巷道深孔掘进不同药径比爆破动力研究.pdf

第３４卷 第３期 ２０１７年９月 爆 破 ＢＬＡＳＴＩＮＧ Ｖｏｌ． ３４ Ｎｏ． ３  Ｓｅｐ． ２０１７ ｄｏｉ１０． ３９６３／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１ -４８７Ｘ． ２０１７． ０３． ０１２ 巷道深孔掘进不同药径比爆破动力研究* 柴修伟 １， 阎要锋１， 倪小山２， 习本军２， 徐 亮 ２， 陈国祥３， 许 奎 １ （１．武汉工程大学资源与土木工程学院，武汉４３００７４；２．湖北兴发化工集团股份有限公司， 兴山４４３７１１； ３．河南工程学院安全工程学院， 郑州４５１１９１） 摘 要 近年来， 随着矿山机械化程度的不断提高， 大型先进凿岩台车的普遍推广应用， 某些矿山在深孔掘 进爆破过程中出现了炮孔药径比不匹配的问题。为了确定合理的炮孔药径比， 运用有限元数值模拟软件 ＡＮＳＹＳ／ ＬＳ-ＤＹＮＡ构建巷道深孔爆破中装药结构的计算模型，４种炮孔药径比分别取１∶ １、１∶ １． ２、１∶ １． ２２５、 １∶ １． ２５， 对典型单元的应力云图和压力时程曲线进行对比分析。计算结果表明 当炸药与孔壁之间有空气介 质存在时， 应力波压力峰值会快速衰减， 能够减少炮孔壁岩石的过粉碎或造成“再生岩石”现象。此外当炮 孔药径比为１∶ １时， 单元压力峰值随着远离炮孔装药轴线衰减最快， 而炮孔药径比１∶ １． ２时， 压力峰值则衰 减最慢。对于钻头直径φ ４５ｍｍ的凿岩台车， 合适的炸药药卷直径为φ ３８ ～４０ｍｍ， 可依此指导矿山企业合 理定购爆破器材。 关键词 地下矿山；巷道掘进；深孔掏槽；药径比；动力分析 中图分类号 ＴＵ２３５． １ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００１ -４８７Ｘ（２０１７）０３ -００６８ -０６ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ ｔｏ Ｈｏｌｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｎ Ｄｅｅｐ Ｈｏｌｅ Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｌａｓｔｉｎｇ ＣＨＡＩ Ｘｉｕ -ｗｅｉ１，ＹＡＮ Ｙａｏ-ｆｅｎｇ１，ＮＩ Ｘｉａｏ-ｓｈａｎ２，ＸＩ Ｂｅｎ-ｊｕｎ２，ＸＵ Ｌｉａｎｇ２，ＣＨＥＮ Ｇｕｏ-ｘｉａｎｇ３，ＸＵ Ｋｕｉ１ （１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ；２． Ｈｕｂｅｉ Ｘｉｎｇｆａ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ Ｌｔｄ，Ｘｉｎｇｓｈａｎ ４４３７１１，Ｃｈｉｎａ； ３． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５１１９１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｎｅ ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，ｔｈｅｒｅ ｅｘｉｓｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｂａｄ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｔｏ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｔｕｎｎｅｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｓｏｍｅ ｍｉｎｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗｉｄｅ- ｓｐｒｅａｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｄｖａｎｃｅｄ ｄｒｉｌｌ ｊｕｍｂｏ． Ｔｏ ｄｅｃｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｔｏ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ，ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ／ ＬＳ-ＤＹＮＡ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｔｕｎｎｅｌ ｂｌａｓｔｉｎｇ． Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ４ ｔｙｐｅｓ ｒａｔｉｏｓ ｗｉｔｈ １∶ １、１∶ １． ２、１∶ １． ２２５、１∶ １． ２５，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｎｅｐｈｏｇｒａｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｕｎｉｔ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｗｈｅｎ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｉｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｈｏｌｅ ｗａｌｌ，ｔｈｅ ｐｅａｋ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｉｌｌ ａｔｔｅｎｕａｔｅ ｒａｐｉｄｌｙ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｏｖｅｒ ｂｒｏｋｅｎ ｏｆ ｈｏｌｅ ｗａｌｌ ｏｒ“ｒｅｎｅｗ ｒｏｃｋ”． Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｉｓ １∶ １，ｔｈｅ ｐｅａｋ ｏｆ ｕｎｉｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｄｕｃｅｓ ｆａｓｔｅｓｔ ｆａｒ ａｗａｙ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｅ，ｂｕｔ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｉｓ １∶ １． ２，ｔｈｅ ｐｅａｋ ｏｆ ｕｎｉｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｄｕｃｅｓ ｓｌｏｗｅｓｔ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ． Ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｉｔ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｄｒｉｌｌ ｊｕｍｂｏ ｉｓ φ ４５ ｍｍ， ｔｈｅ ｂｅｆｉｔｔｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ φ ３８ ～４０ ｍｍ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｆ ｂｅｎｅｆｉｔ ｔｏ ｏｒｄｅｒ ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｍｉｎｅ ｃｏｍｐａｎｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｅ；ｔｕｎｎｅｌ ａｄｖａｎｃｅ；ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｃｕｔｔｉｎｇ；ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｔｏ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ；ｄｙｎａｍｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ 万方数据 收稿日期２０１７ -０８ -０１ 作者简介柴修伟（１９８０ -） ， 男， 博士、 副教授， 从事爆破工程及安全 监测技术研究， （Ｅ-ｍａｉｌ）３４２６５００１８＠ ｑｑ． ｃｏｍ。 