岩石松动爆破孔密集系数研究.pdf

第1 8 卷第 1期 2001 年3月 爆破 BLAS T ING V ol . 18 N o . l M a r . 20 l 文章编号 飞001一4s7X20 010 1一0 0 02一04 岩石松动爆破炮孔密集系数研究 宗琦 ‘ 王从平 2 1 . 淮南工业学 院 , 安徽 淮南 , 2 32。。l;2 . 淮北矿业集团 工程 建设公司 , 安徽 淮北 , 2 3 5 0 00 摘要 宽孔距宕石松动爆破 技 术具有增加孔网参数 、 降低炮孔 和炸药消耗 、 改善破碎效果等优点 。 理论分 析 、 试验研究和工程实践结果表明 岩石松动爆破较为合理的炮孔密集系数取值为1 . 52 . 0 。 关键词 宽孔距 ; 松动爆破 , 炮孔密集系数 中图法分类号 T D23 5 . 1 文 献标识码 A In vestiga tion a nd APPlieatio no f L a rge SPa eing Lo o seB la stinginR o ck ZONG Q t ’ , WA 入/ 了C o ng 一P动9 2 1 . H u a i n a n In stituteof Mining , H u a in an , A n h u i , 2 320 01 , Chi na ; 2 . H L一aibei Mi n ing Engin e e ringG r oup Co . , H uaibei, Anhui , 235 00 0 , C hin a Abstr aet A s there ehnologyofsmal lburde n a nd l a rge 印a ein glo osebla 、ting15 u sed , the a re a ofspaeingpat- te r n e、n l一 e 一nerea 、ed , tl、e eon s um Ptio n ofhole ande x Plo s一veean bed e er eas ed , thefr agm e ntaleffe etofroekea n beimpro v e ol . TI 、ere 、t一It、ofthe or et一 e alanaly、15a nde n gin eerin gpr a etie e、huw thatm orereaso n ableeoeffieientof sPa clng w,rds l sm 一1 . 52 . 5 . 1 ,rgespa eing; lo o s e bl asting;eo effle一ento f spa ein g 1 月l J 舀 宽孔距岩石爆 破技 术 的应用已取得了很好的社 会效益 和经济效益 。 此 项技术研究最早的应首推U 兰格 福斯 。 他 认 为增 大炮 孔 密集系数 , n 能 够增 加岩石内的剪 应 力和拉 应力 , 使暴 露 岩面只能以一 个弯曲面向前 移动 , 这 样 岩体将 在 每个 炮 孔 的前 方 出现更明显的弯曲 , 从而 改善破 碎效 果[ l j 。 随后佐 佐 宏一认 为宽孔距爆 破 的实 质是有 效 利用前排炮孔爆 后产生 的向破裂 内侧发展 的裂 隙来破 碎岩石 。 国内 在这方面 的研究 和应用 亦表明〔 z , “」, 较 大的炮孔 密集 系数可改善破岩 质量 。 并且认为较为合理 的 m 值为 26 。 以上研究是以露天深孔 大区微 差爆破为 主体 , 对于岩石 松动控 制爆破 , 理论分析初步认为此技 术 也 是 可行的 , 只是炮孔密集系数的合理取值尚需进 一 步探讨 。 可以肯定 , 过 大的 m 值必 然使爆破作用 指数过大 , 这样会造成破碎岩石的大量 抛掷 。 为此 笔 者 进行了实验 室模型试验 研 究 , 并在 实 践中得 到了 初 步验证 。 2 宽孔距爆破破岩机理 可从以下几个 方面分析 宽孔距爆破机 理 。 收稿日期 z0 0 一] 一1 1 作者简介 宗琦19 62一 , 男 , 淮南 淮南工业 学院教授 . 