CN207816122U

CN207816122U - 自封闭螺旋形聚能切缝器

Info

Publication number: CN207816122U
Application number: CN201721481810.9U
Authority: CN
Inventors: 马宏昊; 邓永兴; 沈兆武; 杨明; 王奕鑫
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2018-09-04
Anticipated expiration: 2027-11-08

Abstract

本实用新型公开了一种自封闭螺旋形聚能切缝器，改变了传统聚能装药的形式，会形成向四周喷射的螺旋形聚能射流。该聚能切缝器包括螺旋管状药型罩、炸药、引爆装置。药型罩是由管材紧密螺旋缠绕而成；炸药为普通炸药，将炸药装入管所围成的空腔中形成装药；引爆装置为通用起爆器材如雷管导爆索等。本实用新型主要为了解决中深孔爆破的根底超挖欠挖问题以及掏槽问题，方便后续施工。在钻爆法中可以减小炮孔超深，减少钻孔成本，提高炮孔利用率。合理运用炸药能量，节约成本，开创新思路引入了一种方便快捷的螺旋形管药型罩，形式简单，易于加工，提高了生产效率，降低了使用成本。

Description

自封闭螺旋形聚能切缝器

技术领域

本实用新型属于工程爆破领域，具体涉及一种自封闭螺旋形聚能切缝器。

背景技术

爆破技术在我国的基础建设中起到很大的作用，隧道开挖、矿石开采、地铁修建等都需要爆破配合完成。我国铁路线和公路线较长且复杂，在修建铁路、公路时经常需要开挖隧道，运用爆破方便达到建设目的。目前我国很多城市正在建设城市地铁，在沿海及一些地质较硬的城市很难采用机械手段作业，需要运用爆破技术来实现。在煤矿和其他的矿石开采中也使用爆破手段提高生产效率、降低成本。

虽然爆破技术广泛使用并得到很快发展，但目前的爆破技术依然有所欠缺。比如岩土爆破中一般采用的直接钻孔爆破，由于设备和钻头尺寸的原因导致孔径小和孔的数量少，这样的爆破方式使能量利用率较低，即便优化布孔可以提高一些利用率但依然存在较大的能量浪费。振动是与爆破不可分离的危害因素，过多的能量浪费也会引起多余的振动效应，特别是在城市地铁建设中减振是一项重要工作。还有钻孔爆破中存在严重的超挖、欠挖问题对后续施工带来较大的难度和隐患，造成更多的资源浪费和楼房地基的失稳。

基于这些问题，人们也采取了一些措施，专利CN102735121A给出一种可以用来进行深孔预裂爆破的聚能装药切割器。此聚能装药炸药用量少，穿深大，射流方向多，能够形成多道纵向裂缝利用应力集中效应和岩石抗压不抗拉的原理进行爆破。专利CN103983153A给出了一种壳体环向非连续聚能射流致裂器，它包括有圆管形弹壳、端盖以及引爆装置；具有炸药能量利用率高、费耗小、聚能定向等特点。它可以形成多道非连续的环形射流侵彻靶体，使靶体形成多而密的裂缝。虽然很多方案对这些问题有了一定的改善，但效果仍然不理想而且会有新的问题出现。一些装置加工不方便，尺寸大小不易改变，制作复杂，不利于工业的大规模生产。在一些特殊的流体环境会失效，不能达到预设的侵彻效果。钻孔爆破的根底问题仍然不能有效解决。

实用新型内容

针对现有爆破技术的缺陷，本实用新型的目的在于，提供一种自封闭螺旋形聚能切缝器。它可以产生平面的预裂缝，这样可以利用应力集中效应和岩石抗拉强度小的特点减小炸药用量从而减小振动。由于此切缝器射流是螺旋形，所以能够很好地解决爆破根底超挖、欠挖问题，减轻后续工程的工作量和危险性。而且在一些特殊的流体环境中由于螺旋管两端可密封能够保证聚能装药空气空腔，实现自封闭聚能效应。

