聚能爆破

表面聚能爆破

一聚能爆破简介

聚能爆破是一种比较适用于石材切割、巷道成型的爆破方法,它可以产生极大的能量射流，控制预定方向的裂纹的扩展、减少其它方向随机生成的裂纹;能大大提高炮孔的利用率,加快掘进速度,大大减少边壁超挖和欠挖，而且与其他爆破方法相比可采用更大的不耦合系数,这为减少对岩体的损伤创造条件

聚能效应通常被称为“门罗效应”，即炸药爆炸后，爆炸产物在高温高压下基本是沿炸药表面的法线方向向外飞散的。利用炸药爆炸产物运动方向与装药表面近似垂直的规律,做成特殊形状的装药结构,就能使爆炸产物聚集起来，提高了爆炸能量流的密度,增强爆炸效果。

聚能药包由引信装置、隔板、炸药、金属罩、支架等5部分组成，如图1所示。

聚能效应的主要特点是能量密度高和方向性强,但仅仅在锥孔方向上有很大的能量密度和破坏作用。其他方向则和普通装药的破坏作用是一样的。因此,聚能装药一般只适用于产生局部破坏作用的工程中，例如岩石的控制爆破。

图 1 聚能药包结构示意图

图2试验所用聚能罩及聚能装药

图3聚能装药射流作用示意图

图4聚能装药破岩作用示意图

二聚能爆破试验

聚能爆破用于破碎岩石时，岩石的破碎深度、直径和体积是评价爆破效果的主要标准，由于爆炸试验是一个瞬时、复杂的过程，试验结果往往存在较大的随机性，对爆破漏斗直径的影响尤为明显，各组试验的爆破漏斗轮廓往往很不规则，给爆破漏斗直径的取值带来很大误差，同时受试件表面强度不均匀的影响，爆破直径的试验结果往往有较大误差。因此，试验以岩石的破碎深度和破碎体积作为评价聚能爆破效果的依据。

试验炸药采用人工压装的黑索金( RDX) ，密度约 1.0 g /cm3。，试验聚能穴采用底角为 70 °的锥形，顶部为球缺，聚能穴底径 36 mm，高 32 mm。试验将采用380 × 350 mm 圆柱体水泥砂浆试件( 重约 80 kg) ，试验药量 60 g。试验药包外形均采用圆柱体。试验所用聚能罩及聚能装药如图2所示。。其中，铝罩比无罩聚能装药破碎深度提高 70% 以上，而铜罩和铝罩破碎深度仅相差10%。

图5集中药包爆破效果

图6无罩聚能装药爆破效果

图7铝罩聚能装药爆破效果

图8铜罩聚能装药爆破效果

表1 0 炸高时聚能装药试验数据统计

聚能爆破破岩过程大致可以分为 4 个阶段：

（1） 冲击波作用阶段: 破岩的开始阶段，爆炸后的冲击波作用于和炸药直

接接触的岩石表面，产生极大的压力，使岩石发生破坏。此阶段聚能罩开始压缩形成射流，但尚未到达岩石表面。

（2） ( 2) 聚能射流开坑阶段: 聚能射流头部碰击静止的岩石，产生百万大

气压的压力。从碰撞点向岩石和射流中分别传入冲击波，岩石自由界面处崩裂，射流在岩石中建立三高区。此阶段仅占穿孔深度的很小一部分。

（3） 射流侵彻准定常阶段: 射流对处于三高区状态的岩石穿孔，碰撞压力

降低到 20 ～ 30 万大气压。此阶段射流的能量分布变化缓慢，破岩参数和穿孔直径都变化不大，基本上与破岩时间无关，故称准定常阶段。

（4） 杵体及应力波作用阶段: 金属射流速度已相当低，岩石强度的作用愈

来愈明显，破岩速度和扩孔能力明显下降，但金属罩所形成的杵体依然能对孔壁和试件表面处于三高状态的岩石起到破坏作用，同时，试件中应力波也有助于爆破漏斗的形成，直到压力衰减到小于岩石抗压

强度时破岩作用中止。

三小结

聚能装药尤其是带金属罩的聚能装药，可以显著提高岩石的爆破破碎深度，比相同药量的集中药包破碎深度提高一倍以上，对破碎体积也有所提高。

聚能装药破碎岩石的过程大致可以分为冲击波作用、射流开坑、侵彻、杵体及应力波作用 4 个阶段。岩石的破碎深度主要取决于金属射流侵彻；破坏范围主要取决于聚能爆破产生的冲击波和爆生气体作用。