深孔梯段爆破飞石距离计算方法初步探讨.pdf

第19 卷 第 4 期岩石力学与工程学报194 531～533 2000 年 7 月Chinese Journal of Rock Mechanics and EngineeringJuly, 2000 深孔梯段爆破飞石距离计算方法初步探讨 程 康章昌顺 武汉工业大学岩土与环境工程研究所 武汉 430070 葛洲坝集团三峡指挥部质量安全科 宜昌 443134 摘要 利用相似理论, 推导了深孔梯段爆破飞石距离的计算公式。结合三峡工程实际统计数据回归分析导出了公式 的具体表达式, 讨论了公式的应用条件和进一步完善的研究思路。 关键词 相似理论, 飞石距离, 回归分析, 梯段爆破 分类号 O411. 3 文献标识码 A 文章编号 1000-6915200004-0531-03 1 引 言 爆破飞石、爆破地震和空气冲击波是工程爆破 中的三大危害, 目前国内外学者对于爆破地震和空气 冲击波的影响已作了大量的研究, 提出了许多理论 和经验公式, 我国国标 爆破安全规程 GB6722-86 [ 1] 也推荐了相应的经验计算公式。但是对于爆破飞石 的研究普遍重视不够, 规范中也只是推荐了一个经 验数值。 从统计分析看, 大部分工程爆破事故主要由 爆破飞石引起, 因此在工程爆破中, 特别是深孔梯段 爆破中提出一个行之有效的飞石距离计算公式, 迫 在眉捷。影响爆破飞石距离的因素众多, 如爆破参 数、 装药结构、装药量、地形地质条件、回填与堵塞 情况等, 目前就国内外学者对爆破飞石研究现状而 言[ 2], 主要是通过爆炸应力波理论、 爆生气体理论以 及两者联合作用理论来获得飞石的初始速度, 再运 用弹道理论的原理来计算爆破飞石的距离, 这种方 法理论上可行, 而实际操作起来困难较大。本文准备 另劈途径, 根据反分析方法, 从实际结果着手, 利用 相似理论和回归分析方法反推深孔梯段爆破飞石距 离的计算公式。 2 相似理论在深孔梯段爆破飞石距离 计算中的应用 2. 1 工程爆破中的量纲分析方法 根据相似第三定理 定理 若某个物理现象中, 其中m 个 m n 为基本量, 则此方程可用n- m 个 无因次数组之间的函数关系来表示。 即描述该物理 现象各量间的关系可表示成相似准则的关系式 F 1, 2, ⋯, n 0 1 f 1, 2, ⋯, n 0 2 式中 待定准则, i 定性准则。 2. 2 深孔梯段爆破飞石距离中的量纲分析方法 2. 2. 1 描述问题的独立参数 几何参数 飞石距离 L 炮孔中心与飞石落点的 水平距离 , 抵抗线 W, 装药长度 h1, 回填长度 h0, 炮孔直径 d, 炮孔间距 a。 钻孔形式如图 1。 岩体参数 岩体抗拉、抗压和抗剪强度 t, c, ; 介质密度 ; 岩体弹性模量和剪切模量 E, G; 泊 松比 ∀; 岩体介质中裂缝传播速度 Ve; 岩体介质破坏 的表面能 es。 炸药参数 装药密度 B, 炸药爆轰速度 D, 炸药 比能 e。 2. 2. 2 量纲分析 上述有 18 个独立参数, 根据相似准则, 可能得 出 15 个独立的无量纲参数如下 1 L W , 2 d W , 3 h1 h0, 4 W a 5 h0 a , 6 t BD 2, 7 c BD 2, 8 BD 2, 9 2 Ge, 10 2c Ee, 11 es BD 2R, 12 Ve BD, 13 B, 14 Ve D , 15 ∀ 各量纲参数的物理意义如下 1～ 5为几何特征数; 1999 年 5 月 7日收到初稿, 1999 年 6 月9 日收到修改稿。 作者 程 康 简介 男, 36 岁, 硕士, 1989 年毕业于西安理工大学水利系岩土工程专业, 现任高级工程师, 主要从事岩土工程和爆破工程方面的 研究工作。 图 1 深孔梯段爆破钻孔形式 Fig. 1 Drilling model of deep-hole bench blasting 6～ 8为岩体介质强度与爆压之比; 9～ 10为变形能与炸药比能之比; 11为介质的破坏表面能与爆炸产物做功之比; 12为介质波阻抗与炸药波阻抗之比; 13为介质密度与炸药密度之比; 14为介质裂缝扩展速度与爆轰波速度之比; 15为介质泊松比。 2. 2. 3 模拟试验简化分析 从量纲分析可以看出, 表征深孔梯段爆破飞石 距离的参数很多, 无量纲参变量函数非常复杂, 要 想建立一个包括所有无量纲参变量的飞石距离关系 式很不现实。在实际工程中, 同一工程同一地区往 往要进行多次梯段爆破, 这种情况下, 不同次爆破 中使用的炸药种类、装药密度和岩体性质变化不大, 在忽略不计飞石空气阻力的条件下, 公式可以简化 为 f L W , W a , d W , h1 h0, h0 a 0 3 或 L W F W a , d W , h1 h0, a h1 4 式中 抵抗线与炮孔间距之比, 在常规梯段爆破中 W/ a 1, 在宽孔距爆破中, 由于孔距比抵抗线大许 多倍, 孔距对爆破飞石的影响甚微, 主要影响因素 为抵抗线 前排抵抗线 , 因此孔距的综合影响因素 可以用抵抗线 W 来替代, 不作为独立参变量考虑。 装药长度与炮孔长度之比 h1/ h, 实际上是回填长度 h0与装药长度h1之比h0/ h1, 而回填长度是随抵抗线 变化而变化的 h0 0. 