导爆索水孔爆破切割技术探讨.pdf

第l s 巷第4 期 1 1 年1 月 爆破 B L A S T I N G V o ll8＼o4 I P c 1 I I 文章编号 1 0 0 l _ 4 8 7 x 2 0 0 1 4 一u u l l0 4 导爆索水孔爆破切割技术探讨 钟冬望1 ，廖乃正 1 武汉科技大学，湖北武汉4 3 0 0 8 1 ；2 柳州市公安局．广西榔州5 45 0 0 0 摘要对水孔切割爆破时爆炸冲击波的传播及其效应进行了研究．论述了导爆索艰孔爆破原理。通过钢 薪混凝土设备基础的切割爆破实战，表明谊爆破法是一种快捷、安全、经济有效的施工方法。 关键词水孔爆破切割；爆破原理 中图分类号T D2 3 5 ．3 6 文献标识码A T h eC u t t i n gT e c h n o l o g yo fW a t e rC o u p l i n gB l a s t i n gH o l e sw i t hF u s e Z H 0 ⅣG ， Ⅲg t ∞月鼻1 ，L ，4 0A r d 卜 r “并2 1W u h a nU n l v c r s 【t yo fS c l e n c ca n dT e c h n o l o g y ，W u l m n4 3 0 0 8 1 ，C 1 1 j n 8 ； 2 ．I ，1 0 u z h o uC i t yP o l i c eB u r e a u ．I ，i o u z h o u5 4 5 0 ∞，C 1 1 i n a A b s t r a c t T h es p r e a d l “go f1 m p u I s l v eb l a s t I “gw a ⋯np r e s p l l t t I “gh h s t l “gh o km l e dw l t hw a t ㈩n d1 t s “ f e c t sa ⋯n v e s I t l g a t e d ．T h eb l a s n “gp r l n 。l p ko fw a t e rc o u p l l n gb l a s t l “gh o 【ew l t hf u ⋯sd l s c u s s e d ．I 『l sI n d I f a t e d b yt h eb l a s t l “gc u t t l n Ep r a c t l c eo fr e l n f o r c e dc o Ⅲe r es t r u c t u r e st h a tnMh l g h “8 p e P d ，s a f e ，t c o I l 。n l l c a la n de f 一 止1 ⋯m n f P m e n l a t l o nn l e { o d K 。yw o r d s w a t e rc 。u p l I ”gh l a s tL n g ； c u m g ；b l a s t l n Bp n n c I p l e l引言 切割爆破混凝土或岩石，通常采用常规的光面 和切割爆破．但爆破效果常有不理想的情况，特别是 在被切割对象绝对不能受损时．这一现象显得尤为 突出。对于这一情况，一般用燃烧剂或静态破碎剂来 切割。根据水压爆破中水的可压缩性小及水介质传 递压力均匀的原理，将水压爆破技术用于切割爆破， 取得了理想效果。 2 导爆索水孔爆破原理 导爆索水孔爆破实质就是将导爆索置于水中的 爆破。当导爆索在水中爆炸时，爆炸应力波通过水传 递给孔壁，再在岩石或混凝土等介质中传播，孔与孔 之间共同作用，使得孔问形成裂缝。爆轰气体产物通 过水的传能作用．彤成“水楔”。由于水携带的能量高 于气体携带的能量，因而裂缝在“水楔”作用下容易 扩展延伸，形成切割断裂效果， 在爆炸载荷作用下，岩石的损伤断裂是一个非 常复杂的动态演化过程。虽然许多学者曾对切割爆 破机理及其爆破参数进行了一系列的探讨- 1 _ ⋯，并 提出了一些计算公式，但是至今未取得公认，工程实 践主要是依据经验确定或用类比法选取参数。在以 前所有的探讨中，其切割孔中不偶合介质多为空气， 由于水和空气的物理力学性质区别较大，水中爆炸 和空气中爆炸的基本原理和物理过程也不同，因此， 对水孔切割爆破机理进行研究就显得尤其重要。 水孔切割爆破中岩石爆破损伤断裂过程包含有 爆炸应力波的动作用和水介质所传递的准静态作用 两个阶段。由于岩石对动态和静态加载的响应有较 收稿日期 J o l 0 0 】o 难者简介钟冬望 1 9 6 2 一 ，男；武议武汉科技大学理学院教授．