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露天矿地下排水管爆破切割技术

2014-08-31 12:02:34.0 责任编辑：崔玮娜

完成时间：1993年8月

完成单位：中国矿业大学北京研究生部、霍林河矿区指挥部

项目主持人及参加人员：杨永琦、杨仁树、程肖锦、宋俊生、高全臣、刘殿书、杜玉兰、单仁亮、陈新德、窦长禄、祁成柱、庞有彪、马泾冉

撰稿人：杨永琦

1项目背景

在露天矿生产中，排水是一个重要生产环节，通常是采用一次安装好滤水钢管，随着每一梯段延伸，在地面及时切断排水管。但在梯段剥离过程中，由于滤水钢管暴露时悬臂高度达十多米，稍不留心，滤水钢管很容易被设备碰撞弯曲，甚至使整个排水井报废。因此采用排水管井内切割，可以方便生产，避免排水管损坏事故的发生。

一般排水管井内切割方法有机械切割和爆破切割法。由于存在排水井内空间的限制与机械磨损问题，采用机械切割比较困难。而炸药的体积小，单位能量大，因此采用爆破切割方法更为合理。

根据聚能射流穿透作用原理和爆炸胀形原理，可以设想，在排水管任何部位、任何厚度和材料的排水钢管，都是可以进行聚能切割和爆炸胀堵的。和机械方法相比，爆破切割和爆炸胀堵，具有成本低、效率高的优点。

2试验研究

2．1炸药及聚能罩材料的选择

2．1．1 炸药的选择

对于同种炸药，爆速和密度间存在线性关系，密度越大，爆速越高。所以，使用高爆速的炸药及增加装药密度都会使聚能装药的切割能力增大。一般来说，爆速在。7000m／s以上的炸药才适合于聚能装药。经试验，表l中的三种炸药较适合于聚能装药。

2．1．2装药尺寸

装药直径增大时，形成的金属流长度、直径及质量均增大，因而穿透能力也相应增强。但装药直径增大，并不增大金属流的速度；穿透能力也不随装药直径的增大而按比例地增大。因此靠增大装药直径来提高穿透能力，在实用上有一定限度。

2．1．3 聚能罩尺寸和材料的选择

金属罩是聚能装药酌一个关键部件，其形状、尺寸及材料对穿透能力都有很大影响。穿透能力与锥形罩的锥角大小有很大关系。排水管爆破切割器的金属罩锥角通常为35。～60。。金属罩材料对穿透能力的影响很大，一般采用铜、钢、铸铁、陶瓷、铅等制成，其中紫铜制成的罩穿透能力最强。

2．2炸高的选取

聚能效应要求选择合适的炸高，炸高太高或太低都对穿透效果产生不利影响。图1为点射流型聚能切割器切割能力与炸高的关系曲线。一般情况下，半圆球形罩最佳炸高是金属罩口径的2～2．5倍。

3露天矿排水管切割器的选型

3．1露天矿排水管切割器的选型

研制成的YYC型线聚能切割器，根据切割目标的不同，可分为直线型切割器、外圆线型切割器和内圆线型切割器，它们分别用于切割平板、从外向内切割圆柱或圆筒状目标。从内向外切割圆筒状目标，其编号分别以1、2、3来表示。选择切割器时，应考虑以下因素：

(1)排水钢管是埋在地下的，只能从排水钢管内部以线切割的形式来切割排水钢管，所以选用内圆切割器。

(2)为确保排水钢管被切断，切缝深且宽是必要的。为此选用YYC-3A_oC型切割器。

(3)为确保爆轰波不受侧向分散的影响，选用钢外壳作为装药外壳。

(4)考虑装药厚度小，铸装药困难，故采用压装钝化RDX为切割器装药。

(5)考虑到聚能刀的切割效果和切割环制作的难易程度，最好选用YYC-3A₀C25型切割器作为排水钢管切割器。

3．2 YYC-3A₀C型切割器的特点

YYC-3A_oC切割器如图2所示。YYC-3A₀C型切割器具有以下特点：

(1)实心药饼式装药；

(2)中心起爆；

(3)聚能罩是一个环形聚能环，罩低在外侧，断面为半圆形；

(4)聚能射流呈环形，由内向外，在圆周方向上各点切割能力相同，但存在扩散射流现象。

4爆炸胀形摩擦堵塞排水钢管试验

为确保在切割排水钢管时，不致将下部排水钢管堵塞导致排水井报废事故，应在爆炸切割排水管之前，用专门制作的爆炸胀形摩擦堵塞器。将下部排水钢管堵塞。

4．1 爆炸胀形摩擦堵塞排水管的机理

图3为排水钢管爆炸自由胀形示意图。当炸药爆炸时，冲击波作用在管1内壁上，管壁上受到冲击作用的各质点将获得一加速动力，并产生变形。其中，管中部各点所承受的冲击波压力最大，变形也最大；两侧各点所承受压力逐渐减小，变形也相应减小。爆炸完成后，管0和管l都将在置放炸药的位置发生向外鼓胀的现象。鼓胀处，管l的直径将大于管0原来的直径，使堵塞钢管无法从排水钢管中抽出，起到了堵塞排水钢管的作用。