空气间隔装药爆破机理及应用研究
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摘要
国内外研究和试验表明:使用空气间隔装药技术用于爆破可以得到与常规装药方式相近的效果,同时可以减少大量的装药工作量及起爆器材的使用,从而达到提高工作效率和有效节省爆破成本的目的。但对该爆破方法和技术的研究,至今仍停留在试验阶段,既未形成一套完整的理论,也没有较为系统、相对完善的实践资料,仅仅是结合生产实践在某些工程做了一些生产性试验,积累了一定的实践经验。从理论高度研究空气间隔装药爆破的机理并确定合理的空气层比例是空气间隔装药爆破技术在我国推广过程中的重要研究课题,应有较高的技术价值及广阔的潜在工程应用前景。本文在前人工作基础上,运用一维不定常流理论对空气间隔装药炮孔内的爆轰波作用过程进行了详细的研究,取得了如下一些研究成果:
较好的揭示了空气间隔装药技术孔内应力作用过程及爆破破岩机理。本文从空气间隔装药爆破中炮孔内爆炸冲击波、爆轰产物的膨胀运动过程及其与炮孔底部和堵头底部的相互作用过程进行了详细分析,确定了炮孔内一维应力变化历程及时空分布,从而从理论高度定量分析了空气间隔装药爆破技术的爆破破岩机理。
定量确定了梯段爆破中合理的空气间隔比例。为使炮孔近区能受到较高压力形成压碎圈和远区能受到应力波持续加载和卸载作用达到较好爆破效果、充分利用爆破能量,通过不同空气层处于不同位置和不同起爆方式下孔内的压力时程分布的炮孔周围岩体中的动应力场计算,表明:空气层置于顶部的装药方式优于空气层置于中部和下部;反向起爆方式优于正向起爆方式;要充分利用空气间隔爆破结构的优势,在梯段爆破中合理的空气层比例约为30%～42%。
定量确定了预裂(光面)爆破中合理的空气间隔比例。在预裂(光面)爆破中,在保证炮孔连线间能劈裂贯穿裂缝又要尽量避免过大的炮孔压力,防止对炮孔壁岩体的破坏。通过不同空气层处于不同位置和不同起爆方式下孔内的压力时程分布的炮孔周围岩体中的动应力场计算,表明:空气层置于顶部的装药方式优于空气层置于中部和下部;正向起爆方式优于反向起爆方式;在预裂(光面)爆破中合理的空气层比例约为60%～80%。
现场试验表明,由理论分析得出的空气间隔比例不仅适用于矿山采用的150～350mm大孔径深孔爆破技术,对我国水利水电工程常用的42～150mm孔径爆破同样适用。
There are quite a lot of reports about air-decking technique at home and abroad lately which report the good performance. It can not only overcome the base and break rock, but also can lower the vibration and minish the destroying to the construction foundation. These practices have provided valuable experience and profitable exploration for future research. All researches indicate that the similar effect can be obtained in blasting with air-decking technique as opposed to general charging. But it can reduce the work of charge and the amount of igniter materials, so that it can improve the work efficiency and reduce the cost. Actual investigation proves that the research of the blasting method still rests on the aspects of examination and exertion in local area and is not mature which is on the stage of exploration. It has not yet formed a suit of integrated theory and also has no systemic and relatively perfect data which has just done some trials and accumulated some experience. In the popularized process of air-decking technique in China, it’s an important task to study the mechanism of air-decking and to determine the air-decking ratio from theory. It has high technical value and wide potential foreground of the engineering application. On the basis of the previous work, exerting the theory of one-dimensional nonstable flow, the action of the detonation waves to the borehole is studied in this thiese and some results are obtained which are listed in following:
The mechanism of air-decking technique is analyzed. According to the analysis of the expanding process of shock waves and detonation products and the interaction of them with the bottom of the borehole and the end of the stemming, the time history and space distribution of one dimension pressure in borehole are determined. So the mechanism of the air-decking technique is quantitative analyzed from theory.
The air-decking ratio in bench blasting is quantitative determined. In order to assure that the near area of borehole is crushed to pieces by the high pressure and the far area has the good blasting effect by the continuous loading and unloading of the pressure wave and make good use of blasting energy, according to analyze the time history of stress in borehole when the air-decking locates at different place and the detonation way is different and numerical analysis, the following achievements are obtained. The air layer locates at the top is better than that locates at middle and bottom. Detonation at bottom is better than detonation at top. Based on the theoretical analysis, the advantage of air-decking demolish can be used efficiently only if the air-decking ratio varies from 0.3 to 0.42 in bench blasting.
The air-decking ratio in pre-split blasting and smooth blasting is quantitative determined. In pre-split blasting and smooth blasting, in order to form cracks between the boreholes but not destroy the bore walls by high compressive stress in borehole, according to analyze the time history of stress in borehole when the air-decking locates at different place and the detonation way is different and numerical analysis, the following achievements are obtained. The air layer locates at the top is better than that locates at middle and bottom. Detonation at top is better than detonation at bottom. Based on the theoretical analysis, the advantage of air-decking demolish can be used efficiently only if the air-decking ratio varies from 0.6 to 0.8 in pre-split blasting and smooth blasting.
