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岩体巷道光面爆破参数比较分析与应用.pdf

岩体巷道光面爆破参数比较分析与应用

iafor
2012-06-12 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《岩体巷道光面爆破参数比较分析与应用pdf》,可适用于工程科技领域

第卷第期江西理工大学学报v.No.年月JOURNALOFJIANGXIUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYDec.文章编号:()岩体巷道光面爆破参数比较分析与应用付玉华王兴明欧阳小芽(江西理工大学应用科学学院江西赣州)摘要:光面爆破效果主要取决于岩石条件、炸药性质及光爆参数岩石条件不同则光面爆破参数应作相应调整.为将光面爆破更合理地应用于不同条件下的岩石基于爆炸应力波和爆生气体共同作用理论提出了普通光面爆破及计入损伤光面爆破参数计算公式.实例及分析说明:基于爆炸应力波和爆生气体综合作用理论的光面爆破计算公式是合理的适用于不同岩石条件光面爆破参数的确定在孔深、孔径和装药相同的条件下岩石越完整稳定程度越高其光面爆破的周边眼间距越小计入损伤时光面爆破的周边眼间距可适当增大岩石单轴抗压强度较大则装药不耦合系数可取较小值以提高炸药爆炸能量利用率单轴抗拉强度越高则光面爆破的周边眼间距值越小.关键词:岩体巷道光面爆破参数计算损伤中图分类号:TD.文献标识码:AApplicationandComparativeAnalysisonSmoothBlastingParametersofRockMassTunnelsFUYuhuaWANGXingminOUYANGXiaoya(FaeuhyofAppliedSeienc,JitmgxiUniversityofSeieneeandTechnology,Ganzhou,China)Abstract:TheeffectofsmoothblastingmainlydependsonrockconditionsexplosivesandblastingparametersTheparametersofsmoothblastingshouldbesubjecttorockconditions.InordertoapplysmoothblastingtodifferentrockconditionstheformulaofgeneralanddamagesmoothblastingisproposedbasedontheexplosionshockwaveandexplosiongaspressureCOactiontheory.Exampleandanalysesshowthattheproposedformulaisreasonablewhichcanbeusedtochoosesmoothblastingparametersunderdifferentrockconditions。Wimthesatlleholedepth.holediameterandchargingconstructiontheperimeterholespaceofsmoothblastingcanbesmalleriftherockisintegratedhowever,asrockdamageistakenintoaccounttheperimeterholespaceshouldbeincreased.WhentherockhashiShuniaxialcompressivestrengththedeeouplingcoefficientofchargingconstructioncanminimumwhichcanincreaseexplosionefficiency.Thehighertheuniaxialcompressivestrengthisthesmallertheperimeterholespaceofsmoothblastingcarlbe.Keywords:rockmasstunnelsmoothblastingparameterscalculationdamage光面爆破技术被广泛应用于隧道开挖、井巷掘进及边坡切割工程.