露天深孔台阶爆破设计参数的确定与协调探讨.pdf
第34卷 第2期 2017年6月 爆 破 BLASTING Vol. 34 No. 2 Jun. 2017 doi10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2017. 02. 008 露天深孔台阶爆破设计参数的确定与协调探讨 姚显春 1, 姚 尧 1,2, 郭炳煊1, 闫 茂 1 (1.西安理工大学岩土工程研究所, 西安710048;2.陕西四方平安爆破工程有限公司, 宝鸡721000) 摘 要 针对当前露天深孔台阶爆破设计中存在的不考虑爆破设计参数之间的协调关系、 不遵从钻孔爆破 的基本公式Q = qV = qabH, 从而导致参数之间相互矛盾的问题, 基于对深孔台阶爆破设计参数相互关系的分 析, 提出了考虑参数协调下的深孔台阶爆破设计方法和步骤。计算得出炮孔孔距a、 排距b, 而不根据工程经 验选定, 其后依据爆破基本公式Q = qabH计算单孔药量Q。算例表明 提出的深孔台阶爆破设计方法与步 骤, 能有效避免盲目根据工程经验选定孔网参数带来的混乱, 明确了该类型爆破设计的合理方法。同时, 对 工程中台阶爆破常用的计算前排炮孔底盘抵抗线的巴隆公式, 指出了其不合理之处, 明确了其应用范围。 关键词 台阶爆破;设计参数;巴隆公式;参数协调 中图分类号 O625 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X(2017)02 -0047 -04 Discussion on Determination and Coordination of Parameters of Deephole Bench Blasting YAO Xianchun1,YAO Yao1, 2, GUO Bingxuan1,YAN Mao1 (1. Institute of Geotechnical Engineering,Xi′an University of Technology,Xi′an 710048,China; 2. Shanxi Sifang Pingan Blasting Engineering Co Ltd,Baoji 721000,China) Abstract Due to no coordination relationship between blasting parameters or drilling factor considered into basic formula for charging Q = qV = qabH,in the design of deep hole bench blasting in open pit,the contradictory problem between blasting parameters came into being. Based on the relationship of deep hole bench blasting parameters,the design of deep hole bench blasting was put forward. The blasthole parameters a and b were calculated based on theo ry but not on the engineering experience,then the single hole explosive amount Q was calculated according to the basic formula Q = qabH. The proposed blasting design method of deephole bench effectively avoided chaos because of blindly determining the blasthole grid parameters and the single hole explosive quantity according to the engineer ing experience. Meanwhile,the Baron Formula,commonly used in engineering blasting calculation for front burden, was further analyzed and the unreasonable case was also put forward. Key words bench blasting;design parameters;baron formula;parameter coordination 收稿日期2017 -01 -28 作者简介姚显春(1975 -) , 男, 讲师、 博士, 从事岩体力学与工程数 值仿真及工程爆破理论与实践的教学与研究工作, (E mail)yxc2049@163. com。 基金项目陕西省教育厅基金(15JK1540)裂隙岩体高温热损伤及工 程应用研究 由于爆破技术的迅速发展和钻孔机械的不断改 进, 在露天爆破中, 深孔台阶爆破占据越来越重要的 位置, 是现代工程爆破技术的主要发展方向[ 1]。