井下爆破空气冲击波安全距离诺模图实现.pdf

第3 0 卷第3 期 2 0 1 3 年9 月 爆破 B L A S T D I i G V 0 1 ．3 0N o ．3 S e p ．2 0 1 3 d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 3 ．0 3 ．0 0 8 井下爆破空气冲击波安全距离诺模图实现 蓝成仁，王成钢，张承超 河北工程大学资源学院，邯郸0 5 6 0 3 8 摘要 井下爆破空气冲击波超压计算公式属于多变量的指数函数表达式，安全距离的解算需要通过数值 计算方法，不便于现场运用。诺模图法可以把数学方程变换成变量之间的直线或曲线图，方便问题的求解。 本文依据井下空气冲击波超压计算公式，以人体能够承受的超压为定值，采用诺模图技术制作出了爆破药 量、安全距离、巷道特征参数之间的图形关系，利用绘制的图形可以确定爆破安全距离。该方法包含数据量 大，精度符合工程要求，查用简单方便，可以作为确定井下空气冲击波安全距离的标准用图。 关键词 井下爆破；空气冲击波；安全距离；诺模图 中图分类号0 3 8 2文献标识码A文章编号 1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 3 0 3 0 0 3 9 0 4 R e a l i z a t i o no fS a f eD i s t a n c eo fA i rS h o c kW a v eb y N o m o g 】 ‘ U n d e r g r o u n dB l a s t i n g N o m o g r a m i nu n a e r g r o u n dB i a sn g I _ A NC h e n g t e n ，W A N GC h e n g - g a n g ，Z H A N GC h e n g c h a o R e s o u r c e sC o l l e g e ，H e b e iE n g i n e e r i n gU n i v e r s i t y ，H a n d a n0 5 6 0 3 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h ef u n c t i o ne x p r e s s i o no fo v e r p r e s s u r eo fb l a s ta i rs h o c kw a v ei sam u l t i v a r i a t ef o r m u l a ．T h es a f e t y d i s t a n c en e e d sn u m e r i c a lc a l c u l a t i o n ，w h i c hi sn o tS Oe a s yt oa p p l yi np r a c t i c e ．I nt h en o m o g r a mf i g u r e ，t h ev a r i a - b l e so fm a t h e m a t i c a le q u a t i o n sa r cc o n v e r t e di n t ol i n ec h a r to rg r a p ha n di m p r o v ew o r k se f f i c i e n c yg r e a t l y ．A c c o r d i n g t ot h ec a l c u l a t i o nf o r m u l a so ft h ea i ro v e r p r e s s u r eu n d e r g r o u n d ，t h es a f ed i s t a n c en o m o g r a mo fa i rs h o c kw a v eW a sd e - t e r m i n e db yt h er e l a t i o n s h i pa m o n ge x p l o s i v ea m o u n t ，s 出t yd i s t a n c ea n dt u n n e ls t r u c t u r ep a r a m e t e r s ．