其优点主要为爆后成形规整、超欠挖量小围岩不产生或产生很少的爆震裂缝提高了围岩的稳定性和自身的承载能力减少了支护工作量和材料消耗能加快掘进速度降低成本收稿日期:作者简介:付玉华(一)男讲师.保证施工安全.光面爆破的实质【l】是:在井巷掘进设计断面的轮廓线上布置间距较小、相互平行的炮眼控制每个炮眼的装药量选用低密度和低爆速的炸药采用不耦合装药同时起爆使炸药的爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂缝并沿各炮眼万方数据万方数据第卷第期付玉华等:岩体巷道光面爆破参数比较分析与应用的连线井巷轮廓线将岩石崩落下来.光面爆破效果取决于岩石条件、炸药性质及光爆参数岩石条件不同则装药结构和光爆参数应作相应调整.光面爆破的装药和炮孔参数工程上大多根据国内外光面爆破常用参数采用工程类比法加以确定由于岩石条件的千变万化和人为因素的影响常使光爆参数的取值和工程实际不尽相符光爆效果不尽人意因此有必要建立能适应不同岩石条件的光面爆破参数理论计算公式.国内在光爆机理及光爆参数的理论计算上研究颇多叫ol形成了以爆炸应力波叠加、爆生气体准静压力及爆炸应力波和爆生气体综合作用为主的光面爆破成缝机理得出了一些有益的结论和理论计算公式.本文分析了岩石损伤对光面爆破的影响基于爆炸应力波和爆生气体综合作用理论提出了不考虑损伤和考虑损伤条件下光面爆破参数确定的理论计算方法.普通光面爆破参数的理论计算光面爆破的参数主要包括装药结构及装药量、炮孔间距和最小抵抗线不考虑损伤影响时光面爆破参数可按爆炸应力波和爆生气体综合作用原理确定..装药结构及装药置理论研究和生产实践证明较为合理的光面爆破装药结构是炮孔不耦合装药包括径向间隙不耦合和轴向垫层不耦合装药结构较多是以空气作为不耦合介质.空气的存在缓冲和降低了爆炸冲击压力对眼壁的冲击破坏作用延长了爆生气体对岩石的静压作用时间利于周边贯通裂缝的形成爆生气体压力沿炮孔全长均匀分布改善了岩石的破碎块度...装药结构参数主要是径向不耦合系数岛和轴向不耦合系数蜀两者并不相互独立而是彼此制约的.确定光爆装药结构参数应从以下两个方面综合分析:要保证眼壁岩石不造成压碎破坏就必须使得眼壁初始径向冲击压力不大于岩石的动态抗压强度要保证炮眼连线方向上的眼壁得以起裂又必须使得眼壁初始切向拉应力不小于岩石的动态抗拉强度即有下式成立:P≤KDDK.ps=AKop≥S式中:p。P。分别为眼壁初始径向压力和初始切向拉力Ko为动载荷下岩石强度提高系数可取Ktml为岩石的动态抗压强度疋为由于炮孔导向而在炮孔连心线方向产生的眼壁初始切向拉应力集中系数其值随炮孔间距b与炮孔半径r的比值变化可按图取得tJA为切向应力与径向应力的比值其值为A训叩)p为柏松比si为岩石动态抗拉强度因其受加载速度影响较小s:可认为其与静态抗拉强度相等即《=s。.bm籁垛岳撩R翅炮孔间距与炮孔半径比值b/r图应力集中系数曲线当同时采用轴向和径向不耦合装药且忽略炮泥长度不计眼壁初始压力可按下式计算:pF詈po砰KdKtn式中:P。为炸药密度D为爆速n为爆生气体碰撞眼壁时的压力增大倍数可取n=.光爆炸药一般采用特制小药卷孔径已知时径向不耦合系数确定则轴向不耦合系数为:㈢np面oD卜刮等)㈩..装药量计算当径向和轴向不耦合系数确定后则装药集中度为:舻等淼Q)式()中:q。