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第21卷 第4期(增) 矿业研究与开发Vol. 21 Supp.
2001年 8 月 MIN IN G R &D Aug. 2001文章编号:1005-2763(2001) 04(增) -0006-03 Ξ
光面爆破装药量的确定
左宇军, 王茂玲
(长沙矿山研究院, 湖南长沙 410012)
摘 要:从光面爆破岩石破坏形态出发, 分析了爆炸能量的消耗, 提出了光面爆破线装药密度, 炮孔底部加强装药量的计算公式, 并在工程实践中得到了验证。
关键词:光面爆破; 线装药密度; 装药量; 加强装药中图分类号:TD235. 374 文献标识码:A
Determination of H ole Charge in Smooth Surface B lasting
ZU O Y u 2j un , W A N G M ao 2li ng
(Changsha Institute of Mining Research ,Changsha ,Hunan 410012,China )
Abstract :Based on the destroying mode of the smooth surface blasting , the consumption detonation energy is discussed. The paper proposes a formula for the charging in smooth surface blasting as well as a formula for the of bot 2toms. Both proved useful in practical K ey Words :Smooth surface blasting ; Enforced charge
1 前。光面爆破参数, 如孔距(a ) 、抵抗线(w ) 、炮孔装药量(Q ) 等, 它们不是孤立的, 而是相互制约, 相辅相成的。施工中合理选择光面爆破参数, 可以提高爆破质量和效率。光面爆破参数设计计算有公式计算法、直接试验法、经验类比法和模型试验法等。本文试图从能量平衡观点出发, 确定光面爆破炮孔装药量。
其中炮孔抵抗线方向的拉应力较大, 于是在该方向形成剪应力。该方向属于弱介质部位, 当炮孔抵抗线方向的剪切强度超过岩石的极限抗剪强度时, 该方向也被拉平。尽管岩石抗剪强度大于抗拉强度, 但比其抗压强度小得多, 所以爆炸能量大到合理抵抗线方向的断裂面形成, 也不会破坏孔壁。此外, 在强烈的爆破震动作用下, 再加上节理裂隙的影响等, 被爆范围内的岩石, 被震断或产生轻微破碎。光面爆破是弱装药, 根本不足以对光爆层进行有效的破碎, 更不要说抛掷。不破坏孔壁而又要有一定的破碎效果, 应该在炮孔底部一定长度内加强装药, 这一段药包起爆后, 将产生足够大的能量, 使底部加强装药段范围内的岩体充分破碎, 失去强度, 并向自由面方向抛出, 使光爆层岩体在自重作用下塌落, 并在下落过程中发生错位、碰撞, 并且最终产生一定程度的破碎。
通过上述分析, 笔者认为光面爆破有如下主要特点:
(1) 光面爆破是利用岩石抗拉强度低这一性
2 光面爆破岩石破坏形态及能量消耗
分析
实施光面爆破时, 相邻两孔同时起爆后, 不仅两孔周围各自形成一个应力场, 而且在炮孔之间连心面上, 应力波发生叠加, 形成应力加强带。当岩石介质所受到的切向拉应力大于岩石的极限抗拉强度时, 沿两孔连心面形成贯穿裂缝, 从而实现光面爆破。同时由于炮孔连心线上的拉应力分布不均匀,
Ξ收稿日期:2001-05-20
作者简介:左宇军(1965-) , 男, 湖南湘乡人, 高级工程师, 主要从事爆破技术研究与应用工作
.
