岩体巷道光面爆破参数的分析与应用[1]

第18卷第lo期 2009颦10月 中 露 矿 业 CHlNAMININGMAGAZINE Vokl8，NO。10 October2009 岩体巷道光面爆破参数的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与应用 彭剐健 (韶关事矿产资源与地质环境监测中心，广东韶荧512026) 摘要：农强度岗、宠憋性好的岩体巾实施光面爆破，邋常都能取得较理想的爆破效果。对予软弱 破碎瓣俸，由予各种结掏弱弱鞠夹滋，以及岩体酶振动攒伤，按常规法参数设计耱滗面璨皴，一般徭赡 获缮较好的爆破效果。针对此类岩体，分析了光渐爆破作用机理和作用过程以及卷体损伤特性。纂于应 力渡苟缫生气体综合作用缀瑗，挺臻了不考虑镄伤程考虑损伤条箨下，光瑟爆破参数确定瓣理论计算方 法。邋过与常用光蕊爆破参数的比较翻珑场爆破论证说明，纂予爆炸应力波拇爆生气体综会作熙理论的 必西爆破计算公式，适用予软弱破碎岩体及损伤者体光颓爆破参数的确定；软弱黻碎者体豹光辩爆玻， 爆炸应力波使炮孔眼壁产生初始裂纹，爆嗽气体壤静聪力在裂缝的扩展、贯遥过程趣了主导作用；光爆 层损伤詹，掰边鼹炮孰问躐灏抵抗线可适警加大。 关键褥：软岩答道；必掰爆破；参数诗箕；按伤 巾圈分炎号：TD235．324文献椽识码：B 文章缩芍：1004--405112009)lO—O103一04 Analysisofsmoothblastingparameterontunnelsinsoft-fracturedrockmass PENGGang-ji，an (MonitoringCenterandSafetyResourcesandGeologicalEnvironment，Shaoguan512026，China) Abstract：Smoothblastingcouldbringgoodblasteffectintheengineeringofhigh-intensityandintegri— tyrockmass。parametersdesignofsmoothblastingbyConventionalmethodsingeneralaredifficulttogeta betterblastingeffectinsoft-fracturedrockmass，Becauseexistingavarietyofweakstructuresurfaceand rockm8ssdamagedbyblasting．Forthiskindofrock。accordingtOtheblastingmechanismandeharaeteris— ticofdamagerockmass，thetheoreticalformulaofsmoothblastingparametersisputforwardbasedoncon一 {unctactiontheoryofexplosionshockwaveandexplosivegas-pressure．Validatedbycomparewithcommon parametersandlocalexplosionexamination，theformulacanapplytOthesoft-fractaredrockmass。 Keywords：weakrocktunnelsmoothblasting；parameterscalculation；damage 光蕊爆破技术被广泛应愆于隧道开挖、并巷 掘进及边坡切割工稷。光西爆破效果取决予岩石 条件、炸药性渍及光爆参数{¨。在强度高、完整性 好豹岩体中赛旌光隧爆破，通常都能取锝较理想 的爆破效果。对于软弱破碎岩体，由于各种结构 菊薅稳软弱夹膘的存在，对光瀑断裂薅的形成产 嫩不良导向作用E2]，同时使得消耗于软弱破碎带的 瀑破能懿增大，加上内圈眼爆玻露光爆滋的振动 攒伤，按常规方法设计参数的光面爆破，一般很 雉获得理想的爆破效果，爆詹巷道轮廓零规整， 恝欠挖攫大，巷遘隧岩破坏严重。 光筒爆破的参数，目前大多根据国内外光衡 牧稿日期：2009一04一06 狠毒舞赍；彭别健(1976一)，贯，工獠黪，主娶从事袋矿及老童 工程稳定住方面的研究工作。 爆破常娟参数，采用工程类沈法麴以确定。这就 使得在参数确定过程巾，不可能对旅爆对象尤其 怒软弱破碎岩体，进行全面、合理她考察，从丽 影响爆破效聚。因此，光蘧爆破参数的确定，应 嘲绕岩石条件和炸药爆破机理开展。国内在光爆 梳理及光爆参数翡理论计算上研究灏多》始】，形成 了以爆炸应力波藏加、爆生气体准静压力及爆炸 疲力波和瀑生气体综合作建为主酶光面瀑破成缝 枧理，褥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会作耀理论，提出了不考 虑损伤和考虑损伤条件下，适用于软弱破碎岩体 的光藏爆破参数确定的理论诗算方法。 1一般光西爆破参数的理论计算 光谣爆破豹参数主要包括：装药结构及装药 万方数据 104 中国矿业 第18卷 量、炮孔间距和最小抵抗线。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。 1．1装药结构及装药量 理论研究和生产实践证明，较为合理的光面 爆破和预裂爆破等，断裂成型控制爆破装药结构 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[7]。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 生气体压力沿炮孑L全长均匀分布，改善了岩石的 破碎块度。 (1)装药结构参数 主要是径向不耦合系数Ka和轴向不耦合系数 K。，两者彼此制约。确定光爆装药结构参数，应 满足以下两个条件：眼壁初始径向冲击压力不大 于岩石的动态抗压强度；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，≤KDS， (1) K。p口一2K。P，≥sP (2) 式中：P，、钆分别为眼壁初始径向压力和初始切向 拉力；KD为动载荷下岩石强度提高系数，可取 KD一10，KDS。