爆破 2001年3月 2 . 1 增大自由面面积 据 利 文 斯顿爆破 漏 斗理论 , 在装药处于临界抵 抗线以内时 , 自临界 抵抗 线起 , 减少 抵抗 线而使爆破 漏斗作用半径 相对增大 , 而作用半径的增大相当于 增 大可供 利用 的自由面 , 小抵抗宽 孔距爆 破正符合 此道 理 。 尤其是 多排 微差 爆破 , 弯曲自由面的形成增 加了可供利用 的 自由面面积 , 因此可获得 较好的爆 破效 果 。 2 . 2 近似等值 抵抗 线 的形成 平面自由面爆破 时 , 应力波 优先在最 小 抵抗线 方 向上产生裂隙 , 造 成爆生气 体过 早逸 出 , 抑 制了其 他方 向上裂隙的发 展 。 增 大孔距 爆后 在孔间留下 一 定 量 的岩 埂 , 为后排炮孔 创造了一个弯曲 自由面 。 三 角形布孔 且 1 n 值选取合理 , 可使装药在 自由面上各 点的抵抗近似相等 , 即形成等值抵抗线 。 块 。较大孔 距爆 破便可克服上述 缺 点 , 提高爆破 能量 的有效利用率 , 改善破碎质量 。 3 m 值的理论分析 3 . 1 近 似等值抵 抗线时 。 值 单个炮孔爆后 形成的松 动漏 斗体积 V为 V r W L 1 式中 L 炮 孔深度 ; W 抵抗线 ;r 松动漏 斗半径 。 以 n 表示 松动爆破作用 指数 , 刀 表 示松 动漏斗 角 ;R 表示 松 动作用半径 亦 即临 界抵 抗 线W , 据 漏 斗几 何关系有 、,了 、、 产 0自 n J 、了 、了 t c o 叭 一 素渝 一 六 而w一“c o s风一 六 r I .一n l , W n W e 石浮蔽 4 图 l 近似等值抵抗线形成示意图 如图 1 所示 , 对于装药O , , 爆后若能形成 AO IB 平 面爆破漏 斗 , 那么在 八B 平面前方存在一个三角 带 AO ZB 时 , 只要 满 足0 102 簇O ,B , 也 一定 能够形成 AO IB O 漏 斗 。 这 样 由于装 药在各方 向抵抗线近似 等值 , 因此裂隙都能 得以充分发展 , 加强了漏 斗内甚 至炮孔周围其它方向岩石 的破碎作用 。 而当O IA - O , B“ 0 10, 时 , 爆破能量 的利用率最高 。 2 . 3 改善岩石中的应 力状态 由于相邻炮孔爆炸 应 力 的干涉作用 , 在 炮孔 周 围岩石 中产生应 力降低区和无拉应力区川而造成爆 破 大块 。 增 大孔 距可减弱应力波 的相 互作用 , 故 能减 少 应力降低区和无拉应力区的范 围 。 此外 较 小孔距 爆 破 时 孔 间裂 隙优 先 形 成 造 成爆破能 量 的较 早 泄 逸 , 即造成周围岩石中应 力降低 , 抑制了其它方向上 裂隙 的 发展 , 故 未 使 爆破能 量 充 分 利 用 , 易 产生大 将式3 、 4代人式1中得 V W子 L n, /1 n 子 5 5式表明 , 当炮深度 L一定时 , V 是 n 的函 数 , 可求得当 n 1 时 , V取 最大值 。 而此 时 的抵抗 线最优 , 其值为W 一n J .r l . , ‘ 。 又 由图1 , 此种情况 下 的炮孔 密集系数值为m一E/W一Zr l ./ ; - 一2 。 3 . 2 避免 能,泄逸时的阴值 孔间贯通裂隙的优先形成会造成爆破能量 的过 早泄逸 。 为此合理 的炮孔 间距应满足如下条件 孔 间 裂隙贯 通时间 t ‘ 应等于裂隙沿松动漏斗边缘到达自 由面 的时 间 t; , 以V 。 表示爆生 裂隙平 均 扩展 速 度 , t‘ E/ZV 。 一E/V ‘ . , t; 一了了w/v 。, 因此 , 若使 t t; 可求得m 八厂百 2 八厂丁。 4m 值的模型试 验确定 为 寻求较为合理的m值 , 笔者进 行了实验室模 型试验研究 , 模拟原型为砂 岩 , 模型材 料 为水泥 砂 浆 , 加人少 量蛙石以降低材料的密度 , 实测其物理力 学 性质见表 1 。 以钝化黑索金和少量 黑 火药 的混合 药作为相似炸药 , 密度 0 . 