技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及爆破設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)向平面射流聚能切割器及其使用方法。

背景技術(shù)：
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在露天臺(tái)階爆破過(guò)程中，根底的產(chǎn)生和大塊率的多少是衡量爆破質(zhì)量的兩項(xiàng)重要指標(biāo)，將直接影響采掘生產(chǎn)成本和作業(yè)效率。目前的巖石和采礦工作中，露天臺(tái)階爆破依然廣泛地采用中深孔爆破方式。但由于破碎的巖石大大削弱了爆炸應(yīng)力波的傳播，臺(tái)階底部的巖石主要依靠爆生氣體膨脹產(chǎn)生的剪切作用來(lái)克服底盤抵抗線。又由于臺(tái)階底部巖石的夾制作用強(qiáng)，往往爆炸能量不足而產(chǎn)生根底。

在爆破過(guò)程中為了保證爆破高度，克服底盤抵抗線的阻力和炮孔底部巖石的夾制作用，目前在工程實(shí)踐上主要采取以下措施來(lái)降低大塊率和消除或減少根底的產(chǎn)生，使爆破達(dá)到相對(duì)較好的效果，具體措施如下：

(1)加大孔底的爆破能量；如在炮孔底部用高能起爆藥柱代替原來(lái)的裝藥或使用藥壺爆破法。雖然這種方法對(duì)減少超深具有一定的作用，但效果不是十分明顯，特別是藥壺爆破法危險(xiǎn)性較大，且不宜用于硬巖施工；

(2)合理設(shè)計(jì)孔網(wǎng)參數(shù)，減少抵抗線；這種方法是常用的方法，跟據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，考慮炸藥的性能和根據(jù)巖石的巖性來(lái)確定孔網(wǎng)參數(shù)，如對(duì)于堅(jiān)硬巖石，常采用大孔距小抵抗線。但礦山地質(zhì)變化異常和礦巖賦存條件復(fù)雜的情況，難以確保爆破效果。同時(shí)此方法必然加大鉆孔量且增加了炸藥用量，大大增加了爆破成本；

(3)改進(jìn)裝藥結(jié)構(gòu)：為了盡量提高炸藥能量的利用率，使巖體充分破碎，一般采用炮孔底部空間間隔裝藥、分段裝藥和徑向不耦合裝藥三種結(jié)構(gòu)形式。雖然此方法能夠取得較好的效果，但是并不能很好的解決根底問(wèn)題，在爆破堅(jiān)硬巖石時(shí)大塊率現(xiàn)象仍然十分明顯；

(4)通常在爆破參數(shù)設(shè)計(jì)良好的情況下，采用超深的辦法來(lái)降低柱狀裝藥的中心位置，從而消除或減少底盤根底，改善爆破效果。但由于這種裝藥方式使炸藥主要集中在炮孔底部和中部，導(dǎo)致上部的裝藥量小，爆破能量不足，巖石破碎不均勻，易產(chǎn)生大塊。但炮孔超深不論偏大還是偏小，都經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“盤景”、“假山”等巖幫不齊、底盤不平的現(xiàn)象，不但使爆后底面平整度降低，而且還增加平場(chǎng)難度，同時(shí)還會(huì)對(duì)基巖造成較大損傷，導(dǎo)致底盤不完整，影響后續(xù)爆破工作。除此之外，超深過(guò)大不僅會(huì)增加炸藥量，加速電護(hù)設(shè)備的磨損，同時(shí)還對(duì)臨時(shí)開(kāi)挖的梯段平面進(jìn)一步增大鉆孔難度，降低成孔率；大塊率過(guò)多不僅增加二次爆破和機(jī)械破碎成本，還會(huì)大大影響工程進(jìn)度和質(zhì)量。

