聚能爆炸切割技術的研究現狀及展望

向思南 （安徽理工大學土木建筑學院，安徽 淮南 232000）

爆炸產物的運動方向具有與藥包表面垂直或大體垂直的規律，利用這個規律，將藥包制成具備空穴樣式的特殊形狀，爆破發生時由于空穴閉合會產生沖擊、高壓、碰撞，從而形成高密度、高速度運動的氣體流或金屬流，該射流沿空穴軸線向外射出。這種效應被稱為空穴效應、聚能效應或諾爾曼效應。

通常在民用爆破中，一般要求聚能流在介質中產生一定的深度和破碎物，而在軍用爆破中，一般要求聚能流在介質中產生一定的深度和寬度。

1 聚能爆炸切割技術的研究現狀

1.1 管道切割方面的研究現狀

在深部開采中，各種管道在遇卡時需要切斷以便進行打撈。華建等針對普光氣田難以打撈遇卡油管的問題，研制了應用于高溫、高壓、高含硫的環境的聚能切割彈，工程實踐顯示這種聚能切割彈能對合金油管能進行有效切割。

凍結管常因后續工程的需要在立井工程結束后被爆破，呂小師等依托焦作某礦回風井凍結管爆破的工程實際，設計了能使聚能流分布在圓環形對稱軸上的爆破筒，這種環向聚能切割彈可以處理狹小空間爆破項目，并且具有適用性。

對于水平井中連續油管的解卡工作，高強等設計了聚能切割彈和連接裝置馬籠頭，認為5.08cm(2英寸)連續油管切割彈進行切割作業后，不會對外層套管造成損傷。

天然氣輸氣管道止裂控制試驗中采用普通方法會由于氣壓高而不安全，王銘鋒等設計了線性聚能切割器，將聚能爆炸切割技術應用于該試驗并取得成功。

1.2 光面爆破方面的研究現狀

針對傳統光面爆破方法由于周邊孔鉆孔效率低下的問題，周陽等改進了傳統光面爆破方法，在周邊孔中應用聚能爆炸切割技術，利用射流讓周邊孔形成光滑的輪廓線，提升了周邊孔間距，在張吉懷鐵路吉首隧道的應用中取得了一定的經濟效益。

1.3 拆除爆破方面的研究現狀

對于全鋼大型體育館的拆除難題，易克等詳細介紹了在沈陽市綠島全鋼結構體育館的爆破作業中進行的聚能爆炸切割技術。

傳統鉆孔爆破方法，存在不經濟、無效率、不安全問題，王成通過力學分析計算了關鍵位置切口，在清河門大橋拆除中應用了聚能爆炸切割技術，解決了上述問題。

由于水的傳熱效率大于空氣，藥型罩會將能量更多地傳遞給介質，導致射流的能量減小，同時水中射流阻力增大，可能導致切割失敗。由此，王鑫等采用有限元仿真軟件對金屬射流的形成及切割過程進行了模擬，闡述了水下聚能爆炸切割技術的設計要點和影響因素，認為該技術在廢棄海洋平臺拆除中存在應用前景。

1.4 板材切割方面的研究現狀

劉寧等采用數值仿真和切割試驗的方法，研究了聚能切割索對不同鋁板的切割效果，發現了被切割對象屈服強度和侵徹深度成負相關。

夏治園等選用SPH法對鈦合金板切割進行數值仿真，核定了聚能切割器的結構參數，并分析鈦合金板邊界初始應力狀態對于切割效果的影響。結果顯示以下三種方式可以提高聚能切割效力：①采用較薄的藥型罩；②采用外殼包裹炸藥；③對鈦合金板底部施加約束或在邊界處施加拉應力。

航空航天和軍工等行業大量采用鎂合金替代鋁合金，對于飛行器需要分離時，切割性能就需要研究。肖旅等對不同力學性能的VW63Z鎂合金試板進行線型分離切割試驗，研究抗拉強度和伸長率因素對聚能爆炸切割的影響，發現伸長率對鎂合金板侵徹深度影響較大，二者呈負相關。

1.5 軍事方面的研究現狀

防坦克地雷在長期儲存后，可靠性、安全性會下降。傳統銷毀方法相比柔性聚能切割器存在環境污染、資源浪費的問題，因此，謝全民等提出了使用柔性聚能切割器快速、安全地實現廢舊地雷銷毀的方法，該方法確定了地雷最佳切割部位，并被試驗證明有效。

蒙皮破孔損傷是典型的飛機戰傷，由于在野外條件下的戰場搶修中，對電源、氣源和水等存在要求，董世康等設計了一種新型聚能切割索，這為搶修工作提供了更好的方式。

由于部隊的多樣化任務的要求，為了快速突入對障礙物等進行破拆，以便有效處置后續問題。陳治民等提出了一種模塊化的軍事工程切割方案和綜合效能評估方法，可為聚能切割裝置設計提供參考。

1.6 理論方面的研究現狀

李曉杰等推導了爆炸切割射流參數的解析解，對端部起爆、頂部同步起爆、頂部高速起爆和外表高速起爆問題給出理論解法。工程實踐顯示，這些理論還成功應用于線性聚能切割器的設計。

2 聚能爆炸切割技術的展望

在管道切割方面，還存在以下問題待解決。

①聚能爆炸切割技術解卡后續工作的配套工具研制。

②超深井、大斜度井的切割工藝研制。

③全尺寸爆破試驗的成縫階段中，切口質量不高，毛刺多的原因追溯和解決方案。

在光面爆破方面，光面爆破的聚能切割爆炸技術國內已經有若干案例，社會期待在光面爆破方面應用聚能爆炸切割技術的標準出臺。

在拆除爆破方面，良好的線性聚能切割器對鋼板的切割效果舉足輕重，需要進一步研究良好的線性聚能切割器；每種材料每種工況的摩擦系數影響切口角度，切口傾斜角度可以針對某個工程進行更加簡便、精確優化的方法需要研究。

在板材切割方面和軍事應用方面，存在對象過于典型的問題，接下來的研究應該是克服各種型號、材料的制約來進行通用性的研究或者是對各種對象進行深度挖掘。

在理論方面，對于變截面裝藥切割器的理論解析方法還有待進一步發展。

3 結語

目前，聚能爆炸切割技術被廣泛運用于民用領域和軍用領域，通過以上綜述，發現聚能爆炸切割技術普遍具有較傳統工作方法，更多經濟效益和更好的社會效益。而目前國內聚能切割應用狀況顯示了該方法還有待發展，在我們推廣這項技術的過程中，應該找到勞動者、企業家、社會三方面的最大公約數，才能使聚能爆炸切割技術在全國遍地開花。