7聚能爆破技术

控制爆破主讲邓飞资源与环境工程学院7聚能爆破技术7.1聚能效应利用装药末端的空穴来提高局部破坏作用的效应称为聚能效应。这种现象称为聚能现象。图7－1

2.聚能原理解释聚能现象的原因可以从炸药爆炸产物的飞散过程得到(图7-2).圆柱形炸药爆炸后爆炸产物向垂直于药柱表面的四周飞散，于是作用在钢板上的仅仅是药柱端部的爆轰产物，作用面积等于药柱端面积(图7-2a)。带锥孔的药柱则不一样，锥孔部分的爆轰产物飞散时，先向轴线集中，汇聚成一股速度和压力都很高的气流，称为聚能气流(图7一2b)。聚能气流总能量大于普通药柱端面气流，而且作用在较小的面积上。所以打出较深的孔。在药柱锥形孔穴的表面嵌装一形状相同的铜罩(图7一2c),爆轰产物在推动罩壁向轴线运动过程中，将能量传递给铜罩。由于铜的可压缩性很小.所以绝大部分能量转换为动能形式，形成一股比气体射流能量更集中速度和动量更高的一金属射流，聚能作用大大提高。

图7一2聚能原理示意图锥形空穴聚能过程中有两个因素起到控制作用1爆炸产物质点一定速度近似垂直于锥形孔表面的方向向药柱轴线汇聚，使能量集中。2高压的爆炸产物在沿轴线汇聚时，形成更高的压力区，这种高压迫使爆炸产物向四周低压膨胀，使能量分散。二、聚能药包的结构与形式

1基本构成聚能药包由外壳、药型罩、炸药和起爆装置组成，见图7－32.药包形式无论聚能药包应用于什么目的，其作用主要是穿孔或切割。根据形成射流的形式不同，聚能药包图7一3穿孔聚能药包构成1一外壳;2一电雷锌;3一传爆炸药;4一主爆炸药;5-药型罩有:(1)圆柱形聚能药包，药型罩的形状为轴对称型，其装药爆炸后可形成一束线性射流，主要用于穿孔.(2)线性楔形聚能药包，产生的射流为一个平面，即形成面性射流，其药型罩的形状为面对称型，这类聚能药包主要用于金属板材、管材的线性切割，即“聚能切割刀”。(3)球形聚能药包，其药型罩为中心对称型，中心有球形空腔和球形罩，外表敷装炸药，在中心可获得极大的能量集中，应用很少。图7－4各种形状的药型罩a一轴对称型;b–面对称型;c一中心对称型

1药罩;2炸药三、影响聚能爆破威力的因素

1.炸药的性能

炸药是聚能爆破的能源.因此炸药的性能是影响聚能威力的根本因素。当聚能药包爆炸时，它释放出来的能量迅速传给药型罩，迫使药型罩向轴线上高速压合和碰撞，产生高速运动的射流。但是药型罩压合和碰撞的速度主要取决于炸药的爆轰压力，根据理论分析和试验的结果表明，聚能威力随着爆轰压力的增加而增加。按照流体力学理论，炸药的爆轰压力是爆速和装药密度的函数，这种关系用(4-1)式表示。PCJ=1/4ρ0D2(4-1)2.药型罩(1)药型罩的材料药型罩材料必须满足以下几点要求材料的可压缩性要小;密度要大;塑性和延展性要好;在形成射流过程中不会产生汽化。紫铜制作药型罩的效果最好，其次是铸铁、钢和陶瓷。（2)药型罩的形状在选取药型罩的形状时，应考虑它的聚能效果要好，形状简单和加工方便。(3)药型罩的锥角。当锥角小于30度穿孔性能很不稳定，0度时射流的质量极小，基本上形不成连续的射流。当锥角介于300--700之间时，射流才具有足够的质量和速度，才能起到破碎和穿孔的作用。小锥角时，射流速度较高，有利于提高穿孔深度，大锥角时射流质量提高，穿孔深度变小，但穿孔直径增大。

(3)药型罩的壁厚。药形罩的最佳壁厚是随着药型罩材料比重的减小而增加，随锥角的增大而增加，随罩的直径的增大和外壳的加厚而增加。

3.炸高炸高是指从聚能药包的底面(即药型罩底面)到穿孔目的物间的最短距离。炸高对穿孔威力影响很大，一方面随着炸高的增加，能使射流拉长，从而提高穿孔深度;但是，另外一方面，随着炸高的增大射流会产生径向分散和摆动，延伸到一定程度后产生断裂现象，使穿孔深度降低。与最大穿孔深度相对应的炸高，称为有利炸高。有利炸高随着锥角的增加而省加。另外.采用高爆速炸药和增大隔板的直径，都能使药型罩所受的冲击压力增加，从而增大射流速度，并使射流拉长.故使有利炸高得到增加。一般来说，有利炸高对于常用的药型罩是罩底直径的1－3倍。

4隔板隔板是装在药型罩顶部和聚能药包顶面之间的一块板材，见图5-4。在聚能药包中采用隔板，目的在于改变在聚能药包中传播的爆轰波波形.控制爆轰方向和爆轰波到达药型罩的时间，提高爆炸载荷，从而增加射流速度，达到提高聚能度。

图5--4装有隔板的聚能药包

1一隔板;2一主装药;3一聚能穴5.药包的壳体壳体对穿孔效果的影响是通过壳体对爆轰波波形的影响而产生的。主要表现在爆轰波形成的初始阶段，没有壳体时，隔板前的中心爆轰波与通过隔板周围的侧向爆轰波同时到达罩的顶部，使罩顶受载均衡。当使用有壳药柱时，爆轰波在壳体壁面发生反射，从而使壁面附近爆轰波能量加大.使侧向爆轰波较中心爆轰波提前到达药型罩壁面，造成罩壁受载的不均衡，迫使罩壁向后喷而形成反射流。使整个射流不集中和不稳定，导致穿孔深度的咸小，但是。另外一方面，有壳药柱可以减弱稀疏彼的作用.有利于提高炸药能量的利用率。

6.药包形状的几何参数在确定药包的结构形状时、必须综合考虑各方面的因素，既要使装药重量最轻，又要使聚能效果好。这就要求更有效的利用炸药，选择合适的装药结构。在整个的聚能药包中，参与形成聚能射流的炸药仅是靠近药型罩的一定厚度的炸药层，这一层炸药叫做有效炸药层，见图7--5(a)中药包的方格线部分。.其它不直接参与聚能效应的那部分炸药，叫做非有效炸药，它的作用是使有效炸药层达到稳定爆轰，并使有效