钻爆法中炮孔填塞的研究现状及发展趋势.pdf

Vo l . 29,No . 10 Oct. 2020 第29卷第10期 2020年10月 中国矿业 CHINA MINING MAGAZINE 钻爆法中炮孔填塞的研究现状及发展趋势 刘德平12，徐a12，陈远明12刘建坤3 （1.东北大学资源与土木工程学院，辽宁 沈阳110819； 2.深部金属矿山安全开采教育部重点实验室，辽宁沈阳110819； 3.沈阳鑫博工业技术股份有限公司，辽宁沈阳110004） 摘 要钻爆法是当前岩体开挖的主要方法。钻爆法施工时，适宜的填塞相比无填塞，能提高爆破作用效 果10［〜50，炸药单耗降低10［以上，空气冲击波压力降低75［〜80，爆生气体对待爆介质的作用时 间能延长3〜5倍。炮孔填塞质量是影响钻爆法爆破效果的重要因素％经过三十多年发展，炮孔填塞研究 取得巨大进展，本文通过开展填塞的作用机理、填塞物的运动规律、填塞长度和填塞材料等方面的文献分 析，指出填塞体对爆破冲击波和爆生气体的作用机理研究尚未明确、尚未建立不同爆破作用下填塞长度计 算公式、缺乏使用方便快捷和填塞效果好的新型填塞材料等问题，并提出通过新型电爆破装置代替传统起 爆源、新型膨胀填塞材料研究、加强高校与爆破企业的合作是未来填塞研究的发展趋势％ 关键词钻爆法；炮孔填塞；填塞体；爆破效果 中图分类号TD235 文献标识码A 文章编号1004-4051（2020）10-0158-07 Re6earch6tatu6anddevelopmenttrendofborehole6temming indrilingandbla6ting LIU Deping12, XU Sh ua⑴2 , CHEN Yua nming112 , LIU Jia nkun3 1. Sch o o l o f Reso urces a nd Civil Engineering, No rth ea stern University, Sh enya ng 110819 , Ch ina； 2. Key La bo ra to ry o f Ministry o f Educa tio n o n Sa fe Mining o f Deep Meta l Mines, Sh enya ng 110819 , Ch ina； 3. Sh enya ng Xinbo Industria l Tech no l o gy Co . , Ltd. , Sh enya ng 110004, Ch ina Abstract Dril l ing a nd bl a sting is th e ma in meth o d o f current ro ck ex ca va tio n. Wh en dril l ing a nd bl a sting meth o disw o rking th esuita bl es temmingisco mpa re dto no stemmingw h ich co ul dimpro veth ebl a sting effect by 10-50 , th e ex pl o sive unit co nsumptio n by mo re th a n10 th e a irsh o ck w a ve pres sure by 75 -80 ,a nd th e ex pl o sive ga s to a ct o n th e ex pl o sive medium co ul d ex tended by 3-5 times. Th e qua l ity o f ,h e bl a s ,h o l e s,emming is a n impo r,a n,fa c,o r a fec ing,h e bl a s ing efe c,o f,h e driling a nd bl a sing me,h o d.Af,er mo re,h a n 30 yea rso fde vel o pmen,,h e re s e a rch o n bl a s,h o l es,e mming h a s ma de gre a , pro gre ss. Th is pa per a na l yzes th e mech a nism o f stemming, th e mo vement l a w o f stemming, stemming l ength a ndstemming ma teria l .Itispo intedo utth a tth eresea rch o nth emech a nismo fth ebl a stingsh o ckw a vea nd th e e x pl o s ive ga s is no tcl e a r.Th e fo rmul a fo rca l cul a tingth e s te mmingl e ngth unde rdiferentbl a stingh a s no tbe ene sta bl ish ed a ndth e reisno sh o rta geo fnew stemmingma teria l ssuch a sco nvenienta ndquickfiling a ndgo o dfilingefect.Itis pro po se dto re pl a ce th etra ditio na l deto na tio nso urcew ith a ne w typeo fel ectric bl a stingdeviceresea rch o n new ex pa nsio nstemming ma teria l sa ndstrength enth eco o pera tio n betw een 收稿日期收稿日期2019-07-20 责任编辑责任编辑刘硕 基金项目基金项目国家重点研发计划课题项目资助（编号2018YFC0604400）；中央高校基本科研业务专项资金项目资助（编号N160107001； N180701016）；国家自然科学基金项目资助（编号51874068） 第一作者简介第一作者简介刘德平（1995 ）,男，硕士研究生；E-ma il1664763880qq. co m 通讯作者简介通讯作者简介徐帅（1981 ）,男，副教授;E-ma il149100518qq. co m 引用格式引用格式刘德平，徐帅，陈远明，等钻爆法中炮孔填塞的研究现状及发展趋势中国矿业，2020,29（10）158-164. do i10. 