因此，如何盡量的消除和減少根底的產(chǎn)生、降低爆破中的材料、經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，以及降低爆破過(guò)程中的大塊率對(duì)于礦石開(kāi)采綜合經(jīng)濟(jì)效益的提高和降低成本具有非常重要的實(shí)際意義，也是國(guó)內(nèi)外爆破工程領(lǐng)域主要研究的課題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種能可靠的利用聚能射流克服炮孔底部巖石之間的夾制作用和底盤抵抗線的阻力，在炮孔底部形成初始裂縫帶，從而解決露天臺(tái)階中深孔爆破大塊率和根底現(xiàn)象，減少因炮孔超深所引起的一系列影響的環(huán)向平面射流聚能切割器及其使用方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供的一種環(huán)向平面射流聚能切割器，包括：金屬材質(zhì)的環(huán)形體，所述環(huán)形體上端和下端分別設(shè)置有上端蓋和下端蓋，所述上端蓋、下端蓋和環(huán)形體之間形成空腔結(jié)構(gòu)，在所述空腔中填充炸藥，在所述上端蓋和下端蓋上插設(shè)有傳爆管，所述環(huán)形體外壁沿水平方向設(shè)置有v型槽，所述v型槽的v型開(kāi)口朝向所述環(huán)形體外側(cè)。

所述v型槽的開(kāi)口端的兩端部連接于所述環(huán)形體的上下端。

所述環(huán)形體外側(cè)還套裝有炸高控制套，所述炸高控制套為一個(gè)u型環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其開(kāi)口端朝向所述環(huán)形體外側(cè)。

所述傳爆管延伸至所述上端蓋的上方，且傳爆管的下端設(shè)置有內(nèi)螺紋，其上端設(shè)置有外螺紋，兩個(gè)所述傳爆管之間通過(guò)螺紋連接，兩個(gè)所述環(huán)形體通過(guò)傳爆管連為一體。

所述環(huán)形體外壁套裝有密封防水套。

上述一種環(huán)向平面射流聚能切割器的使用方法，其具體步驟如下：

步驟一：在待爆破地區(qū)挖設(shè)深孔，在所述傳爆管上端安裝雷管，將填裝完炸藥的環(huán)向平面射流聚能切割器緩慢放于挖設(shè)深孔的孔底；

步驟二：在環(huán)向平面射流聚能切割器上方填裝主炸藥，并在主炸藥中埋設(shè)雷管，在主炸藥上方填充炮泥，直至將深孔填滿。

在所述步驟一中，在所述環(huán)形體外側(cè)還套裝有炸高控制套，所述炸高控制套為一個(gè)u型環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其開(kāi)口端朝向所述環(huán)形體外側(cè)，且在所述環(huán)形體外壁套裝有密封防水套。

在所述步驟一中，環(huán)向平面射流聚能切割器可以為一個(gè)或者是多個(gè)，將所述傳爆管延伸至所述上端蓋的上方，且傳爆管的下端設(shè)置有內(nèi)螺紋，其上端設(shè)置有外螺紋，兩個(gè)所述傳爆管之間通過(guò)螺紋連接，使得多個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器通過(guò)傳爆管連為一體。

在所述步驟一中，環(huán)向平面射流聚能切割器可以為一個(gè)或者是多個(gè)，在所述深孔中埋設(shè)連接套，將多個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器沿豎向堆疊放置在所述連接套中，使得多個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器形成一個(gè)整體。

本發(fā)明一種環(huán)向平面射流聚能切割器及其使用方法的有益效果：

(1)環(huán)形體的裝藥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和使用方便，充分利用了外殼材料作為聚能材料，提高炸藥和能量的利用率；

(2)將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用在露天臺(tái)階中深孔爆破中，裝藥起爆后，沿著爆炸傳播方向，在軸線上形成高溫、高壓和能量密集的環(huán)向聚能射流圓盤刀，在巖石中可有效地產(chǎn)生初始誘導(dǎo)裂縫，并在爆生氣體的作用下進(jìn)一歩擴(kuò)展為交錯(cuò)的裂紋網(wǎng)，對(duì)目標(biāo)介質(zhì)進(jìn)行破壞，大大減弱深層巖石的夾制作用，提高若石的破碎率，同時(shí)使炸藥在炮孔上部、中部和底部的裝藥量均勻分布，降低巖石大塊率和提高的破碎均勻率，將便于清運(yùn)；

(3)通過(guò)在環(huán)形體中填裝炸藥，代替了原來(lái)炮孔中的超深部分的炸藥，相對(duì)于傳統(tǒng)露天臺(tái)階中深孔爆破裝藥，不僅大大節(jié)省了單次起爆藥量，降低了成本，同時(shí)也大大的提高了爆破效果，減小振動(dòng)效應(yīng)；

