光明爆破参数的计算.pdf

光面爆破参数的计算 西安矿业学 欲王 廷武 .J曰乙. .J‘ 只城 三若 d 砂目. .曰 随着锚喷文护 的推 广 , 光面爆破技术也获得广 泛 的采 用 。 为了获得 理 想的 龙面爆破效果 , 正确地选择光面爆破参数和对光 面爆破的破岩机理加以研究是 十分必要 的 。 本文仅就确定光面爆破参数提供计算依据 , 供 参考 。 翻 岩石强度爆炸作用 煤矿常见的者石 有石灰岩 、 砂岩 和页 岩等 。 由于组成岩石的颗粒和地质构造的 不同 , 同一 种类的岩石 强度往 往柑差很 大 。 一般说的岩石强度是指试块的试验强 度 , 是在单轴压缩或拉伸条件下得出的 。 然而 , 爆破时炮孔周围岩体所受的力是三 轴压 缩 , 其压缩强度远大于试块的压缩强 度一般要 大7倍左右 , 而其拉伸强度 则与试块强度近似 。 目前煤矿仍沿用普氏 分级法 , 即以岩 石 的 ‘l 子固性系数f岩石 的试块抗压 强度除以10 0 来表 示 岩石破 坏 的难 易程度 。 为了计算方便 , 把煤矿常 见的石灰岩 、 砂岩和 页岩 三 种岩石 强度列 于表1内 。 炸药在炮孔 中的爆炸过程是瞬时的 , 而岩石性质又是极端复杂 , 这给研究爆炸 作用带来很大的困难 。 有人认为 , 岩石的 破坏是爆炸生成气体的膨胀作用造成的 , 理由是应力 波在传播过程中遇到裂缝不再 传递能量 , 但是岩石照样被爆坏 ; 也有人 认 为 , 炸药在很深的地层中爆炸时 , 生成 气体无法使岩石产生位移和破坏 , 只能是 压缩应力波反射成拉伸应力波时才能把炮 孔周 围 的岩石拉成裂缝而使之破坏, 也有 人认为 , 岩体破坏是以上两种作用的综合 结果 , 即冲击波 只 为破碎岩石 创造了条 件 , 而气沐作 用才决定着岩体的破坏结 果 。 劝 石灰岩 、 砂岩 和页岩 的 岩 石强度友1 , 强度 }坚固性系数 f 岩 体抗压强 度} 公 斤 /厘 米 “ 5 , 60 摊筑 _ 兮斤了 育 介桑比 严 度 彩 强 厘 石灰岩 砂 岩 贝宕 4 , 2 00 2 , 8 00 1琪声 75 0 。 3 2 O 。 34 O 。 36 864 枷 一 炸约的密度 , 充/厘米 ’ D 4 一炸药的爆速 , 厘 米/秒 。 常用炸药的性能见表 2 。 不偶合装药 扮 村 光面爆破装药一般都是不偶合装药 , 即空气冲击波的波头压力和气体的膨胀压 力都经衰减后再作用在孔壁 上 。 冲击波的 波头压力衰减得较快 , 不足以使 岩石破 碎 , 而作用在孔壁上的气体压力如能等于 岩体的抗压强度 , . 就能达到光面爆破要求 的破坏作用 。 因此 , 光面爆破是以爆生气 体的准静态压力作用为主 ; 在计算参数时 可以不考虑冲击波的作用 , 但是应力仍以 应力波的形式在岩体内传播 , 并在传播过 程中逐渐衰减 。 爆生 气体的初始压力为 不偶合装药是药卷与孔壁之间 留有一 定间隙的装药 , 其目的是借以衰减冲击波 压力 , 但气体压力也要随之 而衰减 。 孔 径 与药径之比称为不偶合系数 , 即 d ‘ 」 少.、性 口 z PH “ p 。里 _ 8 火98 0汉 103 式中 P 一 l 爆生气体的初始压 力 , 公斤/厘米 2, 式中 l e 不偶合系数, d 、炮 孔直径 , 厘米; d z 药卷直径 , 厘米 。 目前我 国采用的光面爆破装药结构 , 炸药性能表2 一一 一 一 尸- ‘一一 一一 一一一 炸药 性 能 岩石水 胶 炸药 二号岩石硝饺炸药 三号煤矿硝枕炸药 密 度环 克/厘米 爆速 D 厘米/秒 415 , 000 3 6 0 , 000 3 20 。0 00 爆压户 ; 公斤/厘 米 2 7 , 20 于 17 , 300 700 月份 一办 叹d 2 n U八曰 ⋯ 乙 l .O 0 . 分 06 O4 口 O2 夕 认r . 水胶炸药 冷 ,石 l日之 0 p e 除药卷与孔 壁之 间 留有间隙外 , 在 药卷与 药卷之 间或在衔接药卷的顶端与炮泥之间 留有空气柱 。 