损伤岩石周边控制爆破分析.pdf

第2 9 滤第5 期 中国矿业大学学报v 。1 ．2 9N 。．5 2 0 0 0 年9 是 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆．T e c h n o l o g y S e p ，2 0 0 0 ∞≮ t ％； ∞； ∞ ∞ ∞ _ ≮； 一。； ≮； z ∞‰ ； _ ∞； ∞； _ ； ∞ } 一 文奄编号i 0 0 019 6 4 2 0 0 0 0 5 0 4 9 6 ．0 4 损伤岩石周边控制爆破分析 戴俊，杨永琦 孛髫矿盘夫学资舔开发工程系，托豪1 0 0 0 8 3 摘襄应用损伤力学的理论与方法，对崩落眼爆破引起光爆层岩石损伤因子与光面爆破参数的 关系进行了分橱。导虫了秘应的竞瀑参数计算式，并与年考虑岩石损伤的充面瀑破参数遗行了对 比，指出了目前低强度岩石中光爆效果臻往较差，愿霹是没瘴考虑援甾基子对兜彝爆破参数娉影 响，造成炮孔装药过蚤所或．由此认为研宽崩落眼爆破对光爆层岩石的损伤规律及损伤岩石的光 面爆破参数计算方法，是未来深入研究岩石光面爆破理论与技术的方向． 关键镯损伤{ 磐石；控稠爆破；竞西灞破 中曝分类号；T D2 3 5文献摄识妈A 在采_ 籍；缫破法进行岩磊开挖的工程中，髑透控 制爆破质量决定羞围岩支护 戏维护 费愿的裹骶 和支护 或维护 结构的稳定性与安全性．为此，众 多学者对岩石工程的周边控制爆破技术进行了大 量薪究““] ．然而，由于岩石往凌及岩石爆破过狡 的复杂性，仍毒谗多阅题甓要黟} 究翳决． 通常情况下，周边控制爆破在岩体崩落爆破后 进行．岩体崩落爆破一方两破坏主体岩石，另一方 面诡对先瀑徭岩石及瀑破开挖后的萄者俸造成损 揍，因此，周选控剿爆玻实踩上是在撰经岩搭孛进 行的．岩石损伤后，其强度降低[ 6 ] ，有利于形成较长 的经向裂纹，增大周边眼间距；同时，损伤也使岩石 的弹性耩量、弹往波速度和侧向应力系数降低，使 应力渡衰减系数爆大0 1 ，不利于窭理较大的周透鼹 间距．可见，掼伤对岩石爆破作用过程的影响是复 杂的．已有研究大多是就岩石损伤对岩石爆破作用 过程这两方面的影响分嗣进行的I s , V ] ，而对两方面 瓣综合影响鞠时给予宠分考惑豹研究残果巍磊罕 见． 岩石爆破是一个复杂的动力学过程，与静态破 岩过程不闻，损伤不仪改变岩石的强度，而且也改 交黩力渡豹袭减帮硝舞应力系数等力学髋震参数． 在棚同的爆炸载葡作用下，岩石受崩落爆驶损伤裁 的强度越低，崩落爆破损伤光爆层岩石力学性质参 数的改变越嘲显．因此，研究岩石，特剐是低强度岩 石的两边控制瀑破，妊须将崩落爆破造成岩石损 蔹，对岩石力学性凄热影响综合起来考惑．在这墅， 低强度岩石攒其本身强度较低，或微裂隙、节理发 育导致其强度较低的岩石． 1 损伤岩石中的爆炸威力波及其作用 崩落爆破 如巷道掘进中的崩落眼爆破 一般 在周边光爆眼之前起爆．崩落爆破除破坏前方岩石 外，还将对光爆层岩石及爆破开挖后的围岩体造成 擐伤．光爆层岩石损伤器，其力学性壤参数要发生 改变，根据损伤理论及猫关研究∞4 ] ，有 S 。。一 1 一D S 。， 1 S 。。一 1 一D S 。， 2 以一南， 3 ，1c＼ 雎一声e 1 一等c d I 。 4 式中D 为岩石的损伤因子；s ⋯S ，a ，卢分别为岩石 受崩落爆破损伤前的静态单向抗压强度、静态单向 抗拉强度、应力渡衰减系数和泊松t t 事实上，它们 包含了微裂黢等嚣石秘始攒揍辩岩磊力学牲矮静 影响 ；＆，S 。，啦，故分别为澍石受崩落爆破损伤后 的静态单向抗压强度、静态单向抗拉强度、应力波 衰减系数和泊橙比；c d 为损伤引起的裂纹密廉 随 援馋嚣子D 静增大磊增大 ． 收藕日期1 9 9 9 一1 2 一1 3 作者简介戴援 1 9 6 4 一 ，男．