一种水介质换能爆破方法及其装药腔与流程

本发明涉及爆破施工技术，具体涉及一种水介质换能爆破方法及其装药腔。

背景技术：
传统爆破技术中存在普遍认为炮眼中不能有水的偏见。2007年铁道建筑设计院何广沂教授等对节能环保工程爆破技术申请了国家专利《工程水压爆破炮眼及其爆破法》(ZL200710051361.9)，该技术方案记载有其爆破技术原理为“由于炮眼的水袋中有水，在水中传播的冲击波对水不可压缩，爆炸能量无损失地经过水传递到炮眼围岩中，这种无能量损失的应力波十分有利于岩石破碎，此外水产生‘水楔’效应，更利于岩石破碎”。但是该技术方案存在下述缺点：(1)该技术方案认为其破岩机理是靠水的不可压缩性挤压岩石，实质上是利用在水中传播的冲击波对水不可压缩的特性，水实质上是被利用作用能量传播的载体，故要求水袋与炮孔紧密接触，其水袋厚度≮0.8mm等等。但是，自从炸药发明以来人们都在为提高炸药能量的有效利用、减小炸药爆炸的危害作用进行不懈努力，但是效果至今仍然不十分理想，炸药爆炸能量有效利用率仍然停留在20％～30％一个不高的水平，该技术方案仍然存在炸药爆炸能量利用率不高的问题。(2)该技术方案已申请近十年，但是其应用仍然局限于在“中铁集团”内部的隧道开挖中推广阶段，在互联网没有见到普遍采用和用于其他爆破行业的报道，究其原因主要是在施工中仍然难免将水袋挤破而失效，且施工工艺麻烦。(3)该技术方案要求水袋与炮孔紧密接触，因此在将水袋放入炮孔过程中，尽管水袋壁很厚，但是两端仍然容易由于下落的冲击力而发生破裂，导致水袋破损或者水袋破损也无从发现。此外，近几年又发明了二氧化碳爆破法，其爆破机理为：二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器(爆破筒)内，装入安全膜、破裂片、导热棒和密封圈，拧紧合金帽即完成了爆破前的准备工作。将爆破筒和起爆器及电源线携至爆破现场，把爆破筒插入钻孔中固定好，连接起爆器电源。当微电流通过高导热棒时，产生高温击穿安全膜，瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压冲击波致泄压阀自动打开，被爆介质受二氧化碳气体膨胀作用完成爆破作业，并且爆破振动危害小，但爆破烟尘较大。虽然该爆破技术爆破危害小，但爆破效果不是十分理想，一般破碎粒度在1.0m3左右，只适用于大料石开采，应用范围受到较大的限制。且其配套设备成本高，一般在50～60万元人民币，增加了爆破作业的附加成本。尽管二氧化碳获取方便(工业生产采用高温煅烧石灰石即可得到)但二氧化碳爆破法所排放的二氧化碳会对空气造成污染、会对大气产生温室效应，与环保低碳背道而驰，因此不适用于一般工程爆破作业。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够提高炸药能量有效利用率、改善炸药对爆破介质的爆破效果、减小爆破危害、爆破烟尘少的水介质换能爆破方法及其装药腔。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种水介质换能爆破方法，步骤包括：1)在爆破介质的炸药装药腔中安装质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且将炸药和水介质相互隔离，其中最优值M的计算函数表达式如式(1)所示；式(1)中，M表示水介质和炸药之间的质量比的最优值，He表示爆破所采用炸药的爆热，Hs表示氢和氧合成水时所释放的热能；2)引爆所述炸药装药腔中安装的炸药。优选地，所述步骤1)中将炸药和水介质相互隔离具体是指将水介质封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，所述爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体，所述水介质装设于袋体中。优选地，所述袋体(1)的端部设有采用一次热压焊接形成的热压焊缝带，所述袋体位于热压焊缝带内侧的内腔孔径从袋体的中部向端部逐渐变小。优选地，所述热压焊缝带包括依次相连的第一侧部焊接带、底部焊接带和第二侧部焊接带，所述第一侧部焊接带、第二侧部焊接带相对底部焊接带对称布置。优选地，所述第一侧部焊接带、底部焊接带、第二侧部焊接带为直条状或弧状。