定向断裂控制爆破理论分析及现场应用——已经打印

定向断裂爆破

2005年第3期 煤 炭 工 程 研究探讨

定向断裂控制爆破理论分析及现场应用

田运生1,田会礼1,杨永琦2

(1 河北工程学院,河北邯郸 056038;2 中国矿业大学北京校区,北京 100083)

摘 要:基于断裂动力学理论,文章论述了切缝药包定向断裂控制爆破炮孔间贯通裂纹形成的机理。按照切缝药包定向断裂控制爆破参数计算公式确定的炮孔间距和装药量,经现场实际应用证明是有效的和合理的。

关键词:岩石爆破;定向断裂;控制爆破;爆破参数

中图分类号:TD235 4 文献标识码:B 文章编号:1671-0959(2005)03 0051 03

Theoryanalysisofdirectionalsplitofrockbycontrolledblastingandpracticalapplication

TIANYun sheng1,TIANHui li1,YANGYong qi2

(1 HebeiUniversityofEngineering,Handan056038,China;

2 BeijingCampusofChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083,China)

Abstract:Basedonthetheoryofdynamicfracturemechanics,themechanismofcrack formingamongshotholesinthedirectionalsplitofrockbycontrolledblastingisexpounded.Equationsforcalculationparameterofdirectionalsplitofrockbycontrolledblastingareusedtodeterminetheholespacingandexplosivecharge,itiseffectiveandreasonableinpractice.

Keywords:rockblasting;directionsplitting;controlledblasting;blastingparameter

为了使开挖巷道能得到规整的轮廓、减小爆破超挖量、降低围岩的损伤程度,以利于围岩的稳定,在岩巷掘进的周边眼爆破中可以采用定向断裂控制爆破技术。定向断裂控制爆破是一种特殊的控制爆破技术,它是通过采用特制的聚能药包,或将药包装在切槽套管内,或对炮孔预先切槽达到定向断裂的目的。

1 切缝药包定向断裂控制爆破机理1 1 切缝药包的结构及套管的作用

把药卷装入具有一定密度和强度,且开有不同角度、不同宽度和大小切缝或切槽的外壳套管内,就制成了切缝药包,如图1。其实质是在炸药爆炸后,利用切缝或切槽控制爆炸应力场的分布,使爆生气体对岩石介质产生尖劈作用。利用药包外壳在爆轰产物高压作用阶段产生的局部集中应力来控制预定区域内径向裂缝的发展。所以,药包外壳的作用是在炮孔壁周围形成不均匀的应力分布,在切缝方向产生应力突变,使预定方向上的介质生成裂缝。

切缝药包爆炸时,爆轰产物直接冲击外壳表面,由于外壳的密度比爆轰波阵面上产物的密度大,并且外壳的压缩性比爆轰产物的压缩性小,所以,除了切缝处外,爆轰表面都将发生反射,而在切缝方向的爆轰产物遇到外

壳内 收稿日期:2004-09-07

作者简介:田运生(1961-),男,副教授,北京科技大学在读博士,主要从事工程爆破教学和科研工作。

产物直接冲出外壳,高速、高温和高压的能量集中的射流定向作用在切缝方向的炮孔壁上。若其冲量密度JD大于被爆介质的临界冲量密度JID,则在炮孔壁上产生破裂。

在切缝方向初始裂纹形成之后,炮孔周壁介质内得到应力松弛,在一定程度上抑制了其它方向上裂纹的形成。定向初始裂纹形成之后,在爆生气体作用下,初始裂纹尖端形成应力集中,当其动态应力强度因子KI(t)超过介质的动态断裂韧性KIC时,裂纹便继续扩展,介质呈脆性断裂。因此,对于一定的炸药,当改变装药的约束形式和偶合介质特性时,炸药能量的作用和分布将随之改变,从而形成能量释放和作用的加强区、减弱区,切缝药包外壳的作用正是改