贵州省安顺市人．西安科技学院副教授，中国矿北大学博士生，从事工程爆破研究． 万方数据 第5 期 戴俊等损伤岩石周边控制爆破分析 撤据T a y l o r 等A 关于裂纹密度酶暇设”o ， 式中．9 为裂纹形状影响系数，0 p o ，得知6 ’ D 0 ，因此慧 0 ．即 万方数据 中戮矿业太学学援第2 9 嚣 岩石损伤后，其光面爆破炮孔间距应较朱计人损伤 辩的减小．丽强，者石损伤的程度越夫，光爆孔问 躐的藏小壤应越大；逸与工程宴戥中松软岩石 强 度较低 的光爆孔间距小于坚硬炭石 强度较巍 的光爆孔问距的做法是一致的． 4 损伤因子D 的确定 一方面，崩落爆破在卷石中引起的损伤因子D 是影响光面爆破的重要因素，光面爆破参数的计算 依赖予损伤西予；另～方面，由于岩石的爆破是一 个复杂的越囊态过程，逡建中装药j c | 岩石静破坏与 损伤程度因位置坐撂不网丽爨．严格说来，炮孔装 药爆炸在岩石中造成的损伤分布怒非均匀的各向 异性矢量坜，目前，尚不能求出这种损伤场的解析 簿，虽然通过数德诗箨可得嚣近叛鹤各翔同径的按 伤标量场“。1 Ⅲ，但这一过程十分复杂。 在岩石周边控制爆破条件下，利用声波测量技 术n “，测量崩落爆破前后光爆层岩石中不嘲位髓 静弹性缴波速蠹，然瑶由下式＆2 3 便可褥弼崩落瀑 破在岩石中g l 起的擐娩因子及分磅 ／～12 D 一1 一{ 4 } o ≤D ≤1 。 1 8 、蜥n f 式中‰胁，分剐鸯崩藩爆破j l 誊露光攥层岩石申 的纵波速度。 这种确定岩石中损伤因子的方法在岩石爆破 工程中是容耪实现的． 精落爆破蓠，微裂藩等造戒的韵始攒伤对光掰 爆破参数的影响已体现在媸石购力学参数取值中， 因为在获取这些力学参数值时，岩石的初始损伤融 经存在．而者石中明靛的朦理、节理等弱面对光面 爆破参数的彩确，掰不耩攒伤力学的研究范祷，需 媸助断裂力学方法． 损伤对岩石光爆参数影响的上述分析与讨论， 反映了岩石中爆炸应力渡衰减规律和岩石爆破的 基本规律““，与动态裁荷作用下者石的损伤破坏 理论相一致，从薅为遴一步研究岩森，特剐是瓴强 度岩石 如松软岩石 的光面爆破理论与技术找到 了方向．这就是求出爆炸载荷F 岩石中的损伤场 至步最近衔的各向同性标量场 ，深入分析者石攒 揍慰走爆参数影璃的睾定譬、是量荚系，势在诧慕 础上对光爆参数题施工方法进行调熊和优化．这将 是束来爆破理论茸技术研究的熏要内容． 5 结束语 光耐爆破中，光赋爆破在崩落爆破麟起爆。党 面爆破炮孔装药爆炸时，光爆层岩石已被前丽起爆 的崩落爆破损伤，即使不考虑实施爆破前其它因素 ；l 起静岩石按伤 通常称为初始损伤 ，光面瓣破也 是在攫伤鞋石中进褥的，崩落爆玻攫臻岩否基，矮 抗压强度、抗拉强度、应力波衰减系数和侧向应力 系数等均发生改变．进行光面爆破参数设计，应当 计入崩落溱破对岩石的损伤效应． 分叛表盟，岛不考感岩石损伤≤如实燕搂裂爆 破 的情况相比，在损伤岩石中实施光颟爆破的单 孔装药量与孔间距应取更小值．而且，对低强度岩 石，这种损伤的影响较为鞠显． 垦蘧光霪爆破工程实践中，均来瓣这种攒伤的 影响加以考虑，这是低强度岩石光硝i 爆破效果普遍 较篪的主要原因．因此，研究岩石中爆炸作用的损 伤旒律，弄清爆炸载衙作用后岩石中的损伤场，并 相应遴褥光鞭爆镀参数设诗与优铯，潋遴一多提祷 岩石 特别是低强度耢石 的光爆效果，将是求来光 面爆破理论与技术研究的主要内容及方向． 璨炸载荷作厢在岩石中形成的损伤场，鼹一个 孳坶匀瓣各囱异性豹矢量绣，謦蘸淹不筑求襻萁解 析解．即便求其数值解，也是一个十分复杂的过疆， 其中还有许多问题亟待研究解决．但通过测擞崩落 眼爆破前后岩石中的弹性纵波速度，可方便地得刘 崩落瀑渡黠光瀑蒺岩螽静损伤因子．这程工纛串燕 容易实现的。 本文的工作是初步的，其重要启示教于为低强 度岩石的光简爆玻理论与技术研究找到了新的恩 路． 