为装药集中度五疵分别为装药直径和炮孔直径..炮眼间距E确定炮tll曼f.I距的方法有多种目前被公认的理论基础是爆炸应力波和爆生气体共同作用下的爆破成缝理论.各装药激起的应力波先在各自炮眼壁上产生初始裂缝然后在爆生气体静压作用下使之扩展贯穿因此形成贯穿裂缝的条件可近似用下列平衡方程来表示【:de,=(E一rk)S,()O万方数据万方数据江西理工大学学报年月h=(等)争()式()、()中:a为应力波衰减指数a=Ark为爆炸应力波在眼壁上形成的初始裂缝长度ps为爆炸气体充满炮眼时的静压可按等熵膨胀过程计算:p。pt(等)‘(等)p。(等)‘《各‘()式()中:后为熵指数。一般取k=r为绝热指数(岸..)m为临界压力计算时可取pk=MPap。为爆生气体的初始平均压力可按下式计算.po=如扩()根据公式()、式()、式()、式()可得到炮孔间距E的计算公式:E砒I(等)I出嵝选J().最小抵抗线Ⅳ为使光爆层脱离原岩体并防止在反射波作用下产生超挖必须合理确定周边眼的最小抵抗线即光爆层的厚度.最小抵抗线过大光爆层岩石将得不到适当的破碎甚至不能使其沿炮眼底部最小抵抗切割下来反之最小抵抗线过小在反射波作用下围岩内将产生较多、较长的裂隙影响巷道围岩韵稳定性甚至造成围岩片落、超挖和巷道壁面的凹凸不平.在周边眼同时起爆条件下为了屏蔽应力波反射对围岩造成破坏必须满足下式:詈≥奇cpz‰即:m:丽E≤篮()wcp式()中'C为纵波波速‰为炸药爆炸后周边眼裂缝扩展平均速度m为炮眼密集度系数一般可取m=..硬岩取大值软岩取小值.光爆层岩石的崩落类似于露天台阶爆破故可用豪柔公式来确定最小抵抗.即:形=J争()式()中:g。为炮眼内的装药量厶为炮眼长度c为爆破系数相当于单位耗药量.爆破损伤对光面爆破参数的影响.损伤后光爆层爆破效应光面爆破的起爆顺序通常是内圈眼(包括掏槽眼、扩槽眼、辅助眼等)先爆为光面层的爆破开辟良好的临空面最后沿周边眼连线方向把光面层切割下来.内圈眼装药量较周边眼大爆后对光面层岩石产生一定程度的损伤.张成良⋯l等应用动力有限元程序建立岩体二维弹塑性模型对不考虑损伤和考虑损伤的光面爆破过程进行了数值模拟.模拟结果表明:炮孔连心线上靠近孔壁附近有效应力先达到最大值且大于岩石动态抗拉强度说明裂纹先在孔壁附近开裂然后向中心延伸形成贯通裂缝考虑损伤时光面层内相应有效应力较不考虑损伤时的低这是由于受损岩体中的裂隙对应力波的弱化造成的.受损岩体内有效应力降低的同时岩体的破坏强度也应随着降低在此基础上提出:抵抗线和孔距可以进行适当加大可加大到不考虑损伤效应的炮孔间距的..倍.戴俊等f】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析.分析认为岩石损伤后其光面爆破炮孔间距应较未计入损伤时的减小而且岩石损伤的程度越大光爆孔间距的减小值越大.戴俊等人基于爆炸应力波叠加原理考虑损伤的双重效应但只计人了爆炸应力波的作用没有考虑爆生气体的准静压力作用.张成良通过对光面爆破过程的数值模拟证实了爆炸应力波和爆生气体综合作用原理论证了损伤使岩石强度降低和应力波作用弱化的双重效应.因此在损伤条件下光面爆破参数的确定应以爆炸应力波和爆生气体共同作用原理为基础考虑岩石强度降低和应力波作用弱化的双重影响..损伤岩石光面爆破参数的确定。岩石受损伤后其静态单向抗压强度&、静态单向抗拉强度、应力波衰减系数瓯同损伤前相应参数有如下关系:&=(《)=(《)%奇式中:手为损伤因子.因此岩石损伤后不耦合系数可用下式表示:(蠡b≤nhK.poD(ae)sj(一=)l‰(《)耐J猷厣』相应地炮孔间距为:『丝}曲.蹴l(群赫)出乎Jn∞万方数据万方数据第卷第期付玉华等:岩体巷道光面爆破参数比较分析与应用其它公式不变式()等号右边包含两项分别表示了爆炸应力波动作用和爆生气体准静应力作用即炮孔贯通裂纹的形成是爆炸应力波和爆生气体共同作用的结果同时公式也表达出了损伤使岩石强度降低和弱化应力波作用的双重效应.