因此 , 在确定不偶 合 系 数 时还要考虑到空气柱的容积 , 即考虑装药 长度△系数 。 光面爆破的装药长度为炮孔 长度的3/ 4 一 1/3 , 即装药 长度系数 △为0 . 7 5一0 . 3 3 。 如果确定的不 偶合系 数 , 其装为 长度系数不在此范围 , 则应重 新确定不偶合系数参吏图 1 。 图1不偶合系数与装药长度系数 卜偶合系数可由下式求得 P、V认PKVk 应力在岩体中的衰成 许多资料对爆炸应力在岩体中衰减规 律的叙述很不一致 , 但都认为是呈指数关 系衰减的 , 岩石愈坚硬衰减得愈缓慢 , 即 少 ‘ 二 一 __ P匕 r ‘ 一 产 一解 了习 声 1 一产 式中 r 一 相对距离 , 户 一 几 一。 刘 认 一 书斌 一 r 令 ’r D一材了 令“ 式 中 P 。一一 作用在孔 壁上的 压 力 , 等 于岩体的抗压强度; V * ‘- 一药抢的容积 , 厘米 3; v ‘ 炮孔的容积 , 厘米 3; l 一 一装药长度 , 厘米 , l - 一 炮孔长 度 , 厘米 , l 。 炮泥 长度 , 一般为2 0厘米 ; r 等嫡指数 , r 1 . 4 。 在使用硝铁类炸药时 , 选择不偶合系 数要考虑到管道效应 。 当药卷与孔壁之间 的间隙 0 . 4 r r 一药卷半径 时 , 管道 效应最 为严 重 。 水胶炸药的爆速 较 高 , 一 般不会 出现管道效应 。 式中的P K 是作用在孔壁上的压力 , 光面爆 破时它等于岩体的抗压强度 。 岩石 泊桑比 与岩石的强度不成比例关系 , 但一般 来 说 , 泊桑比随岩石 强度的 加大 而减小参 阅 表3和图2 。 了. 忿11卜l 卫. l r w e e s月,w e rŽ JJ 汤 图2 应力在岩体内的衰减曲线 炸药爆炸应力在岩体中的衰减情况 岩石抗压强度 作用于孔壁 上 的应力 ⋯ 5 表3 5 一6 0 0 { 一 } - t , 2 0 0 侧 2 , 80 0 JJO‘口 峋 0 9曰 ,上 八 匕 乃09曰 5 2 5 120 105 69 4 9 247 89 4 9 3 2 23 3 67 12 8 69 45 17 222 7 7 7 41 2 6 j28 4 3 23 1 5 , 3 2 15 ⋯ 1 810 Ž 0 1卜J 八U-净,l‘ .1 9 自,目 相对半 径 r 作用在 邻近孔壁上的集中 药量米表 示 。 在确定不偶合系数时已经考 虑到 了装药长度系数 , 因此可以直接求出 装药长度 , 或按下式计算 1 , 一 会 、 ’ D 之 ‘ k 一 ‘ 一克 qkz _ _ q k 、孟田 一 z 、 、- 一 克 /术 . 、 勿卷 备 应力 如前所述 , 不偶合装 药的爆生气体压 力经扩散再作用在孔壁上 。 这种情况 下 的 气体压力具有准静态的特征 , 因此可用弹 性力学圆孔周边 应力集中公式计算 。 计算 时要泣 怠爆成孔 周 围的径 向应力是压应 力 , 切向应力是拉 应力作用在空孔 壁上 的应力 状况见图 3 , 有关数据见表4和 图 4 . 仰 , 二 价1 一 2 e o s 20 , 一c rs l 2 eos Z口 ‘ 当口 , 为0 。或 18 0 。 时 度e , 一 ‘ r 3 d口 式中 q 、一一 炮孔装药量 , 克 , W一一药卷重量 , 克 ; l 药七 一民度, 厘米 ; q 。 炮孔每米装药量 , 克/米 。 炮孔装药量 可参阅表 5 。 炮孑 L间距 饱长装药量 光面爆破的炮 孔装药 髦一般用每米装 在邻近 孔 1 、 2点的集中切 向拉应 力 大于或等于岩体的抗拉强度时 , 在1 、 2 点生成短的径向裂缝 。 饥近孔起爆时 , 此 心 伽柳 刁翻 ;,. 细 伽 {A块砚孔 _. 。 卜一一一一一了 一 ‘一一州 图3 作用 在 空孔壁 上 的应力 状 况 图4作 用在空孔壁 上 的集 中应 力曲线 丢 外从 矛 呼 夕 朔作 用在空孔壁 一“ 的 集 中 字 _ 力 一 _ 愁 护 . , . 