深孔爆破岩石破碎块度的控制研究.pdf

第2 1 卷第3 期 爆破 V o l2 1N 。3 2 0 0 4 年9 月B L A S T I N GS e p2 0 0 4 文章编号1 0 0 l 一4 8 7 x 2 0 0 4J 0 3 0 0 2 8 一0 4 深孑L 爆破岩石破碎块度的控制研究 孙宝平，徐全军，单海波，邵小亮 解放军理工大学工程兵工程学院。江苏南京2 1 0 0 0 7 摘要根据施工前进行试爆取得的爆破誊数，建立了岩石破碎块度控制模型。按照工程地质簪件和施工 要求，对爆破参数进行了优化．取得了满意的控制效果。 关键词深孔爆破；破碎块度；模型 中图分类号T D2 3 5文献标识码A S t u d yo nC o n t r o l l i n gt h eF r a g m e n t a t i o no fR o c k i nD e e p - h o l eB l a s t i n g S U N B d 0 - ∥H g ，X UQ H n “ 0 ““ ，S H A NH 口f 一6 0 ，S H A oX f 口D f 缸”g E I E C ，P L Au n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，N a n j i n g2 1 0 0 0 7 ，c h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt ob l a s t i n gp a r a m e t e r st 1 1 a tw e r et e s t e di np r e v i o u si m p l e m e n t a t i o n ，t h em o d e lo fc o n t r o 卜 l i “gt h e f r a g m e n t a t i o n i sb u i l t ．I n t e r m so fc o n d i t i o l l s o fe n g i n e e r i “gg e 。1 0 9 ya n d i m p I e m e n t a t i o nd e m a n d s ，t h ep a r 帅e t e 强a r eo p t i m i z e da n d 朝t i s f i e dr ∞u ba r er e c d v e d K e yw o r d s d e e P - h o l e db I a s t i n g ；f r a g m e n t a t i o no fr o c k ；m o d e l 引言 深孔爆破是实现露天石方机械化施工的重要环 节。深孔爆破岩石破碎块度的状况是衡量深孔爆破 效果的一个主要指标。深} L 爆破能有效地控制爆后 岩石的大块率，大块率可控制在8 ％以下。而且爆 堆岩石破碎均匀、大小石块级配合理。大块率低，不 仅可以减少后续的二次破碎工作量，而且大块率每 降低1 ％，装运效率可提高2 ％以上，可以加快装运 速度[ 1 l 。 2 工程概况 21 工程地质条件 该工程位于江苏田湾核电站船山。爆破区域岩 石多为含岩块的二长粒岩，质地坚硬，致密结构，块 收稿日期2 0 0 4 0 6 2 4 作者简介孙宝平 1 9 7 6 一 ．男；南京解放军理工大学工程兵工程学 院硕士生 状构造，岩性单一。岩体没有大的构造通过，只有 小型裂隙节理带。岩体以节理裂隙为其主要地质特 征，按其成因和性质，属构造节理，剪切性质。岩石 透水性差，水的来源主要为雨水通过地表径流通和 径隙水。岩石单饱和抗压强度试验结果指标范围值 8 5 ．7 ～2 2 4 ．7M P a ，标准值8 9 ．1M P a ，抗拉强度 8 ．4 1M P a ，静态弹性模量E 2 50 0 0M P a ，泊松比 F 0 ．2 ，硬度系数， 1 6 ～1 8 ，密度P 2 ．6 5 g ／c m 3 。总体来看，岩体为坚硬岩，完整．较完整、块 状一厚层状结构，基本的质量级别为Ⅱ级[ 2J 。 2 ．2 爆破施工要求 爆破区东侧为施工区、砂石料加工场和搅拌站， 相距2 0 0 ～4 0 0 余m ；南侧为仓储设施，相距1 2 3 ～ 2 0 0m 。施工条件为采用高风压钻钻i L ，炮孔直径 d 1 6 5m m ，梯段主高度H 2 0m 。施工基本要 求是 1 为满足装运，要求控制石料的最大粒径为 8 5 0m m ，避免或减少二次破碎； 万方数据 第2 1 卷第3 期 孙宝平等深孔爆破岩石破碎块度的控制研究 2 为增强堤坝防浪能力和增加堤坝密实度，要 求在连续级配和控制最大粒径的同时应尽量增大岩 块粒径。