水下钻孔爆破炸药单耗取值优化研究.pdf

第36卷 第4期 2019年12月 爆 破 BLASTING Vol. 36 No. 4  Dec. 2019 doi10. 3963／ j. issn. 1001 －487X. 2019. 04. 017 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 取 值 优 化 研 究 * 李 国 徽 1， 曹 棉 2， 肖 山 2， 张 汉 斌1， 吴 立 1 （1.中 国 地 质 大 学 （ 武 汉 ）工 程 学 院 ， 武 汉430074；2.长 江 重 庆 航 道 工 程 局 ， 重 庆400011） 摘 要 水 下 钻 孔 爆 破 设 计 与 施 工 合 理 的 炸 药 单 耗 取 值 ， 不 仅 有 利 于 提 高 爆 破 效 果 ， 还 能 节 约 成 本 带 来 良 好 的 经 济 效 益 。结 合 三 峡 葛 洲 坝 两 坝 间 莲 沱 河 段 航 道 炸 礁 整 治 工 程 ， 以 瑞 典 设 计 方 法 式 为 基 础 ， 研 究 水 深 变 化 对2号 岩 石 乳 化 炸 药 爆 速 的 影 响 规 律 ， 推 导 出 基 于 提 高 爆 破 效 果 的 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 修 正 公 式 ， 利 用 修 正 后 的 公 式 计 算 出 该 工 程 的 合 理 单 耗 值 为1. 6 kg／ m3。为 了 进 一 步 说 明 修 正 公 式 的 正 确 有 效 性 ， 运 用 ANSYS／ LS-DYNA进 行 数 值 模 拟 计 算 分 析 ，计 算 出 莲 沱 河 段 航 道 炸 礁 爆 破 工 程 的 单 耗 值 控 制 在1. 55 ～ 1. 6 kg／ m3时 能 够 达 到 较 好 的 爆 破 效 果 。修 正 后 的 公 式 计 算 出 的 合 理 单 耗 值 略 大 于 模 拟 计 算 结 果 ， 且 两 种 方 式 计 算 出 的 合 理 单 耗 取 值 误 差 约3. 2％， 误 差 较 小 ， 验 证 了 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 修 正 公 式 的 合 理 性 和 可 靠 性 。 关 键 词 水 下 钻 孔 爆 破 ；炸 药 单 耗 ；爆 速 测 试 ；修 正 公 式 中 图 分 类 号 O383 ＋ . 1 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1001 －487X（2019）04 －0112 －07 Study on Optimization of Explosive Unit Consumption in Underwater Drilling and Blasting LI Guo-hui1，CAO Mian2，XIAO Shan 2， ZHANG Han-bin1，WU Li1 （1. Faculty of Engineering，China University of Geosciences（Wuhan） ，Wuhan 430074，China； 2. Changjiang Chongqing Waterway Engineering Bureua，Chongqing 400011，China） Abstract In the design and conduction of underwater blasting，a reasonable unit consumption value of explosives can not only improve the blasting results，but also save costs of blasting and bring good economic benefits. The effect of water depth on detonation velocity of No. 2 rock emulsion explosive was studied based on the channel reef blasting regulation project