丝 1 , 2 6 6 4弓 7 2 5 8 165 1 18 883 3 0 8 1 6 5 1 0 8 77 610 2 06 1 1 0 71 48 51 0 1 5 2 0 炮孔装药 量炎5 薯体 抚压强度 , 刃 卜 二。。。 节 一 ’一 只二 二 一} 。。。厂- 硝钱 J勺 .、 份 口 1 042 袭缝可进一步延伸到较远的距离 , 最 后形 成贯通裂缝 。 按此条件计算炮孔间距 。 。“‘ 一 , 3, 号 二一『 而 r 二 ⋯ ‘ 1 1 尸 l一尸 炮孔间距可参阅表6 。 从表5和 表6可看出 , 在不假合系数 相 j 司例如] e 1 . 48 5 的条件下 , 孔 径 和药径愈大 , 炮孔的间距也愈大 。 但是药 卷直径从2 . 8 2厘米增加到3 . 5厘米 时 , 每 米装药量增加6 5 . 3 6 , 而炮孔间距增加 5 4 . 22 。 可见 炮孔的间距不 是随 装药 量成比例增加 。 炮孔的间距与岩体的 强度 关系不大 , 不能 认为岩体强度 低 就可加大 孔间距 。 〔 ”“‘’3 - 尸 1一尸 少P 五 二rr 式 中 E一一炮孔间距 , 一 。 一 一炮孔半径 。 , 〕 ’ E r; 1 声 1一尸 咆孔 密集系数 炮孔密集系数是炮孔 间距 与最 小 抵抗 线之比 。 在光面爆破参数中 , 除不偶合系 数 、 每米炮孔装药量和炮孔间距外 , 炮孔 密 集系数也极为重要 , 它直接 影 响光 面爆 、 炮孔 间 距 表6 口 二二 { 4_ _ { , 赳戴 . .旦 、 , 破 效 果 。 式 中 布 ’ 认 一炮孔密集 系数 ; 七面 睡改的效 关于光面爆破 效果 , 妇前尚 九统 一的 、气 一 最小抵抗线 。 实际证明 , 炮孔密集系数 等于。 。 3最 为理 想 。 假 交i 。 2 , 即、 、 ‘ l/Z L , 最 小 抵抗 线过 小 , 应 力波在未传播到邻 近孔之 前已到达 白由面 , 则在 自由面方向形成贯 通 裂缝 , 切向应力被释 放 , 炮 孔之l h l再无形 成贯通裂缝的机会 , 爆出的岩面不 平 , 导 致 光而爆破失 败 。 假如 a 0 . 5 , 即W 二 Z E , 最 小孤抗 过大 , 虽 热有利于形成 贯通 裂缝 , 但 自 由 面方向的岩层 过厚 , 阻力大 , 有 可能 爆不 一「 来岩 石 , 同样会钟致光面爆破失 败 。 造成超挖现象是由于 装药量 过 大 , 在 炮孔附近岩 石产生粉碎性破坏 , 应力波反 射时在该区域又形成环向裂缝 , 加大破坏 区所致 。 加大 炮 孔间距也不会改 变超挖 现象 , 只有减少装药 量 才能避免超挖现 象 。 舀法 。 过上提 的标准经 过 多次改女也未最 后定l 犷来 。 光面爆破 的实 质是保持岩体原 有的稳定性 , 现象是 岩壁平整 。 如果 在岩 壁上留有孔痕 , 说 明围 岩未 遭受破坏 。 当 然留下的孔痕愈多愈好 。 国内外都认为 , 留下的 眼痕数不少于周 边 孔的5 0 , 并要 均 匀分布 。 对 岩壁平整的要求是爆出的井 巷断面不能小 于设计尺 寸 , 向同岩内酬进 的尺寸不应大于1刃 毫 米 。 - 冲 . 今人. . 光面嗓设 的施工 除 正 确的选择光面爆破参 数外 , 对 尤 面爆破施 工必 须严 格要求 。 按爆破 图表 布 置炮孔 , 不得任 意 改变炮 孔位置 、 角度和 深 度 , 不 得任意加大装药量 。 如果爆破效 果不好 , 要全 面研究选用 的光面爆 破参 数 , 不可只改 变装药量 。 光面爆破是 利用爆生气体压力 破坏岩 石 , 不能采用无炮泥爆破法 , 炮 泥的 一长度 不 得小 于三0 0毫米 。 山护 .一 , . .白 自尸.门. .山.少.J 口d日卜,j .d 口, . 司. 目 .卜一.月..臼 白, . ..‘ 自尸. 卜 自. .山尸门卜司日 ‘州‘尸, d 自 日自卜.卜 .‘ 妇‘卜少,卜 叫.卜 ..护月. 司目‘...内 d 自 口目卜 心门白 ..自口, 由 . . 山口. }户 . 口 树立共产主义人生观 一气 哄了 如代 党的光辉照我心