CN115127414A - 基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，包括外壳，以及纵向顺次设置在外壳内的前级装药结构和后级装药结构，所述外壳靠近前级装药结构的一端开口，所述开口与待爆破穿孔面贴合；所述前级装药结构和后级装药结构的聚能射流方向相同，朝向待爆破穿孔面；所述前级装药结构和后级装药结构之间设置隔爆部件，所述前级装药结构和后级装药结构内设有与延时起爆控制器连接的雷管，对待爆破岩石或混凝土结构进行快速爆破穿孔。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，属于聚能爆破技术领域。
背景技术
常见的爆破工程施工中，岩石爆破是一种简单而成熟的技术，通常采用先钻孔、后装药、再填塞，然后连线起爆的方法进行。利用机械钻孔设备，可以很容易地形成不同深度和直径的炮孔。但是，这样的爆破必须具有机械钻孔设备、供电条件和足够的作业时间作保证。
在混凝土和中等硬岩的爆破作业中，首先要在临空面钻孔，再在孔内填塞炸药进行爆破，但是如果在地形条件不适合钻孔机械展开并需要快速钻孔爆破的场合下，例如抢险救援时爆破开路，针对上述爆破环境，现有的机械钻孔方式具有以下缺陷：不能快速开孔，通常钻孔设备钻单孔的时间为十分钟，钻孔数量多则需要更长时间；在不利于钻孔设备展开的地形，普通机械钻孔方式难以在爆破面形成钻孔。
因此，现有技术亟需一种操作使用安全方便、适用于战时和应急情况下，对铺装路面、混凝土和岩石障碍快速破除的开孔装置。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，适用于在不利于钻孔设备展开的地形上进行爆孔。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
提供一种基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，包括：
外壳，以及纵向顺次设置在外壳内的前级装药结构和后级装药结构，所述外壳靠近前级装药结构的一端开口，所述开口与待爆破穿孔面贴合；
所述前级装药结构和后级装药结构的聚能射流方向相同，朝向待爆破穿孔面；所述前级装药结构和后级装药结构之间设置隔爆部件，所述前级装药结构和后级装药结构内设有与延时起爆控制器连接的雷管。
进一步的，所述前级装药结构包括第一药壳，以及位于第一药壳内的第一药型罩、第一隔板和第一炸药装药，所述第一药型罩为弧锥型，所述弧锥型的弧面朝向射流反方向凸起；所述第一隔板为锥体结构，其锥角朝向射流方向，位于第一药型罩上方；所述第一隔板、第一药壳以及第一药型罩之间形成用于填充第一炸药装药的空腔。
所述后级装药结构包括第二药壳，以及位于第二药壳内的第二药型罩、第二隔板和第二炸药装药，所述第二药型罩为弧锥型，所述弧锥型的弧面朝向聚能射流反方向凸起；所述第二隔板为锥体结构，其锥角朝向射流方向，位于第二药型罩上方，所述第二隔板、第二药壳以及第二药型罩之间形成用于填充第二炸药装药的空腔，所述第一隔板及第二隔板起到改变爆轰波形的作用。
进一步的，所述第一药型罩和/或第二药型罩设置有内曲面和外曲面，调整内曲面直径与外曲面直径，使所述第一药型罩和/或第二药型罩的壁厚由中间向边缘呈厚-薄-厚的结构，炸药装药压力通过中间壁厚薄的部分泄出，逐渐向周围延伸，使射流形成长杆状，且边缘仍具有较强的侵彻能力，形成深而窄的爆孔。
进一步的，所述第一药型罩由圆弧面向靠近外壳方向突出的圆弧绕外壳中心轴旋转形成的形状，第二药型罩是由圆弧面向远离壳体方向突出的圆弧绕外壳中心轴旋转形成的形状。
进一步的，所述第一隔板的底部与第一药壳之间设有第一副装药，所述第二隔板的底部与第二药壳之间设有第二副装药。
进一步的，所述前级装药结构和后级装药结构的装药间距为175mm-200mm。
进一步的，所述前级装药结构和后级装药结构的延时爆破时间差为20μs -45μs，最大限度的降低前级装药爆轰场对后级EFP成型性能的影响。
进一步的，所述隔爆部件与后级装药结构之间的距离是前级装药结构直径的0.9-1倍，充分发挥隔爆作用。
进一步的，所述外壳靠近前级装药结构最近的的一端开口与前级装药结构距离是前级装药结构直径的3-4倍，达到最好爆炸的穿孔深度。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明利用二级聚能装药进行爆孔，通过前后级装药的连续侵彻破孔，其中前级装药采用杆射流进行钻孔，后级装药采用EFP聚能结构进行扩孔，扩大钻孔直径，有利于装入更大药量的炸药，相比于现有技术，获得更好的破孔直径和侵彻深度；
