一种水下爆炸切割器组件及水下爆炸切割方法

技术领域

本发明涉及一种水下组合爆炸切割器及其使用方法，属于工程爆破、特种爆破领域。

背景技术

聚能效应是利用药包一端的空穴（也叫聚能穴）使得炸药爆轰的能量在空穴方向集中起来以提高炸药的局部破坏作用。聚能药包爆炸后爆轰产物先向空穴轴线位置聚集，形成一股高速、高压、高密度的聚能射流，其速度可达1500～3000 m/s，如此高速的射流动量高达十万乃至百万大气压的压力，可以对目标靶板产生瞬间破坏。长久以来，聚能装药用来制造各类具有高杀伤威力的弹体。而后聚能效应在民用工程中也得到了越来越广泛的应用。例如石油射孔中的聚能射孔弹；地震勘探中的聚能爆破激震弹；用于金属板材的切割以及打捞沉船时切割船体的线性聚能切割器等等。

线型切割器从最初的军事应用发展到民用经济建设中，特别是在大型钢结构建筑物的拆除工程中突显了其效率高、作业快、切割深度大、安全性强的优点。目前，由于民用爆破工程及军事工程需要，线型聚能切割器在水下的应用越来越广泛，例如水下钻井平台的拆除、沉船的打捞、钢结构桥梁水下结构的拆除和水下爆破切割弹爆破切割解决卡钻问题等。然而由于水介质的特殊性，聚能切割器的水下应用要比空气中困难得多。由于水的密度、传热速度和黏度等参数要比空气大得多，使得射流在水中高速运动时，所受的摩擦阻力更大，能量也更为分散，射流头部速度比空气中低；水对金属射流有阻碍和降温作用，也会降低射流的动能和温度，削弱射流的侵彻能力。在水下作业的另一个问题就是聚能药包如何固定在被爆破物体上，同时由于各个工程条件的差异较大，被爆破物的目标几何形状可能是圆形、方形或椭圆形，且同样的形状也可能大小不一致。因此在施工时，传统的聚能切缝得针对具体工程重新进行设计，这些问题也会导致水下爆破切割作业效率、效果降低，施工成本增加。

鉴于以上问题，水下爆炸切割器应考虑一定的防水、耐压措施，使得切割器与水隔绝、随着水深的不同也要考虑切割器的耐压特性等，同时也要考虑现场施工的多样多样性，水下爆炸切割器也要具有极强的适用性、灵活性，这样才可以有效发挥聚能切割器的优势，提高工作效率，降低施工成本。

发明内容

本发明所要解决的问题在于，克服现有技术存在的缺陷，提出了一种水下爆炸切割器组件，可根据不同工况进行组装，并且降低水下爆破切割作业难度，增强水下切割性能，在大型的钢结构拆除作业中，可缩短工期，减少工作量。同时还公开了使用本发明水下爆炸切割器组件进行水下爆炸切割的方法。

本发明一种水下爆炸切割器组件，包括多个爆炸切割器和隔水充气橡胶气袋。其特征是：所述爆炸切割器由切割器外壳、金属聚能罩、高能炸药组成。

所述切割器外壳，为门字形横断面型材，两个前底角处设串接定位凹槽，串接定位凹槽上设内串接定位孔，两个后底角处外接串接定位板，串接定位板上设外串接定位孔。

所述金属聚能罩为V或W形横断面型材，与切割器外壳等长。金属聚能罩置于切割器外壳内，V或W形倒置（即V或W形尖角指向切割器外壳门字的顶部），金属聚能罩将切割器外壳内部隔成上下两个空间，上部空间为炸药室，充填高能炸药，下部空间为充气室（通常意义上的聚能穴）。

所述金属外壳门字形横断面的顶部为60～120°的锥角。

所述金属聚能罩的横断面为V字形，V字形顶角为60～120°，高度h为10～100 mm，宽度w为6～170 mm，长度l为50～300 mm。

所述金属聚能罩材质为铜、铝、钨、钨铜合金或钨镍合金。

所述高能炸药应选用爆速高、猛度大，一般选用TNT，也可选择PBX、COMB、RDX、乳化炸药等高能量密度炸药，铜是应保证装药密度较高。

所述高能炸药根据炸药室的形状和尺寸预先压制成型，成型时在炸药的顶部留有用于安装导爆索的预留孔。

用本发明水下爆炸炸切割器组件实施水下爆炸切割的方法，其步骤是：先在被爆破物体上缠上所述隔水充气橡胶气袋；然后将所述各个爆炸切割器拼接起来环绕被爆破物体并穿入防水安全导爆索，各个爆炸切割器的充气室罩扣在所述隔水充气橡胶气袋上，隔水充气橡胶气袋被卡入各个爆炸切割器的充气室，水下爆炸切割器组件组装完毕；在通过钢丝绳悬吊，将水下爆炸切割器组件沿被爆破物体沉入设定的爆破位置处；给隔水充气橡胶气袋充气至将爆炸切割器的充气室内部填充满；最后进行起爆作业。