既为岩石的动态抗压强度；K。为由 于炮孑L导向而在炮孑L连心线方向产生的眼壁初始 切向拉应力集中系数，其值可按图1取得H3；S尹 为岩石动态抗拉强度，因其受加载速度影响较小， 可认为其与静态抗拉强度相等，既SP—S，。 图1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 泥长度不计时，眼壁初始压力可按下式计算： 夕，一矿1。D2Kd—Kf一1托 (3) 式中：lD0为炸药密度；D为爆速；挖为爆生气体碰 撞眼壁时的压力增大倍数，可取咒一lO。 当光爆中采用特制小药卷爆破时，径向不耦 合系数确定，则轴向不耦合系数为： (器)≤K，≤(酱学)㈤ (2)装药量计算 当径向和轴向不耦合系数确定后，装药集中 度及单孔装药量也就确定了。 一警一瓦巧db群Zpoql (5)一面_一五K，K。2 峋J 式中：q。为装药集中度；d。、d。分别为装药直径和 炮孔直径。 1．2炮眼间距E 确定炮眼间距的方法有多种‘61，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，可近似用下列平衡来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示[10]： d6P6=(E一2n)S。(6) n=(孥)4警 ∽ 式中：a为应力波衰减指数，口=2一A；“为爆炸应 力波在眼壁上形成的初始裂缝长度；钆为爆炸气体 充满炮眼时的静压，可按等熵膨胀过程计算。 z，a2。夕t(爱)17(薏)7=。z，t(爱)iKd-2‘Kl-rc8， 式中：k为熵指数，一般尼一3；r为绝热指数 (r----1．2～1．3)；夕。为临界压力，计算时可取Pt= 200MPa；P。为爆生气体的初始平均压力，为： Po一专100D2 (9) 根据式(6)～(9)可得到炮孔间距E ⋯恼吉+pk(爱)-is'K。a-2rK,-"](10) 1．3最小抵抗线W 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： w一轰 (11) 式中：q。为炮眼内的装药量；l。为炮眼长度；C为爆 破系数，相当于单位耗药量。 也可根据下式确定： m一面E≤一4uc (12)m一面冬i 012’ 式中：m为炮眼密集度系数，一般可取m一0．6～ 万方数据 第10期 彭刚健：岩体巷道光面爆破参数的分析与应用 105 1．2，硬岩取大值，软岩取小值。 2爆破损伤对光面爆破参数的影响 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。岩石损伤 对光爆作用过程的影响是复杂的，具有双重效应， 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。在高强度 岩石中，这种损伤对光面爆破的影响不明显，但对 软弱破碎这类岩石，光面层岩石受爆破损伤其力学 性质参数改变明显。为了获得理想的光面爆破效果， 必须对光面爆破参数进行调整。 张成良[1妇等应用动力有限元程序，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，并 比较两种模型最大有效应力随距离的变化关系。模 拟结果表明：炮孔连心线上靠近孑L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1．1～1．2倍。 戴俊、杨永琦[12]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，提出了光面爆破参数计算公式，认为 岩石损伤后光面爆破炮孑L间距应减小，且损伤程度 越高，减小值越大。公式中只计入了爆炸应力波的 作用，没有考虑爆生气体的准静压力作用，特别对 软弱破碎岩体，其适用度有限。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，软弱破碎岩体光面爆破 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。 3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、应力波衰减系数和损伤前相应参数有 如下关系： &一(1一◇sf <13) S：一(1一pS (14) ％一点 (15) 式中：善为岩石的损伤因子；G为损伤引起的裂纹 岩石损伤后不耦合系数可表示为：(瓯岛)≤K≤(滞) 炮孔间距为：⋯[(焘)学+蜉] 其他公式不变。 公式(17)等式右边包含两项，分别表示了爆 炸应力波动作用和爆生气体准静应力作用，同时， 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。 4工程应用 河南某矿矿区地表标高6501000m，主矿体位 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505～540m水平，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2．2rex2．2m，长40～48m。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， 首先专f-]x,-j-爆破方法进行了改进。 炮孔直径da一40mm，炮眼长1．5m。选用28 岩石铵梯炸药，密度』00—1．09／cm3，炸药爆速 D一3200m／s，药卷直径d。=25ram，根据现场声 波测试，取周边眼连线上的损伤参量e一0．2。根 据室内测试，岩石单轴抗压强度取30MPa，单轴 抗拉强度3MPa，泊松比取0．25。 万方数据 106 中国矿业 第18卷 根据上文分析知，径向不耦合系数Ka一1．6， 轴向不耦合系数取值范围2．54≤K，≤127，由此 知装药集中度为0．04kg／m≤q，≤0．19kg／m。结 合工程 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 ，取q，一0．12kg／m，计算得Kz一 4．