of Liantuo river between the Three Gorges Dam and Gezhouba Dam with Swedish design . A modified ula of unit consumption of explosives for underwater blasting was finally obtained in order to improve explosive effects. And a reasonable unit consumption of explosives calculated from this modified ula is 1. 6 kg／ m3. In order to prove the effectiveness and validity of the modified ula，ANSYS／ LS-DYNA was used to simulate the blasting effect. Then the unit consumption of explosives between 1. 55 kg／ m3and 1. 6 kg／ m3can lead to good results in this project. The unit consumption of explosives derived from modified ula is slightly greater than the simulation result and the error is about 3. 2％. The results have proved the rationality and reliability of the modi- fied ula of unit consumption of explosives in underwater blasting. Key words underwater drilling ＆ blasting；explosive unit consumption；detonation velocity test；ula correction 收 稿 日 期 2019 －07 －26 作 者 简 介 李 国 徽 （1995 －） ， 男 ， 硕 士 研 究 生 ， 主 要 从 事 地 下 建 筑 工 程 和 岩 土 工 程 研 究 ， （E-mail）850918850＠ qq. com。 通 讯 作 者 吴 立 （1963 －） ， 男 ， 教 授 、 博 士 生 导 师 ， 从 事 工 程 爆 破 和 地 下 建 筑 工 程 理 论 技 术 研 究 ， （E-mail）lwu＠ cug. edu. cn。 基 金 项 目 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （41672260） ； 中 国 地 质 大 学 （ 武 汉 ） 教 学 实 验 室 开 放 基 金 资 助 项 目 （SKJ2018086） 炸 药 单 耗 是 爆 破 单 位 体 积 矿 岩 的 炸 药 消 耗 量 ， 由 于 影 响 炸 药 单 耗 因 素 较 多 ， 例 如 岩 石 物 理 力 学 性 质 、 爆 破 设 计 参 数 以 及 炸 药 自 身 的 性 能 等 ， 因 此 目 前 没 有 统 一 标 准 定 量 来 规 定 最 优 化 单 耗 量 。在 陆 地 上 万方数据 爆 破 方 面 ， 李 祥 龙 等 研 究 炸 药 单 耗 的 改 变 对 台 阶 爆 破 抛 掷 效 果 的 影 响 ， 得 出 了 抛 掷 率 随 单 耗 变 化 的 关 系 ［1］。张 强 等 通 过 收 集 与 分 析 某 铁 矿 的 爆 破 数 据 ， 得 出 了 该 矿 炸 药 单 耗 的 合 理 区 间 ［2］。 在 对 水 下 爆 破 炸 药 单 耗 方 面 的 研 究 ， 常 用 的 几 种 方 法 主 要 有 工 程 经 验 方 法 、 日 本 炸 药 协 会 公 式 、 瑞 典 设 计 方 法 以 及 水 运 工 程 爆 破 技 术 规 范 （JTS2042008） 中 的 计 算 方 法 。