第4期(增) 左宇军等 光面爆破装药量的确定7
质, 再加上充分发挥炸药爆炸拉应力来达到目的的。同时, 利用岩石抗剪强度较低的这一性质, 使光爆层岩石产生一定程度的破碎。
(2) 光面爆破炮孔是弱装药, 其爆炸能量主要形成光爆面和抵抗线方向剪切面, 不足以对光爆层岩石进行有效破碎, 更不用说抛掷。所以, 爆炸用于破碎和抛掷的能量可以忽略不计。
(3) 光面爆破炮孔底部装药原理与上部装药不同, 其爆炸能除用于岩石剪切外, 还用于破碎与抛掷。光面爆破炮孔底部加强装药对光爆层岩石起到了辅助破碎作用。
(4) 岩石抗拉强度比岩石抗压强度小得多, 仅根据抗拉强度计算的炮孔装药量爆破后, 可能除碴不方便, 所以, 可以适当调整药量, 既满足施工要求, 又保证光面质量。
光面爆破一般是双自由面爆破, f 1=1. 0。将各参数代入(3) 式可变为:
Q =30Hc (a +w )
(4)
则炮孔线装药密度q 光为:
q 光=
=30c (a +w ) H
(5)
(5) 式可看出, 装药量主要与岩石性质, 从(4) 、
如破碎程度、岩石的坚固性, 光面孔间距和光爆层厚度有关, 而岩石坚固性又与岩石抗拉强度和抗剪强度有关。
实际工程中, 孔距a 和光爆层厚度w 一般都是按孔径大小来选取:
a =m w , w =c 1d
3 光面爆破炮孔装药量的确定
3. 1 光面爆破炮孔装药量的确定
式中, m 为炮孔密集系数, 可取m =0. 7; c 1为
光爆层厚度经验系数, 可取c 1=d 为光爆孔孔径(m ) 。) :
180. f =918cd (6)
一般认为, 爆破时炮孔装药量Q w 的函数, 即:Q =f (w ) 。, w
2
32
3
4
C 取0. 7时,
q 光=650d (7)
根据公式(6) , 可以计算出光爆孔线装药密度q 光随孔径d 与岩石坚固性系数f 的变化规律, 如附表。
附表 q 光随d 与f 的变化规律
f [1**********]
d (mm )
4058~8263~9073~10481~11689~127100~142115~164
76109~156120~171138~197155~221169~242189~270219~312
89127~183140~200162~231181~258198~283222~316256~365
100144~205158~225182~260203~290223~318249~356288~411
115165~236181~259209~299234~334256~366286~409331~472
(1)
式中:a 2w 表示内层产生流变、剪切或塑性变形的能量消耗; a 3w 是破碎介质消耗的能量;
a 4w 是使已破碎的介质充分膨胀和抛举起来所消
4
耗的能量。同理, 光面爆破能量消耗也应包括上述三部分。
对于光面爆破, 根据前述分析, a 3w 3和a 4w 4
两项可以忽略, 则由(1) 式可得光面爆破的炮孔装药量计算公式:
Q =a 2w
2
(2)
研究表明, w 2可用炮孔爆破剪切和断裂面积A 代替。则(2) 式可变为:
Q =cq 1f 1A
(3)
式中:q 1为单位剪切面积用药量(简称面积系数) ,g/m 2, 主要与岩石性质有关。根据工程实践, q 1可近似取30f (f 为岩石坚固性系数) ; A 是剪切或断裂面积之和, A =aH +w H (m 2) ; a 是光面孔孔距(m ) , w 是光面层厚度(m ) , H 是光爆层高度(m ) ; c 是岩石破碎程度系数, c =0. 7~1, 岩石完整
附表所列结果与以往经验数据比较, 两者是相当接近的。3. 2 光面爆破炮孔底部装药量的确定
光面爆破炮孔底部装药量除克服夹制外, 同时有其独特的作用, 即充分破碎底部, 使光爆层塌落, 最终产生一定程度的破碎。
光爆孔底部装药量的确定可以套用深孔爆破的炮孔装药量计算方法:
(8) Q
d =k ・a ・w p ・h 式中, Q d 为光爆孔底部装药量,kg ; w p 为底盘