12075/j . issn. 1004-4051 2020 10 005 第10期刘德平，等钻爆法中炮孔填塞的研究现状及发展趋势 159 unive rsitiesa ndbl a stingenterprise sis th e deve l o pmenttrendo ffutures te mmingrese a rch Keywords dril l ing a nd bl a sting meth o d; bo reh o l e stemming； pl ugging； bl a sting effect 0引言 近五年我国工业炸药消耗量年均约388万t, 产值近300亿元，其中97. 8被应用于矿山、铁路、 水电等工程岩体破碎中。钻爆法是当前岩体开挖工 程中应用最有效、最广泛的破岩手段高温高压爆生气体作 用于爆腔和主裂纹的能量占23，剩余的37能量 作用于新增的裂纹，爆生气体所占的能量是冲击波 所占能量的1. 5〜6倍卩10 对于炮孔无填塞爆破， 高温高压爆生气体没有足够的时间作用于岩石，导 致爆破将会损失50以上的破岩能量％ 1.1.2炮孔填塞作用机理 关于炮孔填塞，国内外有很多学者通过实验来 研究来其作用％ SARHAN为孔隙率；k为侧压系数。式1主要与炮孔 的内径和填塞物的物理性质有关，便于计算填塞长 度,但现实情况以填塞物的运动速度为0的条件难 以实现，故计算出的填塞长度偏大％ 孙英翔P0为爆生气体初始压力。式3 考虑了填塞物运动中的很多影响因素但忽略了应力 波压缩作用的时间，故计算的填塞长度偏小％ 1.3.3数值模拟填塞长度 理论公式和计算公式确定的填塞长度精度较 低，只是一个大约值，可以借助数值模拟技术进一步 精确确定最优填塞长度。郝亚飞等通过有限元 分析软件LS-D YNA模拟不同填塞长度对爆源周围 应力场的影响，发现填塞长度越长，炸药产生的能量 对靠近孔口的填塞物影响小，得出最佳填塞长度为 15〜20 c m冯志斌等以矿山为背景，通过数值 模拟得出掘进爆破中填塞长度为30 c m时爆破能量 利用率最高，并通过现场试验得到验证％王洋等③胶体 材料,有机盐和水形成的胶结物或速凝物④机 械填塞方式测试系统通过高速摄影、爆破振动仪和 冲击波压监测分别对试件爆破过程中的裂纹扩展、 爆破振动和冲击波进行监测，实现对试件电爆破的 全过程观测，具体实验原理如图3所示。笔者基于 电 破 和电 破 破 程中 产 生气体，能将冲击波与爆生气体很好地分离,设计产 生相同能量的两组电爆破水泥试件试验，其中一组 炮孔进行填塞，另一组无填塞,爆破后分析试件爆破 块度、爆破漏斗体积和试件裂纹的扩展等评价指标 评价爆破破岩效果，分析填塞对爆破冲击波的影响， 从而验证炮孔填塞的作用机理。 2） 从降低填塞作业的成本角度分析，对于现场 炮孔的填塞长度可以通过理论计算公式、室内小型 试件爆破试验和数值模拟进行多方式优化后再应用 于现场爆破试验，这样可以降低人为因素的影响，是 最高效、经济的研究方式。 3） 从填塞材料和填塞方式越来越不能满足当 |非接触测量系统H试件加载11电爆破系统| 1-延时同步控制器;2-电光转换器;3-充电控制器;4-高压脉冲触 发器；5-Marx储能模块;6-同轴电缆;7-电极;8-试件;9-爆破漏斗； 10-静载;11-防护玻璃;12-光源;13-超高速相机;14-相机电脑。 图图3 电爆破实验原理图电爆破实验原理图 Fig. 3 Schematic diagram of electric blasting experiment 前生产要求的角度分析，今后炮孔填塞的发展方向 是， 填 料 满 提高 破 时 可 以 机械化、智能化现场施工，并且填塞材料成本低、来 源广、环保、生产机械化等。研发自膨胀填塞体作为 一种新型填塞材料，自膨胀填塞体遇水在一段时间 后反应产生径向膨胀，在炮孔孔壁的约束下产生膨 胀压力，形成致密填塞体，从而对爆破过程中爆生气 体的强力约束，实现高压、高强、高气密性的炮孔填 塞。自膨胀填塞体具有携带方便、使用简单、来源广 泛、机械化生产、成本低廉、短时间内在炮孔中产生 较大径向膨胀等特点，是未来填塞材料的主要研究 方向。 4） 基于当前高校开展爆破试验研究存在难以 提供起爆源的问题，笔者认为高校应该加强与炸药 厂、爆破公司和一些爆破科研单位的合作，建立合作 实验室，这样能为高校开展爆破实验研究提供便利 所， 进 破研究工作， 便于 用 于现场实际。 5） 现场工作人员必须加深炮孔填塞方面的学习, 不能盲目认为填塞工作费时费力而放弃填塞作业。 3 1） 通过填塞的研究现状认为炮孔爆破必须填 塞,炮孔填塞可以降低炸药单耗、减少空气冲击波和 有毒有害气体，提高炸药破岩效果。 2） 基于 技术研究填 作用 理、 动 规律、最佳填塞长度，并且需要加强新型填塞材料的 研究，本文提出自膨胀填塞体新型填塞材料，可以进 一步进行研究。 3） 电爆破是一种新型爆破技术，通过改变起爆 电压来精准控制起爆能量，因此可以利用电爆作为 爆源对炮孔是否填塞、不同填塞材料对爆破破岩影 响、填塞作用机理等方面进行深入研究。 ■ 第10期刘德平，等钻爆法中炮孔填塞的研究现状及发展趋势 163 参考文献 1杨剑，刘大鹏论隧道施工的钻孔爆破法黑龙江交通科 技，2014,3711137,139. 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