优选地，所述第一侧部焊接带、底部焊接带、第二侧部焊接带的两端设有弧形弯曲部，使得所述第一侧部焊接带和袋体的侧壁之间、第一侧部焊接带和底部焊接带之间、底部焊接带和第二侧部焊接带之间、第二侧部焊接带和袋体的侧壁之间均形成平滑的过渡结构。优选地，所述第一侧部焊接带、第二侧部焊接带两者与袋体的圆柱体侧边的夹角α均为40～60°。优选地，所述袋体的端部位于热压焊缝带的外侧设有扁平状尾部，所述袋体内为真空。优选地，所述步骤1)中将炸药和水介质相互隔离具体是指将炸药装入防水袋中形成药卷，将药卷放入有水的炸药装药腔中使得炸药和水介质相互隔离，炸药装药腔的内壁和药卷之间形成径向不耦合的装药结构，且所述装药结构中的水介质、药卷中的炸药之间的质量比大于或等于所述最优值M。本发明还提供一种水介质换能爆破装药腔，所述水介质换能爆破装药腔中安装有质量比大于或等于最优值M的水介质和炸药，且炸药和水介质相互隔离，其中最优值M的计算函数表达式如式(1)所示；式(1)中，M表示水介质和炸药之间的质量比最优值，He表示爆破所采用炸药的爆热，Hs表示氢和氧合成水时所释放的热能。优选地，所述水介质换能爆破装药腔为无水炮孔，所述无水炮孔中的炸药被分为一段或者两段及以上的药柱安装，所述水介质封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，每一段药柱的两端均设有爆破水柱装置，且所述无水炮孔的底部和靠近堵塞封口段的端部均设有爆破水柱装置；所述爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体，所述水介质装设于袋体中。优选地，所述水介质换能爆破装药腔为有水炮孔，所述有水炮孔中的炸药装设于防水袋中形成药卷，药卷插设于有水炮孔中使得炸药和水介质相互隔离，所述有水炮孔的内壁和药卷之间形成径向不耦合的装药结构，所述有水炮孔中的水介质位于有水炮孔的内壁和药卷之间。优选地，所述水介质换能爆破装药腔为药室，所述药室中的炸药被分装在炸药箱内，所述炸药箱分层叠放且同一层的相邻炸药箱之间预留有空隙，所述水介质被封装在爆破水柱装置中使得炸药和水介质相互隔离，所述爆破水柱装置布置在同一层的相邻炸药箱之间预留的空隙中；所述爆破水柱装置为呈圆柱体状封闭结构的袋体，所述水介质装设于袋体中。本发明的水介质换能爆破方法具有下述优点：1、本发明从炸药爆炸的热力学、化学机理出发，提出了保证水介质(水)和炸药的质量比大于或等于最优值，从而所有炸药的能量能够将水介质的化学键断裂而分解为氢和氧，以解决炸药的能量有效利用率不足的问题，引爆炸药后，水介质吸收炸药爆炸能量后化学键断裂而分解为氢和氧，使得体积增长到标准状况下原体积的1200多倍，由于这些气态物质受到高度压缩，积蓄了巨大的势能的氢和氧以及炸药爆炸的爆生物质将对爆破介质主要以急剧膨胀挤压作用破碎爆破介质而做功；且爆生物质对爆破介质主要以急剧膨胀挤压作用破碎爆破介质，加之因为水在高温高压环境下的断键、成键的时程作用，延缓了整个爆炸化学反应过程即延缓了“爆炸热力学系统”瞬时爆轰的时程，所以炸药爆炸的空气冲击波、地震波、光和声的效应等的危害作用会得到很大的缓解。此外，爆生物质做功释放了能量它们的化学键键能降低，与此同时氢和氧又重新形成新的化学键而合成水，合成水以水雾的形式存在，因此大大地降低了爆破烟尘，在相同爆破介质的条件下减少炸药单耗20％～30％，爆破振动减小20％～25％，爆破烟尘降低40％～45％，爆破介质破碎粒度与普通爆破相比较为均匀、大块率降低、基本无爆破飞石且爆堆集中方便挖装和运输作业，故成本下降20～25％，因此具有能够提高炸药能量有效利用率、改善炸药对爆破介质的爆破效果、减小爆破危害、爆破烟尘少的优点。2、本发明的实施方法简单易行，与现行的各种爆破作业施工工艺步骤没有多大差异且效果更好，节省施工成本明显，施工单位容易接受，便于推广应用。3、本发明适用于各类炸药爆炸破碎岩石、混凝土作业，在浅孔爆破、深孔爆破、地下爆破、硐室爆破、水下爆破中均可采用，可以在水利水电、矿山、公路、铁路等建筑业中广泛推广应用。本发明的水介质换能爆破装药腔为应用本发明的水介质换能爆破方法的装药腔体结构，因此同样也具备本发明的水介质换能爆破方法的前述优点，故在此不再赘述。附图说明图1为本实施例一水介质换能爆破方法的基本流程示意图。图2为本实施例一爆破水柱装置的主视结构示意图(半圆展开图)。图3为图2的局部放大结构示意图。图例说明：1、袋体；2、热压焊缝带；21、第一侧部焊接带；22、底部焊接带；23、第二侧部焊接带；3、扁平状尾部。具体实...