炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载测试方法和测试系统与流程

1.本发明涉及工程爆破的参数测试技术，特别是一种炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载测试方法和测试系统，用以分析电子雷管冲击失效机理，进而作为对电子雷管结构优化设计和产品选型的依据。


背景技术：

2.随着电子雷管技术的不断发展与成熟，其优越性越来越广泛的认同。新型电子雷管成本的不断下降，其使用环境已由小型露天爆破快速拓展至大型露天爆破、隧道掘进、孔桩爆破、井下非煤矿山巷道掘进，以及危楼、桥梁、水工建筑物等拆除爆破等工程。根据市场调研，某些厂家产品的拒爆率已超过千分之五，在隧道爆破施工中已超过千分之三，严重影响了施工作业安全和工程进度。
3.电子雷管的抗冲击可靠性已贯穿到产品的开发、设计、生产、试验、使用的各个环节中。在电子雷管产品设计和应用评估中一个重要的参数是现场爆破过程中已爆炮孔对未爆炮孔内的电子雷管的冲击荷载强度，这个参数是分析电子雷管失效原因、电子雷管结构设计和选型的依据，但目前尚无监测电子雷管现场所受真实参加荷载强度的测试方法，严重制约了电子雷管的推广应用，基于此，本发明提出了一种爆破孔内电子雷管所受真实冲击荷载测试系统和分析方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的第一目的就是针对现有技术中缺少电子雷管在爆破孔所受真实冲击波荷载数据的不足，提供一种炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载测试方法，该方法通过在爆破现场或爆破模拟现场设置测试孔，并在测试孔内设置冲击传感器，通过采集传感器获取的冲击波荷载，并基于传感器的冲击波荷载数据，以及测试孔的设置位置参数与爆破孔的布孔参数关系，通过预先构建的计算公式计算，从而获得炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载，以便为分析电子雷管失效原因、电子雷管结构设计和选型提供可靠依据。本发明的第二目的是，提供一种炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载测试装置，该装置用于实现前述方法。
5.为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。
6.一种炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载测试方法，包括以下步骤；
7.s1、场地准备：在按设定排距和孔间距布设有多排爆破孔的爆破现场或爆破模拟现场设置测试孔，该测试孔与所述爆破孔具有相同的直径和深度，并与紧邻的一排爆破孔中的任意一爆破孔对正，且测试孔与该爆破孔两者中心相距设定值；
8.s2、系统安装：在所述测试孔内通过耦合介质埋设冲击传感器，冲击传感器的高度与爆破孔内的电子雷管高度位于同一水平面内，将冲击传感器连接的抗干扰信息传输线引出爆破孔后与冲击波采集仪连接；
9.s3、荷载采集：在完成对冲击波采集仪的参数设置后，起爆电子雷管引爆炸药，并
在爆破过程中，通过冲击波采集仪采集冲击传感器的爆破冲击波荷载数据；
10.s4、数据处理：基于测试孔的位置参数与爆破孔排布的排距参数关系，以及冲击波采集仪获得的爆破冲击波荷载数据，通过预先构建的计算公式将其换算为炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载。