博士 万方数据 】2 爆破 大的差别。因此损伤断裂机理也有所不同，而且在裂 纹扩展的过程中水介质将渗入到岩石内部的裂纹 中．裂纹的扩展以水介质驱动下的模式发展。因此， 建立个比较合理的水孔切割爆破岩石断裂全过程 力学和计算模型．对于深入探讨其爆破机理具有十 分重要的意义。 2 ．1 孔壁初始冲击波压力 水压切割爆破时，由于水介质的影响，改变r 孔 壁所受到的爆炸冲击压力。孔内作用过程大致如下 炸药爆炸后，当冲击波到达爆轰产物与水的分界面 时，发生透射和反射，向爆轰产物内反射一个向心稀 疏渡，向水中透射柱面冲击波．在水介质中激起爆炸 冲击波，和在字气中爆炸相似，水中将产生一柱面波 并沿径向传播．到达孔壁时发生透射和反射，并向水 中反射一个向心冲击波；这样的作用过程会在炮孔 内重复多次．其结果是水中动压力幅值趋于平衡。 冲击波沿径向传播，压缩水介质，对水中柱面冲 击波的衰减可用F 式表示“。 j P f 一j ，’，“‘fR ／f ’。 e x p [ 一 f 一尺／ j n ／口] 式中r 为爆炸冲击渡从起爆至到达水介质某处所 耗的时间．s ；尺为某点到药卷轴线的距离，m ；c 是 水中冲击波速．m ／s ；J 。是时间f 的函数△P ，为某点 的冲击波峰值．1 0 5 P a ．是J R 的函数，臼是u7 和R 的 函数．并有 { l ，f R ／C ． 口。 ，一R ／ 1 。 一 ．p 。时．上式可简化为 △P 盯 3 ．5 △，’。 7 式中△尸盯为孔壁处初始冲击波压力，△P ，为孔壁处 人射压力。 为了对比，下面就钢筋混凝上实际切割爆破参 数，分别计算空气不耦合和水不耦合装药时的孔壁 处初始冲击压力。参数如F 一一1 ．0 8g 厅n 、。．_ r 36 0 0m ／s ，户2 2 ．4g ／c m 。，C 2 42 j 0n 1 ／s ，r 一4 0 m m ，n ，一7m m ，孔深，一1 ．2m ，装药长，L o ．sm 。 据上述汁算公式可得空气不偶合时孔壁冲击压力 ，i 1 25 1 8K 一“．水不偶合时孔壁冲击压力，’十 一36 16 K ，。”。 2 ．2 水孔切割爆破准静态应力场 水巾冲击波经过之后，爆生产物膨胀，进一步压 缩水介质。在此膨胀压缩过程中，一方面气体膨胀压 力降低，另一方面水介质被压缩，压力升高。当爆生 产物膨胀到其压力等于被压缩后的水介质压力时， 膨胀压缩过程结束．此时达到平衡状态，炮7 L 内压力 均等，并以准静压的形式作用于孔壁．在炮孔周围的 岩石中产生准静态应力场。 设爆生气体膨胀仍遵循等熵过程，即满足，’V ’ 等于常数，式中P 为爆生气体膨胀过程的瞬时压 力，y 为绝热指数，考虑到水的可压缩系性小，近似 取y 3 。如果计算出的压力值小于2 0 0M P a ，则需 要重新取y 1 ．3 计算。V 是与压力P 对应的爆生 气体所占的体积。 P P 。o 。 r Pt 8 1 式中，。为爆生气体径向膨胀半径m ，是装药半径；P 。 为爆生气体平均压力。 P 。一虬D j 『毽L b 式中B 为炸药密度，D 为爆速。 当水的径向压缩量为 时，达到甲衡状态时的 爆生气体压J 』为 万方数据 第1s 卷第1 期 钟冬望等导爆索水孔爆破切割技术探讨 P ， P 。r ／ r ． 6 6 1 0 根据流体，J 学理论．水在压缩过程中体积和压力的 关系为 d 尸一一E 。d V ／矿 】1 v 一Ⅱ 一一r 2 式中，E 。为水的体积弹性模量．可取E 。一2 ．1G P a ， _ 为炮孔半径、 为孔内注水深度。 由 儿 式可得 竿一笙”， 1 2 d rr i ～r 2 ⋯7 达到平衡状态时有 ．■P r 。芸7 ≯ ⋯， 积分可得 尸，卅n 剐n ≤蔫} 1 i ， 式中，，’。是静水压力。 联立 1 1 、 1 4 式可解得P ．和 ．对前述爆破参 数计算所得孔内准静态压力为j j 8 ．9M P a ．6 为 4 ．8 5 2m m 。 为了比较，对前述爆破参数选用不同的K 。所 计算的空气不偶合和水不偶合装药爆炸时的孔内准 静态压力如表1 所示。 表l 不同耦台介质装药爆炸时的孔内准静态压力 从表1 可以看出．同样条件下，水不耦合装药比 空气不耦合装药爆破时所产生的孔壁压力和准静态 压力始终大；水不耦合装药比守气不耦合装药爆破 时的孔擘压力衰减慢得多。这说明水孔爆破时，炸药 能量利用率高，储能作用明显，作用于炮孔周围介质 的压力均匀，且作用时间长。 3 应用实例 3 ．1 爆区概况 连云港墟沟港区一期工程建设中，因码头前沿 抛填工艺控制不当，致使大管桩移位，造成混凝土平 台之间缝隙仅o ．