台阶多排孔爆破合理堵塞长度计算.pdf

左宇军男,工学硕士,长沙长沙矿山研究院爆破技术研究室410012 台阶多排孔爆破合理堵塞长度计算 左宇军 长沙矿山研究院 湖南省长沙市 410012 摘要 在分析台阶多排孔爆破时台阶顶部岩石爆破特点的基础上,提出了多排孔台阶爆破堵塞长 度计算模型,从而推导出计算合理堵塞长度的近似公式,可供爆破设计时参考。 关键词 台阶多排孔爆破;堵塞长度;集中药包;延长药包 中图分类号 TD 235. 44 A Calculation Model of Reasonable Stem Length for Multi - row Bench Blasting Zuo Yujin Changsha Institute of Mining Research Institute , Changsha , 410012 Abstract On the basis of analyzing the blastingcharacteristics of rock at bench top in multi - row bench blasting , this paper puts forward a calculation model , deducces an approxi2 mate ula for calcualtion of reasonable stem length for multi - row bench blasting , which can be as reference for blasting design. Key words multi - row bench blasting , stem length , concentrated charge , ex2 tended charge 1 前言 对于台阶爆破的炮孔堵塞问题,许多爆破工作者曾用各种手段进行了大量的试验室和现 场试验研究,结果表明合理的堵塞长度主要取决于所爆破的岩体条件[1]。节理、 裂隙极端发 育的岩体,只要台阶下部的岩石能破碎和抛出,则台阶上部的大部分岩体在重力作用下垂直下 落,并发生碰撞,因而可以采用较长的堵塞;致密、 坚硬,节理裂隙不发育的岩体,合理的堵塞长 度一般为最小抵抗线的017～1倍,或装药直径d的20～30倍。 在台阶爆破堵塞长度的研究中,往往借助于两个条件一是单孔爆破作用;二是炮孔上部 长度为6d的装药对台阶顶部岩石的破碎作用。事实上,台阶爆破往往是多排孔爆破,炮孔之 第16卷 第1期 1999年3月 爆 破 BLASTING Vol. 16 No. 1 Mar. 1999 间相互作用,对炮孔堵塞长度的确定影响较大;另外,炮孔上部装药长度为6d以外的部分装药 对台阶顶部岩石起辅助破碎、 挤压和抛举作用,对堵塞长度的确定也有较大的影响。笔者围绕 上述问题对台阶多排孔爆破合理堵塞长度的确定进行一些探讨。 2 台阶多排孔爆破堵塞长度计算模型 211 台阶顶部岩石爆破特点 在台阶多排孔爆破时,柱状装药除破碎和运动台阶坡面抵抗线方向上的岩石外,还对台 阶顶部岩石产生破碎、 挤压和抛举作用,这种爆破作用有如下特点 1随着装药长度的减少,或者说随着不装药长度的增加,爆破作用减弱。 2随着孔网加密,炮孔之间的相互作用加强,孔与孔之间岩石的破碎、 挤压和抛举作用 程度增加。 3岩石顶部的破碎作用主要来自药柱上部,当药柱长度超过某一值时,进一步增加该值 对上部岩石爆破作用无影响。 212 基本假设与主要原理 为了使台阶多排孔爆破堵塞长计算模型反映台阶顶部岩石的上述爆破特点,特提出如下 假设 1岩石为均匀各向同性体。 2忽略微差爆破对孔与孔之间岩石爆破作用的影响。 3随着药包长径比的增加,集中药包逐渐变为延长药包,所形成的爆破漏斗平面几何形 状也随之逐渐按 “圆 → 椭圆 → 圆柱形” 这一规律变化。变化的界线是长径比 ≥8以后,漏斗平 面几何形状呈明显的椭圆形;长径比 ≥20以后,漏斗中间部分变得平直,即过渡到圆柱形[1]。 由此假设,炮孔上部装药长度为20d的炸药对台阶顶部岩石的破碎挤压和抛举作用有影响, 20d以下的炸药其影响可忽略。此外,炮孔之间相互作用,对影响台阶顶部岩石爆破的装药长 度有所增加。 4前苏联学者认为[2],对介质某点的爆破作用,与其最近的炮孔影响最大,其余炮孔的 影响可以忽略。 5台阶多排孔为方形布孔。 6集中药包在抵抗线较小的情况下其爆破漏斗断面形状为梯形,与该集中药包所负担 的岩体中多个柱状药包组成的集中药包爆破等效[3]。 213 计算模型 被爆台阶岩体可依据炮孔布置划成一个个柱体,如图1所示,炮孔的孔距和排距均为u , 一般u≥20d。 根据假设可知,某柱体如ABCD范围内的岩体的爆破作用主要受A、B、C、D四个炮孔的 影响,其余炮孔的影响可以忽略。这四个炮孔对台阶顶部岩石有爆破影响的装药长度为20d , 考虑到这四个炮孔的相互作用,可将该装药长度近似用u代替。这样就组成了四个炮孔上部 边长为u的正方体药包只有四条竖直平行棱边有柱状装药 , 将该药包视为一等效球状药包。 