设置合理的控制前级装药结构及后级装药结构的间距，以及间隔起爆时间，并在前级装药和后级装药之间添加隔爆部件，避免后级装药受到前级装药爆炸的影响，便于后级装药形成完整的射流对前级装药侵彻的炮孔进行进一步的扩孔，达到良好的成型效果；
设置前级装药结构炸高为前级装药结构直径的3-4倍，达到最佳的侵彻效；
通过前后级药型罩的设置，增加前级装药结构的爆孔深度，同时增大后级装药结构内的射流范围和装药量，在前级装药结构所形成的爆孔内继续扩孔和延伸。
附图说明
图1是本发明实施例所示的基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置的整体结构示意图；
图2是本发明实施例所示的前级装药结构的示意图；
图3是本发明实施例所示的后级装药结构的示意图；
图4是本发明实施例所示的爆破穿孔装置进行穿孔后效果图；
图中：1、外壳；2、前级装药结构；3、第一微秒雷管；4、隔爆部件；5、后级装药结构；6、第二微秒雷管；7、延时起爆控制器；10、待爆破岩石或混凝土结构；21、第一药壳22、第一药型罩；23、第一炸药装药；24、第一隔板；25、第一副装药；51、第二药壳；52、第二药型罩；53、第二炸药装药；54、第二隔板；55、第二副装药。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，包括外壳1、前级装药结构2、后级装药结构5和隔爆部件4，外壳1的一端开口贴在待爆破岩石或混凝土结构10，通过前后级装药的连续侵彻破孔，获得较好的破孔直径和侵彻深度。
如图1所示为本发明实施例所示的基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置的整体结构示意图，外壳1设置成筒形，其两端设有开口，使用时，其中一端的开口与待爆破岩石或混凝土结构10的待开孔面贴合，此开口为外壳1的第一端，前级装药结构2设置在外壳1内，前级装药结构2的聚能射流方向朝向外壳1的第一端；后级装药结构5也设置在外壳1内，并位于前级装药结构2的射流反方向，后级装药结构5的射流方向与前级装药结构2的射流方向相同。
在本发明实施例中，第一药型罩22和第二药型罩52选取为紫铜材质。
本发明中前级装药结构2采用杆射流聚能装药结构，设置前级装药结构2的目的是形成较深的穿孔，后级装药结构5旨在对前级装药结构2所形成的开孔进行扩孔，使炮孔结构直径更大，有利于后续向开孔内放置更大药量的炸药，实现更好的爆破效果，后级装药结构5采用EFP聚能装药结构。
由于前级装药结构2爆炸后形成的冲击波超压作用，冲击波的破坏作用可能损坏后级药型罩52，殉爆后级装药结构5以及干扰后级装药聚能侵彻体的形成及降低其速度，因此，在前级装药结构4和后级装药结构5之间设置隔爆部件4。
隔爆部件4与后级装药结构5之间的间距是前级装药结构2直径的0.9-1倍。其中，隔爆部件4是聚氨酯材质，本发明实施例选用聚氨酯泡沫，易于分解，且隔震性好，隔爆部件4与后级EFP相遇时，隔爆部件4的残留较少，且能够充分发挥隔爆作用，后级EFP成型较好。
可实施的，外壳1与待爆破岩石或混凝土结构10之间可以设置简易的支架结构，该支架能够方便外壳1的第一端贴在待爆破岩石或混凝土结构10的表面。
前级装药结构2的炸高不同，其串联两级装药结构的侵彻威力也会不同。当前级装药结构2的炸高小于3倍装药直径时，射流弹丸成型不完全，其速度和长径比仍在快速变化中，侵彻深度和穿孔直径等侵彻效果随炸高变化而发生较大改变；当炸高达到一定程度后，射流成型性能已经基本稳定时，侵彻效果变化逐渐减小。
本发明设置前级装药结构2距离外壳1的第一端的距离是前级装药结构直径的3-4倍。在本发明的实施例中，前级装药结构的直径是65mm，初步确定炸高为200-240mm，其中，位于240mm时，爆炸效果最好。
具体的，在前级装药结构2的炸高与装药直径比小于3时，射流侵彻孔径较粗，但射流未得到有效拉伸，侵彻深度不大，随着炸高的增加，侵彻深度逐渐增加同时孔径逐渐减小；在炸高与装药直径比大于3时，射流侵彻过程中，随着炸高的增加，侵彻深度与孔径变化降低，侵彻效果基本不变。