通讯作者徐 亮（１９７６ -） ， 男， 本科、 工程师， 从事地下矿山生产系 统管理及矿山机械化研究， （Ｅ-ｍａｉｌ）ｘｕｌｉａｎｇ６２３３３＠ １６３． ｃｏｍ。 基金项目湖北省教育厅科学技术研究项目（Ｄ２０１７１５０６） ； 湖北省安 全生产专项资金项目（ 鄂安监发（２０１７）３５号） ； 武汉工程 大学科学研究基金项目（１３１２５０４２） 目前， 地下矿山巷道工程主要还是采用炮孔爆 破法进行掘进， 为了提高巷道掘进的效率， 国内外很 多学者从优化巷道掘进的掏槽方式和爆破参数方面 对巷道掘进爆破进行了系统、 详细的理论和实验研 究， 如郑祥滨［ １］、 李萍对螺旋空孔直眼掏糟成腔过 程进行了数值模拟研究［ ２］， 单仁亮［３］、 郭东明对岩 巷掘进直眼掏槽爆破技术进行了实验研究［ ４］， 凌同 华等对菱形楔形混合掏槽爆破方式进行数值模拟和 应用研究［ ５］。除此之外， 炮孔中炸药和炮孔的空间 耦合状态， 对炸药的爆炸性能、 炮孔壁初始压力峰值 大小、 炸药能量利用率以及破岩效果有直接的影响。 钟芮英对炮孔和装药直径的匹配关系进行了分析说 明［ ６］。Ｙｉｌｍａｚ Ｏ［７］， Ｊａｅ Ｋｗａｎｇ Ａｈｎ从应力波的角度 研究了爆破作用下岩体的破坏［ ８］。杨浩［９］、罗 强［ １０］、 宗琦等对巷道掘进爆破采用耦合装药和不耦 合装药对岩体中的动态应力场、 爆破效果的影响进 行了系统的研究［ １１］。 在矿山巷道掘进爆破中多采用水平钻孔， 装填 卷装炸药， 为了方便炮孔装药， 一般装药直径要比钻 孔直径小， 合理的炮孔药径比在方便装药和确保充 足破岩能量的前提下， 能够降低冲击波作用在炮孔 壁上的压力， 增加爆生气体的作用时间， 改进爆破效 果。近年来， 随着矿山机械化程度的不断提高， 大型 先进凿岩台车的普遍推广应用， 某些矿山掘进爆破 过程中出现了炮孔药径比不匹配的问题， 凿岩台车 的钻头直径采用φ ４５ ｍｍ， 而炸药药卷还是多采用 φ ３２ｍｍ标准药卷， 炮孔药径比达到１∶ １． ５左右， 而 合理的炮孔药径比一般不宜大于１∶ １． ２５。针对目 前地下矿山采用凿岩台车进行钻爆作业， 为了确定 合理的炮孔药径比， 根据钻孔设备来选定合适的炸 药药卷规格， 运用有限元数值模拟软件ＡＮＳＹＳ／ ＬＳ - ＤＹＮＡ构建巷道深孔爆破中装药结构的计算模 型， 对炮孔不同药径比１∶ １（ 装药机或混装车装药） 、 １∶ １． ２、１∶ １． ２２５、１∶ １． ２５等药径比进行数值模拟， 对 比分析不同药径比的岩石破碎效果。 １ 理论分析 根据岩石爆破破碎基本理论观点， 岩石的破坏 是应力波和爆生气体共同作用的结果， 爆炸冲击波 传递到岩石中， 以应力波方式使岩石产生大量小裂 隙， 随后爆生气体膨胀作用使这些裂隙继续扩展、 贯 穿。有实验研究表明［ １２］， 爆炸冲击波能量占炸药总 能量的比例较小， 约为１０％ ～ ２０％； 而爆生气体膨 胀作用能量占炸药总能量比重较大， 超过一半以上。 耦合装药时， 爆炸冲击波直接作用在岩石上， 将爆炸 能量直接传给岩石； 当炮孔中炸药与孔壁之间存在 空气介质时， 爆炸冲击波要先压缩空气介质后， 再以 应力波方式作用于岩石。压缩空气需要消耗能量， 虽然直接作用在岩石上的能量受到一定程度的影 响， 但由于空气介质的存在， 产生冲击波的反射和折 射， 也间接提高了爆生气体的作用能量。 ２ 数值模拟计算 ２． １ 本构模型建立 结合某磷矿地下巷道深孔掘进爆破工程， 采用 凿岩台车进行钻孔，孔深一般为３． ５ｍ，孔径为 ４５ ｍｍ， 为了简化模型和便于后续计算， 建立炸药、 空气、 岩石三种材料的准三维计算模型， 由于岩体纵 向尺寸较大不考虑端部效应的影响， 将此类问题归 结为平面应变问题进行处理， 建立１／２模型， 采取对 称面施加对称约束和设置无反射边界，采用 ｃｍ／ ｇ／ μｓ进行建模， 模型尺寸长为（Ｙ方向）４２０ ｃｍ， 宽（Ｘ方向） 为２００ ｃｍ，Ｚ方向１个单位长度。 