11.采用前述方案的本发明真实冲击荷载测试方法，通过在爆破现场或爆破模拟现场设置测试孔，并在测试孔内设置冲击传感器，通过采集传感器获取的冲击波荷载，并基于传感器的冲击波荷载数据，以及测试孔的设置位置参数与爆破孔的布孔参数关系，通过预先构建的计算公式计算，从而获得炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载，以便为分析电子雷管失效原因、电子雷管结构设计和选型提供真实、可靠的依据。其中，计算公式可基于萨道夫斯基的冲击波荷载衰减函数的基础公式，以及爆破现场或模拟爆破现场的地质条件的冲击波衰减系数经验值等，通过适当修正获得。为防止冲击传感器被爆炸的冲击波破坏，测试孔与最近的爆破孔的距离应不小于爆破孔的布孔排距。冲击传感器可借助测试孔内竖立的管件或杆件设在测试孔内。
12.优选的，所述计算公式为：
[0013][0014]
其中，p
t
是现场测试冲击波采集仪所记录到的冲击波荷载值，x为测试孔与对正的爆破孔之间的中心距，b为爆破现场或模拟爆破现场中爆破孔的排距，a为近区冲击波衰减系数，按1.2～1.5取值。萨道夫斯基的冲击波荷载衰减函数的基础表达式为：kr(q
1/3
/b)a，其中，kr和a都是与岩体地质条件相关的衰减系数，q是爆破孔的炸药质量，b为爆破孔排距；在测试孔距爆破孔间距为x时，公式中的b由x替换。基于该基础表达式，排距越大，衰减越大。因此，在将测试孔内测得的冲击波荷载值p
t
转换为爆破孔的实际排间布孔的爆破孔能量时，应乘以实际布孔排距对应的衰减系数与测试孔对应排距衰减系数的比例值，即简化后得到从而可依据成熟理论将测试孔内获取的冲击波荷载实测值准确转换为爆破孔内电子雷管所受到的真实冲击荷载值。
[0015]
优选的，所述耦合介质与爆破孔内装填的炸药相同；或者与爆破孔内装填的炸药具有相同或相近的密度，以及相同或相近的性状的物质；所述耦合介质在测试孔的填充高度高于冲击传感器顶部2m～4m。以使冲击传感器处于实际爆破现场中电子雷管相同的环境，提高测试结果的准确性，其中，耦合介质高于冲击传感器顶部2m～4m，还可有效形成对冲击传感器的保护，消除爆破产生的碎石等飞岩导致意外损坏冲击传感器的隐患。
[0016]
进一步优选的，所述炸药为混装乳化炸药；所述物质为混装乳化炸药的乳胶基质。以方便利用爆破测试现场炮孔装填的混装乳化炸药或构成混装乳化炸药的原料乳化基质作为耦合介质，无需额外准备介质，降低测试成本。
[0017]
优选的，在所述系统安装步骤中，还包括在所述测试孔通过悬吊或支腿方式设置防孔壁崩塌的保护套管，保护套管下端高出所述冲击传感器。利用套管形成对测试孔位于冲击传感器上方的孔壁的保护，防止孔壁崩塌，提高测试后收回冲击传感器的方便性；保护套管下端高出冲击传感器，可避免保护套管阻碍冲击波传导，提高检测结果的准确性。其
中，保护套管宜采用pvc材料的管材，保护套管可通过多个沿孔底向上延伸的支腿支撑，也可采用位于孔口的悬挂构件悬挂在测试孔内。
[0018]
优选的，在所述系统安装步骤中，还包括通过柔性材质的堵塞封堵所述测试孔的孔口。可避免碎石等飞岩落入测试孔中，柔性材质可方便地取出，便于测试后收回冲击传感器。
[0019]
优选的，在所述系统安装步骤中，所述冲击波采集仪与最近一排爆破孔的距离不小于5倍的爆破孔排距，并设置能够形成对冲击波采集仪形成保护的挡墙。以有效避免强烈的爆炸冲击波破坏冲击传感器，并确保冲击传感器不被碎石损坏。
[0020]
为实现第二目的，本发明采用如下技术方案。
[0021]
一种炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载测试系统，包括设置于爆破现场或爆破模拟现场的测试孔，测试孔与爆破孔具有相同的参数，并与紧邻的一排爆破孔中任意一爆破孔对正，且具有设定间距，测试孔内通过耦合介质埋设有冲击传感器，冲击传感器的设置高度与爆破孔内的电子雷管的设置高度相同，冲击传感器通过抗干扰信息传输线连接有冲击波采集仪；耦合介质采用与爆破孔内混装乳化炸药密度相同的混装乳化炸药；或者，采用与爆破孔内混装乳化炸药密度相近的乳胶基质。
[0022]