89/ cm , , 爆速 15 00m/ 。 。 表 1 模型材料的物 理力学性质 密度抗压强度 /MP a 抗拉强度 /MP a 泊松比 横波波速 /m s一’ 波阻抗 /9 . em 弹性模量 /G P a 纵波波速 / m s一1 /g m em一 3 s一 ’ 2 17611903 9 17 第1 8卷第 1期宗琦等 岩石松动爆破 炮 孔密集系数研究 先进 行单孔爆 破 漏斗试验 , 求得该试 验条件下 的最优 抵抗 线为 W 。二 6 0 m n 。 然后以此作为抵抗线 进行双孔爆 破试验 , 试验结 果 见表 2 , 并据 此作出图 2 所示的 ,n 值与孔间最 大凸量 h 的关系曲线及 图 3 所示 的 m 值与爆破体积 V 的关 系曲线 。 表2模型娜破试验结果 试验序号 孔深 /m m 26 1 01 92 8筋铭 孑 L足巨 /m m 72 9O 1 08 132 14 4 162 18 21 抵抗线 /mm m 值 爆破体积爆 破宽度最大凸量 /mm 60 6O 60 6O 6O 60 60 6O 2 . 1 2 . 4 2 . 7 3 . 3 . 5 / em3 880 1050 1 2140 1 630 2650 17 4 0 1 230 /mm 3 10 330 3 80 348 3 58 3 64 3 62 各自形成爆 破漏斗 00000 0 八曰 O6 汽 U 户 Ch八b6武 曰” 卜 l 夕 白勺d理,只J八 h丫 门 八 遏 2 咚{2 1 与 ,, , 的关系曲线 20 0 1800 冶160 0 侣1200 800 4侃一 01 . 52 .0 2 . 53刀3 . 5 图 3V 与 ,n 关系曲线 表 2 可见 , m一1 . 8一2 . 5 时 , 既可获得 较大的爆 破体积又有较 适宜 的孔 间凸量 。 为进一 步验 证m值 的合理 性 , 在 不改 变其它参数的条件下 , 按m二1 . 5 , 2 . 0 , 3 . 0 , 笔者又进行了若干 次双排 炮孔前三 后二 爆破 试验 , 爆后结 果表明 , 前两者破 碎块 度 均 匀 , 而 m一3 . 。 时大块率 较 高 , 孔间 凸量 较 大 , 并 有 两 次未 爆 落现 象发生 。 5 工 程 应用 某市郊山体 岩石开挖 爆破 , 爆 破 高度 5一1 0 m , 岩 性为 风化花岗岩 , 坚固性 系数 f 6一8 。 爆区周 围 环境复杂 , 3 0 10 0 m的 范 围 内有 多 处居民砖结构 平房和多 条架空或地 埋线缆 , 因此需 严 格控 制爆破 飞石和爆 破震 动 。 针 对该爆破工程特点 , 设计采 用深 孔 松 动控制 爆 破 技 术 。 潜孔钻机钻孔 , 孔径 9 0 m m ; 一次爆 全 高 , 炮孔超 深 。 . 51 . om ; 散装 2号 岩石硝铁炸药 , 正向装药 ; 非电毫秒雷管 , 孔 内延期多段微差起爆 ; 孔口炮 泥堵塞 长度为抵抗线的1 . 2一1 . 3 倍 。 根据岩 石 性 质选 取 炸 药单耗 q 一0 . 40 . 5kg/m 3 , 严 格 控 制最大一 段起爆 药量 。 经试爆后确定的具体 爆破 参 数 见表 3 。 表 3 海破参数 LE W Q L , /mzm/m 阴 /kg/m 53 . 02 . 01 . 5012 . 03 . 1 63 . 02 . 01 . 5 015 . 03 . 5 73 . 52 . 01 . 7521 . 03 . 5 83 . 52 . 01 . 752 . 63 . 8 94 . 02 . 21 . 8236 . 03 . 3 104 . 02 . 21 . 8240 . 03 . 7 114 ‘ 42 . 22 . 0 048 . 03 . 4 注 Q单孔药量 ;L, 孔口炮泥堵塞长度 。 按 表 3 设计实施爆破 , 每次起爆的炮孔数为 25 一3 0个 , 多段延 迟 , 炮孔较深单孔 药 量较多时 , 一般 23 个炮孔一段 , 个别情况下单孔一个段别 。 