为了保证前级装药结构2对后级装药结构造成的影响尽量小，前级装药结构2和后级装药结构5的装药间距为175mm-200mm，在实际实验中，装药间距大于175mm时，后级射流速度和长径比逐渐增加，趋近于后级装药最佳成型状态。虽然随着间距的增加，前级爆轰场对后级装药的影响越来越小，但后级装药所形成的爆孔也越窄。
当前级射流侵彻性能基本不变，且间距一定的情况下，串联装药侵彻威力的变化取决于后级EFP的性能参数。本发明当装药间距为175mm-200mm范围时，前级爆轰场对后级影响逐渐减弱使后级EFP能够较好的成型，后级装药侵彻的深度和孔径迅速增加，较125mm间距提高了35%，且与前级装药侵彻的孔径匹配性较好。当两级装药间距为200mm时，既能保证侵彻威力，又缩短了装药结构尺寸。
前级装药结构2设有第一微秒雷管3，后级装药结构5设有第二微秒雷管6，第一微秒雷管3和第二微秒雷管6均连接到延时起爆控制器7，通过延时起爆控制器7控制第一微秒雷管3和第二微秒雷管6的起爆时间，使前级装药结构2和后级装药结构5被延时爆破。
延时起爆时间T对后级EFP的成型和稳定飞行影响巨大，在两级装药间距一定的情况下，T较小时，后级EFP的压垮成型受影响较小，但其与前级装药爆轰场相遇时，爆轰场的压力还很大，后级EFP的飞行速度将因此降低很多，长径比也会变得更加细长；T较大时，前级装药爆轰场已经到达后级装药，则会破坏后级装药的结构，导致后级EFP无法成型，甚至可能引起后级装药殉爆。
本发明设置前级装药结构2和后级装药结构5的延时爆破时间范围为20μs -45μs。如此，使后级EFP刚好基本成型时与前级装药爆轰场相遇，能最大限度的降低前级装药爆轰场对后级EFP成型性能的影响。
结合图2、3所示，前级装药结构2包括圆柱形的第一药壳21、第一药型罩22和炸药装药23，第一药型罩22构造成弧锥型，且弧锥型的弧面向着射流反方向凸起。
第一药壳21内壁还设有第一隔板24，第一隔板24被设置成圆锥体，第一隔板24的锥角为105-107°，其中圆锥体的锥角朝向射流方向，位于第一药型罩22上方。第一隔板24、第一药壳21以及第一药型罩22之间形成用于填充第一炸药装药23的空腔。
后级装药结构5包括第二药壳51、第二药型罩52和炸药装药53，第二药型罩52被构造成弧锥型，且弧面向着射流反方向凸起，第二药壳52内壁还设有第二隔板54，第二隔板54被设置成圆锥体，第二隔板54的锥角为105-107°，圆锥体的锥角朝向射流方向，位于第二药型罩52上方，第二隔板54、第二药壳51以及第二药型罩52之间形成用于填充第二炸药装药53的空腔。
可实施的，第一药型罩22是由圆弧面向靠近外壳1方向突出的圆弧绕外壳1中心轴旋转形成的形状，第二药型罩52是由圆弧面向远离壳体1方向突出的圆弧绕外壳1中心轴旋转形成的形状。
进一步可实施的，本发明设置第一药型罩22尾部第一隔板24上部形成第一副装药25，第二药型罩52尾部第二隔板54的上部形成第二副装药55，第一隔板24及第一隔板54对爆轰波形的改变起到重要作用，本发明通过设置有隔板的装药结构与无隔扳的装药结构相比，射流头部速度能够提高25%左右，侵彻深度提高15~30%。
可实施的，设置第一药型罩22有内曲面和外曲面，第一药型罩22弧面的内曲面直径大于外曲面直径，调整第一药型罩22结构中内曲面直径和外曲面直径，使第一药型罩22的壁厚由中间向边缘呈厚-薄-厚的结构，通过中间部分的装药压力泄出逐渐向周围延伸，使射流形成长杆状，且边缘仍具有较强的侵彻能力，形成深而窄的爆孔。
可实施的，第二药型罩52弧面的内曲面直径大于外曲面直径，使第二药型罩的壁厚由中间向边缘呈厚-薄-厚的结构，相比于第二药型罩52的结构，第一药型罩22的设置，使得前级装药结构的装药量更大，有利于提高射流的直径，在前级装药爆轰的基础上，继续对钻孔进行扩径。
本发明根据实际施工爆破的环境条件，选择设置第一药型罩22的壁厚和/或第二药型罩52呈现由中间向边缘呈厚-薄-厚的结构， 通过第二药型罩52和第一药型罩22的设置，可使前级装药结构2的射流速度更快，侵彻深度更深，而后级装药结构5的侵彻直径更大，装药量更多，可在前级装药结构2所形成的爆孔内继续侵彻和延伸。
如图4所示，为本发明实施例所示的爆破穿孔装置进行穿孔后效果图，本发明通过在第一药壳22内壁和/或第二药壳52内壁设置隔板可改变爆轰波波形，使得爆轰波波阵面与药型罩表面的夹角减小，提高作用于药型罩表面的初始压力，使射流速度和直径增加，达到提高射流侵彻深度和直径目的。
另一种实施例，外壳1设置成可拼接的筒形，方便于携带和组装。