采用前述方案的本真实冲击波荷载测试系统，通过在爆破现场或爆破模拟现场的测试孔内设置由耦合介质埋设的冲击传感器，并由冲击传感器接收真实爆破产生并传导到冲击传感器的冲击波荷载，冲击波采集仪采集并记录传感器获取的冲击波荷载，以基于传感器的冲击波荷载数据，以及测试孔的设置位置参数与爆破孔的布孔参数关系，通过预先构建的计算公式计算作为炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载，以便为分析电子雷管失效原因、电子雷管结构设计和选型提供真实、可靠的依据。其中，计算公式可基于萨道夫斯基的冲击波荷载衰减函数的基础公式，以及爆破现场或模拟爆破现场的地质条件的冲击波衰减系数经验值等，通过适当修正获得。为防止冲击传感器被爆炸的冲击波破坏，测试孔与最近的爆破孔的距离应大于爆破孔的布孔排距。冲击传感器可借助测试孔内竖立的管件或杆件设在测试孔内。其中，测试孔与爆破孔具有相同的参数；耦合介质采用与爆破孔内混装乳化炸药密度相同的混装乳化炸药；或者，采用与爆破孔内混装乳化炸药密度相近的乳胶基质；传感器的设置高度与爆破孔内的电子雷管高度一致，目的都是使冲击传感器处于实际爆破现场中电子雷管相同的环境，确保测试结果的准确性。另外，测试孔与紧邻的一排爆破孔中任意一爆破孔对正，是确保爆破冲击波主要来源于目标爆破孔，减少其它爆破孔的影响，确保冲击波信号源的单一性，满足计算公式构建条件要求，提高转换结果的准确性；测试孔与目标爆破孔的孔距应当合理选择，以在确保传感器不被损毁的条件下，尽量获得更大的冲击荷载；经多次试验验证，二者间的距离1.0～1.5倍于爆破孔布置的排距值。
[0023]
优选的，所述耦合介质高出冲击传感器顶部2m～4m。可有效形成对冲击传感器的保护，消除爆破产生的碎石等飞岩导致意外损坏冲击传感器的隐患。
[0024]
优选的，所述测试孔内设有防孔壁崩塌的保护套管，保护套管高出冲击传感器顶部；测试孔的孔口设有由柔性材料制成的堵塞封堵；所述冲击波采集仪与所述爆破现场或爆破模拟现场之间设有挡墙。设置套管防管壁崩坍，以及采用柔性材料封堵孔口均可确保传感器不会被崩塌的岩石、爆破的碎石等意外损毁或掩埋，还方便测试后收回传感器；挡墙可避免爆炸的碎石损毁冲击波采集仪。
[0025]
本发明的有益效果是，测试方法通过在爆破现场或模拟爆破现场的测试孔内设置冲击传感器，并通过冲击波采集仪采集冲击传感器获得的冲击波荷载数据，并基于测试孔与目标爆破孔距离同炮孔布置参数的排距关系，以及基于萨道夫斯基的冲击波荷载衰减函数的基础公式构建的转换计算公式，进而可获得爆破孔内电子雷管所受到的真实冲击波荷载。其原理可靠，测试结果准确，从而为分析电子雷管失效原因、电子雷管结构设计和选型提供真实、可靠的依据。测试系统为前述测试方法的实施提供设施保障。
附图说明
[0026]
图1是本发明的测试系统立面布置图。
[0027]
图2是用于本发明测试方法的测试系统平面布置图。
[0028]
图3是本发明冲击荷载的曲线示意图。
[0029]
前述附图还用于说明本发明的测试方法。
具体实施方式
[0030]
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0031]
实施例1，参见图1、图2、图3，一种炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载测试方法，包括以下步骤；
[0032]
s1、场地准备：在按设定排距和孔间距布设有多排爆破孔2的爆破现场或爆破模拟现场设置测试孔3，该测试孔3与所述爆破孔2具有相同的直径和深度，并与紧邻的一排爆破孔2中的任意一爆破孔2对正，且测试孔3与该爆破孔2两者中心相距设定值；
[0033]
s2、系统安装：在所述测试孔3内通过耦合介质9埋设冲击传感器8，冲击传感器8的高度与爆破孔2内的电子雷管5高度位于同一水平面内，将冲击传感器8连接的抗干扰信息传输线12引出爆破孔2后与冲击波采集仪14连接；
[0034]