T h en o m o - g r a mc o n t a i n sal o to fd a t aw i t hh i g h e ra c c u r a c ya n dc o n v e n i e n c e ，t h e r e f o r e ，w h i c hC a l l b eu s e da s as t a n d a r dd i a - g r a mt od e t e r m i n et h es a f ed i s t a n c eo fa i rs h o c kw a v ei nu n d e r g r o u n db l a s t i n g ． K e yw o r d s u n d e r g r o u n db l a s t i n g ；a i rs h o c kw a v e ；s a f ed i s t a n c e ；N o m o g r a m 当装药爆炸时，从炮孔中冲出的高压气体以及 被抛掷的岩石压缩周围的空气，形成空气冲击 波] 。井下爆破作业空气冲击波沿巷道呈一维传 播，具有传播距离远，强度衰减慢的特点，常常崩倒 支架、损坏设备、危及人身安全旧J 。因此，确定空气 冲击波的安全距离至关重要。 井下爆破空气冲击波的强度与起爆的炸药量、 炮孔的堵塞情况、巷道面积和表面粗糙程度、离开爆 收稿日期2 0 1 3 0 4 3 0 作者简介蓝成仁 1 9 6 3 一 ，男，教授，硕士研究生学历，河北省工程 爆破协会专家委员会委员，长期从事爆破技术的研究与 应用， E m a i l b l u e t o 1 6 3 ．c o r n 。 源的距离等多种因素有关，计算公式较为繁杂。从 现有公式中求解出安全距离，需要编制出计算机程 序，进行数值计算，不利于现场应用。将繁琐的解析 计算转化成图表法可以简化计算过程，提高工作效 率，是爆破设计中一种较为实用的方法。 诺模图法就是根据一定的几何条件，把一个数 学方程的几个变量之间的函数关系，画成相应的直 线或曲线表示的计算图表“ J 。将诺模图方法运用 到井下爆破空气冲击波超压的求解上，以期为爆破 作业单位确定井下空气冲击波的安全距离提供一条 简单实用的方法。 万方数据 爆破 2 0 1 3 年9 月 1 空气冲击波超压计算公式 井下空气冲击波超压采用式 1 计算‘4 1 妒 3 2 7 0 与一阈舢， 其中a 。．犀 V’丌 式中△P 为井下空气冲击波超压，k P a ；d 。为巷道的 直径，m ；S 。为巷道的断面积，m 2 ；q 为炸药的T N T 当 量，k g ；R 为距爆源距离，m ；∑S 为与药包毗连的巷 道总面积，I T l 2 ；巩，为炸药能量转换为冲击波系数，见 表1 ；口为巷道表面粗糙性系数，见表2 。 表1 能量转换系数m ， T a b l e1 C o e f f i c i e n to fe n e r g yc o n v e r s i o n 炮孔填塞情况能量转换系数 深孔中炮泥长3 m 5 m 不装药的深孔 深孔中炮泥长2 m 3 m 不装药的深孔 l m 不装药的深孔 深孔中炮泥长l m 全部装药的深孔 巷道掘进时炮孔爆破 夹制条件下的深孔爆破或采场深孔爆破 0 ．0 0 5 ～0 ．0 1 0 0 ．0 1 3 ～0 ．0 1 5 0 。0 1 4 ～0 ．0 1 8 0 ．0 1 5 ～0 ．0 2 3 0 ．0 2 3 ～0 ．0 2 5 0 ．0 2 3 0 ．0 2 7 0 ．0 2 5 0 ．0 3 0 0 ．0 5 0 0 ．1 0 0 O ．3 0 0 ～0 ．3 5 0 式 1 表明，空气冲击波超压△P 与R 爆源距离 之间是复杂的函数关系。当已知超压△P 时，通过 简单的数学运算不能求解出距爆源的距离尺。因此 解析计算法很难在现场使用。 表2 巷道表面粗糙性系数厣 T a b l e2R o u g h n e s s ’c o e f f i c i e n to ft h es u r f a c eo ft h et u n n e l 支护类型巷道表面粗糙性系数 混凝土支架 ’不完全的木棚子支架 拱形支架 具有出矿溜口的不完全的木棚子支架 0 ．0 1 0 0 ．0 1 5 0 ．0 2 5 ～0 ．0 3 4 O ．0 2 5 一O ．0 6 0 0 ．0 3 0 0 ．0 5 0 2 诺模图法 为简化从珊趾萎，江￡舢物聪义 是单位面积上转化为空气冲击波的炸药重量。i 是表 明空气冲击波衰减快慢的系数，其值越大，空气冲击 波衰减越快。简化后的空气冲击波超压可按下式 计算 A P 3 2 7 0K 7 8 0 √簧P 2 在进行爆破安全设计时，一般是根据△P 、K 、i 计 算空气冲击波安全允许距离冗。由于i 值取决于巷道 的几何尺寸和表面粗糙度，对于特定的爆破环境属 于定值。△P 对于特定的保护对象也有其对应的安全 值∞] 。因此可以固定△P 、i 的值，研究K 与R 之间的 数量或图形关系，建立空气冲击波安全距离诺模图。 经数学变换，式 2 可转化为 n √揣 0 ．0 1 4 0 ．1 2 3 当人体能够承受的空气冲击波超压△P 0 ．0 2x 1 0 6P a ，i 取不同的固定值时，K 与尺之间的数 量关系见表3 。绘制的诺模图见图1 。 