本发明利用二级聚能装药进行爆孔，通过前后级装药的连续侵彻破孔，前级装药结构2采用杆射流进行钻孔，其穿深大于74cm，后级装药采用EFP聚能结构进行扩孔，使钻孔直径扩大，有利于装入更大药量的炸药，能够获得较好的破孔直径和侵彻深度，为后续形成更好的爆破效果奠定基础。
本发明还通过合理的控制前级装药结构2和后级装药结构5的间距以及间隔起爆时间，并在前级装药结构2和后级装药结构5之间添加隔爆部件4，使后级装药结构5不会受到前级装药结构2爆炸的影响，后级装药结构5可形成完整的射流对前级装药结构2侵彻的炮孔进行进一步的扩孔，达到良好的成型效果。
设置前级装药结构2炸高接近于3-4倍前级装药结构2直径，此时，EFP弹丸成型性能已经基本稳定时，侵彻效果变化逐渐减小，且达到最佳的侵彻效果；本发明中通过前后级药型罩的设置，使前级装药结构2的爆孔深度更深，而后级装药结构5内的射流范围更大，装药量更多，方便在前级装药结构2所形成的爆孔内继续扩孔和延伸。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，其特征在于，包括：
外壳，以及纵向顺次设置在外壳内的前级装药结构和后级装药结构，所述外壳靠近前级装药结构的一端开口，所述开口与待爆破穿孔面贴合；
所述前级装药结构和后级装药结构的聚能射流方向相同，朝向待爆破穿孔面；所述前级装药结构和后级装药结构之间设置隔爆部件，所述前级装药结构和后级装药结构内设有与延时起爆控制器连接的雷管。
2.根据权利要求1所述的一种基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，其特征在于，所述前级装药结构包括第一药壳，以及位于第一药壳内的第一药型罩、第一隔板和第一炸药装药，所述第一药型罩为弧锥型，所述弧锥型的弧面朝向射流反方向凸起；所述第一隔板为锥体结构，其锥角朝向射流方向，位于第一药型罩上方，所述第一隔板、第一药壳以及第一药型罩之间形成用于填充第一炸药装药的空腔；
所述后级装药结构包括第二药壳，以及位于第二药壳内的第二药型罩、第二隔板和第二炸药装药，所述第二药型罩为弧锥型，所述弧锥型的弧面朝向聚能射流反方向凸起；所述第二隔板为锥体结构，其锥角朝向射流方向，位于第二药型罩上方，所述第二隔板、第二药壳以及第二药型罩之间形成用于填充第二炸药装药的空腔。
3.根据权利要求2所述的基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，其特征在于，所述第一药型罩和/或第二药型罩设置有内曲面和外曲面，调整内曲面直径与外曲面直径，使所述第一药型罩和/或第二药型罩的壁厚由中间向边缘呈厚-薄-厚的结构。
4.根据权利要求2所述的基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，其特征在于，所述第一药型罩由圆弧面向靠近外壳方向突出的圆弧绕外壳中心轴旋转形成的形状，第二药型罩是由圆弧面向远离壳体方向突出的圆弧绕外壳中心轴旋转形成的形状。
5.根据权利要求2所述的基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，其特征在于，所述第一隔板的底部与第一药壳之间设有第一副装药，所述第二隔板的底部与第二药壳之间设有第二副装药。
6.根据权利要求1所述的一种基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，其特征在于，所述前级装药结构和后级装药结构的装药间距为175mm-200mm。
7. 根据权利要求1所述的一种基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，其特征在于，所述前级装药结构和后级装药结构的延时爆破时间差为20μs -45μs。
8.根据权利要求1所述的基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，其特征在于，所述隔爆部件与后级装药结构之间的距离是前级装药结构直径的0.9-1倍。
9.根据权利要求1所述的基于杆射流和爆炸成型弹丸的爆破穿孔装置，其特征在于，所述外壳靠近前级装药结构最近的的一端开口与前级装药结构距离是前级装药结构直径的3-4倍。
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