本发明水下爆炸切割器组件在现场使用的具体作业过程如下：

（1）工厂组装：根据施工现场被爆破物体形状尺寸，选择合适大小的爆炸切割器，根据被爆破物体的直径，确定爆炸切割器环绕被爆破物体一周需要的个数并对爆炸切割器进行前期组装，即先按照环绕被爆破物体一周需要的爆炸切割器个数的一半数量，预先将爆炸切割器串接成爆炸切割器组（即将一个爆炸切割器的串接定位板置入到另一个爆炸切割器对应的串接定位凹槽中，用螺栓将位置对应的内串接定位孔和外串接定位孔串接），便于现场施工时套在被爆破物体上。

（2）现场安装：在被爆破物体上绕一圈隔水充气橡胶气袋，并连接好充气管，再将两组爆炸切割器组环绕被爆破物体串接起来，各个爆炸切割器的充气室口罩在所述隔水充气橡胶气袋上，隔水充气橡胶气袋被卡入爆炸切割器的充气室内。水下爆炸切割器组件组装完毕，然后穿入防水安全导爆索，并挂上钢丝绳。

（3）沉水固定：通过钢丝绳将水下爆炸切割器组件沿被爆破物体沉入设定的位置处，并固定好钢丝绳。

（4）充气连接：通过充气管给隔水充气橡胶气袋充气，待其膨胀到将爆炸切割器的充气室内部填充满后停止充气并封堵充气口，连接导爆索与起爆器。

（5）起爆作业：确认作业现场安全后进行起爆。

本发明一种水下爆炸切割器组件及水下爆炸切割方法的优点是：采用组合设计方法，提高了爆炸切割器的实用性与灵活性，可针对不同形状、不同尺寸的被爆破物体灵活组装。采用隔水充气橡胶袋将聚能穴内部水排出，解决了水下切割爆破中由于水的存在，导致聚能切割效果不佳的问题。综上，该水下组合爆炸切割器是对传统聚能切割器在结构上的改进与方法上的创新，其具有成本低、效率高、稳定可靠、方便灵活的优秀特点，可以有效发挥聚能切割器的优势，提高工作效率，降低施工成本。

附图说明

图1为本发明所述爆炸切割器主视图。

图2为本发明所述爆炸切割器轴测视图。

图3为本发明所述隔水充气橡胶气袋示意图。

图4为本发明所述爆炸切割器组件组装图（隔水充气橡胶气袋未画出）。

图5为本发明所述水下组合爆炸切割器在钢管水下爆炸切割中的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过一个最佳实例，对本发明实施例进行详细说明。

实施例：本发明水下爆炸切割器组件及在某圆柱形钢管水下爆炸切割中的应用。

本实施例以圆柱形钢管水下爆炸切割中为例。圆柱形钢管多用在水下钻井平台、钢结构桥梁等中，由于石油年限达到设计年限，需要进行拆除。本例所切割钢管12外径300mm，壁厚10 mm，钢管位于水下，需要进行水下爆炸切割。根据钢管外径，选用10个长度为10cm的爆炸切割器。

爆炸切割器由切割器外壳1、金属聚能罩2、高能炸药3组成。所述切割器外壳1为门字形横断面型材，所述金属外壳门字形横断面的顶部为80°的锥角，金属外壳1的两个前底角处设串接定位凹槽5，串接定位凹槽上设内串接定位孔，两个后底角处外接串接定位板6，串接定位板上设外串接定位孔。

所述金属聚能罩2为V形横断面型材，与切割器外壳等长（10cm），金属聚能罩材料为铜，厚度为4 mm，V字形顶角为80°，高度为50 mm。金属聚能罩置于切割器外壳内，V倒置（即V形尖角指向切割器外壳门字的顶部），金属聚能罩底部水平向外延伸2～5mm，用于将其固定在切割器外壳1上。

金属聚能罩2将切割器外壳1内部隔成上下两个空间，上部空间为炸药室，充填高能炸药，下部空间为充气室（通常意义上的聚能穴）。所述高能炸药可以选用TNT、PBX、COMB、RDX、乳化炸药等高能量密度炸药。本实施例所用高能炸药选用密度1.63g/cm³的TNT炸药。高能炸药根据炸药室的形状和尺寸预先压制成型，成型时在炸药的顶部留有用于安装导爆索的预留孔4。

第一步，根据设计参数，将5个爆炸切割器进行组装，形成两个分别由5个爆炸切割器组成的爆炸切割器组。即：将一个爆炸切割器的串接定位板6置入到另一个爆炸切割器对应的串接定位凹槽5中，用螺栓10将位置对应的内串接定位孔和外串接定位孔串接。第二步，在被爆钢管12上缠绕一圈隔水充气橡胶袋7，将隔水充气橡胶袋7的充气孔8上连接好充气管11，将第一步组合好的两组爆炸切割器组套在钢管12上后再将两者连接起来，连接时保证隔水充气橡胶袋7位于充气室（聚能穴）内，再在爆炸切割器组两边连上挂上钢丝，穿入防水安全导爆索13，完成水下爆炸切割器组件的组装。第三步：通过钢丝9将水下爆炸切割器组件沉到预定爆破位置，固定钢丝绳上端。第四步，通过充气管11给隔水充气橡胶气袋7充气，待其膨胀到将爆炸切割器聚能穴填充满后停止充气并封堵充气口，连接导爆索与起爆器。第五步，确认作业现场安全后进行起爆。爆炸后，在聚能射流的作用下钢管沿环向被切割断开，达到了将其从预定位置切割开来的目的。

应当明确，所述实例的实施仅仅是本发明典型实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例中，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下说获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。