由 于往往一次爆破炮孔多、 排数多, 要控制爆破振动、 飞石、 岩石块度等, 对深孔台阶爆破进行设计是不可 缺少的[ 2]。而在具体设计过程中, 设计人员常采用 经验公式、 工程类比法或采用数值模拟方法相似模 型试验等方法确定各孔网参数[ 37]。对于经验公式 或者工程类比法、 数值方法得到的爆破参数, 其结果 往往在实施中出现问题, 譬如计算出的单孔装药量 不能完全装入孔内等, 而对于相似模型试验, 由于受 万方数据 试验条件等多种因素的制约, 一般很难开展。基于 此, 提出一种合理的考虑参数协调的设计方法与步 骤显得尤为必要。 1 露天深孔台阶爆破参数 深孔台阶爆破的主要参数见表1。需要强调的 是, 表1所列的参数并非全部是相互独立的。在爆 破设计中如果根据经验选定台阶高度H、 单孔药量 Q、 炸药单耗q、 孔距a、 排距b, 而不考虑它们之间的 协调关系,不遵从钻孔爆破的基本公式Q = qV = qabH, 从而参数之间相互矛盾, 使设计产生错误。 表1 台阶爆破参数 Table 1 Bench blasting parameters 参数名称符号 单位含义 台阶高度Hm开挖台阶的垂直高度 钻孔倾角θ 竖直孔θ =90斜孔θ不宜 小于60 孔径Dmm钻孔直径 钻孔深度Lm钻孔长度 超钻深度hm炮孔底比台阶底的超深值 装药长度L1m 单孔采用连续装药段的总 长度 填塞长度L2m 孔口用壤土或岩屑堵塞的 长度 底盘抵抗线W1m 炮孔轴心线距台阶坡底线 的水平距离 孔距am同排相邻二孔中心距 排距bm相邻二排炮孔的排间距 炮孔密集系数m 孔距与排距的比值m = a/ b 炸药单耗qkg/ m3 爆落每立方米岩石的炸药 耗量 装药直径dmm 孔内装药直径 装药卷d < D, 装散药d = D 单孔药量Qkg 延米方量VLm3/ m 平均每延米钻孔所爆落的 岩石方量 2 参数的选取与计算 为避免参数间的矛盾造成设计错误, 深孔台阶 爆破参数的确定应按以下顺序进行 (1) 台阶高度H 根据钻孔机械及爆后装渣机 械确定, 一般8 ~12 m。 (2) 孔径D 由所用钻机确定, 深孔爆破一般为 76 ~127 mm; 矿山爆破用牙轮钻机时, 可达到225 ~ 310 mm, 甚至更大。 (3) 钻孔倾角θ 一般选竖直孔, 即θ =90; 必要 时选斜孔, 但限于钻机性能,θ一般不小于60。 (4) 超钻深度h 对于建筑物基础面(简称建基 面) 上的最后一层台阶爆破, 超钻深度是重要参数。 合理的超钻深度, 与台阶高度、 岩石坚硬完整程度和 炸药单耗等因素有关。经验主要公式有 h =(0. 1 ~ 0. 25)H h =(8 ~ 10)D 上列公式选值范围大, 只能用来参考。可靠的 办法是通过现场实测, 确定合理的超钻深度。 (5) 炮孔深度L 由下式算得 L = H + h sin θ (6) 炮孔填塞长度L2 合理的填塞长度应是炮 孔不发生冲炮的最短长度, 它与孔深、 孔径、 药径及 填塞质量等有关。经验公式有 L2=(0. 7 ~ 1. 0)b L2=(20 ~ 30)D (7) 装药长度L1 采用密实装药结构时 L1= L - L2 (8) 装药直径d 炮孔装散炸药时, 药径等于孔 径, 即d = D; 装药卷时, 一般d = D -(10 ~20 mm) 。 (9) 单孔药量Q 对于密实连续装药结构, 由下 式计算 Q = π 4 d2L1ρ 式中ρ为装药密度, 装散药可取850 kg/ m3, 卷 药900 kg/ m3(粉状乳化炸药或改性铵油炸药)或 950 kg/ m3( 岩石乳化炸药) ; 预订高密度岩石乳化炸 药,ρ值另定。 对于其他装药结构, 例如药径下大上小或分段 装药等, 根据装药结构具体尺寸计算Q。 (10) 炸药单耗qq是爆破的重要参数, 影响它 的因数很多 岩石坚硬完整程度、 爆破块度的要求、 装药结构、 爆破抛掷的要求等。表2为q与岩石坚 固系数f的关系。 表2 炸药单耗q与岩石坚固系数f的关系 Table 2 Relationship between explosive rate q and rock solid coefficient f f0. 8 ~23 ~45681012141620 q/(kgm -3) 0. 40. 430. 460. 500. 530. 560. 600. 640. 670. 70 84爆 破 2017年6月 万方数据 (11) 炮孔密集系数mm = a/ b, 一般选1. 2 ~ 1. 5。炮孔多为梅花形布置, 没有必要追求等边三角 形即b =0. 866a布孔。有个别情况, 例如爆破开采 大块石, 就要选取m < 1,而且采用低单耗和同排 齐爆。 (12) 孔距a、 排距b 由钻孔爆破基本公式 Q = qV = qabH 式中,V为1个炮孔爆破岩石的体积, 其他符号 同前。于是可计算出 ab = Q qH 再按照合理的炮孔临近系数m确定孔距a和 排距b。或者先选定m值, 按下式计算孔距与排距 a = mQ 槡 qH b = Q 槡 mqH 上述各参数排列的前后顺序, 大体上就是工程 设计中的参数计算顺序。