光面爆破炮眼间距及光面层厚度的确定.pdf

第 卷第期 年 月 岩石力学与工程学报 ‘ 二 , , 几云 吕 几 几多 泥 尹云 , 光面爆破炮眼间距及光面层厚度的确定 马芹永 淮南矿业学院土木工程系 淮南 摘要根据光面爆破的爆破机理 , 的爆破参数设计提供依据 。 关键词炮眼间距 , 光面层厚度 , 给出了周边眼间距和光面层厚度的计算方法 , 为光面爆破 光面爆破 概述 光面爆破是一种使爆出的隧道 、 巷道或开挖面保持平整而围岩不受明显破坏的爆破新 技术 。 为了减少炮眼周围岩石过度破碎 , 合理利用爆炸能量 , 使裂缝刚好沿周边眼连线方 向发展 , 必须正确确定眼距 、 光面层厚度 、 装药结构等参数 。 光面爆破施工中普遍采用不 祸合装药和 空气柱装药结构以降低眼壁上承受的爆轰压力 , 以保证眼壁免遭过度破碎 。 本 文重点讨论在合理的不祸合装药条件下周边炮眼间距和光面层厚度的计算 。 炮眼间距 光面爆破要合理确定炮眼间距 , 才能有效地形成光面裂缝 。 如果眼距过大 , 就不能形 成光面裂缝 眼距过小 , 增加钻眼工作量 , 相应地炸药量增加 , 这不仅不经济 , 而且会影响 光面裂缝不平整 , 达不到光面爆破的效果 。 根据应力波与爆生气体综合作用确定炮眼间距 裂隙区半径的计算 当冲击波衰减为压缩应力波作用于岩石时 , 径向方向产生压应力和压缩变形 , 切向方 向产生拉应力和拉伸变形 。 由于岩石抗拉能力弱 , 在径向方 向上很容易产生裂缝 。 在距炮眼中心 处 , 径向 、 切向应力为 、少 、少 、 今 口 了 、 ‘ 了、 、 几 一 了 外 了 月叭 、 尸 一一 一一 丙 式 中 价为径 向应力 丙为 切向应力 , 为切向应力与径向应力的比值 , 一二竺 一 , 为泊松比 。 为应力波衰减指数 , 一一 , 。 为炮眼半径 , 了 为距药包中心的距离 , 年 月日收到初稿 , 一 年月日收到修改稿 。 第 卷第 期马芹永 光面爆破炮眼间距及光面层厚度的确定 为炮眼壁上的冲击应力 , 。 采用不祸合装药 , 炮眼壁上的冲击压力为 一 粤 。 李 “ , 厂一 ‘ 。一 式中 为炸药密度 , 为炸药爆速 , 。 、 。分别 为药卷直径 、 炮眼直径 , 。 为爆轰产物撞击炮眼壁压力增大系数 。 采用空气间隔不辐合装药 , 炮眼壁上的冲击压力为 , 一 粤 , 。。子 李 “下弃 一 , “ ‘。 。 寸 式中 。 为空气柱间隔长度 , 。 为炮眼装药长度 , 。 岩石在切向拉应力 丙 作用下产生拉断裂隙的条件为 异 ‘ 式中 。 为岩石的动抗拉强度 , 。 根据公式 至 , 得裂隙区半径为 。尸 告 百。 炮眼间距的计算 在相邻两装药几乎同时爆炸的条件下 , 在两眼之 间可能发生应力波叠加 , 但由于雷管 本身的误差 , 难以保证应力波在装药连线上发生相互作用 。 相邻装药的贯穿裂缝通常不是 靠应力波的叠加形成的 , 而是各装药爆炸激起的应力波先在各自炮眼壁上产生初始裂缝 , 然后在爆生气体静压作用下使裂缝扩展贯穿 , 这一点已被试验证实 。 所以 , 形成贯穿裂 缝的条件可近似用下列平衡方程表示 ,。‘ 一护 , 。 式中 为炮眼 间距 , 尸。为爆生气体充满炮眼时的静压 , 。 气体 充满炮眼时的静压按等嫡膨胀过程计算 一会 ‘ 杂 ‘ 式中 尸 。 为爆压 , , 。 一 音 。 。‘为炸药的理想爆速 , 。 。 为装药体积 , 。 为 炮眼体积 , ” 为凝聚炸药的绝热指数汁为凝聚炸药的等嫡指数 为爆生气体膨胀过 程临界压力 , , 近似取 。 根据式 , 炮眼 间距为 刀一 、 、 会 一炮眼起爆应力波传到相邻炮眼 , 相邻炮眼尚未起爆的炮眼间距计算 设一炮眼为 , 相邻炮眼为 。 