爆破中双线型聚能药包最佳成缝角度

尤元元 崔正荣 张西良 游帅 康一强 肖成龙 鲁非相

尤元元, 崔正荣, 张西良, 游帅, 康一强, 肖成龙, 鲁非相. 爆破中双线型聚能药包最佳成缝角度[J]. 爆炸与冲击, 2023, 43(2): 025201. doi: 10.11883/bzycj-2022-0081
引用本文: 尤元元, 崔正荣, 张西良, 游帅, 康一强, 肖成龙, 鲁非相. 爆破中双线型聚能药包最佳成缝角度[J]. 爆炸与冲击, 2023, 43(2): 025201. doi: 10.11883/bzycj-2022-0081
YOU Yuanyuan, CUI Zhengrong, ZHANG Xiliang, YOU Shuai, KANG Yiqiang, XIAO Chenglong, LU Feixiang. Optimum seam forming angle of bilinear shaped charge in engineering blasting[J]. Explosion And Shock Waves, 2023, 43(2): 025201. doi: 10.11883/bzycj-2022-0081
Citation: YOU Yuanyuan, CUI Zhengrong, ZHANG Xiliang, YOU Shuai, KANG Yiqiang, XIAO Chenglong, LU Feixiang. Optimum seam forming angle of bilinear shaped charge in engineering blasting[J]. Explosion And Shock Waves, 2023, 43(2): 025201. doi: 10.11883/bzycj-2022-0081

爆破中双线型聚能药包最佳成缝角度

doi: 10.11883/bzycj-2022-0081
基金项目: 国家自然科学基金(51934001)
详细信息
    作者简介:

    尤元元(1993- ),男,博士研究生,990925905@qq.com

    通讯作者:

    崔正荣(1975- ),男,硕士,高级工程师,cuizr2005@126.com

  • 中图分类号: O389

Optimum seam forming angle of bilinear shaped charge in engineering blasting

  • 摘要: 为探究聚能张开角对双线型聚能药包结构炸药有效利用率和聚能效应的影响,通过瞬时爆轰假说理论对有效聚能炸药边界方程进行推导,分析不同聚能张开角聚能装药结构炸药的有效利用率;通过水泥砂浆物理模型试验,研究不同聚能张开角预裂孔成缝规律;采用LS-DYNA数值模拟软件,建立不同聚能张开角数值模型,揭示不同聚能张开角的双线型聚能结构药包射流的侵彻过程。研究结果表明聚能张开角为75°时,炸药产生聚能效应的有效利用率最大;聚能结构药包聚能槽张开角为75°时,预裂孔成缝效果明显优于聚能槽张开角为60°的聚能结构药包,沿聚能槽方向应力集中效应和侵彻深度最佳,炮孔壁上岩石单元最先达到应力峰值。针对聚能张开角为75°的双线型聚能结构药包开展了不同岩性预裂爆破现场试验,板岩和白云岩两种不同岩性,在孔距增大20%的条件下,双线型聚能预裂爆破效果优于常规预裂爆破。
  • 图  1  双线型聚能爆破能量示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the energy in bilinear shaped charge blasting

    图  2  第一象限药柱炸药利用率函数模型

    Figure  2.  Functional model of explosive utilization ratio in the first quadrant

    图  3  不同聚能张开半角有效聚能炸药边界方程

    Figure  3.  Boundary of effective shaped charge to the relative half opening angle

    图  4  不同聚能张开半角炸药聚能效应有效利用率

    Figure  4.  Efficiency of shaped charge (γ) to the relative half opening angle (α)

    图  5  装药结构

    Figure  5.  Charge structure

    图  6  有机玻璃模型设置过程

    Figure  6.  PMMA model setup process

    图  7  药包侵彻结果

    Figure  7.  Results of charge package infiltration

    图  8  水泥砂浆试块

    Figure  8.  Cement mortar test block

    图  9  物理模型设置过程

    Figure  9.  Physical model setup process

    图  10  试件爆后效果

    Figure  10.  Effect after the test piece exploded

    图  11  试件局部损伤

    Figure  11.  Local damage of specimens

    图  12  双线型聚能物理模型

    Figure  12.  Physical model of bilinear shaped charge

    图  13  数值计算模型

    Figure  13.  Numerical calculation model

    图  14  张开角为60°的侵彻过程von Mises应力云图

    Figure  14.  Von Mises stress contour diagram of penetration process with an opening angle of 60°

    图  15  张开角为65°的侵彻过程von Mises应力云图

    Figure  15.  Von Mises stress contour diagram of penetration process with an opening angle of 65°

    图  16  张开角为70°的侵彻过程von Mises应力云图

    Figure  16.  Von Mises stress contour diagram of penetration process with an opening angle of 70°