利用相同的建模思路， 分别建立炮孔药径比为 １∶ １、１∶ １． ２、１∶ １． ２２５、１∶ １． ２５时４个计算模型， 其一 如图１所示。 图１ 计算模型和典型单元选择的示意图 Ｆｉｇ． １ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｕｎｉｔｓ ９６第３４卷 第３期 柴修伟， 阎要锋， 倪小山， 等 巷道深孔掘进不同药径比爆破动力研究 万方数据 ２． ２ 材料本构方程及参数 ＡＮＳＹＳ／ ＬＳ-ＤＹＮＡ软件是大型的有限元显式求 解程序， 其在岩土爆破中已经得到广泛应用， 本模型 包括炸药、 岩石、 空气三种材料， 采用流固耦合算法， 以Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ算法为主， 兼有ＡＬＥ和Ｅｕｌｅｒ算法， 通 过*ＣＯＮＳＴＲＡＩＮＥＤ-ＬＡＧＲＡＮＧＥ-ＩＮ-ＳＯＬＩＤ进行耦 合， 避免计算过程中单元严重畸变引起的计算困难。 炸药采用ＭＡＴ ＨＩＧＨ ＥＸＰＬＯＳＩＶＥ＿ ＢＵＲＮ模型 以及ＪＷＬ状态方程， 其表达式为 Ｐ ＝ Ａ １ - ω Ｒ１ J Ｖ ｅ-Ｒ１Ｖ＋ Ｂ １ - ω Ｒ２ J Ｖ ｅ-Ｒ２Ｖ＋ ωＥ ０ Ｖ （１） 式中Ｐ为压力；Ｖ为体积变化；Ｒ１、Ｒ２、ω、Ｂ和 Ａ均为材料常数；Ｅ０为初始比内能。 岩石单元选用的ＬＳ-ＤＹＮＡ材料模型库内的各 向异性弹塑性模型。 炸药、 岩石、 空气三种材料的计算参数如表１ ～ 表３所示。 表１ 炸药参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 密度 ρ／ （ｇｃｍ -３） 爆速Ｄ／ （ｃｍ μｓ -１） ＰＣＪ／ ＭＰａＫ／ ＭＰａＧ／ ＭＰａ １． ００． ３６３． ２４Ｅ -０２００ 表２ 岩石材料参数 Ｔａｂｌｅ ２ Ｒｏｃｋ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 密度 ρ／ （ｇｃｍ -３） 弹性模量 Ｅ／ ＧＰａ 泊松比 μ 应变率 参数ＳＲＣ 硬化参数 ＢＥＴＡ ２０２． ８５０． ３５０． ０４２１． ０ 表３ 空气参数 Ｔａｂｌｅ ３ Ａｉｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 密度 ρ／ （ｇｃｍ -３） 截断 压力ｐｃ 动态黏度 系数ＭＵ 相对 体积 弹性模量 Ｅ／ ＧＰａ 泊松比 μ １． ２９２９Ｅ -０３０． ００． ００． ００． ００． ０ ２． ３ 计算过程应力云图 将炮孔药径比为１∶ １、１∶ １． ２、１∶ １． ２２５、１∶ １． ２５ 时４个计算模型输入到ＬＳ - ＤＹＮＡ后处理程序中 分别计算， 得到４种不同炮孔药径比的计算过程。 图２所示为孔药径比为１∶ １． ２时的计算应力云图。 从炮孔药径比为１∶ １． ２时的计算应力云图中可 以看出， 炸药在孔底开始起爆， 爆炸冲击波在炮孔周 围岩体的有效应力场呈现椭圆状， 随着应力波在岩 体中继续传播， 应力场会以炸药起爆点为中心沿着 炮孔朝炮孔自由面方向传播， 并在自由界面处形成 反射拉伸波， 并与正应力场形成叠加。 图２ 炮孔药径比为１∶ １． ２时的计算应力云图 Ｆｉｇ． ２ Ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｎｅｐｈｏｇｒａｍ ｗｈｅｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｔｏ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ １∶ １． ２ ３ 结果分析 ３． １ 单元压力峰值对比分析 为了对比分析不同炮孔药径比条件下， 爆炸应 力波在炮孔周围岩体的分布和衰减规律， 对每个计 算模型选取９个典型单元， 沿着炮孔装药竖向方向 选取编号２１７７３、８４３５３、６４８５３、４５１５８、３６９６８的单 元， 垂直炮孔方向选取编号６４８５３、６４８０３、６４７５３、 ６４７０３、６４６６８的单元。不同炮孔药径比时典型单元 的压力峰值如表４所列。 从表４中可以看出， 在典型单元位置处， 随着炮 孔药径比的减小， 初始应力波峰值压力是逐渐降低。 