时取1, 岩石较破碎时取0. 7, f 1是炮孔定位系数,
8矿业研究与开发 第21卷
抵抗线, m ; a 为孔距,m ; k 为炸药单耗,kg/m 3, 因为
要求对岩石有一定的抛掷, 取k =0. 5kg/m 3; h 为炮孔底部装药深度,m , 取h =(1~1. 2) a 。
根据(5) 式计算q 光:
q 光=30c (a +w )
f
4 应用实例
湖南耒宜高速公路路堑石方工地岩石为白云质石灰岩, 岩性坚硬, f 系数为10~12。但岩体裂隙较发育, 局部地带有溶洞存在, 有石包泥或土, 地质结构较为复杂, 不利于光面爆破。边坡工程中, 采用CM351型潜孔钻机和RD100型潜孔钻机钻凿光面炮孔, 炮孔直径d =115mm , 爆破参数选取如下:
(1) 光爆孔孔距a 。
a =C 2d
式中, C 取0. 7, f =10~12代入上式得:
q 光=212~233g/m
为了保证好的光面质量和便于操作, 施工中取q 光=200g/m 。
(4) 炮孔底部装药量Q d 。根据(8) 式计算Q d :
Q d =k ・a ・w p ・h
式中, k =0. 5kg/m 3, a =1. 2m , w p =2. 5m , h =a =1. 2m , 代入上式得Q d =1. 8kg 。
光爆施工后, 边坡面上留下的半孔率高达90%以上, 孔壁没有产生爆破裂纹, 边坡围岩稳定, 没有产生破坏, 获得了稳定、平整、美观的路堑边坡。
通过分析和工程实例验证, , 可供施工[1式中, C 2=8~12, 取C 2=10, 则a =1. 15m , 取a =1. 2m 。
(2) 光爆层厚度w 。
w =C 1d
式中, C 1=15~25, 取C 1=18, 则w =2. 1m , 取w =2m 。
(3) 线装药密度q 光。
([J].工程爆(1) .
综上所述, 难以用一定的数学模型来描述表达, 因而不得不依靠地质图纸来完成工程设计。其特点是:就某一次具体的爆破作业来说,
它的地理范围是一定的; 有关的坐标信息等完全来源于图, 并由图反映; 包含了地形、地物等复杂信息。
一般认为, 建造CAD 系统的最重要、最艰难的部分是如何准确地确定不同使用环境中不同用户的真正需求。在爆破设计和施工中, 由于需求的模糊性和动态性, 基础条件的千差万别和施工习惯的不同, 使得软件开发人员和软件使用人员之间的交流不可避免地存在某种障碍。快速原型模型能很好地克服以上缺点, 它快速而廉价地提供了一种连续、有效的信息反馈机制来不断地、动态地求解和完善需求描述和系统设计, 使现场使用者通过实际使用对系统的功能做出全面客观的验证和判断, 并向开发者提供反馈信息。一个CAD 系统必须具有很好的可维护性, 且应能够适应不断增加的新要求。面向对象的方法所带来的稳定性、可重用性和可维护性等优点, 使得系统易于扩充和修改。
总之, 从爆破工作的实际出发, 就现阶段而言,
笔者建议采用“快速原型”的方法来开发爆破CAD 。
3 结 论
本着“快速原型法”的思想, 在系统的设计过程中应遵循以下原则:
(1) 坚持相关部门的组织与协调。因为计算机辅助设计系统不是原手工系统的简单反映, 系统开发与加强管理应同步进行。它基本的要求是原始数据必须标准、规范、完整、准确, 这必须各部门协调合作。因此, 必须领导参与, 组织协调各部门的工作。
(2) 从实际出发, 面向用户的原则。在系统设计的过程中, 应与用户反复磋商, 尽量使系统具有一定的适应性和灵活性。
参考文献:
[1][2][3][4]
邹定详. 计算露天矿台阶爆破块度分布的三维数学模型. 爆炸与冲击[J],1984(3) .
T. J. 怀特, 等. 计算机与爆破. 国外金属矿山[J],1994(4) .
张海藩. 软件工程导论[M ].北京:清华大学出版社,1999. 孙豁然, 冯慎明, 等. 采矿CAD 开发方法及环境与工具的选择
[J].中国矿业,1996(2) .