瑞 典 设 计 方 法 相 比 较 其 他 三 种 设 计 方 法 考 虑 相 对 全 面 ， 能 够 较 好 地 解 决 水 下 爆 破 水 深 对 爆 破 效 应 影 响 带 来 的 计 算 精 度 问 题 ， 且 该 方 法 在 实 际 施 工 中 已 经 取 得 了 较 好 运 用 。 基 于 瑞 典 设 计 方 法 ， 国 内 部 分 学 者 对 水 下 钻 孔 爆 炸 药 单 耗 优 化 设 计 展 开 了 研 究 ， 李 泉 对 国 内 外 的 几 种 计 算 公 式 进 行 了 分 析 比 较 ［3］， 提 出 了 基 于 清 渣 设 备 能 力 的 水 下 爆 破 炸 药 单 耗 计 算 的 修 正 方 法 。梁 禹 等 结 合 长 江 某 航 道 水 下 炸 礁 工 程 ， 根 据 瑞 典 设 计 方 法 和 现 场 正 交 爆 破 试 验 ， 优 化 了 炸 药 单 耗 的 合 理 取 值 ［4］。赵 根 基 于 瑞 典 设 计 方 法 ， 考 虑 水 深 影 响 的 炸 药 爆 速 降 低 系 数 ， 进 一 步 改 进 了 水 下 爆 破 炸 药 单 耗 计 算 公 式 ［5］。结 合 三 峡 葛 洲 坝 两 坝 间 莲 沱 河 段 航 道 炸 礁 整 治 工 程 ， 基 于 瑞 典 设 计 方 法 ， 提 出 了 基 于 提 高 爆 破 效 果 的 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 修 正 公 式 ， 并 且 成 功 应 用 于 该 工 程 ， 取 得 了 较 好 的 爆 破 效 果 。 1 工 程 概 况 三 峡 葛 洲 坝 两 坝 间 莲 沱 河 段 位 于 湖 北 省 宜 昌 市 夷 陵 区 ， 属 于 长 江 干 线 上 游 河 段 。该 河 段 航 道 炸 礁 整 治 工 程 实 施 河 段 全 长6. 5 km， 其 中 梳 子 溪 至 晒 经 坪 左 岸LT7区 水 下 边 坡 切 除 施 工 区 域 紧 邻 主 航 道 ， 其 中 炸 礁 区 位 占 据 现 有 部 分 主 航 道 水 域 ， 晒 经 坪 左 岸LT7炸 礁 区 分 为28 m、30 m、32 m三 个 设 计 底 高 区 ， 炸 礁 区 河 床 底 高 在30. 1 ～ 53. 5 m之 间 ， 最 大 施 工 水 深 达37 m。初 始 爆 破 设 计 参 数 如 表1所 示 。 该 区 域 礁 石 为 中 风 化 花 岗 岩 ， 岩 石 动 态 抗 压 强 度 为 108. 6 MPa， 岩 石 动 态 抗 拉 强 度 为8. 35 MPa。 表1 初 始 爆 破 设 计 参 数 Table 1 Initial blasting design parameters 钻 孔 直 径 D／ mm 钻 孔 超 深 Δh／ m 钻 孔 深 度 H／ m 孔 排 距 （a b）／ m 炸 药 单 耗q／ （kgm －3） 单 孔 装 药 量 Q／ kg 1001. 49. 12. 2 1. 91. 557. 1 2 炸 药 单 耗 设 计 优 化 2. 1 基 于 瑞 典 设 计 法 优 化 瑞 典 设 计 方 法 表 明 ， 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 由 以 下 几 部 分 组 成 q ＝ q1＋ q2＋ q3＋ q4（1） 式 中 q1为 基 本 装 药 量 ， 一 般 陆 地 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 的2倍 ， 如 果 水 下 钻 孔 爆 破 是 垂 直 进 行 钻 孔 的 情 况 ， 则q1应 该 再 增 加10％的 药 量 ；q2为 根 据 实 际 水 的 深 度 （H） 而 产 生 的 增 量 ， 取 值 为0. 01H；q3为 爆 破 区 域 上 方 覆 盖 层 增 量 （由 上 方 覆 盖 层 厚 度H2 决 定 ） ，取 值 为0. 02H2；q4为 岩 石 膨 胀 增 量 ，取 0. 03H3，H3为 梯 段 高 度 ，m。 