基于爆破漏斗试验的煤体爆破参数研究.pdf

第 2 7卷第 1 期 2 0 1 0年 3月 爆破 BLAS TI NG V0 1 ． 2 7 No． 1 Ma r ． 2 01 0 D O I 1 0 ． 3 9 6 3 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 4 8 7 X ． 2 0 1 0 ． 0 1 ． 0 0 1 基于爆破漏斗试验 的煤体爆破参数研 究 王以 贤 ， 余 永强 ， 杨小 林 。 ， 褚怀 保 。 1 ． 河南建筑职业技术学院 土木工程系， 郑州 4 5 0 0 0 7 ； 2 ． 河南理工大学 岩土与地下工程研究所， 焦作 4 5 4 0 0 0 ； 3 ． 河南理工大学 河南省煤矿瓦斯与火灾防治重点实验室， 焦作 4 5 4 0 0 3 摘要 从理论上 阐释 了利文斯顿爆破 能量平衡 准则 ， 采 用黑 索金 炸药对模拟煤体进行 爆破 漏斗 试验 ， 从 而得出了硬煤、 中硬煤和软煤的相关爆破参数， 根据不 同煤体中的炸药埋深、 爆破漏斗体积、 漏斗半径、 爆破 漏斗的临界埋深和最佳埋深等 内容回归出了不同煤体中爆破漏斗参数之间的数学关系式， 并根据炸药量与 炸药埋深的关 系得 出硬煤 、 中硬 煤和软 煤的变形能 系数分别为 2 ． 6 2 m ／ k g 、 3 ． 0 5 m ／ k g 和 3 ． 4 9 m ／ k g ， 试 验结果表明 煤体没有同强度的岩体坚韧， 所能吸收的爆破能有限； 硬煤较中硬煤和软煤难爆， 岩体和冻土较 硬煤难爆等， 为进一步研究煤体中的爆破机理提供数据参考。 关键词 能量平衡准则； 爆破机理； 爆破漏斗； 爆破参数 中图分类号 T D 2 3 5 ． 1 文献标识码 A 文 章编 号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 0 0 1 一 o o O 1 一 o 4 S t u d y o n Bl a s t i n g P a r a me t e r s o f Co a l ba s e d o n Bl a s t i n g Cr a t e r Te s t WANG Yi - xi a n ， YU Yo n g q i a n g ， Y ANG Xi a o ． 1 i n ． C 日 Hua i ． b a o 1 ． H e n a n T e c h n i c a l C o l l e g e o f C o u s t r u c t i o n ， D e p a r t m e n t o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 7 ， C h i n a ； 2 ． R o c k S o i l a n d U n d e r g r o u n d P r o j e e t R e s e a r c h I n s t i t u t e ， H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 0， C h i n a ； 3 ． He n a n K e y L a b o r a t o r y o f C o a l Mi n e Me t h a n e a n d F i r e P r e v e n t i o n， H e n a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ， J i a o z u o 4 5 4 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r ac t L i v i n g s t o n S b l a s t i n g e n e r g y b a l a n c e l a w i s e x p l a i n e d t h e o r e t i c a l l y i n t h i s p a p e r ， a n d s i mu l a t i o n t e s t o f e x p l o s i o n c r a t e r i s ma d e i n t h e l a b o r a t o r y w i th c e me n t c o a l mo d e l s a n d R DX， r e l a t e d b l a s t i n g p a r a me t e o f h a r d c o a l ， mi d h a r d c o a l a n d s o f t c o a l a r e o b t a i n e d， me a n w h i l e t h e ma t h e ma t i c al r e l a t i o n s h i p o f b l a s t i n g c r a t e r p a r a me t e r s i n r e s p e c t i v e c o a l a r e f o u n d a c c o r d i n g t o c h a r g e e mb e d me n t d e p t h， b l a s t i n g c r a t