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露天礦地下排水管爆破切割技術

2014-08-31 12:02:34 責任編輯:崔瑋娜

完成時間:19938

完成單位:中國礦業大學北京研究生部、霍林河礦區指揮部

項目主持人及參加人員:楊永琦、楊仁樹、程肖錦、宋俊生、高全臣、劉殿書、杜玉蘭、單仁亮、陳新德、竇長祿、祁成柱、龐有彪、馬涇冉

撰稿人:楊永琦

1項目背景

在露天礦生產中,排水是一個重要生產環節,通常是采用一次安裝好濾水鋼管,隨著每一梯段延伸,在地面及時切斷排水管。但在梯段剝離過程中,由于濾水鋼管暴露時懸臂高度達十多米,稍不留心,濾水鋼管很容易被設備碰撞彎曲,甚至使整個排水井報廢。因此采用排水管井內切割,可以方便生產,避免排水管損壞事故的發生。

一般排水管井內切割方法有機械切割和爆破切割法。由于存在排水井內空間的限制與機械磨損問題,采用機械切割比較困難。而炸藥的體積小,單位能量大,因此采用爆破切割方法更為合理。

根據聚能射流穿透作用原理和爆炸脹形原理,可以設想,在排水管任何部位、任何厚度和材料的排水鋼管,都是可以進行聚能切割和爆炸脹堵的。和機械方法相比,爆破切割和爆炸脹堵,具有成本低、效率高的優點。

2試驗研究

21炸藥及聚能罩材料的選擇

211  炸藥的選擇

對于同種炸藥,爆速和密度間存在線性關系,密度越大,爆速越高。所以,使用高爆速的炸藥及增加裝藥密度都會使聚能裝藥的切割能力增大。一般來說,爆速在。7000ms以上的炸藥才適合于聚能裝藥。經試驗,表l中的三種炸藥較適合于聚能裝藥。

212裝藥尺寸

裝藥直徑增大時,形成的金屬流長度、直徑及質量均增大,因而穿透能力也相應增強。但裝藥直徑增大,并不增大金屬流的速度;穿透能力也不隨裝藥直徑的增大而按比例地增大。因此靠增大裝藥直徑來提高穿透能力,在實用上有一定限度。

213  聚能罩尺寸和材料的選擇

金屬罩是聚能裝藥酌一個關鍵部件,其形狀、尺寸及材料對穿透能力都有很大影響。穿透能力與錐形罩的錐角大小有很大關系。排水管爆破切割器的金屬罩錐角通常為35。~60。。金屬罩材料對穿透能力的影響很大,一般采用銅、鋼、鑄鐵、陶瓷、鉛等制成,其中紫銅制成的罩穿透能力最強。

22炸高的選取

聚能效應要求選擇合適的炸高,炸高太高或太低都對穿透效果產生不利影響。圖1為點射流型聚能切割器切割能力與炸高的關系曲線。一般情況下,半圓球形罩最佳炸高是金屬罩口徑的225倍。

3露天礦排水管切割器的選型

31露天礦排水管切割器的選型

研制成的YYC型線聚能切割器,根據切割目標的不同,可分為直線型切割器、外圓線型切割器和內圓線型切割器,它們分別用于切割平板、從外向內切割圓柱或圓筒狀目標。從內向外切割圓筒狀目標,其編號分別以123來表示。選擇切割器時,應考慮以下因素:   

(1)排水鋼管是埋在地下的,只能從排水鋼管內部以線切割的形式來切割排水鋼管,所以選用內圓切割器。

(2)為確保排水鋼管被切斷,切縫深且寬是必要的。為此選用YYC-3AoC型切割器。

(3)為確保爆轟波不受側向分散的影響,選用鋼外殼作為裝藥外殼。

(4)考慮裝藥厚度小,鑄裝藥困難,故采用壓裝鈍化RDX為切割器裝藥。

(5)考慮到聚能刀的切割效果和切割環制作的難易程度,最好選用YYC-3A0C25型切割器作為排水鋼管切割器。

32 YYC-3A0C型切割器的特點

YYC-3AoC切割器如圖2所示。YYC-3A0C型切割器具有以下特點:

(1)實心藥餅式裝藥;

(2)中心起爆;

(3)聚能罩是一個環形聚能環,罩低在外側,斷面為半圓形;

(4)聚能射流呈環形,由內向外,在圓周方向上各點切割能力相同,但存在擴散射流現象。

4爆炸脹形摩擦堵塞排水鋼管試驗

為確保在切割排水鋼管時,不致將下部排水鋼管堵塞導致排水井報廢事故,應在爆炸切割排水管之前,用專門制作的爆炸脹形摩擦堵塞器。將下部排水鋼管堵塞。

41  爆炸脹形摩擦堵塞排水管的機理    

3為排水鋼管爆炸自由脹形示意圖。當炸藥爆炸時,沖擊波作用在管1內壁上,管壁上受到沖擊作用的各質點將獲得一加速動力,并產生變形。其中,管中部各點所承受的沖擊波壓力最大,變形也最大;兩側各點所承受壓力逐漸減小,變形也相應減小。爆炸完成后,管0和管l都將在置放炸藥的位置發生向外鼓脹的現象。鼓脹處,管l的直徑將大于管0原來的直徑,使堵塞鋼管無法從排水鋼管中抽出,起到了堵塞排水鋼管的作用。

42爆炸脹形摩擦堵塞器的參數確定

421堵塞鋼管參數

堵塞鋼管由無縫鋼管制成,主要參數見表2

422堵塞藥筒的設計與起爆形式

堵塞藥筒藥量的設計,以排水鋼管和堵塞鋼管最大變形點圓周方向的伸長率小于材料的極限伸長率為依據。

堵塞藥筒起爆用導爆索捆在藥筒內側起爆,一般用兩根導爆索起爆。堵塞藥筒裝藥及尺寸如下:

(1)裝藥:塑裝TNT,密度13gm3,爆速5700ms左右;

(2)外殼:厚度O5mm,用專門模具制作;

(3)外徑:(D2+20Ó2)=D1-2Ó2lÓ2l很小;

(4)厚度:Ó2=68mm

(5)高度:L2=60mm左右。

423  堵塞鋼板材料及尺寸

(1)材料:45號鋼板;

(2)直徑:D3=[D0-(68)]mm

(3)厚度:Ó3=40mm

通過試驗選定用于φ219×8及φ273×10排水鋼管的爆炸脹形摩擦堵塞器,其具體參數見表3

5現場試驗效果

在實驗室取得可靠數據的基礎上,我們又在霍林河露天礦進行了現場試驗。現場試驗和施工結果表明,本項目所采用的技術方案可靠,施工工藝簡單易行。該技術可以成功地應用于露天采礦領域切割不同直徑和厚度的濾水排水鋼管,并具有明顯的經濟效益和社會效益。

                                                          摘自《中國典型爆破工程與技術》


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