3 诺模图应用 某矿采用扇形深孔爆破法崩矿，巷道断面 9 。0m 2 ，采用拱形支架支护，一次起爆药量折合成 T N T 相当于3 0 0k g ，炮孔中炮泥填塞长度为1m ，试 按人员安全设计空气冲击波安全允许距离。 3 ．1 参数选取与计算 工作面采用拱形支架，依据表2 ，按照空气冲击 波衰减较慢的不利情况，选取J B 0 ．0 2 5 ；深孔爆破 炮泥长度1m ，依据表1 ，选取m 。 0 ．0 2 7 。 i 参 紫- 0 ．0 0 7 小存 儡以4 m K 盟3 0 0 x 0 ．0 2 7 。0 ．9 ∑S 9 3 ．2 安全允许距离确定 在诺模图上，曲线i 0 ．0 0 7 上纵坐标K 0 ．9 所对应的R 值即为安全允许距离，R 1 8 5m 。 3 ．3 正确性验证 将K 、i 、R 值代人式 2 ，计算得到△P 0 ．0 1 9X 1 0 6P a ，与人体能够承受的超压标准0 ．0 2X 1 0 6P a 相当，说明应用诺模图得到的安全距离是正 确的，其精度满足工程设计要求。 万方数据 第3 0 卷第3 期蓝成仁，王成钢，张承超井下爆破空气冲击波安全距离诺模图实现 4 1 表3f 、R 、K 数据表 T a b l e3T h ed a t a s h e e to ff ，Ra n dK 0 ．0 0 3 0 ．0 0 4 0 ．0 0 5 0 ．0 0 6 0 ．0 0 7 0 ．0 0 8 O ．0 0 9 0 ．0 1 0 0 ．0 1 2 0 ．0 1 4 0 ．0 1 5 0 ．0 1 6 0 ．0 1 8 0 ．0 2 0 0 ．0 2 5 0 ．0 3 0 0 ．0 4 0 0 ．0 3 6 0 ．0 3 9 0 ．0 4 3 0 ．0 4 7 O ．0 5 l 0 ．0 5 6 0 ．0 6 1 O ．0 6 7 0 ．0 8 0 0 ．0 9 5 0 ．1 0 4 0 ．1 1 3 0 ．1 3 4 0 ．1 5 9 O ．Z 4 0 0 ．3 5 9 0 ．7 7 5 0 ．0 9 4 O ．1 1 3 0 ．1 3 4 0 ．1 6 0 0 ．1 9 0 0 ．2 2 6 0 ．2 6 8 0 ．3 1 8 0 ．4 4 3 0 ．6 1 3 0 ．7 1 9 0 ．8 4 1 1 ．1 4 6 1 ．5 5 0 3 ．1 9 0 6 ．2 9 8 2 2 ．1 6 4 O ．1 8 4 0 ．2 4 0 0 ．3 1 2 O ．4 0 3 0 ．5 1 8 0 ．6 6 5 0 ．8 4 8 1 ．0 7 8 1 ．7 1 9 2 ．6 9 6 3 ．3 5 4 4 ．1 5 7 6 ．3 1 2 9 ．4 4 8 2 4 ．5 3 9 5 9 ．9 6 2 3 1 8 ．0 2 0 0 ．3 2 0 0 ．4 5 3 0 ．6 3 6 0 ．8 8 6 1 ．2 2 6 1 ．6 8 3 2 ．2 9 3 3 ．1 0 0 5 ．5 4 2 9 ．6 4 1 1 2 ．5 9 7 1 6 ．3 6 3 2 7 ．1 8 1 4 4 ．3 2 7 1 4 1 ．4 2 8 4 2 4 ．0 2 7 3 4 4 8 ．3 4 0 0 ．5 1 9 0 ．7 9 5 1 ．2 0 2 1 ．7 9 7 2 ．6 5 4 3 ．8 7 4 5 ．5 9 0 7 ．9 7 6 1 5 ．7 4 6 2 9 ．9 8 3 4 0 ．8 9 8 5 5 ．4 0 9 9 9 ．9 3 7 1 7 6 ．7 8 5 6 9 2 ．7 9 8 2 5 7 3 ．2 7 1 3 29 9 4 ．5 3 7 0 ．8 0 5 1 ．3 2 9 2 ．1 5 6 3 ．4 3 9 5 ．3 9 1 8 ．3 1 4 1 2 ．6 2 3 1 8 ．8 9 5 4 0 ．7 7 2 8 4 ．4 0 4 1 1 9 ．9 2 5 1 6 9 ．2 1 2 3 3 1 ．0 7 6 6 3 6 ．0 4 1 3 0 8 7 ．9 2 5 1 43 7 2 ．7 3 4 2 9 63 8 3 ．4 1 2 1 ．2 0 9 2 ．1 4 5 3 ．7 1 6 6 ．2 8 9 1 0 ．4 0 9 1 6 ．8 7 2 2 6 ．8 3 7 4 1 ．9 7 7 9 8 ．4 7 1 2 2 1 ．1 1 3 3 2 7 ．2 1 7 4 8 1 ．0 2 1 1 0 2 3 ．0 1 8 2 1 4 1 ．0 4 5 1 30 0 0 ．3 0 6 7 65 0 5 ．2 9 1 25 6 72 3 2 ．1 4 0 0 ．0 5 01 ．5 9 57 0 ．7 1 4 1 5 4 3 ．9 6 32 63 9 5 ．6 2 9 4 0 78 9 2 ．9 2 159 8 80 8 7 ．