参考文献 E 1 3 朱瑞赓，李新平，陆文兴．控制爆破的断裂控制与参 数确定舀] 。爆炸与肄击，1 9 9 4 ，1 4 4 ；3 1 4 3 1 7 ． E 2 ] 于慕松，杨永琦，扬仁树．等．炮孔定向断裂爆破作 用[ J ] ．爆炸与冲击．1 9 9 7 ，1 7 2 1 5 9 1 6 5 ． [ 3 ] 卢文渡，陶掘牢．攒袭瓣破中炮孔箍力变祀新程静 理论分辑0 ] ，爆蚱与冲毒。1 9 9 4 ，1 4 2 1 4 0 - 1 4 6 ， [ 4 ] 杨仁树，朱俊生，杨永琦．切槽孔爆破机理模獭试验 研究[ J ] ．煤炭学报，1 9 9 5 ，2 0 2 1 9 7 1 9 9 ． [ 羁王寡来，棘羰。斑力没对岩捧嚣缀嫠捧是翻爆生 裂纹传播E J ] ，爆炸与冲击，1 9 9 5 ．1 5 3 t2 1 2 2 1 6 ． [ 6 ] 杨军，禽乾坤．黄风雷．岩群爆破理论模型及数值 壬} 算[ M ] ．冠寮t 科学密敝社，1 9 9 4 ．5 1 5 7 ． C 7 3 张奇，糖永琦．岩石爆破作用的分蟮研巍0 ] 。岩 工程学报。1 9 9 7 ，1 9 2 { 8 - 1 3 ． [ 8 3 王文龙．锫鼹爆破[ M ] ，北京t 糯旋工监出_ | 阪社． 1 9 8 4 ．2 4 0 - 2 4 6 万方数据 第5 期 戴俊等损伤岩石周边挣制爆破分析4 9 9 [ 9 3 Z h o uYH ．C r a c ke v o l u t i o na n daf r a c t a ld a m a g eC O I l s t i t m i v em o d e lt a rr o c k [ J ] ．I n tJM e c hM i nS e i ， 1 9 9 8 ．3 5 3 3 4 9 3 6 6 ． [ 1 0 ] [ i i ] 京中国建筑工业出版社．i 9 8 1 ．2 1 22 1 9 ． [ J2 3 K i l nDS ，M c M a r t e rMK ．Q u a n t i t a t i v ea s s e s s ／T l e n t D o n z eFV ，B o u c h c zJ ．M a g n i e rAS ．M o d e l i n g f r a c t u r e si nr o c kb k a s t i n g [ J ] ．I n tJM e c hM i nS c i ． [ 1 3 ] 19 9 7 ，3 4 8 1 1 5 3 1 1 6 3 ． 重庆建筑工程学院，间济大学．岩体力学[ M ] ．北 o fe x t r i n s i cd a m a g ei nr o c km a t e r i a l [ J ] ．R o c kM e c h R o c kE n g n g ，1 9 9 8 ．3 I 1 1 2 4 1 2 4 5 C h e nSG ，Z h a oJ ．As t u d yo fU D E Cm o d e l i n gf o r b l a s t i n gw a v ep r o p a g a t i o ni nj o i n t e dr o c km a , s q e s [ J ] ． I n tJM e c hM i ns c l ，19 9 8 ．3 5 1 9 39 9 ． A n a l y s e so fC o n t r o l l e dP e r i m e t e r B l a s t i n gi nD a m a g e dR o c k D A IJ u n ．