基于聚能射流的岩石定向劈裂机制

刘迪 顾云 孙飞 李飞 陈顺禄 刘勤杰

刘迪, 顾云, 孙飞, 李飞, 陈顺禄, 刘勤杰. 基于聚能射流的岩石定向劈裂机制[J]. 爆炸与冲击, 2023, 43(8): 083303. doi: 10.11883/bzycj-2022-0496
引用本文: 刘迪, 顾云, 孙飞, 李飞, 陈顺禄, 刘勤杰. 基于聚能射流的岩石定向劈裂机制[J]. 爆炸与冲击, 2023, 43(8): 083303. doi: 10.11883/bzycj-2022-0496
LIU Di, GU Yun, SUN Fei, LI Fei, CHEN Shunlu, LIU Qinjie. Directional splitting mechanism of rock based on shaped charge jet[J]. Explosion And Shock Waves, 2023, 43(8): 083303. doi: 10.11883/bzycj-2022-0496
Citation: LIU Di, GU Yun, SUN Fei, LI Fei, CHEN Shunlu, LIU Qinjie. Directional splitting mechanism of rock based on shaped charge jet[J]. Explosion And Shock Waves, 2023, 43(8): 083303. doi: 10.11883/bzycj-2022-0496

基于聚能射流的岩石定向劈裂机制

doi: 10.11883/bzycj-2022-0496
基金项目: 江苏省地质矿产勘查局科技创新项目(2020KY07)
详细信息
    作者简介:

    刘 迪(1988- ),男,硕士研究生,工程师,laudi0321@outlook.com

    通讯作者:

    孙 飞(1989- ),男,硕士研究生,工程师,1326662880@qq.com

  • 中图分类号: O389; TJ51

Directional splitting mechanism of rock based on shaped charge jet

  • 摘要: 基于岩石材料脆性断裂模型分析,从提高炸药能量向岩石断裂表面能转换效率的角度,提出采用预切槽和多点聚能射流冲击岩石进行裂纹引导与扩展,实现岩石定向劈裂。设计了一种可用于岩石劈裂的聚能装药,利用数值计算方法研究了岩石类脆性材料在聚能射流冲击作用下的定向劈裂机制,并计算比较了不同形状金属杆射流对岩体的冲击劈裂效果。分析计算该聚能装药射流形成与岩石的侵彻断裂过程,得出用于岩石劈裂的最佳聚能装药结构与炸高。实验成功用2枚聚能装药将岩石试块按预制方向劈裂,测试获得的岩石表面应力峰值约0.5~0.8 MPa。结果表明,采用该聚能装药在25 mm炸高下能够形成长径比约1∶3的楔形金属杆射流,沿着控界面预先设计的切槽方向,多点设置聚能装药,同时起爆后形成楔形金属杆射流冲击岩石,产生了较好的定向劈裂效果。该方法将爆炸能量精准导入控界面并有效地转换成岩石断裂表面能,从而提升了岩石定向劈裂的效果及炸药的能量利用率,研究结果可为大范围岩体开挖精确控界爆破切割装置设计及降低工程爆破危害提供参考。
  • 图  1  岩石聚能控界切割示意图

    Figure  1.  Directional split blasting

    图  2  杆状聚能装药

    Figure  2.  Rod shaped charge

    图  3  集中力断裂模型

    Figure  3.  Concentrated force fracture model

    图  4  侵彻初始计算模型

    Figure  4.  Initial calculation model

    图  5  岩石中爆炸应力云图

    Figure  5.  Explosion stress contours in rocks

    图  6  岩石中爆炸损伤云图

    Figure  6.  Explosion damage contours in rocks

    图  7  岩石损伤云图

    Figure  7.  Rock damage contours

    图  8  聚能装药初始模型

    Figure  8.  Model of initial shaped charge

    图  9  不同炸高下形成的射流形态

    Figure  9.  Jet patterns under different burst heights

    图  10  25 mm炸高下形成的楔形射流

    Figure  10.  The wedge jet formation at 25 mm height

    图  11  楔形射流速度分布

    Figure  11.  Velocity distribution of wedge jet

    图  12  射流整体速度时程曲线

    Figure  12.  Time-history curve of jet overall velocity

    图  13  不同炸高下射流侵彻损伤云图

    Figure  13.  Jet penetration damage contourunder different conditions of burst height

    图  14  试验设置

    Figure  14.  Experimental set up

    图  15  岩石断裂效果

    Figure  15.  Effects of rock fracturing

    图  16  岩石侧面应力曲线

    Figure  16.  Curves of rock side stress

    表  1  金属楔形杆的尺寸

    Table  1.   Dimensions of metal wedges

    楔形杆长度/mm头部直径/mm尾部直径/mm
    A29.028.0
    B20.829.8
    C16.4211.2
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    表  2  高压冲击状态方程参数

    Table  2.   Shock EOS parameters

    材料c0/$({\text{m} } \cdot { {\text{s} }^{ {{ - 1} } } })$SΓ
    岩石33401.5002.0
    紫铜39581.4972.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-07
  • 修回日期:  2023-03-11
  • 网络出版日期:  2023-03-13
  • 刊出日期:  2023-08-31

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