从应力分布规律来看， 在沿炮孔走向的竖向单元中， ６４８５３单元的应力波压力峰值最大，分别为 ３９１７ ＭＰａ、２９８０ ＭＰａ、２８６７ ＭＰａ、２７３４ ＭＰａ， 而３６９６８ 单元的压力峰值最小，为７６０ ＭＰａ、４９６ ＭＰａ、 ４６２ ＭＰａ、４１７ ＭＰａ， 符合柱状药包爆炸应力波分布 规律； 在沿炮孔垂向的横向单元中， 随着单元远离炮 孔轴线，单元的应力波压力峰值迅速衰减，从 ３９１７ ＭＰａ、２９８０ ＭＰａ、２８６７ ＭＰａ、２７３４ ＭＰａ迅速降低 到５４２ ＭＰａ、６２４ ＭＰａ、４４９ ＭＰａ、４３８ ＭＰａ。将竖向单 元和横向单元随着炮孔药径比变化时的变化趋势拟 合成变化曲线， 如图３所示。 从图３中变化曲线可以看出， 在沿炮孔走向方 ０７爆 破 ２０１７年９月 万方数据 向， 不同药径比条件下， 单元的压力峰值变化趋势是 一致的， 药径比１∶ １时各单元的压力比其他三种药 径比条件下的压力峰值高很多， 说明在炮孔和孔壁 之间有空气存在时， 爆炸冲击波经空气介质后再作 用到孔壁岩石， 应力波压力峰值会快速衰减， 能够减 少炮孔壁岩石的过粉碎或造成“再生岩石”现象； 从 在垂直炮孔轴线的横向单元变化曲线看， 炮孔药径 比为１∶ １时， 单元压力峰值随着远离炮孔装药轴线 衰减最快， 从３９１７ ＭＰａ降低至５４２ ＭＰａ； 炮孔药径 比为１ ∶ １． ２２５（从２８６７ ＭＰａ降低至４４９ＭＰａ）和 １∶ １． ２５（ 从２７３４ ＭＰａ降低至４３８ ＭＰａ）的衰减趋势 次之， 炮孔药径比１∶ １． ２时，从２９８０ ＭＰａ降低至 ６２４ ＭＰａ， 单元压力峰值则衰减最慢， 应力作用时间 最长， 在方便装药的前提下， 炮孔药径比１∶ １． ２比其 他药径比更合适。 表４ 不同的药径比下在的竖向、 横向单元压力 Ｔａｂｌｅ ４ Ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｎｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｔｏ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ 竖向单元 横向单元 单元编号炮孔药径比单元压力／ ＭＰａ单元编号炮孔药径比单元压力／ ＭＰａ ２１７７３ １∶ １２２８０ ６４８５３ １∶ １３９１７ １∶ １． ２２２４９１∶ １． ２２９８０ １∶ １． ２２５２１４９１∶ １． ２２５２８６７ １∶ １． ２５２０３０１∶ １． ２５２７３４ ８４３５３ １∶ １２４９８ ６４８０３ １∶ １１４８５ １∶ １． ２２０７６１∶ １． ２２９７９ １∶ １． ２２５２０２０１∶ １． ２２５１２３３ １∶ １． ２５１９７３１∶ １． ２５１２１８ ６４８５３ １∶ １３９１７ ６４７５３ １∶ １９２０ １∶ １． ２２９８０１∶ １． ２１２３７ １∶ １． ２２５２８６７１∶ １． ２２５７５０ １∶ １． ２５２７３４１∶ １． ２５７３７ ４５１５８ １∶ １３８５４ ６４７０３ １∶ １７２０ １∶ １． ２２８５４１∶ １． ２７７２ １∶ １． ２２５２７４４１∶ １． ２２５６１２ １∶ １． ２５２６５７１∶ １． ２５５９８ ３６９６８ １∶ １７６０ ６４６６８ １∶ １５４２ １∶ １． ２４９６１∶ １． ２６２４ １∶ １． ２２５４６２１∶ １． ２２５４４９ １∶ １． ２５４１７１∶ １． ２５４３８ 图３ 不同的药径比下的竖向、 横向典型单元压力变化曲线 Ｆｉｇ． ３ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｎｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｕｎｉｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｔｏ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ３． ２ 单元压力时程曲线对比分析 从上面可以看出， 炮孔药径比的变化会会影响 岩石中的应力波压力峰值。