s3、荷载采集：在完成对冲击波采集仪14的参数设置后，起爆电子雷管5引爆炸药，并在爆破过程中，通过冲击波采集仪14采集冲击传感器8的爆破冲击波荷载数据；
[0035]
s4、数据处理：基于测试孔3的位置参数与爆破孔2排布的排距参数关系，以及冲击波采集仪14获得的爆破冲击波荷载数据，通过预先构建的计算公式将其换算为炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载。
[0036]
其中，所述计算公式为：
[0037][0038]
其中，p
t
是现场测试冲击波采集仪14所记录到的冲击波荷载值，x为测试孔与对正的爆破孔之间的中心距，b为爆破现场或模拟爆破现场中爆破孔的排距，a为近区冲击波衰减系数，按1.2～1.5取值。
[0039]
所用的耦合介质9与爆破孔2内装填的炸药相同；或者与爆破孔2内装填的炸药具有相同或相近的密度，以及相同或相近的性状的物质；所述耦合介质9在测试孔3的填充高度高于冲击传感器8顶部2m～4m。所述炸药为混装乳化炸药；所述物质为混装乳化炸药的乳胶基质。
[0040]
在s2的所述系统安装步骤中，还包括在所述测试孔3通过悬吊或支腿方式设置防孔壁崩塌的保护套管10，保护套管10下端高出所述冲击传感器8。以及通过柔性材质的堵塞11封堵所述测试孔3的孔口。该步骤中还包括冲击波采集仪14与最近一排爆破孔2的距离不小于5倍的爆破孔2排距，并设置能够形成对冲击波采集仪14形成保护的挡墙13。
[0041]
本方法在实施过程中，测试孔3与对正目标爆破孔2的中心距为爆破孔布孔排距的1.0～1.5倍为宜，在冲击波采集仪14与冲击传感器8连接完成后，应当设置好采集仪的采样长度、存储容量、触发电平、触发方式、采样速率、负延时等参数，在起爆撤离前开机。冲击波采集仪主机应远离爆破区5倍以上的爆破孔布设排距。在冲击传感器8设置过程中，可将冲击传感器8及抗干扰信息传输线12固定在细竹片上，并每间隔20cm～50cm采用胶带固定，通过细竹片送入测试孔3中，并将细竹片插到孔底限定冲击传感器8的高度；保护套管10下端可设置多根支撑杆7使其下端高出冲击传感器8。
[0042]
实施例2，参见图1、图2和图3，一种炮孔内电子雷管所受真实冲击波荷载测试系统，包括设置于爆破现场或爆破模拟现场的测试孔3，测试孔3与爆破孔2具有相同的参数，并与紧邻的一排爆破孔2中任意一爆破孔2对正，且具有设定间距，测试孔3内通过耦合介质9埋设有冲击传感器8，冲击传感器8的设置高度与爆破孔2内的电子雷管5的设置高度相同，冲击传感器8通过抗干扰信息传输线12连接有冲击波采集仪14；耦合介质9采用与爆破孔内混装乳化炸药4密度相同的混装乳化炸药；或者，采用与爆破孔内混装乳化炸药4密度相近的乳胶基质。
[0043]
其中，冲击传感器8及抗干扰信息传输线12固定在细竹片上，并通过细竹片送入测试孔3中，并将细竹片插到孔底限定冲击传感器8的高度；测试孔3与对正的目标爆破孔2的中心距x为爆破孔布设排距b的1.0～1.5倍，即b≤x≤1.5b；耦合介质9高出冲击传感器8顶部2m～4m，具体可按3m执行；测试孔3内设有防孔壁崩塌，并由pvc材质制成的保护套管10，保护套管10由测试孔3孔底圆周布置的多个支撑杆7支撑，保护套管10下端高出冲击传感器8；测试孔3的孔口设有由柔性材料制成的堵塞11封堵，例如编织袋、麻布口袋或编制篷布等柔性材料；所述冲击波采集仪14远离爆破现场或爆破模拟现场大于等于5倍的爆破孔布置排距b，通常不小于30m，冲击波采集仪14与所述爆破现场或爆破模拟现场之间设有挡墙13用于保挡护击波采集仪14，挡墙13最好是上部倾斜与下部竖直的两部分组成，以形成更好的遮挡击波采集仪14的效果。
[0044]
本实施例中，保护套管10也可在上段设置水平向外延伸的挂耳，以通过挂耳挂在测试孔3的孔口处，以代替由支撑杆7支撑的方案。
[0045]
下面介绍一具体应用案例，进一步说明应用前述测试系统的测试方法。