j ～2c m 。此时，靠陆地一侧平台已 连好，沿海一侧平台尚未浇筑，但平台下面的横梁已 施工完毕，且养护期完毕，达到要求的2 0 0 。混凝土。 如图1 所不，要求将横梁切除1 5c m ，深度2 5 ～3 0 c n - ．以便平台浇筑。爆破横粱结构尺寸如图2 所示。 蹦1爆区位置围 单位c m 墙丁乎占， 蛙工乎爵；3 一爆破厦 图2 炮孔位置布筋及预计破裂范围 单位c m l 尥孔2 14m m 钢筋；3 顶计破裂缝 3 ．2 爆破参数 根据现场条件．拆除部分与保留部分之间要求 平整，且保留部分不得有损伤。因而宜采用光面切割 爆破。为确保安全、快捷，本次爆破选用导爆索水耦 合炮眼爆破新工艺。爆破参数如下 孔径d 一3 8c m ，孔深，一2 5c m ；最小抵抗线Ⅻ 一l jc m ，孔间距日一1 0 ～1 5c m ；装药孔中争长布3 根绑扎一起的塑料防水导爆索。切口处用黄干油封 闭，导爆索药量g 14g ／m 黑索金；起爆前1 5m i n ， 将孔中全部注满水；炮孔要求尽可能在一个平面上； 用即发电雷管起爆导爆索。 考虑到自由面一侧有高出2 0c n - 水泥平台．使 用水压爆破且药量小，本次爆破来进行特别防护。 3 ．3 爆破效果 起爆后，仅有部分瓜子片大小碎石L 冲，裂缝明 显，两平台缝隙较大处爆下的混凝土大多落人海中。 荜 万方数据 在两平台缝隙较小处及两平台大管桩相靠处，混凝 士亦完全破裂．用l 台风镐半天全部清理结束。经检 测．切割面乎整，横梁留下部分完好无损，完全达到 设计要求。 参考文献 王村仁．魏有志．岩石爆破中断裂控制的研究广J 一．中国矿 业学院学报．1 9 8 j 3 l l3 l2 0 ． 爆破 2 朱瑞庚控制爆破的断裂控制与参数确定『J i 爆炸与冲 击．I9 9 2 4 ．I4 3 张继春岩体爆破成缝机理的研究[ J ] 爆破．19 8 9 4 j j j 一6 3 4 张奇．工程爆破动力学分析及其应用一r 、1 北康煤炭工 业出版社，1 9 9 8 5 H e n 。y “J ．T h eD y l l a n l I c so fF x p l 。q ⋯I dI t sL T s e [ M ] E l s c v l c rs cL e nc l f l cP u b l l s h m g 1 0 m p ar l y ，197 9 ■t j L j t 誊垂盘j } ，} 。妇●t 业| t ■} d } 叠船业坐- ●k j k 矗生生垂聋■P 坐- ■P 业止‘} 坐j k 鲁章- j k 9 k - ’k 立生囊’} 如} } 业业㈣叠 湖北省爆破学会第五次代表大会暨第六届学术交流会召开 湖北省爆破学会第五次代表大会暨第六届学术交流会于2 0 0 1 年1 2 月l 口、2 日在武汉大学召开。大会 听取并审议了“湖北省爆破学会第四届理事会工作报告”及“学会财务运行情况报告”；湖北省科协、公安厅以 及安环院、武汉大学的领导出席大会并发表了热情洋溢的讲话，我国著名科学家、爆破科技一代宗师冯叔瑜 院士和汪旭光院士专程亲临大会．为湖北省爆破学会鼓劲，为大会增辉。 根据i 湖北省爆破学会章程．人会听取了“第五届理事侯选人产生原9 1 | J 及换届方案的说明”．代表们通过 _ ] 己记名投票选举出了新的第五届理事会；第五尉理事会理事叉经协商讨论，选举产生了第五届常务理事、及 理事长、副理事长和秘书长。 今年恰逢湖北省爆破学会成立2 0q ‘，学会召开第六届学术交流会，共征集沦文近6 2 篇并由爆破杂志 存会前正式出版r 专辑，会议交流r 我省及国内近年来工程爆破中理论研究、应用实践、实验测试、安全技术 及管理等方面的新成果、新进展、新体会。冯院士、汪院士等为大会新做的专题学术报告将学会的学术交流推 到了更新的水平；分绀学术交流会上，代表们争相发言、畅所欲言、相瓦探讨，学术气氛空前活跃，整个会议取 得圆满成功。 湖北省爆破学会成立的2 0 年，足湖北省老、中、青爆破工作者团结、求是、创新、务实的2 0 年，现在已进 入了新世纪，湖北省爆破学会第五届理事会任重而道远，相信她～定能在省科协、民政厅的领导卜。在会员单 位的支持下，更紧密团结广大会员，继承和发扬2 0 年的光荣传统，抓住机遇．迎接挑战．再创辉煌。 省爆学会秘书处 j k j t 坐★j } ●} ‘P 业■} ，} 尘坐j k 。电■t - 止业立立业‘} 鞋- 9 k ■■- j k 立j } } 坐蛳坐●k 业矗‘} 生■P ■P ●k 业j k 叠业业1 ●} ●k ■t 士坐曲 万方数据