0 0 58 52 1 06 3 8 ．6 0 0 图1空气冲击波作用于人体的安全允许距离诺模图 F i g ．1 S a f ed i s t a n c en o m o g r a mo fa i rs h o c kw a v ei nu n d e r g r o u n db l a s t i n g 0 O O O O O 0 O 0 O O ∞m m m c ∞m m m K渺限h№n㈠n眨㈦m o o，o，o，●o 万方数据 4 2爆破 2 0 1 3 年9 月 上接第4 页 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 吴亮，朱红兵，卢文波．空气间隔装药爆破研究现状 与探讨[ J ] ．工程爆破，2 0 0 9 ，1 5 1 1 6 ．1 9 ． [ 1 ]w uH a n g ，Z H UH o n g b i n g ，L UW e n ．b o ．A no v e r v i e w a n dd i s c u s s i o no ft h es t u d yo na i r - d e c k i n gb l a s t i n g [ J ] ． E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 0 9 ，1 5 1 1 6 1 9 ． i nC h i n e s e [ 2 ] F O U R N E YWL ，B A R K E RDB 。H O L L O W A YDC ． M o d e ls t u d i e so f e x p l o s i v ew e l l s t i m u l a t i o n t e c h n i q u e s [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fR o c kM e c h a n i c sa n dM i n i n g S c i e n c e s G e o m e c h a n i c sA b s t r a c t s v ，1 9 8 1 ，1 8 2 l1 3 ．1 2 7 ． [ 3 ] DSP r e e c e ．D e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fa3 Dr o c k b l a s tc o m p u t e rm o d e l i n gc a p a b i l i t y u s i n gd i s c r e t e e l e - m e n t sD M CB L A S T3 D [ C ] ∥P r o c2 7A n n u a lC o n f e r e n ． c e o ne x p l o s i v e sa n db l a s t i n gt e c h n i q u e ．O r l a n d ，F l o r i d a U S A ，2 0 0 1 1 1 - 1 8 ． [ 4 ] P A LR o yP ，S I N G HRB ，M O N D A LSK ．A i r - d e c kb i a s ． t i n gi no p e n c a s tm i n e su s i n gl o wc o s tw o o d e ns p a c e r sf o r e f f i c i e n tu t i l i z a t i o no fe x p l o s i v ee n e r g y [ J ] ．J o u r n a lo f M i n e sM e t a l s F u e l s ，1 9 9 5 ，4 3 8 5 ．1 5 ． [ 5 ] M O H A N T YB ．W a l lc o n t r o lb l a s t sa n de x p l o s i v es y s t e m s [ z ] ．c ．I ．LT e c h n i c a l ，1 9 8 1 ． [ 6 ]C H I R O N I S ，N I C H O L A SP ．A i r - s h o c kb l a s t i n g - s n r l o t h e r b l a s t sf o ry o u rb u c k [ J ] ．C o a lA g e ，1 9 8 7 ，9 2 1 1 4 8 - 5 1 ． [ 7 ] C A R L A N DR o b e r tM ，B I G G SH o r a c eG e n e ，H O L L A N D D a v i d ．