由此可看出, 在有关参数 选定后, 孔距a、 排距b是计算出来的, 而不是根据 工程经验选定的。若先选定a、b和炸药单耗q, 按 Q = qabH计算单孔药量Q, 其结果将导致炮孔装药 长度不合理, 甚至炮孔装满炸药, 也达不到计算的Q 值; 如果连单孔药量Q也盲目选取, 那就更混乱了。 3 算例 已知条件 爆区岩石为完整砂岩, 坚固系数f = 6; 钻孔直径D = 100 mm;炸药用袋装粉状乳化 炸药。 参数设计 台阶高度H; 选H =10 m; 超钻深度h =1. 0 m; 采用竖直孔, 孔深L = H + h =11. 0 m; 炮孔填塞长度L2 暂定2. 5 m; 炮孔装药长度L1L1= L - L2=8. 5 m; 单孔药量Q 采用装散炸药, 即d = D =100 mm, 装药密度ρ =850 kg/ m3。计算出 Q = π 4 d2L1 ρ = π 4 0. 12 8. 5 850 = 56. 7 kg 取Q =55 kg。 炸药单耗q参照表1及工程经验,初选q = 0. 45 kg/ m3; 孔距a及排距b 由公式计算 ab = Q qH = 55 0. 45 10 = 12. 2 m2 选b =3. 0 m, 则a =4. 07 m, 取a = 4. 0 m。这 时炮孔密集系数m = a/ b =1. 3; 延米爆破方量VL= abH/ L =10. 9 m3/ m。 上述台阶爆破参数设计计算顺序, 也并非一成 不变, 仍有例外。例如水电站地下厂房开挖, 除顶层 外, 下部各层多用深孔台阶爆破开挖。这时, 由于台 阶长度短, 又要求控制爆破规模和降低单响药量, 往 往先选定炮孔间排距a、b及单耗q值, 按公式Q = qabH求出单孔药量, 最后据此定出装药直径d及钻 孔直径D。 4 关于巴隆公式的讨论和台阶爆破第 一排炮孔位置的调整 在工程爆破教材、 手册和书籍中[ 1,8,9], 都介绍 了的巴隆公式, 用来计算台阶爆破前排炮孔底盘抵 抗线; 爆破技术人员也试图将此公式用于工程设计, 但结果并不合理。此公式为 W1= D 0. 785ρτ 槡qm 式中W1为炮孔底盘抵抗线,m;D为炮孔直 径,m;ρ为装药密度,kg/ m3;τ为炮孔装药系数, 即 装药长度与炮孔长度之比, 一般为0. 7 ~ 0. 8;q为 炸药单耗,kg/ m3;m为炮孔密集系数。 首先, 巴隆公式用孔径而不用药径是不对的; 不 考虑台阶面的坡度对计算炮孔底盘抵抗线的影响是 不合理的。如图1所示, 当炮孔药量一定时计算出 的底盘抵抗线, 既能适用于陡坡, 又适用于缓坡, 显 然是不合理的。 图1 台阶爆破底盘抵抗线 Fig. 1 Chassis resistance line of bench blasting 经具体计算, 得出的底盘抵抗线往往过小, 并不 合理。例如台阶高H = 10 m,竖直孔,孔径D = 94第34卷 第2期 姚显春, 姚 尧, 郭炳煊, 等 露天深孔台阶爆破设计参数的确定与协调探讨 万方数据 100 mm, 超深1. 0 m, 孔深L = 11 m, 装药系数 τ = 0. 75, 装药密度ρ =900 kg/ m3, 单耗q =0. 45 kg/ m3, 炮孔临近系数m = 1. 2。则用巴隆公式计算出底盘 抵抗线W1仅为3. 13 m。可以想见, 当台阶坡度不 陡时,3. 13 m的底盘抵抗线连钻机在坡顶的安全距 离都不能保证。 经我们深入分析, 将巴隆公式中的孔径D改为 药径d, 巴隆公式就是竖直炮孔无超钻深度情况下, 前面所述的炮孔排距b的计算式。即由上列排距b 的计算公式b =槡Q/ mqH, 将Q = π 4 d2L1ρ、H = L、 L1 L = τ 、 π 4 = 0. 785代入上式, 即可得到形式与巴隆 公式完全一样的计算式 b = d 0. 785ρτ 槡qm 如果计入超钻深度对计算的影响, 而且并不限 制一定为竖直炮孔, 这时炮孔平均抵抗线的巴隆公 式为[ 9] b = d 0. 785ρτL 槡qmH 由此得出结论 巴隆公式是计算台阶爆破前排 炮孔平均抵抗线(这已计入台阶坡面的影响)的理 论公式, 并不适用于计算底盘抵抗线。 在现场布置前沿第一排炮孔时, 其平均抵抗线 ( 用皮尺、 罗盘实测)往往大于计算出的排距b。这 时应根据每一炮孔的具体地形, 适当加密炮孔, 即减 小孔距, 使第1排各炮孔所承担的爆破方量与后排 炮孔基本相同。若实测出第一排某炮孔平均抵抗线 为W′, 则应将其与左右炮孔的间距a′调整为 a′ = ab W′ 5 结语 根据经验公式或工程类比法选定露天深孔台阶 爆破相关参数而不考虑它们之间的相互协调, 不遵 从钻孔爆破的基本公式Q = qV = qabH, 设计必然产 生错误。工程中应考虑参数的协调, 按规定的方法 与步骤进行设计计算。巴隆公式可作为台阶爆破设 计的参考, 但不能用于确定前排炮孔底盘抵抗线; 前 排炮孔孔距a′应根据a′ = ab/ W′进行修正。 参考文献(References) [1] 汪旭光.爆破设计与施工[M].北京 冶金工业出版 社,2015. 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