e r v o l u me a n d r a d i u s ， c r i t i c a l a n d o p t i n mm bu rie d d e p t h o f e x pl o s i o n c r a t e r i n v a rio u s c o als， F i n a l l y， a c c o r di n g t o t h e r e l a t i o ns h i p o f e x p l o s i v e ma s s a n d c h a r g e e mb e d me n t d e p t h， i t i s f o u n d e d t h a t t h e d e f o r ma t i o n e n e r g y c o e ff i c i e n t o f h a r d c o al ， mi d h a r d c o al a n d s o f t c o a l i s 2 ． 6 2 m／ k g ， 3 ． 0 5 m／ k g a n d 3 ． 4 9 m／ k g r e s p e c t i v e l y ． T h e r e s u l t i n d i c a t e s c o a l i s s o f t e r t h a n r o c k， t h e b l a s t i n g e n e r gy t h a t c o al a b s o r b e d i s l i t t l e ；h a r d c o a l i s mo r e d i ffic ult t o b l a s t t h a n mi d h a r d c o al a n d s o f t c o al ， r o c k a n d fro s t s o i l a r e h a r d e r t o e x p l o d e t h a n h a r d c o a l e c t ；T h i s a r t i c l e h as a r e f e r e n c e v a l u e f o r t h e f u r t h e r s t u d i e s o n b l a s t i n g me c h a n i s m o f c o a1． K e y wo r d st h e e n e r g y b a l ml c e l a w；b l a s t i n g me c h an i s m；t h e e x p l o s i o n c r a t e r ；b l a s t i n g p a r a me t e r 收稿 日期 2 0 0 91 1 0 5 作者简介 王 以贤 1 9 8 1一 ， 男 ， 硕士研究 生 ， 从事爆 破方 面的研 究 工作 ， E - ma i l T x w y z _ 0 0 1 1 6 3 ． c o n l 。 基金项 目 国家 自然 科学基金 5 0 8 7 4 0 3 9 ； 国家 自然基 金重点项 目 4 0 6 3 8 0 4 0 ； 河南省教育厅 自然科学基 金 2 0 0 6 1 3 0 0 0 2 ； 河南省 煤 矿 瓦 斯 与 火 灾 防 治 重 点 实 验 室 开 放 课 题 H K L G F 2 0 0 9 0 1 0 引言 大量文献表明利用爆破技术提高瓦斯抽放率的 应用效果还不理想 ， 究其原因， 是对煤体中爆破形成 裂纹的机理和爆破扰动作用机理还没有认识清楚 ， 2 爆破 2 0 1 0年 3月 目前还处于经验和实践阶段 。 爆破漏斗是爆破破坏的基本形式 ， 长期以来处 于爆破破岩机理研究 中的基础地位 。在实际工 程中， 主要采用现场试验的方法来研究爆破漏斗 的 形成， 从而确定一些爆破参数 驯。然而对于煤体而 言， 进行现场爆破试验研究爆破机理的可能性不大， 而在实验室可以从理论角度人为探讨设计研究对象 寻找基本规律。因此， 实验室可以对模拟煤体进行 爆破漏斗试验 以得到煤体中爆破的基本规律。 1 爆破漏斗试验 通过分析硬煤、 中硬煤和软煤的相关物理力学 性质及实验室配比试验结果可知 利用水泥、 砂子、 石膏、 珍珠岩粉、 发泡剂、 碎煤和水等材料模拟不同 强度的煤体是可行的， 各配比模型的物理力学性能 参数见表 l 。通过计算得出每种试块的尺寸为 5 0 0 m m 5 0 0 m m 5 0 0 mm， 炮孔直径为 1 0 m m， 同时根 据经验公式 Q 。 O ． 3 3 0 ． 5 5 q ff ,P查表计算及实 验室对试块的试爆结果 。 。 ， 得出黑索金装药量为 p1 ． 5 g 。 2 实验结果 与分析 各模拟煤体爆破漏斗试验数据见表 2 、 表 3和 表 4 。 表 I 各配比模型的物理力学参数 Ta bl e 1 Ph ys i c s a nd M e c ha n i c s pa r a m e t e r o f m o de l 注 编号为 l 和2 的配比 材料为水泥 砂子 石膏 珍珠岩 发泡剂 水， 分别模拟硬煤和中硬煤； 编号为3的配比材料为水泥 砂子 石膏 珍珠岩 碎煤 水， 用来模拟软煤。 