A c h i e v i n go r e - w a s t es e p a r a t i o nb yd u a l - f r a g m e n t a - t i o nb l a s t i n g [ C ] f f P r o c e e d i n g so ft h eC o n f e r e n c eo nE x p l o s i v e sa n dB l a s t i n gT e c h n i q u e ，1 9 9 0 4 2 3 4 2 8 ． [ 8 ] 卢文波，舒大强，朱红兵，等．空气间隔装药结构在轮 廓爆破中的应用研究[ c ] ∥中国爆破新技术，2 0 0 4 2 9 6 - 3 0 1 ． [ 8 ] L UW e n b o ，S H UD a - q i a n g ，Z H UH a n g - b i n g ．T h ea p p l i - c a t i o no fa i r d e c k c h a r g e i nc o n t o u rb l a s t i n g [ c ] ∥ C h i n a ’SN e wB l a s t i n gT e c h n o l o g y ，2 0 0 4 2 9 6 - 3 0 1 ． i n C h i n e s e [ 9 ] 寇明三，梁建银．控制爆破在竖井口的应用[ J ] ．爆破 器材，1 9 9 2 ，3 0 4 2 4 - 2 6 ． [ 9 ] K O UM i n g - s a n ，L I A N GJ i a n - y i n ．T h ea p p l i c a t i o no fc o n t r o l l e db l a s t i n gi np i tm o u t h [ J ] ．D e m o l i t i o nE q u i p m e n t s a n dM a t e r i a l s ，1 9 9 2 ，3 0 4 2 4 - 2 6 ． i nC h i n e s e [ 1 0 ] 朱金福．预裂爆破技术在公路石质路堑开挖中的应 用[ J ] ．山西建筑，2 0 1 0 ，3 6 9 2 7 5 - 2 7 6 ． [ 1 0 ] Z H UJ i n - f u ．T h ea p p l i c a t i o no f p r e s p l i t t i n gb l a s t i n g t e c h n i q u ei n r o c kc u t t i n ge x c a v a t i o no fh i g h w a y [ J ] ． S h a n x iA r c h i t e c t u r e ，2 0 1 0 ，3 6 9 2 7 5 - 2 7 6 ． i nC h i n e s e [ 1 1 ] 程康，苏微倩，张桂涛，等．空气间隔装药技术周边 孔间距对爆破效果的研究[ J ] ．爆破，2 0 1 1 ，2 8 4 1 5 ．1 9 ． [ 1 1 ] C H E N GK a n g ，S UW e i - q i a n ，Z H A N GG u i - t a n ．A n a l y s i so ni n f l u e n c eo fc o n t o u rb o r e h o l e s s p a c ew i t ha i r - d e c k e dc h a r g eo ns m o o t hb l a s t i n ge f f e c t [ J ] ．B l a s t i n g ， 2 0 1 1 ，2 8 4 1 5 1 9 ． i nC h i n e s e [ 1 2 ] 程康，徐学勇，谢冰．工程爆破动力学基础[ M ] ． 武汉武汉理工大学出版社，2 0 1 1 2 ．3 4 ． [ 1 3 ]朱传云，卢文波．三峡工程临时船闸与升船机中隔墩 爆破安全判据的研究[ J ] ．爆炸与冲击，1 9 9 8 ，1 8 4 3 7 5 - 3 8 0 ． [ 1 3 ] Z H UC h u a n - y u n ，L Uw e n - b o ．B l a s t i n gs a f e t yc r i t e r i o n f o rt h er o c kw a l lb e t w e e nt e m p o r a r ys h i p l o c ka n ds h i p l i f t i nt h r e eg o r g e sp r o j e c t [ J ] ．E x p l o s i o na n dS h o c kW a v e s ， 1 9 9 8 ，1 8 4 3 7 5 - 3 8 0 ． i nC h i n e s e 万方数据