坝料填筑采用爆炸抛石挤淤，尽量不要产 生较多的细料； 3 扩大f L 网面积，提高钻孔采爆率，节省成本， 提高产量； 4 控制爆破震动和飞散，搅拌站等位置震速必 须小于1c m ／s ，搅拌站、仓储设施均在爆破控制范 围内。 3 爆破块度的控制研究 31 爆破设计思想 考虑上述要求，爆破设计和基本思想建立在充 分利用台阶岩体的层理、节理及原生裂隙相互切割 的基础上。对单个药包能量和总体爆破规模进行控 制，使炸药爆炸的能量合理地分布于爆破岩体中。 从而获得较大的爆破量、理想的块度分布并有效地 控制爆破震动和飞散等危害。其技术要点是 1 充分利用台阶岩体的层理、节理相互切割以 及原生裂隙构成的块状网，和选定较佳的抵抗线方 向和孔网参数； 2 合理布置炮} L 和药包，使炸药均匀地分布于 被爆岩体之中，形成多点分散的布孔方式，防止能量 集中； 3 利用微差爆破技术改善爆落石料块度，提高 爆破质量，降低爆破后冲和震动效应，保证爆后岩体 壁面的稳定和平整，而不致破坏或松动岩体壁面，并 避免或削减地震对环境的不利影响； 4 控制爆破规模和单耗药量。严格控制最大 段药量，采取覆盖、掩护等措施控制飞石。 3 ．2 爆破城度模型的建立 岩石爆破块度分布函数有很多形式，最具代表 性者当数R R R o s i n R a m m l e r 分布度和G G S G a t e ．G a u d i n ．S c u h m a n n 分布。一般认为R R 分布 倾向于粗粒端，G ．G ．S 分布倾向于细粒端。分布参 数z 。和n 均作为实验回归参数。拟采用数理统计 方法来建立爆破参数和爆破块度分布之间的函数关 系式，进而建立爆堆块度控制和预测模型。采用R R 分布为函数模式⋯。 y 1 一e x p [ 一 王 ”] 1 z 0 式中，y 为岩块尺寸小于z 的筛下累积百分率；z 为岩块尺寸；z 。为岩块分布参数、特征块度尺寸，即 筛下累积率为1 一e 一1 约为6 3 ．2 1 ％ 时的块度尺 寸；n 为岩块分布参数。 对式 1 两边求对数有 l 。g [ 一J n 1 一j ， ] ／” l n z J n z o 2 令y l n z ，x l n [ 一l n 1 一y ] ，6 1 ／n ，。 l n z o ，则 yn6X 3 这样R - R 分布在双对数坐标中可以进行线性研 究。下面是每次试爆的块度统计情况 表1 至表5 。 利用最小二乘法线性回归方法，求出历次爆破 块度分布参数z n 和n 表6 。 表1 第1 次试爆大块率 由最小二乘法线性回归计算得，n 6 ．2 0 06 6 0 ．5 1 05 ，z o 4 9 3 ．0 4 48 ，n 19 5 89o 表2 第2 次试爆大块率 由最小二乘法线性回归计算得。口 60 3 6l 6 0 ．5 0 66 ，。o2 4 1 8 ．2 5 86 ，n 1 ．9 7 39 0 万方数据 爆破 2 0 0 4 年9 月 表3 第3 次试爆大块率 由最小二乘法线性回归计算得，口 6 ．3 4 67 6 0 ．4 0 47 ，z o 5 7 0 ．6 0 66 ，n 2 ．4 7 10 0 表4 第4 欢试爆大块率 由最小二乘法线性回归计算得，口 6 ．1 8 20 6 0 ．4 7 05 ，z o 4 8 3 ．9 5 89 ，n 2 ．1 2 54 。 表5 第5 坎试爆大块率 白最小二乘法线性回归计算得。口 6 ．1 7 95 6 0 ．4 4 74 ，z o 4 8 2 ．7 5 05 。n 2 ．2 3 51 。 表6 各次试爆的参数 利用最小二乘法多元线性回归，求出z n 和”的 表达式为 工n 7 ．3 1 43 6 0 7 ．9 9 00 q 一31 9 94 S 1 4 1 ．0 2 95 M 4 8 ．1 9 53 W 4 n O ．9 2 59 2 ．5 1 4O o O ．0 4 23 S 1 ．7 2 14 M 0 ．3 0 76 Ⅳ 5 由式 1 、式 4 和式 5 构成了爆破块度的控 制模型。在求得z 。和“ 值后可由爆破参数预测爆 堆块度组成，同时可通过调整爆破参数得到所要求 的爆堆块度组成。由于台阶高度H 、炮i L 直径d 、 装药种类是不变的。因此，爆堆的块度分布主要由 炸药单耗口、孔网面积S 、密集系数M ，前排孔底 盘抵抗线Ⅳ决定。 3 ．3 爆破参数优化 根据施工要求和条件，铵油炸药为主装药，乳化 炸药为起爆药；采用非电导爆管起爆系统，最大段药 量控制在lt 范围内，梯段面基本整齐竖直，设3 排 钻孔。平面上前后排相互错开布置，装药结构为连 续装药，分段微差起爆。 1 底盘抵抗线的确定。深孔爆破中通常采取底 盘抵抗线，而不是最小抵抗线，选择最小抵抗线时， 钻孔工作量增大，炸药消耗量增多，冲击效能增加， 气体扩张的破碎作用减少；选择最大抵抗线时，后冲 作用增强，底根过大，冲击波不能破碎较大距离的岩 体，也妨碍了气体能量的有效作用。