一种基于爆轰波波形调制的环向狭缝无药型罩气隙聚能爆破装药方法与流程

本发明涉及到一种基于爆轰波波形调制的环向狭缝无药型罩气隙聚能爆破装药方法，属于工程爆破技术领域，适用于矿山开采、岩土工程、水利水电、交通工程等行业中的工程爆破，尤其适用于提高井巷与隧道掘进掏槽爆破效率和露天台阶爆破减少根底，具有广泛的应用前景。

背景技术：

cn200310120891.6专利公开了一种中深孔爆破聚能平底弹及使用方法，其特征是在柱型装药的周向设置4～8个带罩或不带罩聚能槽或聚能穴，并密封其聚能槽或聚能穴。该平底弹需专门制作且工艺较为复杂。cn201210230068.x专利报道了一种环向线性聚能切割器，该聚能切割器包括约束外壳、炸药、药型罩以及引爆装置，约束外壳为圆柱形管，在外壳内设有多个半圆形管状的线性药型罩；管的缺口均朝向外壳的内壁面并接触，相邻的两半圆形管外壁彼此相切，长度与约束外壳相同，轴线相互平行。其实质为沿装药轴线的多个半圆形线性聚能药型罩组合，构造复杂制作难度较大，且非严格意义上的环向聚能装置。

cn201410218531.8专利公开了环向非连续聚能射流致裂器，在圆管形金属弹壳外圆面上设置有相互平行的环状槽，槽的形状为锥形或半圆形。该致裂器金属弹壳需专门轧制甚至机加工以保证药型罩精度，应用范围受到一定限制。cn201020154765.8专利公开了一种环形聚能槽型平底爆破药包，其下壳体底部护板上放置有环形聚能药型罩，罩内填充炸药。该技术仅实现炮孔孔底局部环向切割以保护预留基岩。

综上所述，现有环向聚能爆破装置相关专利的研制大多数立足于常规聚能爆破的理论与思路，通常需要配合相应药型罩、爆炸装置较为复杂，往往用于特种爆破，在施工工艺、成本控制、装置制作等方面仍有待进一步的改进。

技术实现要素：

为了克服常规环向聚能爆破装置需配置药型罩且只能用于特种爆破的局限性，本发明基于环向狭缝爆轰波波形调制技术，在普通工业炸药柱状药包爆轰时构建不限定环数的环向狭缝气隙聚能机制，产生有别于常规柱状装药爆轰所形成的柱状波，沿装药轴线形成多级环形爆轰波气隙聚能射流，在岩土中产生复杂冲击波波形，显著增强冲击波压、拉(剪)作用，以增强炸药爆轰局部破坏能力，提高装药环向爆炸能量集中度与相邻炮孔装药爆炸冲击波的相互作用，达到改善岩土破碎效果与提高炸药能量利用率(或炮孔利用率)的目的。

本发明采用的技术方案是：通过模制(大批量使用时)或人工切缝(小规模使用时)形成带有环向狭缝的抗静电阻燃pvc管材，狭缝宽度与间距根据不同岩性确定。采用非电起爆系统可考虑采用普通pvc管材。装药设计时应选择合理管材内径与药卷直径相匹配。现场装药工艺与常规炮孔装药一致，仅需在孔底端用强力胶布或胶带固定避免其脱落。

狭缝气隙聚能效应(slitgatheringenergyeffect)是本发明的理论基础，其有别于常规空穴装药带药型罩的聚能爆破效应(gatheringenergyeffect)。环向狭缝气隙聚能效应体现在以下两个方面：

(1)环向狭缝对冲击波波形的调制作用；

沿药柱轴向传播的滑移爆轰波在通过环向狭缝所在平面时，对应狭缝处的爆轰波沿环向切缝径向自由射出。由于爆轰波通过狭缝处存在速度差，其在一定距离外产生高能会聚作用。狭缝处会聚的爆轰波首先接触炮孔壁面岩体并转化为冲击波，强烈冲击、粉碎甚至熔化狭缝对应区岩壁形成刻槽。与此同时，pvc管管壁阻滞区域的爆轰波，由于波阻抗失配消耗部分能量，与狭缝处的外泄的爆轰波存在相位差与强度差延迟抵达孔壁。此外，狭缝处爆轰波自由外泄时，导致爆生气体产物的密度与压力在狭缝处局部降低，使得阻滞区密度与压力相对较高的爆轰产物向该区发生能量迁移，进一步强化狭缝气隙聚能效应。