本实用新型的目的由以下技术方案实现：

一种自封闭螺旋形聚能切缝器，包括螺旋管状药型罩、炸药、引爆装置，该切缝器利用自封闭的螺旋管空腔，形成空间分布的三维射流；所述螺旋管状药型罩为管材紧密接触形成螺旋形状，螺旋管接触部位曲率不小于0.5mm；炸药在螺旋管围成的空间内部；所述引爆装置在炸药中部，所述引爆装置为导爆索、雷管或导爆管。

其中，所述螺旋管状药型罩的螺旋管壁厚0.2到2.5mm，螺旋管的匝数不少于3个，每匝螺旋管与所围体中轴线的垂直面夹角在0到60度之间，螺旋管所围圆柱直径与螺旋管直径的比不宜过大，防止炸药利用不充分造成资源浪费。

其中，所述螺旋管状药型罩可由环形管代替；炸药的装填结构可以进一步优化提高侵彻效果。

其中，药型罩的外包络线形状灵活，可以是圆柱、圆台等形状。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)本实用新型药型罩特殊，封闭螺旋管两端就可形成空气空腔，具有良好的自封闭性，适用于流体等其他环境。

(2)本实用新型药型罩既有聚能的作用又有管壳的作用，提高了材料的利用率，节约了成本。

(3)本实用新型采用螺旋管结构，与线性和环形装药结构相比具有三维的射流效果，能在靶体上形成更大的缝隙范围。

(4)本实用新型药型罩形状、大小灵活，可根据实际需要改变螺旋管形状，可以设计为圆柱、圆锥、圆台等形状仍具有良好的侵彻效果。螺旋管的截面可选取圆形、矩形、楔形，只要与炸药接触面具有合适的角度就会形成射流，侵彻靶体。

(5)本实用新型具有伸缩性，在加工药型罩时可对螺旋管施加预应力，并装填可变形的柔性药。使用过程中可在需要的位置释放预应力，螺旋管外扩就会卡在所需要的位置。

附图说明

图1是本实用新型整体结构图示意图。

图2是具有6匝螺旋铝管的剖面图。

图3是图2的前视图。

图4是螺旋管铝管侵彻钢板的前视图。

图5是图4的剖面图。

图6是螺旋铝管侵彻无缝钢管的剖面图。

图7是圆台螺旋圆管型聚能切缝器。

图8是圆柱螺旋方管型聚能切缝器。

图中附图标记含义为：1为雷管，2为螺旋管状药型罩，3为炸药，4为导爆管，5为钢板，6为钢管壁，7为空气空腔，8为管端封闭物。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本实用新型。

本实用新型的一种自封闭螺旋形聚能装药，包括螺旋管状药型罩2、炸药3和引爆装置。所述炸药3为高能炸药，具有高能量高爆速的特点；所述螺旋管状药型罩2为圆柱形螺旋状管，可螺旋数层，管截面可以是圆形或其他可形成射流的形状；螺旋管状药型罩2整体包络线呈圆柱、圆台、圆锥等形状，相邻管外径彼此相切；管围成的螺旋管状药型罩2中空部分填满炸药3，并在中心轴线部分安装引爆装置。所述引爆装置由雷管1和导爆管4组成。

在实际应用中，所述螺旋管状药型罩2需要管之间紧密相切，保证装药时不会漏出，而且炸药起爆时爆轰产物不会从管间射出。在液体环境下使用时，需要装填管端封闭物8来避免流体进入而影响射流的形成和侵彻。药型罩材料一般为金属材料，根据不同的使用目的和条件可使用其他材料的管子。

在螺旋管状药型罩2的制作过程中，根据不同的情况可选择不同的尺寸。为体现切割效果，一般螺线管的匝数要多于3匝，为保证射流的质量要求圆管厚度在0.2到2.5mm。根据炮孔直径或其他方面的因素选择药型罩形状及内外径的大小。确定好尺寸后可用选择好的管在相应模具上紧密缠绕，但不能破坏药型罩管与要接触面的角度，避免影响射流的产生。确定螺旋圈中管与管已紧密连接后，便可在螺旋圈内装填炸药。

