后再进行试验。
3.根据权利要求1所述的基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，其特征在于，步骤2）和步骤3）计算得到的能耗占比的前提是假设炸药在一个密闭环境中爆炸时，炸药爆炸产生的能量仅用于粉碎区、裂隙区和弹性振动区，忽略炸药爆炸产生能量用作其他方面的能量。
4.根据权利要求1所述的基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，其特征在于，所述的振动传感器为三个，振动传感器与爆心的距离分别为R 1、R 2、R 3，测得数据对应的爆破振动能量为S 1、S 2、S 3，则爆破振动能量的衰减情况为：
Figure QLYQS_2
（2）
式（2）中：A为爆破振动能量衰减变化率，J/cm；
对爆破振动能量衰减变化率A进行多次计算求平均值，然后求得最大裂隙圈半径边缘处对应的爆破振动总能量E 1。
5.根据权利要求1所述的基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，其特征在于，炸药爆炸后造成的裂隙区不会引起试样表面发生破坏。
6.根据权利要求1所述的基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，其特征在于，所述的试样为透明固体材料试样、岩石或矿石。
7.根据权利要求1所述的基于体积法及振动测试求炸药爆炸能耗占比的试验方法，其特征在于，步骤3）所述的最大裂隙区半径通过红外热成像获取。
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