对 于 一 定 体 积 的 岩 石 ， 水 下 爆 破 欲 取 得 与 陆 地 爆 破 相 同 的 破 碎 块 度 ， 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗q与 陆 地 爆 破 炸 药 单 耗qd之 间 存 在 一 定 的 关 系 ， 经 计 算 ， 得 到 关 系 式 如 下 ［5，6］ q ＝ qd／ K2 D （2） KD＝ DS D0 （3） 式 中 q为 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 ，kg／ m3；qd为 陆 地 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 ，kg／ m3；Kd为 水 下 炸 药 爆 速 降 低 系 数 ；Ds为 水 下 炸 药 爆 速 ；D0为 原 炸 药 爆 速 。 由 热 力 学 第 一 定 律 ， 以 及 爆 轰 的 流 体 动 力 学 理 论 ， 推 算 出 一 定 水 深 下 炸 药 的 实 际 做 功 能 力 Es＝ w（Ds） 2 ＝ w（kDD0） 2 ＝ K2 DE （4） 式 中 ，Es为 实 际 水 深 条 件 下 炸 药 的 做 功 能 力 。 当 水 下 钻 孔 爆 破 要 取 得 与 陆 地 爆 破 的 相 同 爆 破 效 果 时 ， 则Es1＝ E， 因 此q ＝ qd／ K2 D。 结 合 瑞 典 设 计 法 ， 可 得 到 修 改 后 的 单 耗 计 算 公 式 q ＝ qd／ K2 D ＋ 0. 01H ＋ 0. 02H2＋ 0. 03H3（5） 2. 2 基 于 爆 速 测 试 实 验 优 化 为 得 到 水 深 对 炸 药 爆 速 的 影 响 ， 采 用 水 压 力 容 器 加 压 来 等 效 水 深 变 化 ， 在 进 行 水 下 钻 孔 爆 破 施 工 时 ， 从 装 药 到 起 爆 的 过 程 大 约0. 5 h， 现 将2＃岩 石 乳 化 炸 药 浸 入 不 同 的 水 压 力 容 器 中0. 5 h， 然 后 进 行 爆 速 测 试 ， 爆 速 测 试 方 法 采 用 测 时 法 测 爆 速 ， 实 验 仪 器 主 要 包 括 起 爆 器 、 待 测 药 卷 、 智 能 五 段 爆 速 仪 、 电 探 针 等 。 雷 管 引 爆 炸 药 后 ， 炸 药 中 将 会 产 生 爆 轰 波 ， 当 爆 轰 波 传 播 到 探 针K位 置 时 ， 信 号 记 录 记 下 时 间T1， 爆 轰 波 继 续 传 播 至J时 ， 记 录 下 时 间T2。则 爆 速 311第36卷 第4期 李 国 徽 ， 曹 棉 ， 肖 山 ， 等 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 取 值 优 化 研 究 万方数据 D ＝ L／（T1－ T2） 。2号 岩 石 乳 化 炸 药 的 爆 速 随 不 同 水 压 力 的 变 化 如 下 表2。 图1 智 能 五 段 爆 速 仪 器 Fig. 1 Intelligent five-stage detonation velocity instrument 图2 测 试 原 理 Fig. 2 Testing principle of detonation velocity 表2 不 同 水 压 力 容 器 中2号 岩 石 乳 化 炸 药 爆 速 测 Table 2 Detonation velocity measurement of No. 2 rock emulsion explosive in different water pressure vessels 水 压 力／ MPaD1D2 爆 速／（ms －1） D3D4D平 均 0. 0050435096511450715081 0. 0549274962497049454951 0. 1048354892490148204862 0. 1547104809473346684703 0. 2043944436440944254416 0. 2543534369436143574360 0. 3042194256424842294238 0. 3540233996395940824015 0. 4039743922393439823953 0. 452321拒 爆2108拒 爆－ 该 实 验 分 为D1、D2、D3、D4四 组 实 验 ， 四 组 实 验 表 明 ， 随 着 水 压 的 增 大 ， 炸 药 的 爆 速 在 逐 渐 下 降 ， 当 静 水 压 力 为0. 