表 2 硬煤爆破漏斗参数表 T a b l e 2 Ex p l o s i o n c r a t e r p a r a me t e r s o f h a r d c o a l 第 2 7卷第 1 期 王以贤， 余永强 ， 杨小林， 等基于爆破漏斗试验的煤体爆破参数研究 3 1 硬煤爆破漏斗试验结果分析 根据实验数据分别绘制硬煤炸药埋深与漏斗深 度、 漏斗半径和漏斗体积之间的关系曲线 见图 1 、 图 2及图 3 。对数 据统计 回归可得硬煤爆破 漏斗 深度与炸药埋深之间的关系式为 H 尺 a 。 m ．95 ． 6 2 5 1． 9 9 5 h - 0 ． 0 6 7 8 } 尺 0 ．91 式中， 日 。 为爆破漏斗深度 ， 尺为相关系数。 硬煤漏斗半径与炸药埋深之间的关系式 Ra -- -- -- ． 4, 6 8 7 5 。 5 3 7 8 0 ．0 2 8 5 }R 0 6 7 ． 式中， 尺 。 为漏斗半径， R为相关系数。 漏斗体积与炸药埋深之间的关系式为 R V a 。 - ．9 2 7 3 2 5 7 8 2 。 12 2 ．2 } R O ．9 7 式中， 为漏斗体积 ， R为相关系数 。 O． 0 5 O ． 1 5 O． 2 5 hi m 图 1 硬煤漏斗深度与炸药埋深之间的关系 F i g ． 1 Re l a t i o n c u r v e o f f u n n e l d e p t h a n d e x p l o s i o n d e p t h o f h a r d c o a l 0 1 6 0 ． 1 4 0 ． 1 2 { 0 ． 1 0 0． 08 0． 0 6 0． 0 4 0 ． 1 0 0． 1 5 0． 2 O 0． 2 5 0． 3 0 h ／ m 图 2 硬煤漏斗半径 与炸药埋 深之 I司的关 系曲线 F i g ． 2 R e l a t i o n c u r v e o f f u n n e l r a d i u s a n d e x p l o s i o n d e p t h o f h a r d c o a l 2 中硬煤爆破漏斗试验结果分析 根据试验结果 表 3 ， 同样可 以绘制 出中硬煤 炸 药埋深与漏斗深度、 漏斗半径及漏斗体积之间的关 系曲线 ， 分别见 图4、 图 5及图 6 ， 并可得出中硬煤漏 斗深度与炸药埋深的关系式为 a - ． 1 2 。4 4 4 - 0 ． 2 5 2 }R 0 8 8 ． 中硬煤漏斗半径与炸药埋深的关系式为 - ．4 1 ． 6 h - 0 ． 0 4 5 }R 0 8 ． 漏斗体积与炸药埋深的关系式为 V． 。 - ．9 8 32 。 。 3 7 7 4 3 9 8 ． 3 } O ．9 3 8 20 8 0 0 7 80 7 60 7 40 7 2 0 70 0 O． 1 0 0 ． 1 5 0 ． 2 0 0．25 0 ． 30 hi m 图3 硬煤漏斗体积与炸药埋深之间的关系曲线 F i g ． 3 Re l a t i o n e u l 3 ／ e o f f u n n e l v o l u me a n d e x p l o s i o n d e p t h o f h a r d c o al 0 ． O5 0． 1 5 0 ． 25 O． 35 h i m 图4 中硬煤漏斗深度与炸药埋深关系曲线 F i g ． 4 Re l a t i o n c u r v e o f f u n n e l d e p t h a n d e x p l o s i o n d e p t h o fmi d h a r d c o al 吕 h i m 图5 中硬煤漏斗半径与炸药埋深关系曲线 F i g ． 5 Re l a t i o n c u r v e f u n n e l r a d i u s a n d e x p l o s i o n de p t h o f mi d ha r d c o al 8 75 8 5 0 8 25 S 8 0 0 7 7 5 7 5 0 7 2 5 7 0 0 O． 0 5 O ． 1 O O． 1 5 0． 2 O O． 2 5 0- 3 0 h／ m 图6 中硬煤漏斗体积与炸药埋深关系曲线 F i g ． 6 R e l a t i o n c u r v e o f f u n n e l v o l u me a n d e x p l o s i o n d e p t h o f mi d h a r d c o a l 4 爆破 2 0 1 0年 3月 3 软煤爆破漏斗试验结果分析 根据试验结果表 4 ， 绘制 出软煤炸药埋深与漏 斗深度、 漏斗半径及漏斗体积之间的关系曲线 ， 分别 见图 7 、 图 8及图 9 ， 并可得 出软煤漏斗深度与炸药 埋深的关系式为 2 2 4 o ,0 6 }R 0 ．9 9 软煤漏斗半径与炸药埋深的关系式为 a -- ．I ． 7 7 。 8 6 9 - 0 ． 0 9 8 }R 0 7 6 ‘ 漏斗体积与炸药埋深的关系式为 5 3 6 3 5 2 7 4 36 ．7 }R 0 ．9 2 0 ． 2l 0 ． 1 9 0． 1 7 O． 1 5 O． 1 3 O． 1l O ． O9 O ． O 7 0 ． 05 O． h i m 图7 软煤漏斗深度与炸药埋深关系曲线 Fi g ． 7 Re l a t i o n c u rve o f f un n e l d e pt h a nd e x p l o s i o n ．