(4)若炮孔的孔網(wǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)合理，在爆炸完成后，在炮化底部將形成較為平整的臺(tái)階面，不僅能夠降低場(chǎng)平難度，減少鉆孔超深和鉆孔工作量，進(jìn)而降低爆破成本；另一方面，臺(tái)階面平整將大大降低爆破難度，提高鉆孔的成孔率；

(5)本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石的堅(jiān)硬程度靈活疊加使用環(huán)向平面射流聚能切割器，沿著挖設(shè)深孔的中心軸線方向均勻布置多個(gè)環(huán)向聚能罩(它是環(huán)向聚能裝藥的一種形式)，分段式聚能效應(yīng)在炮孔內(nèi)起到一定的均勻分布作用，只要環(huán)向平面射流聚能切割器間距合適，整個(gè)孔內(nèi)裝藥爆炸完成后，沿著爆炸傳播方向，能有效形成交錯(cuò)的裂紋網(wǎng)絡(luò)，克服底盤抵抗線的阻力和炮孔底部巖石的夾制作用，提高巖石的破碎率，減小大塊率。在后續(xù)輔助炮孔延遲爆炸能量作用下，使槽腔內(nèi)的巖體充分破碎，并被拋出槽腔，保證爆破效果；

(6)顯然，若環(huán)向平面射流聚能切割器能夠在露天臺(tái)階爆破得到實(shí)現(xiàn)，將會(huì)有效的降低大塊率和減小超深甚至不需要超深，而且由于環(huán)向平面射流聚能切割器先于炸藥在炮孔中爆炸，產(chǎn)生強(qiáng)烈的切割作用，從而使周圍介質(zhì)形成環(huán)向破壞面。在孔壁環(huán)向產(chǎn)生初始誘導(dǎo)裂縫形，為巖石的破壞在聚能裝藥爆炸后產(chǎn)生的沖擊波，以及高溫、高壓爆炸氣體作用下繼續(xù)延伸?，F(xiàn)場(chǎng)也可以很方便的往炮孔中裝填聚能切割器。送種方式不僅可以減少炸藥量，充分提高炸藥能量利用率，降低生產(chǎn)成本，而且能夠很好的解決大塊率和根底問(wèn)題，提高生產(chǎn)率。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明一種環(huán)向平面射流聚能切割器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為增設(shè)有炸高控制器和密封防水套的環(huán)向平面射流聚能切割器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖4為爆炸時(shí)聚能射流作用的原理圖；

圖5為單個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器爆炸致裂時(shí)示意圖；

圖6為圖5中a-a面巖石裂縫走向趨勢(shì)示意圖；

圖7為多個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器疊加使用的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為多個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器疊加使用爆炸致裂時(shí)示意圖；

1-環(huán)形體，2-上端蓋，3-下端蓋，4-炸藥，5-傳爆管，6-v型槽，7-炸高控制套，8-密封防水套，9-雷管，10-主炸藥，11-炮泥，12-炮孔，13-連接套。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

根據(jù)圖1所示，本發(fā)明提供的一種環(huán)向平面射流聚能切割器，包括：金屬材質(zhì)的環(huán)形體1，所述環(huán)形體1上端和下端分別設(shè)置有上端蓋2和下端蓋3，所述上端蓋2、下端蓋3和環(huán)形體1之間形成空腔結(jié)構(gòu)，在所述空腔中填充炸藥4，在所述上端蓋2和下端蓋3上插設(shè)有傳爆管5，所述環(huán)形體1外壁沿水平方向設(shè)置有v型槽6，所述v型槽6的v型開(kāi)口朝向所述環(huán)形體外側(cè)，v型槽6作為環(huán)形體上的環(huán)形聚能罩，所述v型槽6的開(kāi)口端的兩端部連接于所述環(huán)形體1的上下端，是利用環(huán)向平面射流聚能切割器內(nèi)填充的炸藥起爆后產(chǎn)生的聚能射流對(duì)炮孔底部巖石介質(zhì)產(chǎn)生環(huán)向輔助裂隙帶，同時(shí)使爆破過(guò)程中，在環(huán)向平面射流聚能切割器上方填充的主裝藥生成的沖擊波和爆生氣體能夠進(jìn)一步對(duì)炮孔底部的裂隙帶進(jìn)行擴(kuò)展、延伸，加強(qiáng)炮孔底部巖石的破碎，在聚能爆破中，由于爆轟射流不能無(wú)限制地集中，在距離聚能藥包端部某一距離處焦距達(dá)到最大的集中，隨后則又迅速地飛散開(kāi)。