在工程应用中，可根据不同的需求适当改变聚能装药的结构。由于螺旋管状药型罩2对称性不好，可用环形管紧密连接来代替螺旋管状药型罩2，但这种装药方式比较麻烦，成本较高。在装填炸药时可设置一定尺寸的空腔来改变爆轰波的波形来提高聚能装药的侵彻效果。在一般的空气域使用时，可将背离炸药的一侧的管壁切除以减小射流侵彻阻力，提高侵彻效果。在安装时也可根据药型罩和炸药的尺寸、性能来优化聚能装药的炸高，提高侵彻能力。

本实用新型的聚能装药用于岩土爆破时炸药能量运用合理，产生的裂缝多而密，能够有效解决爆破根底问题。通过计算孔距、装药量，合理设计就能使每个聚能装药产生的裂缝贯通，从而达到碎石的目的。岩石产生裂缝后，岩石整体应力重分布，在后续过程中产生应力集中效应致使裂缝扩展，最终致使岩体破裂。此种断裂方式中，爆炸载荷可不用达到岩石破坏强度就可破坏岩石，可减少药量。同时爆生气体作用于裂缝时，岩石受到拉应力，由于岩石抗压不抗拉，岩石被撕裂而破碎，此种断裂方式也会减少药量。减少药量可以节约成本，也可降低爆炸产生的次生灾害，从而改善振动和污染问题。

根据工程需要，一个炮孔可使用多个本实用新型的聚能装药，通过计算和合理设计尺寸可控制碎石的大小及抛掷地点。这符合预裂爆破的要求，易实现预设的目标。此方式在矿石开采过程中可控制矿体尺寸，方便运输等后续工作。在进行钢筋混凝土结构爆破时，此聚能装药能有效切割钢筋，达到普通炸药达不到的效果。对于特殊的高阻抗的流体环境由于药型罩是一根管加工而成，故只需装填管端封闭物8就能形成空气空腔7，从而形成射流来侵彻目标。

本实用新型主要用在岩石深孔爆破和地下隧道爆破开挖中，也可用作煤体或其他矿石的采掘。对于煤层和矿体中深孔预裂爆破，能有效控制煤矿采掘大小，方便运送，对后续工作有巨大的改善。在采煤工作中，能够降低或消除煤层瓦斯突发危险性，保障矿工生命安全和矿产资源。在页岩气开采工作中，能在岩体上打出多而密的孔径，方便后续开采工作。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：10匝螺旋状铝管切缝器侵彻钢板

参考图4和图5，螺旋管的壁厚1.20mm、管外直径5.00mm、管材料为铝，加工完毕的螺旋管状药型罩内直径21.00mm、高50mm。炸药为90％黑索金和10％硝酸铵，混合均匀后将炸药填入螺旋管状药型罩内压实，密度保证在1.5g/cm³到1.7g/cm³。由于螺旋管的管与管间没有粘结，压药后会有炸药挤出，故在发现炸药挤出时应清理掉。实验用无起爆药雷管1 起爆，雷管1放在聚能装药一端的面的中心。

对本实施例的聚能装药进行钢板5侵彻实验，钢板5长宽厚为100mm、100mm、15mm，侵彻深度有1到2mm，侵彻缝宽4到5mm，钢板5凹陷1到2mm。侵彻缝有10个，起爆侧的侵彻浅一些，另一侧深一些。

实施例2：3匝螺旋状铝管切缝器侵彻圆管

参考图2和图6，螺旋管的壁厚1.30mm、管外直径6.00mm、管材料为铝，加工完毕的螺旋管状药型罩内直径18.00mm、高18mm。炸药为90％黑索金和10％硝酸铵，混合均匀后将炸药填入螺旋管状药型罩内压实，密度保证在1.5g/cm³到1.7g/cm³。由于螺旋管的管与管间没有粘结，压药后会有炸药挤出，故在发现炸药挤出时应清理掉。实验用无起爆药雷管1 起爆，雷管1放在聚能装药一端的面的中心。

