爆破技术

浅析聚能装药在预裂爆破中的应用

南京理工大学 安刚 指导教师：黄寅生

摘要：聚能预裂爆破与普通预裂爆破相比, 爆破效果明显提高, 能有效地控制预裂缝的扩展。文中根据对线型聚能装药效应的分析研究, 提出了新的聚能装药预裂切缝方法及其机理, 并指出了其发展前景。

关键词：线型聚能装药；预裂切缝；应用分析

1 预裂爆破现状和传统技术

预裂爆破是在主爆破炮眼起爆之前, 沿设计轮廓面布置的预裂炮眼首先起爆, 形成有一定宽度的预裂缝, 将开挖区与保留区的岩体分离开, 从而使保留区岩体在主爆破炮眼爆破时受到的破坏和震动大为减轻, 留下光滑、平整的开挖面。其机理被广泛认为是应力波和爆生气体的共同作用。其主要措施在于采用不耦合装药结构, 减少装药量; 使用低爆速、低密度且爆生气体生成量大的炸药; 适当加密预裂炮眼, 布置导向孔; 合理确定炮眼系数; 采取预留光面层爆破,以便获得好的爆破效果。其在矿山、水电、交通、军事和建筑等露天边坡和地下开挖等工程爆破中, 得到全面推广应用, 取得了巨大的综合效益。

工程预裂爆破的参数选择和控制技术决定了爆破效果, 其措施有:

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1) 爆破参数的设计计算有公式法、直接试验法、经验类比法和模型试验法等。可结合工程 实践经验和有关文献来确定炮眼直径、间距、最小抵抗线、不偶合系数和线装药密度等爆破参数。

2) 控制爆破裂缝的主要措施有:

①采用孔壁切槽、设导向孔和异形炮孔等方法改变炮孔的形状或孔间的相互关系, 以改变 炮孔的受力状态, 使劈裂面方向产生应力集中, 避免裂缝方向的随机化。但孔壁切槽和设异形炮孔对钻孔精度、炮孔加工工艺和钻具要求很高。设导向孔需增加钻孔量, 提高了钻眼成本。

②采用压铸药柱、聚能药包、带缺口药包、扁平药包等方法改变药包形状, 使其最大的压力作用于劈裂面方向。其中, 聚能装药所产生的射流作用集中, 用药量较少, 效果最好。 ③采用切缝套管、挤压钢棒及半圆套管以改变装药结构, 使爆生气体的最大压力作用于劈 裂面方向。但对钻孔、定位、炸药、套管的材质、尺寸及力学特性要求高。

3) 工程实践表明, 根据岩体地质条件, 合理利用结构面可获得较理想的预裂缝。预裂孔与 结构面一致时, 可沿结构面布置, 以减少炸药量, 获得理想的预裂缝。一些断层、节理对爆炸应力波的衰减影响较大, 可起到类似预裂缝的作用。对炸药进行分散化、微量化处理, 改变装药方式, 在炮孔的断层、裂隙处, 局部间隔装药, 以减少爆破对弱面的过度破坏及爆生气体的逸散现象。

现在, 聚能装药在金属切割、军用破甲等方面的应用研究甚多, 并取得良好的效果。而在岩石预裂切缝方面研究较少, 且传统的岩石预裂爆破技术存在能量利用率低, 钻孔工作量大, 成本高, 切缝成材率低, 受岩体地质结构条件制约等显著缺点。因此, 聚能装药在岩石预裂爆破中的应用具有广阔的前景。

2 线型聚能装药进行预裂切缝的探讨及参数分析

在大型块体切割和地坪沟槽等控制爆破中, 受爆破块体的材质、控制爆破的环境条件和要求等因素的限制。为避免欠挖和超挖现象, 减少钻眼工作量, 降低成本, 提高效率, 可采用