Y A N GY o n g q i D e p a r t m e n to fR e s o u r c eE x p l o i t a t i o nE n g i n e e r i n g ，C U M T ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ．C h i n a A b s t r a c t T h er e l a t i o nb e t w e e nt h ef a c t o ro fr o c kd a m a g ei n d u c e db yp r o d u c t i o nb l a s t i n ga n dt h ep a r a m e t e r a o fs m o o t hb l a s t i n gw a sa n a l y z e db ym e a n so ft h ep r i n c i p l ea n dm e t h o do fd a m a g em e c h a n i c s ．T h ef o r m u l a eo f d e t e r m i n i n gp a r a m e t e r so fs m o o t hb l a s t i n gw e r ed e d u c e d ，a n dt h ec o m p a r i s o nw a sm a d eb e t w e e nt h ep a r a m e ． 1 e r so fs m o o t hb l a s t i n gw i t ha n dw i t h o u tt a k i n gr o c kd a m a g ei n t oa c c o u n t ．B a s e do nt h ea n a l y s e sa n dc a m ～ p a r i s o n ，t h ec o n c l u s i o n sa r er e a c h e dt h a tt h eu a u a lb a dr e s u l to fs m o o t hb l a s t i n gi nw e a kr o c ki sc a u s e db y o v e rc h a r g ef o rp e r i m e t e rh o l e sd u et ow i t h o u tc o n s i d e r i n gt h ee f f e c to fr o c kd a m a g eo nt h ep a r a m e t e r so f s m o o t hb l a s t i n g ．I ti se x p e c t e dt h a tt h el a wo fr o c kd a m a g eb yp r o d u c t i o nb l a s t i n ga n dt h em e t h o do fc a l c u 。 l a t i n gt h ep a r a m e t e r so fs m o o t hb l a s t i n gi nd a m a g e dr o c kw i l lb et h er e s e a r c hd i r e c t i o na n dc o n t e n t so ff u t u r e s m o o t hb l a s t i n gt h e o r ya n dt e c h n o l o g yi nr o c k ，e s p e c i a l l yi nw e a kr o c k ． K e yw o r d s d a m a R e ；r o c k ；c o n t r o l l e db l a s t i n g ；s m o o t hb l a s t i n 口 万方数据