08，再据此可得到炮孔间距及最小抵抗，将结 果列于表3。 表3 电耙巷道光面爆破主要参数表 由以上计算可知，一方面，岩石受损后，应力 波作用下的初始裂缝长度减小到损伤前的0．77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1．25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[11]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孑L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 Kd一1．6，Kf一4．08，ql一0．12kg／m，E一5501Tltn， W----750mm，爆破效果明显改善，爆后2～3m进行 素喷，未出现片帮及冒落，轮廓大致符合要求，说 明以上理论计算公式适用于软弱破碎岩体光面爆破 参数的确定。 5结论 (1)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，岩石越破 碎、强度越低，则爆生气体准静压力作用越明显。 因此，软弱破碎岩体条件下的光面爆破参数计算， 应计入爆炸应力波和爆生气体准静压力的作用。 (2)软弱破碎岩体的光面爆破，爆炸应力波使 炮孑L眼壁产生初始裂纹，爆生气体准静压力在裂缝 的扩展、贯通过程起了主导作用。光爆层损伤后， 周边眼炮孔间距和抵抗线可适当加大。 (3)通过与常用光面爆破参数的比较和现场爆 破论证说明，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，适用于软弱破碎岩体及 损伤岩体光面爆破参数的确定。 _ 参考文献 (1)高尔新，杨仁树．爆破工程[M]．徐州：中国矿业大学出 版社．1999：158—159． [2]宗琦．软岩巷道光面爆破技术的研究与应用EJ]．煤炭学 报，2002，27(1)：45—49． (3]高金石，张继春．爆破破岩机理动力分析[J]．金属矿山， 1989，(9)：7—13． (4]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[刀．爆炸与冲击，10(1)：76—84． (5]宗琦，马芹永．光面爆破参数的理论分析EJ]．阜新矿业 学院学报(自然科学版)，1994，13(4)：21—25． (6]马芹永．光面爆破炮眼间距及光面层厚度的确定[J]．岩石 力学与工程学报，1997，15(6)：590一594． (7]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[J]．岩石力学与工程学报，2005，24 (6)：1047—1051． (8]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[J]．爆炸与冲击，2003，23(3)：253--258． (9]戴俊．深埋岩石隧洞的周边控制爆破方法与参数确定 EJ]．爆炸与冲击。2004，24(6)：493--498． [10]王文龙．钻眼爆破[M]．北京：煤炭工业出版社，1989： 193—244． [11]张成良，李新平，等．损伤光面爆破参数确定及数值分析 [J]．武汉理工大学学报，2006，28(7)：86-89． (12]戴俊，杨永琦．损伤岩石周边控制爆破分析EJ]．中国矿 业大学学报，2000，29(5)：496--499． 米米米米爿e米米米米米米米米米采米米米来米米米采米米米米米米米米米米米米并÷米米米米米米米米米{l∈米米拳 “危"中求“机”。逆势而动，世邦产品全面升级 随着全球金融危机的进一步蔓延，大量出口导向型的矿山机械企业首当其冲，出口受阻，不得不压 缩开支，减少产量以等待经济复苏。然而，上海世邦机器有限公司却逆势而动，“危”中求“机”，抓住 国家扩大内需、进行国家基础设施建设的契机，高调开拓国内市场，并连续推出具有国内甚至是国际先 进技术水平的新产品，如VW系列高等级石料破碎整形机、VSISX系列新型制砂机、CS系列新型圆锥 破、欧版颚式破碎机、新版反击式破碎机、欧式T形磨、立式磨粉机等等。同时，为提高产品的质量， 使之更高效、可靠，世邦公司投入巨资更新了大量精密金属切削设备，建立了专门的喷涂车间。这一系 列的举措使世邦的产品销售不仅没有受金融危机的影响，反而连续拿到很多几百万元甚至上千万元的订 单。截至目前，世邦在国内的销售额比2008年同期增长了50％。 万方数据 岩体巷道光面爆破参数的分析与应用 作者： 彭刚健， PENG Gang-jian 作者单位： 韶关市矿产资源与地质环境监测中心,广东,韶关,512026 刊名： 中国矿业 英文刊名： CHINA MINING MAGAZINE 年，卷(期)： 2009,18(10) 参考文献(12条) 1.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 2004(06) 2.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 2003(03) 3.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 2005(06) 4.马芹永 光面爆破炮眼间距及光面层厚度的确定 1997(06) 5.宗琦;马芹永 光面爆破参数的理论分析 1994(04) 6.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 7.高金石;张继春 爆破破岩机理动力分析 1989(09) 8.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 2000(05) 9.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 2006(07) 10.王文龙 钻眼爆破 1989 11.宗琦 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