d e p t h of s o f t c o al O ． 2 4 O． 2 2 O． 2 O ￡ 0． 1 8 0． 1 6 O． 1 4 O． 1 2 O． 1 O O ． h ／ m 图8 软煤漏斗半径与炸药埋深关系曲线 F i g 8 R e l a t i o n c u r v e o f f u n n e l r a d i u s a n d e x p l o s i o n d e p t h of s o f t c o a l 1 0 0 0 9 5 0 一， 9 0 0 8 50 8 00 7 50 7 0 0 O ． 图9 软煤漏斗体积与炸药埋深关系曲线 F i g 9 Re l a t i o n c u r e of f u n n e l v o l u me a n d e x p l o s i o n d e p t h of s o f t c o a l 3 结论 1 硬煤与相 同强度的岩体相 比， 炸药单耗低 、 破碎程度小、 抛掷距离较远、 漏斗体积及深度较大， 导致这样的结果主要是因为煤体没有相同强度的岩 体坚韧 ， 所能吸收的爆破能量较少， 大量爆破能用在 了形成爆破漏斗和抛掷碎石上。 2 通过单孔爆破漏斗试验， 分别得出了硬煤、 中硬煤和软煤的临界埋深、 最佳埋深和最佳爆破漏 斗体积等指标； 同时爆破漏斗试验结果表明， 煤岩体 的节理裂隙对煤体爆破漏斗的形成和漏斗参数的大 ／ J 、 者 有很大影响。 3 计 算 得 出 硬煤 的变形 能系 数 E b2 ． 6 2 m／k g 。 ，中硬煤和软煤 的变形 能系数分别为 3 ． 0 5 m／ k g 为和 3 ． 4 9 m ／ k g ， 通过广东凡 口 V C R法爆 破漏斗实验和湖南某矿深孑 L 爆破掘进爆破漏斗实验 了解到【 1 1 ] 岩石的变形能系数 E 分别为 1 ． 7 8 5 m ／ k g 和 1 ． 9 6 m ／ k g ， 而马芹永通过对实验室模 拟冻土实施爆破发现 J ， 冻土的变形能系数 E 1 ． 1 0 m ／ k g 左右 ， 表明软煤较 中硬煤易爆 ， 中硬煤 较硬煤易爆而硬煤较岩石、 冻土易爆。 参考文献 [ 1 ] 曹树刚， 李勇， 刘延保， 等． 深孔控制预裂爆破对煤 体微观结构的影响[ J ] ． 岩石力学与工程学报， 2 0 0 9 ， 2 8 4 6 7 3 - 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8 7 ． i n C h i n e s e [ 9 ] 张世平， 张公开． 质量可疑铵油炸药的爆破漏斗检验 [ J ] ． 爆破 ， 2 0 0 3 ， 2 0 4 1 0 6 1 0 8 ． [ 9 ] Z H A N G S h i p i n g ， Z H A N G G o n g k a i ． T h e B l ast i n g C a t e r s T e s t o f t h e S u s p i c i o u s B a d Q u a l i t y A m m o n i u m N i t r a t e F u e l o i l E x p l o s i v e [ J ] ． B l a s t i n g ， 2 0 0 3 ， 2 0 4 1 0 6 - 1 0 8 ． i n C h i n e s e [ 1 0 ] 高尔新， 杨仁树． 爆破工程[ M] ． 徐州 中国矿业大学 出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 1 0 ] G A O E r x i n ， Y A N G R e n s h u ． B l ast i n g e n g i n e e r [ M] ． X u z h o u C h i n a M i n i n g U n i v e rsi t y P r e s s ， 1 9 9 9 ． i n C h i n e s e [ 1 1 ] 钮强． 岩石爆破机理[ M] ． 沈阳 东北工学院出版 社 ， 1 9 8 9 ． [ 1 1 ] N I U Q i ang ． R o c k B l ast i n g Me c h a n i s m[ M] ． S h e n y a n g N o r t h e a s t I n s t i t u t e P r e s s ， 1 9 8 9 ． i n C h i n e s e [ 1 2 ] 马芹永． 人工冻土波速及爆破性的研究[ J ] ． 冰川冻 土 ， 1 9 9 8 ， 2 0 1 5 5 5 9 ． [ 1 2 ] MA Q i n y o n g ． The S t u d y o f B l a s t i n g V e l o c i t y a n d Q u a l i t y i n A r t i fi c i a l F r o z e n E a rt h[ J ] ． G l a c i e r F r o z e n E a r th， 1 9 9 8 ， 2 0 1 5 5 - 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