炮眼起爆爆炸应力波传到 炮眼 , 炮眼尚未起爆 , 此时 炮眼可以看作空眼 。 炮眼的应力集中一是 炮眼的直达应力波和 炮眼经自由面 的反射达到 炮眼应力集中的叠加 。 根据资料「 〕 , 炮眼眼壁将形成径 向裂隙条件下的炮 眼间距为 岩石 力学与工程学报 年 「 刀一 。、 , 含 , 称 一 下一下二二二二二二二二二又下 君 ,。悦下二 夕 、 卜 。 丫 言 ‘川 式中 二 为 应力集 中系数 , 。 一 。 为炮眼密集系数 为反射系数 夕为入射角 。 反射系数 为 刀声一 一 声 刀 一夕 反射角刀为 。 一 了「 一 , 〕音 飞 一 吕 二, 二 二 沙 以一 夕」 从式可知 , 炮眼 间距不仅与岩石性质 、 炮眼半径有关 , 而且还与炮眼密集系数有 根据断裂力学观点确定炮眼间距 光面爆破从断裂力学观点出发 , 应力波在岩体中造成光面层的微裂缝 , 爆生气体对已 形成裂缝施加断裂应力 , 所以 , 岩石沿光面层裂开的强度条件主要 由爆生气体准静压力控 制 。 根据资料 〕 , 炮眼间距为 告 , 。 式中 为岩石的坚固性系数 为调整系数 , 一 , 岩石坚硬取大值 , 取小值 。 岩石破碎 根据爆破漏斗试验确定炮眼间距 利文斯顿爆破漏斗理论是一套以能量平衡为基础的爆破漏斗理论 , 装药量与药包的临 界深度满足以下关系 石 。 刀。口’ 式中 。 为药包临界埋置深度 , , 在此深度上埋置药包刚好未爆成漏斗 , 仅在自由面出现 碎裂现象 。 为变形能 系数 , 一去 , 在炸药和岩石一定时 , 是一个常数 。为装药量 , 。 当药包埋置深度未达到某一界限值时 , 爆破漏斗体积达到最大值 , 这时的埋置深度为 最佳深度 , 用 。表示 。 。与 。 的比值为最佳深度比 , 用 刁。表示 , 。 。, 对某一具体 岩石来说 , 」。是个定值 。 那么式妇式改写为 。母 设实际掘进爆破中的最佳埋置深度 、 最佳漏斗半径和装药量分别为 。, 。 , 口 爆破漏 斗试验中的最佳埋置深度 、 最佳漏斗半径和装药量分别为 。 ,, 。, 。 那么根据相似理论和 利文斯顿爆破漏斗理论有 弓 一 二头二二 , 己 一 乏二二 ‘ 。 , 一 尹。 ‘ 所以实际掘进爆破 中的最佳漏斗半径为 第 卷第 期 马芹永 光面爆破炮眼间距及光面层厚度的确定 。 口 ‘ 一 , 0 \ q / 1 7 根据式17 , 光面爆破的炮眼间距取计算得出的漏斗半径 R 。值 。 2 . 5 根据实践经验确定炮眼间距 光面爆破的周边眼间距 , 一般比普通爆破小 。 根据实践经验[ s t ‘〕, 铁道科学研究院建议 露天开挖光面爆破的炮眼间距 E16 d 。 d 。为炮眼直径。 日本新奥法设计施工细则推荐 炮眼间距为炮眼直径的1 5倍 。 另外 , 在实际光爆参数选择时 , 按照理论计算 , 参考国内外 经验 , 如资料【 l j列出了国内常用地下工程 、 部分矿山 、 煤矿巷道及铁路隧道的光爆参数 , 初定出光爆参数 , 在实际施工中不 断完善 。 3 光面层厚度 光面层厚度大小直接影响光面爆破的效果 。 光面层厚度过大 , 光面层岩石将得不 到适 当的破碎 , 甚至不能使其沿炮眼底部切割下来 ; 反之 , 光面层厚度过小 , 在反射波作用下 , 围岩 内产生较多 、 较长的裂隙 , 影响围岩稳定性 , 甚至造成围岩 片落 、 超挖和巷道壁面的 凹凸不平 . 3.1 根据夜柔公式确定光面层厚度 光面层岩石的崩落类似于露天台阶爆破 , 所以用豪柔公式确定光面层厚度w图为 Q 。 CEI。 1 8 式中 Q。为炮眼 内的装药量 , k 幻c为爆破系数 , ks / m 3 ; E 为炮眼 间距 , m ; l 。