图1 切缝药包结构示意图

定向断裂爆破

研究探讨 煤 炭 工 程 2005年第3期

变了爆轰气体对炮孔壁作用初始阶段的均衡性。

定向断裂控制爆破均采用不偶合装药,目的是为了减弱爆炸冲击压力对孔壁产生的破坏作用。由于孔壁与装药间存在一定的间隙,高温、高压的爆生气体将有一个膨胀过程,当其膨胀到孔壁时,必然受到一定程度的衰减,使其作用在孔壁上的压力降低,避免孔壁上产生多条裂缝。

原则。根据现场条件采用的炮孔直径为#36mm,炸药为5M!-4型#27mm水胶炸药。掏槽眼眼深1 8m,辅助眼和周边眼眼深1 6m。2 1 1 炮孔间距的计算

当定向裂纹起裂扩展后,一方面,由于裂纹长度的增长,裂纹尖端的应力强度因子增大;另一方面,随着定向裂纹的扩展,由于炮泥向外运动,炮孔向外膨胀,新增裂纹体积等,炸药爆炸产物绝热膨胀,炮孔内准静态压力下降,裂纹尖端的应力强度因子降低。当这两种因素综合作用后的裂纹尖端应力强度因子不能满足KI(t)>KIC时,裂纹止裂。由此可以确定岩石定向断裂控制爆破的炮孔间距。

定向裂纹扩展过程中,裂纹尖端的应力强度因子可以表示为[2,3]

KI(t)

-r2

( a)=2Pr1-a

1

1 2 炮孔壁开裂条件

从开裂缝形成特点可知,切缝药包装药结构条件下的炮孔壁开裂的原因在于切缝处岩体在压力突变处发生了断裂破坏。其破坏除了有可能发生因环向拉应力 引起的拉断破坏外,同时还有可能因孔壁压力差形成的径向剪应力而造成的剪断破坏。对岩体这种脆性介质而言,只能发生这两种形式的断裂破坏[1]。

1)孔壁拉断破坏。如果岩体在炮孔壁上发生拉断破坏,则可以建立其破坏条件为:

>Std

式中 炮孔壁上的最大环向拉应力;

Std 岩体的动态单轴抗拉强度。由环向应力与径向应力的关系得:

=

P1-

(2)(1)

(6)

令KI(t)=KIC,经推导得

Aa

式中

-5-(a2-r2)=0

(7)

KIC(8)

2Pr

式(6)是关于%的5/2次方方程,利用数值解法可求得

A=

%值,从而得到炮孔间距S=2%。将现场各实际参数代入计算后,并考虑施工方便,取S=600mm。2 1 2 装药量的计算

根据不偶合装药条件下炮孔壁所受压力值的计算式[4],则有

128&0Dv

VbVc

2

-3

式中 岩体动态泊松比。

将式(2)代入式(1)得到单孔条件下形成定向拉裂裂缝时孔壁压力应满足的条件为:

P>

1-

Std(3)

2)炮孔壁剪切破坏。假设爆炸直接作用在炮孔壁上的压力为P1,通过切缝外壳作用在炮孔壁上的压力为P2,则所形成的剪切应力!=P1-P2。由库仑定律得到岩体在炮孔壁处形成剪切开裂时的条件为:

!>Std

式中 Std 岩体动态剪切强度,Std= tan +c;

c 岩体动态内聚力; 岩体动态内摩擦角。

将式(2)代入式(4)得到炮孔壁上形成剪切裂缝时的孔壁压力所应满足的条件为:

P>

(c-!)(5)(4)

P==8KIC

12db&0Dv8dc

-6

le

2

3

(9)

le=

&0Dv

q=

0f(r0/rb)2

d&ll4c0e

dbc

(10)(11)

式中 &0为炮孔装药密度;Dv为炸药的爆速;Vb为炮孔体积;l为炮孔长度;db为炮孔直径;Vc为炮孔装药体积;dc为装药直径;le为炮孔装药系数;q为单孔装药量。将各参数代入后求得周边眼单孔装药量q=290g。

2 2 切缝药包制作及装填

周边眼采用特殊加工的切缝药包,这种药包是将炸药装在特制的外壳中,通过外壳切缝的导压作用,可控制孔壁首先在切缝的方向产生裂缝并扩展。外壳选用#32mm工程塑料管,壁厚2 5mm,内径 …… 此处隐藏：3255字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……