45 MPa时 ， 炸 药 出 现 爆 速 骤 降 或 拒 爆 现 象 。求 四 组 实 验 爆 速 的 平 均 值D0，0 ～ 0. 4 MPa 静 水 压 力 时 ， 四 组 实 验D1、D2、D3、D4爆 速 随 水 压 力 变 化 的 关 系 如 图3所 示 。爆 速 平 均 值D0随 水 压 力 变 化 的 关 系 如 图4所 示 。 图4表 明 ， 平 均 爆 速 和 水 压 力 关 系 近 似 线 性 关 系 ， 对 平 均 爆 速 和 水 压 力 关 系 的 折 线 图 进 行 拟 合 ， 得 出 爆 速 与 水 压 力 的 关 系 式 为 Ds＝ D0－3010P，D0为 炸 药 原 爆 速 ， 即 在 陆 上 爆 破 的 爆 速 ，P为 水 压 力 。再 把 水 深 的 水 压 力 的 关 系 带 入 式 中 ， 可 将 公 式 修 改 为 Ds＝ D0－ 30. 1H（6） 图3 爆 速 和 水 压 力 关 系 Fig. 3 Detonation velocity in relation to water pressure 图4 平 均 爆 速 和 水 压 力 关 系 Fig. 4 Average detonation velocity in relation to water pressure 将 上 式 代 入 式 （5） ， 可 得 修 改 后 的 水 下 爆 破 炸 药 单 耗 计 算 公 式 如 下 q ＝ qd ／ 1 － 30. 1H D 0 2 ＋ 0. 01H ＋ 0. 02H2＋ 0. 03H3（H ≤ 40 m）（7） 式 中 H为 实 际 水 深 ， 当H ＞ 40 m后 上 式 可 能 不 再 适 用 ， 因 为 随 着 水 深 的 增 加 ，2号 岩 石 乳 化 炸 药 可 能 出 现 半 爆 或 拒 爆 情 况 。式 中 其 余 符 号 同 前 。 基 于 提 高 爆 破 效 果 的 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 修 正 公 式 ， 采 用 大 孔 距 小 排 距 的 布 孔 方 式 ， 计 算 得 到 优 化 后 参 数 如 表3所 示 。 表3 优 化 后 爆 破 设 计 参 数 Table 3 Optimized blasting design parameters 钻 孔 直 径 D／ mm 钻 孔 超 深 Δh／ m 钻 孔 深 度 H／ m 孔 排 距 （a b）／ m 炸 药 单 耗q／ （kgm －3） 单 孔 装 药 量 Q／ kg 1001. 59. 22. 3 1. 71. 657. 55 411爆 破 2019年12月 万方数据 3 数 值 模 拟 试 验 优 化 3. 1 基 本 计 算 模 型 针 对 水 下 钻 孔 爆 破 的 特 点 ， 为 研 究 三 峡 葛 洲 坝 两 坝 间 莲 沱 河 段 航 道 水 下 钻 孔 爆 破 炸 礁 整 治 工 程 的 合 理 单 耗 取 值 ， 建 立 了 相 关 数 值 模 拟 计 算 模 型 。 研 究 中 采 用 单 一 变 量 法 ， 在 保 证 其 他 条 件 不 变 的 前 提 下 ， 通 过 改 变 装 药 量 ， 即 改 变 药 包 的 尺 寸 来 实 现 炸 药 单 耗 的 变 化 。 结 合 工 程 实 际 情 况 ， 采 用ANSYS／ Ls-Dyna数 值 模 拟 软 件 建 立 模 型 ， 模 型 上 部 水 域 厚 度 为25 m， 下 部 岩 体 厚 度 为11 m。根 据 优 化 后 的 爆 破 设 计 参 数 表 ， 将 模 型 的 炮 孔 直 径 设 为100 mm， 装 药 高 度8 m， 堵 塞 长 度 为0. 8 m， 装 药 分 为 两 段 ， 上 段4 m， 下 段 4 m， 两 段 药 量 中 部 采 用0. 2 m堵 塞 隔 开 ， 炮 孔 和 炸 药 之 间 采 用 水 耦 合 ，炮 孔 间 距 为2. 3 m，排 距 为 1. 3 m。 模 型 的 单 耗 取 值 为1. 1 ～1. 8 kg／ m3（共8个 计 算 模 型 ， 每 个 模 型 炸 药 单 耗 差 值 为0. 