不同区域爆轰波抵达炮孔壁的相位差与能量差的存在，致使其对应孔壁岩体中冲击作用强度出现差异。除了在岩土体中产生压应力与拉应力之外，还将形成不同相位冲击波作用所导致的剪应力作用。岩体中不同应力波相位互相作用(干扰与叠加)的复杂化，促进了施爆岩体的破坏强度。

(2)环向狭缝对爆生气体的影响；

炸药爆轰产生的大量高温高压爆生气体在环向狭缝处会紧随爆轰波极速向外喷射形成冲击射流。在狭缝正对方向，冲击射流直接作用于冲击波超前形成的刻槽上，楔入裂缝形成气楔作用。冲击射流高速射出后将在狭缝外缘形成局部低压区进而吸引高密度能量区内的爆生气体，形成两个相邻且反向旋转的高湍流度涡旋分布，导致爆炸能量沿炮孔径向会聚最终加强环向气隙聚能效应。孔内炸药爆轰完成后，爆生气体压力均布于孔壁，在准静压场作用进一步破碎岩体。

通过以上两个方面的相互作用，促进了炮孔内炸药爆轰过程中爆炸能量沿狭缝会聚并实现聚能破碎作用，强化了环向狭缝药包的侧向与整体碎岩能力，有效提高炸药能量利用率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为环向狭缝pvc管构造图。

图2为环向狭缝气隙聚能爆轰波波形调制原理图。

图3为小药量环向狭缝pvc管铅管爆破实验效果图。

图中:1-环向切缝段pvc管；2-环向切缝；3-缝间联接弧；4-无切缝段pvc管；5-岩体；6-炮孔内壁；7-工业炸药；8-压缩波；9-稀疏波。

具体实施方式

在图1中，环向切缝段pvc管(1)视围岩级别、炸药规格与类型等不同情况来确定其不同的环向狭缝(2)间距和环向切缝段长度。环向狭缝(2)在人工切缝或批量模制时留有缝间联接弧(3)，其个数与弧长取决于所选用pvc管材的材质、壁厚以及环向狭缝宽度等参数，以确保环向切缝管装药时具有必要的刚度与强度。为保证掏槽炮孔后续的正常装药，pvc管留有100～200mm的无切缝段(4)进行过渡。

在图2所示环向狭缝气隙聚能爆轰波波形调制原理图中，环向狭缝切缝管(1)用强力胶带纸一端封底后装填炸药(7)与起爆器材(仅当采用孔底反向起爆时)，装入经过高压风吹洗的合格炮孔(6)孔底。孔内炸药(7)起爆后，爆轰波经由环向狭缝(2)的气隙聚能作用后，以压缩波(8)的形式作用对应炮孔(6)孔壁上，并转化为爆炸冲击波作用于炮孔(6)周围的岩体(5)上。与此同时，对应于缝间联接弧(3)部位的爆轰波，由于缝间联接弧(3)材料的反射作用而滞后于压缩波(8)，并以稀疏波(9)的形式作用于对应炮孔(6)孔壁上。由于稀疏波(9)与压缩波(8)之间存在能级与作用机制上的较大差异，在环向切缝(2)对应的炮孔(6)孔壁上产生环向压力差，强化了对周围岩体剪切破坏作用，尤其是爆炸能量经由环向狭缝(2)的气隙聚能作用后能级提高，强化了对应部位围岩的屈服破坏作用，进而提高掏槽炮孔爆破能量利用率与掏槽质量，进而提高隧道与巷道掘进爆破后续起爆辅助孔的爆破能量利用率与总体爆破质量。

在图3所示小药量环向狭缝pvc管铅管爆破实验效果图中，环向狭缝(2)对应部位刻槽效果明显，缝间联接弧(3)部位不受破坏。此外，在刻槽端部观察到刻槽深度点状加深的现象(端部效应)，表明压缩波(8)与稀疏波(9)界面上存在脉动量相互作用的涡旋进而转捩为复杂的切变湍流，产生加强型的点状破坏作用。