抵抗线达到最 优时，梯段底部撕裂满意，岩石破裂效果良好，抛距 符合要求。底盘抵抗线的选取根据炮孔直径、台阶 高度、岩石特性、炸药威力及对块度与位移的要求选 择。因此，选择瑞典L a n g f o r eU 公式作为底盘抵抗 线。 w 蠡 6 式中，d 为孔径，m m ；E 为炸药质量威力；p 为装药 密度，g ／c m 3 ；c 为岩石常数；，为炮孔底部夹制系 数；古为炮7 L 间距比a 其中d 1 6 5m m ，E 辱 万方数据 第2 1 卷第3 期孙宝平等深孔爆破岩石破碎块度的控制研究3 l o ．8 4 ，P o ．9g ／c m 3 ，c o ．4 5 ，， 1 ，吉 2 ，将 参数代人得Ⅳ 45 8 3m 。 2 孔网面积的确定。从数学上讲，孔网面积S 可以表示成抵抗线w 2 的倍数，设S C w 2 ，C 为常 数，可取1 ～1 ．2 5 。若取C 1 ．2 5 ，则S 2 62 5 0O r n 2 。在满足粒径控制和级配要求前提下，应尽量扩 大孔网面积，以提高钻孔利用率和钻爆效果，提高生 产率。可考虑S 2 7m 2 。 n 3 炸药单耗的确定。炸药单耗为q 茜 0 ．6 1 7 妇／d m 3 。根据岩体性质，查阅有关资料表 明[ 4 』，炸药单耗是基本适宜的。 4 装药长度的确定。由于段药量最大为1t ，如 果每次最多起爆3 个药包，则单孔最大药量Q 为 3 3 3 ．3 3k g 。装药密度P 为09g ／c m 3 ，则装药长度 n _ L 为L 专。一 1 7 ．3 2 1m 。 Ⅱ 要 2 p Z 5 密集系数的确定。n 值表征了岩石破碎的均 匀程度，n 越大则表明破碎均匀程度越好，大块率 和碎矿率均呈负指数形式下降，提高M 值对改善块 度分布具有价值。由式 5 可以看出，随着M 的增 加，”呈线性增长。但工程实践中发现，M 值过 大，易使i L 间形成岩坎，影响下次爆破。经过多次试 验表明，当M 2 左右时效果最好。 6 i L 距、排距和填塞长度的确定。} L 距的值同 孔径和底盘抵抗线有关，孔距A M w 9 ．1 6 5 m o 采用逐排起爆时，排距取底盘抵抗线同样大小， 排距B W 4 ．5 8 3m 。 填塞长度同7 L 径有关，它约是孔径的1 2 ～3 2 倍，视岩石和炸药的性质决定。取填塞长度为5m 。 7 岩块分布参数。将参数q 0 ．6 1 7k g ／d m 3 ； S 2 7m 2 ；M 2 ；w 4 ．5 8 3m 代人式 4 和式 5 得，z o 5 2 8 ．7 3 9 ，n 3 ．0 8 5 ，则爆破块度分布 表达式为 y 。1 _ e x p [ 一‘夏洹i 两 3 。”5 ] 7 由式 7 计算，粒径小于8 0 0m m 的筛下累积百分率 为y 1 一e x p [ 一‘豆等‰ ”8 5 ] 9 72 3 ％，岩块 粒径大于8 0 0 m m 的百分率为27 7 ％。按上述参数 进行实爆，结果大块率均控制在3 ％内，表明设计参 数对爆破整体块度的控制较为合理。 4 结 论 a ．采用R R 分布为函数模式，利用最小二乘法 线性回归方法，求出了分布参数勘和n 值，建立了 具体的爆破块度控制模型； b 建立爆破块度模型后，根据工程地质条件和 爆破施工要求调整爆破参数获得所需的块度组成 c 从实爆情况来看，发现后冲较大，下一循环梯 面不整齐，龟裂严重，下次爆破易冲炮，飞散难以控 制，造成施工不便。进一步观察发现，大块主要产生 在台阶面和台阶顶部，因此要进一步改善爆破效果， 就必须从改善施工技术着手，对后冲进行重点治理。 参考文献 [ 1 ] 史雅语，金骥良，顾毅成工程爆破实践[ M ] 台肥中 国科学技术大学出版社，2 0 0 2 ． [ 2 ] 贺早亮．露天台阶深孔爆破块度研究[ D ] 南京解放 军理工大学工程兵工程学院，2 0 0 3 [ 3 ] 杨军。黄风雷岩石爆破理论模型及数值模拟[ M ] 北京科学出版社．1 9 9 9 ． 【4 ] 陶颂霖凿岩爆破[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 6 d 一一⋯⋯。⋯⋯⋯- ，* - 4 ⋯_ √q ⋯‘⋯一⋯⋯⋯⋯～。．_ ，1 ，h _ ⋯1 。- 1 ⋯⋯√”I 。一．h 湖北省第七期爆破工程技术人员培训考核班 即将举办 应企业广大工程爆破技术人员要求，经湖北省爆破学会研究、湖北省公安厅同意，湖北省 第七期爆破工程技术人员安全技术培训考核班即将于2 0 0 4 年1 1 月初开办。有意参加者请尽 快办理有关手续，并向湖北省爆破学会秘书处报名。 联系人王少文电话0 2 7 8 6 5 3 9 1 0 6 万方数据