为炮眼 长度 , n飞 。 3 . 2 根据炸药单耗确定光面层厚度 在合理的炮眼密集系数和炸药单耗等参数已知情况下 , 根据下式计算光面层厚度w叫 为 W 一 了熏 1 9 式中 , 。 k g /m 3; 为装药半径 , m ; 势为装药系数 , 它是装药长度与炮眼长度之比 ; P 0 为炸药 密度 , 。 为炮眼密集系数 ; q 为炸药单耗 , kg / m ”;刃为炮眼利用 率 。 3 .3 根据炮眼密集系数确定光面层厚度 确定光面层厚度在于合理选择炮眼密集系数 。 经验表 明 , 为获得良好的光爆效果 , 炮 眼密集系数 。 应根据岩石性质选择 , 一般情况下 , 。 0 . 8 1 . 0 , 硬岩取大值 , 软岩取小 值 。 那么光面层厚度W E/二 。 594 . 岩石力学与工程学报 1997年 4 结语 从上述讨论可知 , 炮眼间距 、 光面层厚度与岩石的性质 、 炸药性能有关 , 由于岩石具 有各向异性和非均匀性 , 对不同的 围岩条件应根据公式1 一19计算炮眼 间距及光面厚 度 。 周边眼的装药集中度 、 装药结构也是影响光面爆破效果的重要因素 。 上述公式适用于 合理的装药集 中度及装药结构的炮眼间距与光面层厚度的确定 。 光面爆破效果的好坏 , 取决于爆破参数设计是否 正确 。 本文给出了炮眼 间距 、 光面层 厚度的确定方法 , 为现场施工光爆参数选取提供了依据 , 为达到理想的光爆效果提供了有 效方法 。 参考文献 1 杨水琦.矿山爆破技术与安全.北京煤炭工业出版社 , 1 99 1 2 王文龙.钻眼爆破 . 北京煤炭工业出版社 , 198d 3 蔡福广.光面姆破新技术.北京中国铁道出版社 , 1 994 4 姜彦忠.爆破技术基础.北京中国铁道出版社 , 1 994 5 张奇.预裂和光面爆破炮孔间距的计算与比较.矿山技术 , 1 9 8 8 , 3 1 3一1 4 6 袁晓冈.光面姆破理论与应用研究.姗破 , 1 9 8 6 , 2 , 2 7 3 0 7 祝树枝 , 吴森康 , 杨昌森近代爆破理论与实践.武汉中国地质大学出版社 , 1 993 D EFI N ITIO N OF HO LE 一 SP A CE AND B URD E N INS M OOT H BL A STIN G M a Q iny on s H 移 a ‘ 几a界 I忍“云‘ 忍te o f对细坛 泥夕, H 移 a云界a 拐 2 3 20 01 A b str a et Ef fe ets o f s m o o th bla stingd e P e n d on the e o r r e et P a r a m ete r so f s m o o th b la sting . o nthe b a s i s o f e r a ek th e o r y o f s m o o th bla sting , c a l e u l a ti on m et h o d so f s m oo th bl ast insP ara m ete rs , sue h as h o le 一s P ae ean db ur d en , are gi ven . Th eeone l us i o n sare reae h e d , whiehh a v e s i g n 谊eanc e f o r土 he .d e signofs m o oth b la stingPa r am ete rs . K ey w o rds hole 一s P a ee , b ur d en , s m oo t hbl as t ing