6爆 破 1999年3月 于是,我们将台阶顶部岩石的爆破作用简化为在四个炮孔上部的等效球状药包,设该药包与正 图1 炮孔布置与台阶岩体划分示意图 方体在底面中心相切,等效药量为Qb,球状药包直径为 D ,其中等效药量为 Qb CQc Cuπ ρd21 式中, C等效药量系数,其值取决于药柱的长 径比u/ d和孔网布置参数,同时考虑到忽略了其它孔 和4孔中每孔上部装药长度为u以外的装药的影响, 取c 1 ; Qc4个长度为u的药柱其药量之和, kg;ρ 装药密度, kg/ m3。 又因为 Qb D/2 3 ρ 4π/32 则 D 6ud2 ∀ . 3 若要使台阶顶部岩石达到工程要求,则需满足如下条件 顶部为松动爆破 Qb k′kw3 k′kL u - D/ 2 3 4 顶部为抛掷爆破 Qb kf nw3 kf n L u - D/ 2 3 5 式中,K标准抛掷爆破漏斗单耗,kg/ m3; K′ 松动爆破时装药系数,一般为 ∀ −～ ∀ .; L堵塞长度,m; w等效球状药包抵抗线,m; f n 爆破作用指数函数,f n 014 016n3,n为爆破作用指数。 由上述4、5两式可推导出堵塞长度的计算公式如下 项部为松动爆破 L πuρd2/ k′ k ∀ . - u 3ud2 / 4 ∀ . 6 顶部为抛掷爆破 L [π ρud2/ kf n ] ∀ . - u 3ud2 / 4 ∀ . 7 如果炮孔不是方形布孔,其孔距为a ,排距为b时,u值可用ab代替,则分别有 L π ρd2 ab/ k′ k ∀ . -ab ab3d2 / 4 ∀ . 8 L [π ρd2ab/ kf n ] ∀ . -ab ab3d2 / 4 ∀ . 9 3 对计算模型结果的讨论 从以上可以看出,堵塞长度是随岩石性质、 炸药性质和工程要求而变化的。岩石坚硬,可 爆性差,所需的堵塞长度相对说较短;对威力高、 密度大的炸药,需要的堵塞长度相对说较长; 在爆破工艺上,根据环境和工程要求选择不同的爆破类型,选择不同的装药直径,选择不同的 孔网参数,堵塞长度也相对发生变化。这些和实际情况是一致的。若以台阶顶部为松动爆破 为例,k′ 1/ 3 ,当k 115 kg/ m3,ρ 950 kg/ m3时,根据公式8可以得出不同装药直径 d 值 和不同孔网参数 a b值条件下的堵塞长度 L 值 , 见表1。 根据表1中的L值及相应的装药直径计算可知,在合理的孔网参数范围内,台阶顶部为 松动爆破的炮孔堵塞长度约为装药直径的28～32倍,即L 28～32 d ,这和目前实际应用的 7第16卷第1期 左宇军 台阶多排孔爆破合理堵塞长度计算 堵塞长度是非常接近的。笔者在近几年的工程爆破实践中,在环境比较复杂的情况下,对上述 4种不同孔径的炮孔,用上述方法确定堵塞长度,均保证了安全和爆破效果。 表1 松动爆破时不同装药直径和不同孔网参数条件的L值 单位 m d mm a bm 115115 2115222152 3215333153 4315 415454 76214214213212210 89218218218217216215 115317317316315314313 140414414412411410 若以台阶顶部为减弱抛掷爆破为例,n 018 ,f n 0171 ,当k 115 kg/ m3,ρ 950 kg/ m3 时,根据公式9可以得出不同装药直径 d 值和不同孔网参数 a b值条件下的炮孔堵塞长 度 L 值 , 见表2。 表2 减弱抛掷爆破时不同装药直径和不同孔网参数条件的L值 单位 m d mm a bm 115115 2115222152 3215333153 4315 415454 76116115114113112 89119119118117115113 115215214212211210 140218217215213212 根据表2 ,同理,可以得出台阶顶部为减弱抛掷爆破的炮孔堵塞长度为装药直径的16～22 倍,即L 16～22 d ,该结果已接近目前工程实践中炮孔堵塞长度的下限值,这说明了台阶顶 部为松动爆破和减弱抛掷爆破时就可满足实际工程要求。 从表1、 表2分析结果看,应用公式8计算炮孔堵塞长度能较好地符合工程实际情况,应 用公式9计算堵塞长计时,一般取n≤018。 4 结束语 由于现场岩体性质的复杂性,因而很难求出一个最佳的堵塞长度,公式8和9近似地给 出了在具体岩石、 炸药性能和工程要求条件下台阶多排孔爆破的合理炮孔堵塞长度,可供爆破 设计时参考。每一个具体条件下的合理炮孔堵塞长度最终还需由现场试验确定。本文提出的 台阶多排孔爆破合理堵塞长度计算模型仍属探讨性,需要进一步研究加以完善。 参考文献 1 张志呈等 1 爆破原理与设计 1 重庆重庆大学出版社,1992 2 长沙矿山研究院等 1VCR采矿方法试验研究鉴定材料,1984 3 左宇军 1 露天水平炮孔松动爆破的探讨 1 工程爆破,19982 8爆 破 1999年3月