8 ～1. 0W , 因此对于全段装 药结构公式 4 可简化为 L Wf d W , h1 h0 5 或 L WF d W 6 3 现场实验分析 根据所收集到的三峡工程永久船闸和临时船闸 深孔梯段爆破飞石距离资料[ 4]结果可知, 爆破器材 为乳化炸药混装车全段耦合装药, 岩性变化不大, 可以满足公式 5 , 6 的使用条件, 爆破飞石距离 可以用公式 6 来进行回归分析 图 2 , 目前所收集 到的现场爆破资料如表 1。 表 1 深孔梯段爆破飞石距离现场统计表 Table1 The statistical result of flyrock distance for deep-hole benchblasting 数据序列钻孔直径 d/ m抵抗线 W /m飞石距离 实验 L/ m 10. 163220 20. 163220 30. 163245 40. 163250 50. 163255 60. 163240 70. 113. 5140 80. 113. 5193 90. 113. 5190 100. 113. 5204 110. 103170 120. 103170 130. 103163 140. 103158 150. 103166 160. 103145 170. 092. 5155 180. 092. 5160 190. 092. 5165 200. 092. 5162 210. 093155 220. 093150 230. 093145 240. 093150 250. 093155 将表 1 中的数据按双对数坐标回归分析处理, 相关系数为 0. 91, 则飞石距离经验公式为 532 岩石力学与工程学报2000 年 L K W 1- ada 2 589W - 0. 1135d1. 1135 7 式中 L 为爆破飞石距离/ m, W 为抵抗线 前排最小 抵抗线/ m , d 为炮孔直径/ m; K , a为与岩体特性、 炸药特性等有关的系数, 通过现场试验确定。回归 对数图如图 2。 图 2 统计资料回归分析结果图 Fig. 2 The result of statistical analysis 式 7 表明梯段爆破飞石距离与抵抗线成反比, 与炮孔直径成正比, 符合实际情况。但由于试验条 件和统计资料的局限性, 本次公式推导仅考虑了其 中的一些主要因素, 对于装药长度和回填长度的影 响, 根据公式 5 的推导, 同样满足几何相似条件, 只增加一些试验统计数据, 采用多元回归处理同样 能导出飞石距离的计算公式。只要在不同工程、不 同岩石种类和不同炸药情况下进行分析比较, 就可 以推导出更精确、 更全面和更符合实际的经验公式, 为制定系统的规范提供依据。 4 结 论 本文根据相似理论, 推导了深孔梯段爆破飞石 距离的计算公式, 并结合现场试验统计数据进行了 回归分析 , 可得出下述基本结论 1 在同一地区, 岩体性质、炸药种类和装药结 构基本不变的条件下, 深孔梯段爆破飞石距离主要 与前排抵抗线 W, 炮孔直径d 有关。 2 公式 7 适用于三峡工程深孔梯段爆破乳化 炸药混装车全段耦合装药条件下飞石距离的估算, 对于不同地区使用不同炸药时, 公式中的系数 K, a 应有所不同。 参考文献 1韦健实, 徐天瑞, 张其中等. 爆破安全规程[S] . 北京 国家标准 局, 1986 2姚 尧. 深孔预裂爆破技术及非电毫秒差起爆网路[ M ]. 西安 西北工业大学出版社, 1993, 144～154 3许连波. 关于爆破相似律的一些问题[J] . 爆炸与冲击, 1985, 5 4 1～9 INQUIRY INTO FLYROCK DISTANCE FOR DEEP-HOLE BLASTING Cheng Kang1, Zhang Changshun2 1Institute of Rock- Soil and Environment Engineering, Wuhan University of Technology , Wuhan 430070 China 2 T hree Gorge Engineering H eadquqrters, Gez houba Group. Corp . , Yichang 443134 China Abstract T he equation of flyrock distance for deep-hole blasting is derived by optimum theory, and its detailed expression is obtained by the regression of the data from the site of the Three Gorges Project. At the same time, the available condition to solve the equation is discussed. Key words optimum theory, flyrock distance, deep-hole blasting 533 第 19 卷 第 4 期程 康等. 深孔梯段爆破飞石距离计算方法初步探讨