此外， 为了对比分析炮 孔药径比对爆炸冲击波在岩石中的传播和衰减规律 １７第３４卷 第３期 柴修伟， 阎要锋， 倪小山， 等 巷道深孔掘进不同药径比爆破动力研究 万方数据 的影响， 将选择典型单元６４８５３和６４６６８， 将这两个 单元在不同炮孔药径比条件下的单元压力时程曲线 进行对比， 各单元的压力时程曲线如图４、５所示。 图４ 不同的药径比下的典型单元（６４８５３） 压力曲线 Ｆｉｇ． ４ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓｐｅｃｉａｌ ｕｎｉｔｓ（６４８５３）ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｄｉａｍｅｔｅｒ 图５ 不同的药径比下的典型单元（６４６６８） 压力曲线 Ｆｉｇ． ５ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓｐｅｃｉａｌ ｕｎｉｔｓ（６４６６８）ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ａｎｄ ｄｉａｍｅｔｅｒ 从图４中看出， 单元６４８５３在不同炮孔药径比 下， 初始应力波都是快速达到压力峰值， 并很快衰减 下来， 由于距离炮孔装药很近， 岩石在初始应力波作 用下已受压破碎；此外，由于在药径比为１∶ １． ２、 １∶ １． ２２５、１∶ １． ２５时， 装药与炮孔之间存在空气介 质， 使得初始应力波衰减曲线出现更多的上下起伏 变化。 从图５中看出， 单元６４６６８的初始应力波在快 ２７爆 破 ２０１７年９月 万方数据 速达到压力峰值后， 衰减的相对较缓， 并出现了反射 波。虽然在不同炮孔药径比条件下， 初始应力波的 压力峰值变化较大， 但随后出现的反射波压力峰值 基本相近， 可能由于爆生气体的膨胀静压作用引 起的。 ４ 结论 目前， 在矿山安全生产“机械化换人， 自动化减 人” 的指导思想下， 大型先进的凿岩台车会逐步成 为矿山钻孔作业的主力设备， 为直径φ ４５ｍｍ的凿 岩台车钻头所钻凿的炮孔确定合适的炸药药卷， 已 成为矿山爆破作业的迫切任务。 从对所选的炮孔不同药径比１∶ １（装药机或混 装车装药） 、１∶ １． ２、１∶ １． ２２５、１∶ １． ２５的模拟结果来 看， 当炮孔与孔壁之间有空气介质存在时， 爆炸冲击 波经空气介质后再作用到孔壁岩石， 应力波压力峰 值会快速衰减， 能够减少炮孔壁岩石的过粉碎或造 成“ 再生岩石”现象。另外从岩石中应力波的传播 和衰减规律来看， 炮孔药径比为１∶ １时， 单元压力峰 值随着远离炮孔装药轴线衰减最快， 而炮孔药径比 １∶ １． ２时， 单元压力峰值则衰减最慢， 应力作用时间 最长， 在方便装药的前提下， 炮孔药径比１∶ １． ２比其 他药径比更合适。对于钻头直径φ ４５ｍｍ的凿岩台 车， 在成孔的条件下， 根据炮孔药径比１∶ １． ２的原 则， 合适的炸药药卷直径为φ ３８ ～４０ ｍｍ， 指导矿山 企业合理定购爆破器材。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） ［１］ 郑祥滨， 璩世杰， 范利华， 等．单螺旋空孔直眼掏糟成 腔过程数值模拟研究［Ｊ］．岩土力学，２００８，２９（９） ２５８９-２５９４． ［１］ ＺＨＥＮＧ Ｘｉａｎｇ-ｂｉｎ，ＱＩＵ Ｓｈｉ-ｊｉｅ，ＦＡＮ Ｌｉ-ｈｕａ，ｅｔ ａｌ． Ｎｕ- ｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｖｉｔｙ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｙ ｓｉｎｇｌｅ ｈｅｌｉｘ ｐａｒａｌｌｅｌ ｈｏｌｅ ｃｕｔ ｂｌａｓｔｉｎｇ［Ｊ］． Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｍｅ- ｃｈａｎｉｃｓ，２００８，２９（９） ２５８９-２５９４．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］ 李 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［６］ 钟芮英， 李公照．