[0046]
结合附图1、图2和图3，某大型钒钛磁铁矿矿山，采用现场混装乳化炸药爆破、电子雷管5起爆，爆破孔2孔间距7m，排距6m，爆破孔2直径165mm，孔深15m。在实际爆破施工过程中，产生了较多的电子雷管拒爆现象，为分析电子雷管冲击失效机理，进而作为对电子雷管结构优化设计和产品选型的依据，需要测试已爆炮孔对未爆炮孔内的电子雷管的冲击荷载强度。
[0047]
为此，拟在爆破区域1的正后冲方向布置1个测试孔3，利用测试孔3进行爆破冲击荷载数据测试，之后，基于测试孔3与目标爆破孔2的距离跟爆破孔2布设的排距关系，以及萨道夫斯基的冲击波荷载衰减函数的基础理论，将测试获得的冲击荷载转换成爆破孔2中
电子雷管所受的真实冲击波荷载。
[0048]
其中，测试孔3内的冲击波由冲击传感器8获取，并通过抗干扰信息传输线12传输到冲击波采集仪14，依据冲击波采集仪14收集到的数据进行转换计算。冲击传感器8和冲击波采集仪14选择爆破冲击相适应的类型和规格。具体是冲击传感器8采用压电型传感器，并具备良好的防水性能，量程范围：5mpa～200mpa，上升时间：0～2μs，谐振频率0～1000khz，工作温度：-20～90℃。冲击波采集仪14选用可接配压电型冲击波传感器，各通道独立，采样频率要求在4mhz(0.25μs)以上，单量程分辨率小于0.01％f.s(多档量程)，记录长度最大2000ms@4mhz，4秒@500khz。
[0049]
具体实施时，首先，测试孔3设在距爆破孔2最后一排爆破孔2的距离x处，x的值为6m的1.0～1.5倍，按8m取值，并正对其中一个目标爆破孔2，从而使测试孔3和目标爆破孔2的中心距与x相等，测试孔3直径和深度与爆破孔2一致，即测试孔3直径165mm，测试孔深度15m。
[0050]
其次，将事先固定在细竹片上的冲击传感器8通过细竹片送到测试孔3内，并通过细竹片确定冲击传感器8，使其与爆破孔2中的电子雷管5位于同一水平面内；冲击传感器8及抗干扰信息传输线12每间隔20cm～50cm捆扎的胶带固定固定在细竹片上。
[0051]
之后，通过由现场混装乳化炸药或制作现场混装乳化炸药的乳胶基质构成的耦合介质9填埋冲击传感器8，耦合介质9没过冲击传感器8顶部3m；且在填埋过程中设置多个由竹片构成的支撑杆7，并借助支撑杆7在测试孔3内的冲击传感器8上方设置pvc材质的保护套管10。
[0052]
随后，在测试孔3孔口设置编织袋构成堵塞11，用以遮蔽测试孔3，防止碎石落入测试孔内，从而使耦合介质9与堵塞11之间的保护套管10管段形成空管段，方便测试后回收冲击传感器8。
[0053]
然后，将抗干扰信息传输线12与冲击波采集仪14的主机连接，冲击波采集仪14布置在离爆破区1最近一排爆破孔2距离为s处，并由挡墙13遮挡保护，s的取值为不小于5倍的爆破孔2布设排距b，具体取值为s＝5
×
6m＝30m。
[0054]
再后，在爆破孔2内装填现场混装乳化炸药4和填塞段6的条件下(该项工作也可在冲击传感器8埋设前进行)，并做好其他防护工作后，检查冲击传感器8与冲击波采集仪14主机的连接状态，且设置好冲击波采集仪14的采样长度、存储容量、触发电平、触发方式、采样速率、负延时等参数，在起爆前的试验人员撤离前开机。
[0055]
更后，试验人员撤离到安全地点后，发出准备起爆讯号，充电、起爆。确认安全，解除警戒后，返回测试区域，先关闭冲击波采集仪主机，然后回收冲击波传感器。
[0056]
最后，读取如图3的冲击波采集仪14主机中的冲击波荷载曲线示意图的峰值为13.2mpa，取近区冲击波衰减系数a取1.32，带入公式计算得到爆破孔内电子雷管所受真实冲击荷载为：
[0057][0058]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的
技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。