爆后 岩石在抵 抗线方向上松动塌落并有少 量推移 , 上部 地 表隆起开裂 ; 破碎块度 均 匀 , 机械清运便利 ; 未 留 5 04 03 0 爆破 20 01 年 3 月 残底 , 达设计爆高 ; 爆破 中无 飞石 , 爆破 震动强 度低 ; 爆区周 围建筑及设 施保持 完好无任何损坏 。 无论从 爆 破安 全还是从破 岩质 量上都取得了较为理想 的爆 破 效果 。 当然此值还需 在工程爆破实践 中进一步验证 。 需要 说明的是 , 以上研究是以三角形布孔为前提 , 其他炮 孔布置方式 时是否合理有待探讨 。 参 考文献 6 结束语 理 论分 析 研究和工 程爆 破 实 践结 果 均表明 , 适 当减 少抵 抗线而增大 炮孔 间距即增 大炮孔 密集系数 对岩石松 动爆 破是可行的 , 它可以增 大孔 网面积 , 降 低 炮孔 消耗 和爆 破 材料消耗 , 更为主要 的是 能够 改 善破 岩 质量和提高爆破安 全 性 , 笔者初 步认定为松 动爆 破较 为合理 的炮 孔 密集系数为 m1 . 52 . 0 。 [1] 〔 2] 〔 3〕 [ 4〕 U , 兰格福斯 . 岩石现代爆破技术「M〕 , 19 83 . 邓正道 . 宽孔距微差爆破机理及其合理 的孔距 与排距 〔 J〕 . 爆炸与冲击 , 19852 , 1 52一157 吕麟信 . 宽孔距 多排毫秒深孔爆破是提高岩石破碎度 的有效途径〔A〕 . 工程爆破论文选集【C〕 . 武汉 中国地 质大学出版社 , 299 3 . 120一124 宗琦 . 大块 成固及范围的应力波理 论分析〔J] . 爆破 , 19 922 10一12 , l 20 0 1 国际推进 剂 、 炸药 、 烟火技术秋季研讨会 ” 中文征文通知 , ’2 0 0 1 国际推进剂 、 炸药 、 烟火 技术秋 季研讨会 ”计划将 于 200 1 年 1 0月2 5一2 8日在 浙 江绍兴国 际大酒 店召开1 0月 24日报到 。 一 、 会议承办单位 北京理工 大学 二 、 会议 征文主题 ‘ 推 进剂 、 炸药 、 火工与 烟火 药 合成与表征 配方与 组分 ; 工艺与制造 ; 测试方法与判据 ; 性能 , 稳定 性与相容性 ; 安全 ; 回收与处 理 。 关 燃烧和爆轰现象 反应 机 理 , 反应产物的分 析 ; 点火 和 起 爆 , 热点 理论 . 热 行 为 , 快 速/慢 速 热烤 爆 ;sD T 、 D DT 和X D T 现 象 ; 本构关系 , 状态方 程 ; 爆轰波/燃烧 波的传播 ; 危险评估 , 安全 分析和评价 。 ‘ 与推进 剂 、 炸药 、 火工及烟 火技术研究 相关的基础 理论 、 技术 、 应 用 、 诊断 、 模拟等 。 三 、 稿件要求 会议语 言为 英文 , 作者 先提供英文稿初 稿 , 然后提供英文定稿 , 会议 根据论文 质量 录 取 。 请同 时提供 一个 2 0 。字 左右 的 中文作 者简介 。 文 字力求简练 , 内容具 有科 学性 、 先进性 , 并未 在正式刊物上发表过 。 论文要求图表 清楚 、 数据正确 , 计量单位一律采用 国际标准计量单位 , 请参照英 语科技论文写作要求 。 四 、 征稿日期论文 英文稿初稿截止日期 2001 年 6 月 1 8 日 五 、 会议 费用 L 住宿 四星级宾馆 , 住宿费不高于 1999 年成都会议 的标准 。 2 . 录用 论文 版面费 80 0 元人民币 3 . 会议 注册 费 8 0 。元人民币注 交版面费者 40 0 元 六 、 联系人 陈朗 , 冯 长根 地址 北 京市海 淀区中关村南大街五 号北京理工大学机 电工程学院 邮编 100081 电话 0 10689127 64 传 真 0106891184 9 E一 m ailwe bm aste r ia sPeP . e o m . c n ‘‘专信洲知荟 ‘‘沃到导‘登‘‘ C “ 毛荟一一 一 一一一一