1 kg／ m3） 。 模 型 采 用ALE算 法 ， 将x ＝0和y ＝0平 面 设 为 对 称 面 边 界 ，z ＝3600平 面 设 为 自 由 边 界 ， 其 余 各 面 设 为 无 反 射 边 界 。模 型 使 用cm-g-μs单 位 制 。因 文 章 篇 幅 有 限 ， 仅 显 示 水 下 部 分 的 模 型 图 ， 如 图5所 示 。 图5 水 下 部 分 模 型 图 Fig. 5 Model drawing of underwater part 3. 2 材 料 模 型 和 状 态 方 程 （1） 炸 药 的 材 料 模 型 和 状 态 方 程 炸 药 采 用 状 态 方 程 选 用JWL状 态 方 程 材 料 参 数 如 表4所 示 ［7，8］ P（V，E）＝ A 1 － ω R1 V e －R1V ＋ B 1 － ω R2 V e －R2V ＋ ωE V （8） 式 中 A、B、R1、R2和ω为JWL状 态 方 程 参 数 ；E 为 炸 药 的 内 能 ；V为 当 前 相 对 体 积 。 表4 炸 药 的 计 算 参 数 Table 4 Calculation parameters of explosives 密 度 ρ／ （gcm －3） 爆 速 ／（ms －1） C-J压 力／ GPaA／ GPaB／ GPaR1R2ωE0／ GPa 1. 340009. 7374. 43. 234. 150. 950. 37. 00 （2） 水 底 岩 石 材 料 模 型 岩 石 采 用 塑 性 动 力 学 模 型 来 模 拟 。屈 服 应 力 σy与 应 变 率ε关 系 如 下 ［9，10］ σy＝1 ＋ ε C 1 [] p σ ＋ β E0Etan E0－ Etanε [] e p （9） 式 中 σ0为 岩 体 的 初 始 屈 服 应 力 ，Pa；ε为 加 载 应 变 率 ，s －1； C、P为Cowper-Symonds应 变 率 参 数 ； E0为 杨 氏 模 量 ，Pa；Etan为 切 线 模 量 ，Pa；β为 各 向 同 性 硬 化 和 随 动 硬 化 贡 献 的 硬 化 参 数 ，0≤β≤1； 为 有 效 塑 性 应 变 。具 体 参 数 如 下 表5所 示 。 表5 岩 石 材 料 的 计 算 参 数 Table 5 Calculation parameters of Rock materials ρ／ （gcm －3） E0／ GPa μσ0／ MPa Etan／ GPaσc／ MPaσst／ MPaCP硬 化 系 数 ／ β 2. 614400. 2605226108. 68. 132. 633. 960. 7 3. 3 模 拟 结 果 分 析 模 型 炮 孔 附 近 的 岩 石 区 域Mises有 效 应 力 场 随 时 间 的 演 化 过 程 见 图6。 爆 破 模 型 的Mises有 效 应 力 场 演 化 过 程 表 明 ， 炸 药 起 爆 初 始 阶 段 ， 应 力 波 阵 面 由 炮 孔 中 部 位 置 和 底 部 位 置 开 始 向 上 传 播 。此 时 整 个 模 型 的 最 大 应 力 σmax＝1 GPa。随 后 ， 应 力 场 不 仅 沿 炮 孔 长 度 方 向 传 播 ， 也 由 底 部 向 炮 孔 侧 壁 方 向 传 播 ， 应 力 场 形 状 呈 水 滴 状 。在94923. 00 μs时 刻 ，应 力 场 更 加 明 显 ，在 1848. 3 μs时 刻 ， 爆 轰 应 力 波 已 经 冲 出 炮 孔 ， 随 后 应 力 开 始 衰 减 。 岩 石 破 裂 机 理 表 明 ， 不 同 单 耗 模 型 所 产 生 的 爆 破 效 果 不 一 样 ， 整 体 可 以 将 不 同 炸 药 单 耗 的 爆 破 效 果 分 为 三 类 （1）超 爆 ； （2）欠 爆 ； （3）合 理 爆 破 。如 图7所 示 。 图7表 明 ， 当 炸 药 单 耗 过 低 时 ， 爆 破 后 留 有 余 511第36卷 第4期 李 国 徽 ， 曹 棉 ， 肖 山 ， 等 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 取 值 优 化 研 究 万方数据 梗 ， 爆 破 岩 石 处 于 欠 爆 状 态 。