实例及比较分析.工程实例河南某矿矿区地表标高nl主矿体厚大位于破碎构造带内围岩及矿体结构破碎强度低拟采用自然崩落法开采.在现场进行了矿块采矿试验试验矿块位于in水平对应地表标高为m设计电耙道及围岩裂隙较发育强度较低部分电耙道位于碎裂混合花岗岩、糜棱岩化碎裂混合岩中电耙道设计毛断面.m×.m长m.初期采用普通爆破方法进行电耙道的掘进出现了较多问题主要是爆后成形失准超欠挖严重围岩损伤明显并且这种损伤不断地累积演化常出现冒顶、坍塌现象给巷道支护和后续施工造成很大障碍为此专门对爆破方法进行了研究改进嗍采用了光面爆破.矿区施工队长期使用气腿式凿岩机钎杆直径mm由于岩体破碎钻后孔径在mm左右取db=mm设计炮眼长.m.选用∥岩石铵梯炸药密度po=.#cm炸药爆速D=m/s药卷直径d,=mm取爆破系数c=.kgm根据现场声波测试取周边眼连线上的损伤参量乒..根据室内测试岩石单轴抗压强度取MPa单轴抗拉强度MPa泊松比取O..当不考虑损伤时光面爆破参数计算如下:动载荷下岩石强度提高系数Ko=拉应力集中系数鼯气体碰撞眼壁时的压力增大倍数n=熵指数k=绝热指数r=.临界压力R=MPa径向不耦合系数K,t=dJd,=.按公式()可得轴向不耦合系数取值范围为.≤局≤装药集中度为O.kg/m≤gl≤.kg/m.结合工程经验取qF.kg/m计算得Kt=.计算结果列于表.当计入损伤时为了便于比较保持径向不耦合系数、轴向不耦合系数及装药集中度不变计算所得炮孔间距、最小抵抗线和炮孔密集度列于表.同时根据岩石条件将国内常用光面爆破参数一并列于表.由以上计算可知一方面岩石受损后应力波表电耙巷道光面爆破主要参数衰参数确定方法&为()层I珊舻^姗m不tI'损伤....理论法...计入损伤...o.国窑眷霎笋石.叭训s一∞oo.触s作用下的初始裂缝长度减小到损伤前的O.倍由于岩石力学性能的劣化在爆生气体准静压力作用下形成的裂缝长度比损伤前增加了.倍两者之和即炮孔间距较不考虑损伤时的要大这与张成良【数值模拟的结论一致说明软弱破碎岩体的光面爆破爆生气体准静压力在裂缝的扩展、贯通过程起了主导作用.另一方面理论法计算结果与国内光面爆破常用参数相比在取最低装药集中度的条件下理论法取得了较常用参数更大的炮孔间距提高了爆炸荷载能量利用率.改进后采用光面爆破施工采用参数为ka=.K,.qt=.kg/mE=mmW=mm爆破效果明显改善爆后m进行素喷未出现片帮及冒落轮廓大致符合要求说明以上光面爆破参数理论计算公式合理可行..不同岩石光爆参数比较分析为了对不同岩石条件下的光面爆破参数进行比较分析选取了种岩石【¨一乱作为光面爆破的对象炮孔深、孔径和炸药条件和以上工程实例相同.轴向不耦合系数为.由此可计算出径向不耦合系数及装药集中度的取值范围为了便于比较在计算周边眼间距时径向不耦合系数及装药集中度和上面工程实例中相应值保持不变分别取.和.由此可得损伤条件和不考虑损伤时的周边眼间距(tO表).由表可知根据理论计算在孑L深、孔径和装药相同的条件下岩石越完整稳定程度越高其光面爆破的周边眼间距越小这同工程实际是相符的计入损伤时计算所得损伤光面爆破的周边眼间距较一般光面爆破相应值略大(第和第种岩石除外主要原因是岩石泊松比过大引起应力波衰减系数高削弱了应力波作用)说明在考虑损伤。时光面爆破的周边眼间距可适当增大分析可知就岩石强度而言当岩石单轴抗压强度较大则装药不耦合系数可取较小值以提高炸药爆炸能量利用率单轴抗拉强度越高则光面爆破的周边眼间距值越小所以其它条件不变时决定周边眼间距大小的主要因素是岩石单轴抗拉强度.万方数据万方数据江西理工大学学报年月表岩石力学性质及光面爆破参数结论()炸药在岩石中爆炸产生冲击波、应力波动作用和高温高压爆生气体准静压力作用基于爆炸应力波和爆生气体综合作用理论的光面爆破计算公式是合理可行的适用于不同岩石条件光面爆破参数的确定与经验法相比炸药利用率更高.