    图  17  张开角为75°的侵彻过程Mises应力云图

    Figure  17.  Von Mises stress contour diagram of penetration process with an opening angle of 75°

    图  18  张开角为80°的侵彻过程von Mises应力云图

    Figure  18.  Von Mises stress contour diagram of penetration process with an opening angle of 80°

    图  19  炮孔壁岩石单元H33925

    Figure  19.  Rock unit H33925 at blast hole wall

    图  20  不同聚能张开角岩石单元H33925应力时程曲线

    Figure  20.  Stress-time history curves of rock element H33925 with different shaped opening angles

    图  21  现场组装过程

    Figure  21.  On-site assembly process

    图  22  常规预裂爆破效果

    Figure  22.  Effects of conventional pre-split blasts

    图  23  双线型聚能预裂爆破

    Figure  23.  Effects of bilinear shaped pre-split blasts

    表  1  炸药性能参数

    Table  1.   Explosive performance parameters

    炸药类型爆速/(m·s−1密度/(g·cm−3爆热/(kJ·kg−1熔点/℃爆燃点/℃外观
    黑索金87501.896025205230白色结晶粉末
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    表  2  试验爆破参数

    Table  2.   Test parameters

    组号类型药包直径/mm装药量/g炮孔深度/mm炮孔直径/mm备注
    1普通60.6808无需定位
    2双线型聚能60.6808需定位
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    表  3  水泥砂浆试件静态力学参数

    Table  3.   Static mechanical parameters of cement mortar

    纵波波速/(m·s−1密度/(g·cm−3抗压强度/MPa抗拉强度/MPa泊松比弹性模量/GPa
    1 8102.415.130.450.2137.16
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    表  4  岩石材料参数

    Table  4.   Rock material parameters

    参数符号参数解释说明取值参数符号参数解释说明取值
    $ {\rho }_{0} $/(kg·m−3物质密度2600$ {p}_{\mathrm{crush}} $孔隙压实时压力102
    G/GPa剪切模量28.7${ {G}^{\mathrm{*} }_{\mathrm{c} } }$压缩屈服面参数0.4
    fc/MPa单轴抗压强度154$ {{G}_{\mathrm{t}}}^{\mathrm{*}} $拉伸屈服面参数0.7
    $ N $孔隙度指数0.697$ {X}_{\mathrm{I}} $剪切模量缩减系数0.5
    $ {\beta }_{\mathrm{t}} $拉伸应变率指数0.0115$ {D}_{1} $初始损伤参数0.04
    $ {B}_{0} $状态方程参数1.68$ {D}_{2} $损伤参数1
    $ {B}_{1} $状态方程参数1.68$ {\beta }_{\mathrm{C}} $压缩应变率指数0.0083
    $ {\alpha }_{0} $初始孔隙度1.0$ {A}_{\mathrm{f}} $残余应力强度参数1.62
    T1状态方程参数30.64$ {N}_{\mathrm{f}} $残余应力强度参数0.6
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    表  5  炸药及其状态方程参数

    Table  5.   Explosive and its state equation parameters

    密度/(kg·m−3爆速/(m·s−1压力/GPaJWL状态方程参数
    $ {A}_{\mathrm{J}} $/GPa$ {B}_{\mathrm{J}} $/GPaR1R2$ \omega $$ {E}_{\mathrm{J}} $/GPa
    132066901658621.65.811.770.2827.38
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    表  6  聚能管材料参数

    Table  6.   Shaped tube material parameters

    ρ/(g·cm−3)γC1/(km·s−1)S1E/(GPa)Y/MPaHc/MPanTm/K
    2.7902.005.3301.34027.62654260.34775
    注:$\rho $为红铜材料密度;$\gamma $为Grüneisen系数;${C_1}$为应变率硬化系数;$E$为弹性模量;${S_1}$、$Y$、${H_{\text{c}}}$为材料常数;$n$为应变硬化指数;${T_{\text{m}}}$为常态下材料的熔化温度;
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    表  7  炸药性能参数

    Table  7.   Explosive performance parameters

    炸药类型爆速/(m·s−1)密度/(g·cm−3)猛度/mm殉爆距离/cm
    震源药柱35001.6186
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    表  8  预裂爆破参数($H_1=12\;{\rm{m}} $)

    Table  8.   Pre-split blasting parameters ($H_1=12\;{\rm{m}} $)

    类型直径/mm倾角/(°)长度/m间距/m填塞长度/m线装药密度/(kg·m−1)类型
    板岩碎裂岩1206514130.5普通
    板岩碎裂岩12065141.230.5双线型聚能
    白云岩12065141.230.8普通
    白云岩12065141.4430.8双线型聚能
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-04
  • 修回日期:  2022-05-30
  • 网络出版日期:  2022-06-01
  • 刊出日期:  2023-02-25

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