而 单 耗 设 计 过 高 ， 则 会 超 爆 ， 炸 药 消 耗 过 多 造 成 不 必 要 的 浪 费 ， 同 时 也 会 增 加 爆 破 产 生 的 危 害 。合 理 爆 破 所 对 应 的 单 耗 设 计 最 优 ， 爆 破 效 果 最 好 ， 爆 破 后 不 留 余 梗 。此 时 ， 炮 孔 药 包 爆 炸 所 产 生 的 破 裂 区 边 界 交 点 应 与 设 计 底 高 位 于 同 一 平 面 。 图6 模 型 的Mises有 效 应 力 场 随 时 间 的 演 化 过 程 图 Fig. 6 Diagram of the evolution of Mises effective stress field over time 图7 三 种 爆 破 效 果 图 Fig. 7 Three blasting renderings 模 型 的 孔 距 为2. 6 m， 超 深 为1. 5 m， 炮 孔 底 部 岩 层 厚 度 为2 m， 设 计 底 高 平 面 为Z ＝3. 5 m。依 据 模 型 所 在 坐 标 系 ， 设 置 记 录 线 点P（165，0，350） ， 该 点 在 爆 破 设 计 底 高 平 面 上 。且 距 离 炮 孔 的 水 平 距 离 X ＝ 1／2a， 取 该 点 所 在 单 元1131030的 最 大 切 向 拉 应 力 。该 工 程 区 域 的 岩 石 动 态 抗 压 强 度 为 108. 6 MPa， 岩 石 动 态 抗 拉 强 度 为σt＝ 8. 35 MPa。 当 单 元1131030的 最 大 切 向 拉 应 力τ ＞ σt， 则 说 明 单 元1131030在 破 裂 区 内 ， 此 点 岩 石 发 生 破 坏 ， 属 于 超 爆 类 型 。当 单 元1131030的 最 大 切 向 拉 应 力τ ＝ σt， 则 说 明 单 元1131030在 破 裂 区 边 界 上 ， 为 最 优 爆 破 效 果 。当 单 元1131030的 最 大 切 向 拉 应 力τ ＜ σt， 则 说 明 单 元1131030在 弹 性 振 动 区 内 ， 此 处 岩 石 未 发 生 破 坏 ， 属 于 欠 爆 类 型 。不 同 模 型 单 元1131030的 切 向 拉 应 力 峰 值 如 表6所 示 。 表6 不 同 模 型 单 元1131030的 切 向 拉 应 力 峰 值 Table 6 The tangential tensile stress peaks of different model elements 1131030 模 型 号12345678 单 耗／（kgm －3）1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 51. 6 1. 71. 8 τ／ MPa5. 96. 4 7. 1 7. 7 7. 9 8. 8 9. 29. 8 25 m水 深 条 件 下1131030单 元 的 切 向 拉 应 力 峰 值 与 炸 药 单 耗 的 关 系 如 图8。 图8 岩 石 单 元 切 向 拉 应 力 峰 值 与 炸 药 单 耗 的 关 系 Fig. 8 Relationship between peak tangential tensile stress of rock element and unit consumption of explosive 图8表 明 ， 随 着 单 耗 的 增 大 单 元1131030的 切 向 拉 应 力 峰 值 在 增 大 ， 当 炸 药 单 耗 小 于1. 5 kg／ m3 时 ， 最 大 切 向 拉 应 力τ ＝7. 9 MPa ＜ σt， 单 元1131030 达 不 到 破 碎 效 果 ， 爆 破 后 会 留 有 余 梗 ， 单 耗 设 计 值 过 低 ， 岩 石 处 于 欠 爆 状 态 。当 炸 药 单 耗 为1. 6 kg／ m3 时 ， 最 大 切 向 拉 应 力τ ＝ 8. 8 MPa ＞ σt， 单 耗 设 计 值 611爆 破 2019年12月 万方数据 过 高 ， 岩 石 处 于 超 爆 状 态 ， 炸 药 使 用 过 多 造 成 没 必 要 的 浪 费 ， 因 此 ， 选 择 炸 药 单 耗 取 值 在1.55 ～1.6 kg／ m3 时 ， 更 接 近 于 最 佳 的 单 耗 取 值 ， 达 到 更 高 的 爆 破 效 果 。 