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水壓爆破
圖片來自運河

水壓爆破,是將藥包置於注滿水的被爆容器中的設計位置上,以水作為傳爆介質傳播爆轟壓力使容器破壞,且空氣衝擊波、飛石及噪聲等均可有效控制的爆破方法。[1]

基本原理

是利用水的不可壓縮性質,能量傳播損失小。炸藥爆炸瞬間水傳播衝擊波到容器壁使其位移,並產生反射作用形成二次加載,加劇容器壁的破壞,遂使容器均勻解體破碎。此法簡便易行,效果良好。

「隧道掘進水壓爆破」技術正是針對這一情況,採用在炮眼中先「注水」後用「炮泥」回填堵塞的新技術,來變革隧道掘進爆破技術的。它利用在水中傳播的爆破應力波對水的不可壓縮性,使爆炸能量經過水傳遞到炮眼圍岩中幾乎無損失,十分有利於岩石破碎。同時,水在爆炸氣體膨脹作用下產生的「水楔」效應有利於岩石進一步破碎,[2]炮眼中有水可以起到霧化降塵作用,大大降低粉塵對環境的污染。

水分類

根據水壓爆破的裝藥和作用條件的不同水壓爆破可分為兩大類

鑽孔水壓爆破

一類為鑽孔水壓爆破,藥包置於有水鑽孔中進行爆破,由於介質抵抗線較大,應力波在待破壞介質中作用時間相對較長,應力波起主要作用;

壁體整體性運動引起介質破壞

第二類水壓爆破主要是由於壁體整體性運動引起介質破壞,如容器狀構築物或建築物,由於待破壞介質的厚度尺寸較小,荷載作用時間長於應力波通過介質的時間,波在介質中傳播已造成介質的整體性運動,因而可以不考慮應力波在介質內的傳播,而直接考慮介質的整體性慣性運動。

特點

由於水的物理力學性能同空氣不一樣,與空氣不耦合裝藥相比,鑽孔水耦合裝藥爆破具有以下特點:

(1)基於水的不可壓縮性和較高的密度、較大的流動粘度,水中爆轟產物的膨脹速度要慢,在耦合水中激起爆炸衝擊波的作用強度高和作用時間長;

(2)在炮孔周圍岩石中產生的爆炸應力波強度高,衰減慢,作用時間較長,即有較高的爆炸壓力峰值,因此,對岩石造成的破壞作用強;

(3)因為水的不可壓縮性和較高的能量傳遞效率,同時相當於炮泥,水又具有一定的堵塞作用,因此,傳遞給岩石的爆破能量分布更加均勻、利用率高;

(4)在爆破破碎質量上,它能使破碎塊度更加均勻;在爆破安全方面,它能夠有效地控制爆破震動、爆破飛石、空氣衝擊波和爆生有毒氣體的強度和數量、降低爆破粉塵;

(5)與耦合裝藥相比,水耦合裝藥又能夠降低孔壁岩面上的初始衝擊壓力,利於提高光面爆破、預裂爆破的成型質量。

同時鑽孔水壓爆破與無限水域下水壓爆破相比其爆破的水域小,炸藥到岩石距離很短,衝擊波產生與傳播和無限水域下水壓爆破有很大區別。對較小直徑鑽孔來說,以水作為介質的爆破與普通爆破的壓力波陣面不同,鑽孔內各點的應力是瞬間同時到達的,只是不同點上應力大小不同而已,即水中衝擊波陣面為圓柱形,壓力波入射與炮孔壁成直角,在孔深不太大時可近似認為孔內應力均勻,在孔壁上基本是均勻作用,其效果和使用弱性炸藥一樣,柱狀裝藥時更是如此。

水壓爆破藥包布置

藥包布置主要指藥包的在容器內的位置和藥包的數量,而藥包位置與藥包數量又密切相關。

對於直徑與高度相等的圓柱形容器的爆破體,通常布置一個藥包,其位置處於容器中心線下方一定高度。如果直徑大於高度,也可對稱布置多個集中藥包。對於這種單層群藥包,裝藥高度為容器中心線下方一定高度。

對於長寬比或高寬比大於3時,可沿長軸中心線布置雙層或多層群藥包。其中,最上層藥包到水面的距離大於藥包中心到壁面的距離;最下層藥包到底板的距離小於藥包中心到壁面的距離,但層間距不要過大。

對於壁厚不等或材料性質不同的爆破體,應採用偏心藥包或不等量群藥包。採用偏心藥包時,由於兩側壁厚不同,要掌握藥包偏離容器中心的距離,使容器的四壁受到均勻的破壞作用。

容器要充滿水,水深大於藥包中心到容器壁的最短距離。

參考文獻