炮孔与药卷直径之最佳匹配［Ｊ］．世 界采矿快报，１９９４（３） １０-１１ ［６］ ＺＨＯＮＧ Ｒｕｉ-ｙｉｎｇ，ＬＩ Ｇｏｎｇ-ｚｈａｏ． Ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｍａｔｃｈ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ［Ｊ］． Ｔｈｅ Ｗｏｒｌｄ Ｍｉｎｉｎｇ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９４（３） １０-１１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［７］ ＹＩＬＭＡＺ Ｏ，ＵＮＬＵ Ｔ． Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｏｃｋ ｄａｍａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｕｎｄｅｒ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｌｏａｄ［Ｊ］． Ｔｕｎｎ Ｕｎｄｅｒｇｒ Ｓｐａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ，２０１３，３８２６６-２７８． ［８］ ＪＡＥ Ｋｗａｎｇ Ａｈｎ，ＤＵＨＥＥ Ｐａｒｋ． Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅａｒ-ｆｉｅｌｄ ｗａｖｅ ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ｄｕｅ ｔｏ ａ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｂｌａｓｔ ｓｏｕｒｃｅ［Ｊ］． Ｒｏｃｋ Ｍｅｃｈ Ｒｏｃｋ Ｅｎｇ，２０１７１２７４-１２７６． ［９］ 杨 浩．巷道掘进爆破耦合装药对爆破效果的影响研 究［Ｄ］．淮南 安徽理工大学硕士学位论文，２０１６． ［９］ ＹＡＮＧ Ｈａｏ． Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ［Ｄ］． ＨｕａｉｎａｎＡｎｈｕｉ Ｕｎｉ- ｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１０］ 罗 强．装药结构对岩体内爆炸应力场的影响研究 ［Ｄ］．淮南 安徽理工大学硕士学位论文，２００６． ［１０］ ＬＵＯ Ｑｉａｎｇ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｓｔｒｅｓｓ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｄｕｅ ｔｏ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｄ］． ＨｕａｉｎａｎＡｎｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［１１］ 宗 琦， 马亚东， 汪海波．煤矿硬岩巷道掘进大直径 炮孔爆破试验研究［Ｊ］．爆破，２０１７，３４（１） ４７-５１． ［１１］ ＺＯＮＧ Ｑｉ，ＭＡ Ｙａ-ｄｏｎｇ，ＷＡＮＧ Ｈａｉ-ｂｏ． Ｌａｒｇｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎ ｈａｒｄ ｒｏｃｋ ｒｏａｄｗａｙ ｏｆ ｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］． Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２０１７，３４（１） ４７-５１．（ｉｎ Ｃｈｉ- ｎｅｓｅ） ［１２］ Ｊ Ｒ布里克曼．分离冲击波和气体膨胀作用的破碎机 理［Ｃ］∥第二届爆破破岩国际会议论文集．长江科学 研究院水利水电爆破咨询服务部， 译． １９９０（１２） ７- １５． ３７第３４卷 第３期 柴修伟， 阎要锋， 倪小山， 等 巷道深孔掘进不同药径比爆破动力研究 万方数据