()在孔深、孔径和装药相同条件下岩石越完整稳定程度越高其光面爆破的周边眼间距越小.()岩石损伤对光面爆破作用过程的影响是复杂的一方面岩石受损后其强度降低有利于形成较长的径向裂纹增大周边眼距和最小抵抗线另一方面损伤也使应力波衰减系数增大侧向应力系数降低使得爆炸在光面层中产生的有效应力减小不利于实现较大的炮眼间距和最小抵抗.计入损伤时光面爆破的周边眼间距可适当增大.()岩石单轴抗压强度较大则装药不耦合系数可取较小值以提高炸药爆炸能量利用率单轴抗拉强度越高则光面爆破的周边眼间距值越小.参考文献:【l】高尔新杨仁树.爆破工程【M】.徐州:中国矿业大学出版社.【】宗琦.软岩巷道光面爆破技术的研究与应用田.煤炭学报():.【】高金石。张继春.爆破破岩机理动力分析叫.金属矿山()..【】高金石杨军张继春.准静态压力作用下岩体爆破成缝方向与机理的研究田.爆炸与冲击():.【】宗琦马芹永.光面爆破参数的理论分析【刀.阜新矿业学院学报(自然科学版)():.【】马芹永.光面爆破炮眼间距及光面层厚度的确定田.岩石力学与工程学报():.忉宗琦陆鹏举罗强.光面爆破空气垫层装药轴向不耦合系数理论研究叨.岩石力学与工程学报():.【】戴俊杨永琦.光面爆破相邻炮孔存在起爆时差的炮孔间距计算田.爆炸与冲击():.【】戴俊.深埋岩石隧洞的周边控制爆破方法与参数确定阴.爆炸与冲击,():.【lo】王文龙.钻眼爆破【M】.北京:煤炭工业出版社.【l】张成良李新平.损伤光面爆破参数确定及数值分析忉.武汉理工大学学报():.【】戴俊杨永琦.损伤岩石周边控制爆破分析叨.中国矿业大学学报。。():.【】赵奎许振华吴贤振.某钼矿采矿方法的优化设计佣.江西理工大学学报():.】王文星.岩体力学嗍.长沙:中南大学出版社.【费子文.采矿手册()M】.北京:冶金工业出版社.万方数据万方数据岩体巷道光面爆破参数比较分析与应用作者:付玉华王兴明欧阳小芽FUYuhuaWANGXingminOUYANGXiaoya作者单位:江西理工大学应用科学学院,江西,赣州,刊名:江西理工大学学报英文刊名:JOURNALOFJIANGXIUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY年卷(期):,()参考文献(条)高金石张继春爆破破岩机理动力分析期刊论文金属矿山()宗琦软岩巷道光面爆破技术的研究与应用期刊论文煤炭学报()高尔新杨仁树爆破工程期刊论文徐州:中国矿业大学出版社费子文采矿手册()期刊论文北京:冶金工业出版社王文星岩体力学期刊论文长沙:中南大学出版社赵奎许振华吴贤振某钼矿采矿方法的优化设计期刊论文江西理工大学学报()戴俊杨永琦损伤岩石周边控制爆破分析期刊论文中国矿业大学学报()张成良李新平损伤光面爆破参数确定及数值分析期刊论文武汉理工大学学报()王文龙钻眼爆破期刊论文北京:煤炭工业出版社戴俊深埋岩石隧洞的周边控制爆破方法与参数确定期刊论文爆炸与冲击()戴俊杨永琦光面爆破相邻炮孔存在起爆时差的炮孔间距计算期刊论文爆炸与冲击()宗琦陆鹏举罗强光面爆破空气垫层装药轴向不耦合系数理论研究期刊论文岩石力学与工程学报()马芹永光面爆破炮眼间距及光面层厚度的确定期刊论文岩石力学与工程学报()宗琦马芹永光面爆破参数的理论分析期刊论文阜新矿业学院学报()高金石杨军张继春准静态压力作用下岩体爆破成缝方向与机理的研究期刊论文爆炸与冲击()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicalnfyjxyxbaspx

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