单 耗 取 值 为1.6 kg／ m3的 模 型6中 单 元1131030的 切 向 拉 应 力 如 图9所 示 。 图9 模 型6单 元1131030单 元 切 向 拉 应 力 曲 线 Fig. 9 Model 6 unit 1131030 unit tangential tensile stress curve 4 实 际 工 程 应 用 基 于 提 高 爆 破 效 果 的 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 修 正 公 式 ， 成 功 应 用 于 三 峡 葛 洲 坝 两 坝 间 莲 沱 河 段 航 道 炸 礁 整 治 工 程 ， 采 用 初 始 爆 破 参 数 （表1）进 行 水 下 钻 孔 爆 破 的 炸 礁 效 果 图 如 图10所 示 ， 破 碎 岩 石 的 块 度 较 大 ， 爆 破 效 果 较 差 ， 且 不 利 于 后 期 的 清 渣 处 理 。按 照 优 化 后 的 爆 破 设 计 参 数 （ 表3） 进 行 水 下 钻 孔 爆 破 的 炸 礁 效 果 图 如 图11所 示 。破 碎 岩 石 的 块 度 较 小 ， 爆 破 效 果 较 好 ， 且 便 于 清 渣 处 理 。对 比 爆 破 设 计 参 数 优 化 前 后 的 爆 破 效 果 ， 表 明 了 基 于 炸 药 单 耗 修 正 公 式 修 正 水 下 钻 孔 爆 破 炸 药 单 耗 ， 能 够 提 高 莲 沱 河 段 航 道 炸 礁 整 治 工 程 的 爆 破 效 果 ， 带 来 良 好 的 经 济 效 益 。 图10 采 用 初 始 参 数 的 爆 破 效 果 Fig. 10 Blasting effect with initial parameters 5 结 论 （1）2号 岩 石 乳 化 炸 药 在 不 同 水 压 条 件 下 的 爆 速 测 试 试 验 ， 揭 示 了2号 岩 石 乳 化 炸 药 在 水 压 力 为 0 ～0. 4 MPa爆 炸 时 ， 炸 药 的 爆 速 会 随 着 水 压 的 增 大 而 降 低 ， 且 大 致 呈 线 性 关 系 ， 当 水 压 力 为0. 45 MPa 时 ， 爆 速 会 出 现 突 降 或 炸 药 拒 爆 现 象 。 图11 采 用 优 化 参 数 的 爆 破 效 果 Fig. 11 Blasting effect with optimized parameters is adopted （2） 通 过 能 量 关 系 的 推 导 ， 可 知 当 水 下 钻 孔 爆 破 要 取 得 与 陆 地 爆 破 的 相 同 爆 破 效 果 时 ，qs＝ qd／ K2 D， 基 于 瑞 典 经 验 公 式 以 及 爆 速 测 试 试 验 ， 得 出 提 高 爆 破 效 果 的 单 耗 优 化 设 计 公 式 。并 在 三 峡 葛 洲 坝 两 坝 间 莲 沱 河 段 航 道 炸 礁 整 治 工 程 中 得 到 了 运 用 ， 优 化 爆 破 炸 药 单 耗 显 著 的 提 高 爆 破 效 果 。 （3） 数 值 模 拟 试 验 分 析 发 现 ， 当 仅 改 变 单 耗 时 ， 爆 破 设 计 底 高 位 与 炮 孔 药 包 爆 炸 所 产 生 的 破 裂 区 边 界 交 点 位 于 同 一 平 面 时 ， 爆 破 效 果 最 好 ， 所 对 应 的 模 型 为 最 优 单 耗 模 型 。依 据 实 际 工 程 建 立 模 型 ， 研 究 表 明 莲 沱 河 段 航 道 炸 礁 整 治 工 程 炸 药 单 耗 取 值 1. 55 ～1. 6 kg／ m3时 ， 爆 破 效 果 最 好 。 参 考 文 献 （References） ［1］ 李 祥 龙 ， 张 松 涛 ， 徐 有 志.炸 药 单 耗 对 台 阶 抛 掷 爆 破 效 果 的 影 响 研 究 ［J］.北 京 理 工 大 学 学 报 ，2016，36（12） 1233-1236. ［1］ LI Xiang-long，ZHANG Song-tao，XU You-zhi. 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