進(jìn)一步地，對(duì)環(huán)向平面射流聚能切割器各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定：(下面以環(huán)形體高度為50mm舉例)

其中，α為環(huán)形聚能罩的v形邊與豎直方向的夾角，φ為安裝有炸高控制套后環(huán)向平面射流聚能切割器的直徑。

又由于炸高對(duì)侵徹威力的影響較大，因此不能忽略，所以在環(huán)向平面射流聚能切割器制作的同時(shí)，如圖2和圖3所示，可以在所述環(huán)形體1外側(cè)套裝有炸高控制套7，所述炸高控制套7為一個(gè)u型環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其開(kāi)口端朝向所述環(huán)形體1外側(cè)，來(lái)控制炸高(有利的炸高可從0.8～1.05倍藥型罩直徑范圍內(nèi)取值)，這樣也適應(yīng)炮孔直徑的復(fù)雜多樣性，方便環(huán)形體的裝藥(在考慮炸高的同時(shí)，必須滿足環(huán)形體的直徑需要大于炸藥的臨界直徑)，同時(shí)炸高控制套7還能對(duì)環(huán)形體外壁沿水平方向設(shè)置的v型槽形成的聚能穴做防護(hù)，以免其他介質(zhì)進(jìn)入聚能穴影響效果，如圖2所示。

另一方面，由于一般炮孔12底部有水的情況，為了使水不影響環(huán)向平面射流聚能切割器的爆炸性能，需將藥包做密封裝藥，進(jìn)行防水處理，即在所述環(huán)形體1外壁套裝有密封防水套8。

所述傳爆管5延伸至所述上端蓋2的上方，且傳爆管5的下端設(shè)置有內(nèi)螺紋，其上端設(shè)置有外螺紋，兩個(gè)所述傳爆管5之間通過(guò)螺紋連接，兩個(gè)所述環(huán)形體1通過(guò)傳爆管連為一體，進(jìn)而使得多個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器組合為一體，即在使用本發(fā)明的環(huán)向平面射流聚能切割器時(shí)，可以將其單個(gè)使用也可以多個(gè)組合為一體使用。

上述一種環(huán)向平面射流聚能切割器的使用方法，其具體步驟如下：

步驟一：在待爆破地區(qū)挖設(shè)深孔，在所述傳爆管5上端安裝雷管9，將填裝完炸藥的環(huán)向平面射流聚能切割器緩慢放于挖設(shè)深孔的孔底，炸藥4可選用爆速高、密度大的炸藥如tnt，rdx或tnt-rdx，然后可以在所述環(huán)形體1外側(cè)還套裝有炸高控制套7來(lái)控制炸高，所述炸高控制套7為一個(gè)u型環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其開(kāi)口端朝向所述環(huán)形體外側(cè)，且在所述環(huán)形體1外壁套裝有密封防水套8進(jìn)行防水處理，完成環(huán)向平面射流聚能切割器的制作；

在本步驟中，可以是將單個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器直接使用，如圖5和圖6所示，或者是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巖石的堅(jiān)硬程度，將多個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器靈活疊加組合使用，在一種實(shí)施例中，如圖7所示，是將所述傳爆管5延伸至所述上端蓋2的上方，且傳爆管5的下端設(shè)置有內(nèi)螺紋，其上端設(shè)置有外螺紋，兩個(gè)所述傳爆管5之間通過(guò)螺紋連接，進(jìn)而使得多個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器通過(guò)傳爆管連為一體；在另一實(shí)施例中，如圖8所示，則是是在所述深孔中埋設(shè)連接套13，將多個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器沿豎向堆疊放置在所述連接套13中，進(jìn)而使得多個(gè)環(huán)向平面射流聚能切割器形成一個(gè)整體，使得環(huán)向平面射流聚能切割器能夠沿著挖設(shè)深孔的中心軸線方向均勻布置，讓分段式聚能效應(yīng)在炮孔12內(nèi)起到一定的均勻分布作用；