The experiments on site indicate that the air-decking ratio achieved by theoretical derivation is not only the same with the technique of large diameter borehole blasting in mining, but also applicable to small diameter borehole blasting which is popular in China.
较好的揭示了空气间隔装药技术孔内应力作用过程及爆破破岩机理。本文从空气间隔装药爆破中炮孔内爆炸冲击波、爆轰产物的膨胀运动过程及其与炮孔底部和堵头底部的相互作用过程进行了详细分析,确定了炮孔内一维应力变化历程及时空分布,从而从理论高度定量分析了空气间隔装药爆破技术的爆破破岩机理。
定量确定了梯段爆破中合理的空气间隔比例。为使炮孔近区能受到较高压力形成压碎圈和远区能受到应力波持续加载和卸载作用达到较好爆破效果、充分利用爆破能量,通过不同空气层处于不同位置和不同起爆方式下孔内的压力时程分布的炮孔周围岩体中的动应力场计算,表明:空气层置于顶部的装药方式优于空气层置于中部和下部;反向起爆方式优于正向起爆方式;要充分利用空气间隔爆破结构的优势,在梯段爆破中合理的空气层比例约为30%～42%。
定量确定了预裂(光面)爆破中合理的空气间隔比例。在预裂(光面)爆破中,在保证炮孔连线间能劈裂贯穿裂缝又要尽量避免过大的炮孔压力,防止对炮孔壁岩体的破坏。通过不同空气层处于不同位置和不同起爆方式下孔内的压力时程分布的炮孔周围岩体中的动应力场计算,表明:空气层置于顶部的装药方式优于空气层置于中部和下部;正向起爆方式优于反向起爆方式;在预裂(光面)爆破中合理的空气层比例约为60%～80%。
现场试验表明,由理论分析得出的空气间隔比例不仅适用于矿山采用的150～350mm大孔径深孔爆破技术,对我国水利水电工程常用的42～150mm孔径爆破同样适用。
There are quite a lot of reports about air-decking technique at home and abroad lately which report the good performance. It can not only overcome the base and break rock, but also can lower the vibration and minish the destroying to the construction foundation. These practices have provided valuable experience and profitable exploration for future research. All researches indicate that the similar effect can be obtained in blasting with air-decking technique as opposed to general charging. But it can reduce the work of charge and the amount of igniter materials, so that it can improve the work efficiency and reduce the cost. Actual investigation proves that the research of the blasting method still rests on the aspects of examination and exertion in local area and is not mature which is on the stage of exploration. It has not yet formed a suit of integrated theory and also has no systemic and relatively perfect data which has just done some trials and accumulated some experience. In the popularized process of air-decking technique in China, it’s an important task to study the mechanism of air-decking and to determine the air-decking ratio from theory. It has high technical value and wide potential foreground of the engineering application. On the basis of the previous work, exerting the theory of one-dimensional nonstable flow, the action of the detonation waves to the borehole is studied in this thiese and some results are obtained which are listed in following:
The mechanism of air-decking technique is analyzed. According to the analysis of the expanding process of shock waves and detonation products and the interaction of them with the bottom of the borehole and the end of the stemming, the time history and space distribution of one dimension pressure in borehole are determined. So the mechanism of the air-decking technique is quantitative analyzed from theory.
The air-decking ratio in bench blasting is quantitative determined. In order to assure that the near area of borehole is crushed to pieces by the high pressure and the far area has the good blasting effect by the continuous loading and unloading of the pressure wave and make good use of blasting energy, according to analyze the time history of stress in borehole when the air-decking locates at different place and the detonation way is different and numerical analysis, the following achievements are obtained. The air layer locates at the top is better than that locates at middle and bottom. Detonation at bottom is better than detonation at top. Based on the theoretical analysis, the advantage of air-decking demolish can be used efficiently only if the air-decking ratio varies from 0.3 to 0.42 in bench blasting.
The air-decking ratio in pre-split blasting and smooth blasting is quantitative determined. In pre-split blasting and smooth blasting, in order to form cracks between the boreholes but not destroy the bore walls by high compressive stress in borehole, according to analyze the time history of stress in borehole when the air-decking locates at different place and the detonation way is different and numerical analysis, the following achievements are obtained. The air layer locates at the top is better than that locates at middle and bottom. Detonation at top is better than detonation at bottom. Based on the theoretical analysis, the advantage of air-decking demolish can be used efficiently only if the air-decking ratio varies from 0.6 to 0.8 in pre-split blasting and smooth blasting.
The experiments on site indicate that the air-decking ratio achieved by theoretical derivation is not only the same with the technique of large diameter borehole blasting in mining, but also applicable to small diameter borehole blasting which is popular in China.
引文
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