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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:19938

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

21炸药及聚能罩材料的选择

211  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。7000ms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。

212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。

213  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。

22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225倍。

3露天矿排水管切割器的选型

31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123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-3AoC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。

32 YYC-3A0C型切割器的特点

YYC-3AoC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。

41  爆炸胀形摩擦堵塞排水管的机理    

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。

42爆炸胀形摩擦堵塞器的参数确定

421堵塞钢管参数

堵塞钢管由无缝钢管制成,主要参数见表2

422堵塞药筒的设计与起爆形式

堵塞药筒药量的设计,以排水钢管和堵塞钢管最大变形点圆周方向的伸长率小于材料的极限伸长率为依据。

堵塞药筒起爆用导爆索捆在药筒内侧起爆,一般用两根导爆索起爆。堵塞药筒装药及尺寸如下:

(1)装药:塑装TNT,密度13gm3,爆速5700ms左右;

(2)外壳:厚度O5mm,用专门模具制作;

(3)外径:(D2+20Ó2)=D1-2Ó2lÓ2l很小;

(4)厚度:Ó2=68mm

(5)高度:L2=60mm左右。

423  堵塞钢板材料及尺寸

(1)材料:45号钢板;

(2)直径:D3=[D0-(68)]mm

(3)厚度:Ó3=40mm

通过试验选定用于φ219×8及φ273×10排水钢管的爆炸胀形摩擦堵塞器,其具体参数见表3

5现场试验效果

在实验室取得可靠数据的基础上,我们又在霍林河露天矿进行了现场试验。现场试验和施工结果表明,本项目所采用的技术方案可靠,施工工艺简单易行。该技术可以成功地应用于露天采矿领域切割不同直径和厚度的滤水排水钢管,并具有明显的经济效益和社会效益。

                                                          摘自《中国典型爆破工程与技术》


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