对本实施例的聚能装药进行钢管侵彻实验，钢管外径57mm、钢管壁6厚4mm、管长300mm。经过试验后，与装药位置平行处的钢管有较窄的凸起，外径约107mm即钢管管壁外伸25mm，沿钢管轴向方向有撕裂的裂缝。

实施例3：4匝螺旋状铝管切缝器侵彻钢板

参考图4和图5，螺旋管的壁厚1.60mm、管外直径8.00mm、管材料为铝，加工完毕的螺旋管状药型罩内直径25.00mm、高32mm。炸药为90％黑索金和10％梯恩梯，混合均匀后将炸药填入螺旋管状药型罩内压实，密度保证在1.5g/cm³到1.7g/cm³。由于螺旋管的管与管间没有粘结，压药后会有炸药挤出，故在发现炸药挤出时应清理掉。实验用无起爆药雷管1 起爆，雷管1放在聚能装药一端的面的中心。

对本实施例的聚能装药进行钢板5侵彻实验，钢板5长宽厚为300mm、100mm、15mm，侵彻深度有3到4mm，侵彻缝宽4到5mm，钢板5未明显凹陷，侵彻缝有4个。

实施例4：4匝螺旋圆台状铝管切缝器

参考图7，螺旋管壁厚1.90mm,管外径10mm、管材料为铜，加工完毕的螺旋圆台状药型罩高40mm，上端面直径50mm，下端面直径30mm。炸药为90％梯恩梯和10％硝酸铵，混合均匀后将炸药填入药型罩内压实。炸药为90％黑索金和10％硝酸铵，混合均匀后将炸药填入螺旋管状药型罩内压实，密度保证在1.5g/cm³到1.7g/cm³。由于螺旋管的管与管间没有粘结，压药后会有炸药挤出，故在发现炸药挤出时应清理掉。实验用无起爆药雷管1起爆，雷管1放在聚能装药一端的面的中心。

实施例5：3匝螺旋方管切缝器

参考图8，螺旋管壁厚1.50mm,管边长5mm、管材料为铜，加工完毕的螺旋状药型罩高 20mm。炸药为90％梯恩梯和10％硝酸铵，混合均匀后将炸药填入药型罩内压实。炸药为90％黑索金和10％硝酸铵，混合均匀后将炸药填入螺旋管状药型罩内压实，密度保证在1.5g/cm³到1.7g/cm³。由于螺旋管的管与管间没有粘结，压药后会有炸药挤出，故在发现炸药挤出时应清理掉。实验用无起爆药雷管1起爆，雷管1放在聚能装药一端的面的中心。

Claims

1.一种自封闭螺旋形聚能切缝器，包括螺旋管状药型罩(2)、炸药(3)、引爆装置，其特征在于：该切缝器利用自封闭的螺旋管空腔，形成空间分布的三维射流；所述螺旋管状药型罩为管材紧密接触形成螺旋形状，螺旋管接触部位曲率不小于0.5mm；炸药(3)在螺旋管围成的空间内部；所述引爆装置在炸药(3)中部，所述引爆装置为导爆索、雷管或导爆管。

2.如权利要求1所述的自封闭螺旋形聚能切缝器，其特征在于：所述螺旋管状药型罩的螺旋管壁厚0.2到2.5mm，螺旋管的匝数不少于3个，每匝螺旋管与所围体中轴线的垂直面夹角在0到60度之间。

3.如权利要求1所述的自封闭螺旋形聚能切缝器，其特征在于：所述螺旋管状药型罩可由环形管代替。

4.如权利要求1所述的自封闭螺旋形聚能切缝器，其特征在于：药型罩的外包络线形状灵活。