步驟二：在環(huán)向平面射流聚能切割器上方填裝主炸藥10，并在主炸藥10中埋設(shè)雷管9，在主炸藥10上方填充炮泥11，直至將深孔填滿，起爆時(shí)，環(huán)向平面射流聚能切割器先于普通炸藥10ms左右起爆。環(huán)向平面射流聚能切割器起爆后，沿著爆炸傳播方向，在與填裝的炸藥的軸線垂直的底面上能夠形成環(huán)向射流圓盤刀，產(chǎn)生強(qiáng)烈的切割作用，從而對(duì)炮孔周圍巖石介質(zhì)形成環(huán)向裂縫破壞帶。

本發(fā)明的原理是：如圖4所示，炸藥起爆后，爆轟波由起爆點(diǎn)向前傳播，當(dāng)爆轟波陣面到達(dá)環(huán)向聚能罩時(shí)，在高溫高壓的爆轟產(chǎn)物作用下，環(huán)形聚能罩的罩壁被爆轟波極高的速度壓縮。在此過(guò)程中，炸藥爆炸后大部分能量轉(zhuǎn)化為環(huán)形聚能罩材料的動(dòng)能。隨著爆轟波的連續(xù)地向環(huán)形聚能罩的罩底傳播，被壓縮的環(huán)形聚能罩材料質(zhì)點(diǎn)以很高的速度向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并使環(huán)形聚能罩內(nèi)壁附近的金屬?gòu)恼謨?nèi)表面連續(xù)地?cái)D出，在對(duì)稱平面上形成形成金屬射流，匯聚于對(duì)稱面上，并向著環(huán)形聚能罩開(kāi)口方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)環(huán)形聚能罩全部被壓向?qū)ΨQ面以后，在軸線上形成一股高速、高溫、高壓、高能量密集且具有很強(qiáng)穿透和切割能力的環(huán)向聚能圓盤射流刀，以及一個(gè)伴隨金屬流低速運(yùn)動(dòng)的柞體。環(huán)向平面射流聚能切割器射流刀頭部速度最高可達(dá)7000m/s-8000m/s，溫度升高至4000℃-5000℃。當(dāng)這種射流作用到周圍目標(biāo)介質(zhì)上發(fā)生相互作用，迫使周圍目標(biāo)介質(zhì)表面壓力突然達(dá)到幾百萬(wàn)個(gè)大氣壓。在高壓作用下，目標(biāo)表面介質(zhì)被排開(kāi)，從而在巖石孔壁環(huán)向產(chǎn)生橫向初始誘導(dǎo)裂縫破壞。

又由于炮孔堵塞作用，后爆炸所產(chǎn)生的高溫、高壓氣體被密封在炮孔內(nèi)。在爆生氣體的準(zhǔn)靜態(tài)載荷作用下，根據(jù)巖石斷裂力學(xué)的原理，爆炸產(chǎn)生的高溫、高壓爆炸氣體一部分在炮孔孔壁與炸藥間的空氣中形成沖擊波，沖擊波立即作用在炮孔孔壁上壓縮巖石，造成巖石質(zhì)點(diǎn)位移，爆孔空腔擴(kuò)大，此后以超音速在巖體內(nèi)傳播，一部分沿著環(huán)向平面射流聚能切割器裝藥起爆后產(chǎn)生的金屬射流產(chǎn)生的初始誘導(dǎo)裂縫帶處繼續(xù)撞擊孔壁產(chǎn)生初始裂紋，裂紋在氣模和應(yīng)力集中共同作用下向前擴(kuò)展，從而加大巖石裂縫區(qū)域，對(duì)孔底的巖石進(jìn)行橫向破碎，可以達(dá)到平底的效果，消除臺(tái)階爆破根底和降低大塊率。如圖4將環(huán)向平面射流聚能切割器用于露天臺(tái)階爆破中減弱巖石的夾制作用和提高巖石的破碎率。

最后應(yīng)該說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本權(quán)利要求范圍當(dāng)中。