曹小康 劉 平 蔡向昇 楊榮強(qiáng)

(中國(guó)建筑第五工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

基于爆破漏斗試驗(yàn)的巖石可爆性研究

曹小康 劉 平*蔡向昇 楊榮強(qiáng)

(中國(guó)建筑第五工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

根據(jù)利文斯頓爆破漏斗理論，分析了影響爆破漏斗形成的相關(guān)因素，并在蒲津路爆破工程項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了系列單孔爆破漏斗實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)收集的數(shù)據(jù)用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的乳化炸藥的特征曲線、爆破漏斗體積與埋深的關(guān)系、漏斗半徑與炸藥埋深的關(guān)系進(jìn)行了分析研究，求出最佳埋深，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)工程實(shí)踐，得到了較好的爆破效果。

爆破漏斗,可爆性,利文斯頓理論

0 引言

如今爆破作為破碎巖石的主要手段，在工程上得到廣泛應(yīng)用，比如采礦、水利、城市建設(shè)等方面都有涉及爆破；但是巖石具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙情況差異很大，現(xiàn)場(chǎng)的情況各不相同，使得爆破參數(shù)的選取不能完全按照經(jīng)驗(yàn)來(lái)??；炸藥在巖石內(nèi)部爆炸時(shí)，會(huì)使破碎的巖石向自由面方向拋擲，形成爆破漏斗，它作為我們研究爆破作用機(jī)理的主要途徑，在實(shí)施爆破作業(yè)前一般需要對(duì)巖石進(jìn)行試爆，有必要的話通過(guò)爆破漏斗試驗(yàn)來(lái)測(cè)量巖石的可爆性，以及臨界埋深、最佳孔距等參數(shù)，以保證爆破作業(yè)效果能達(dá)到預(yù)期要求。

為了減少爆破器材的耗費(fèi)，指導(dǎo)項(xiàng)目的施工，提高爆破效果和經(jīng)濟(jì)效益，控制爆破的振動(dòng)效應(yīng)，對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)巖石進(jìn)行漏斗試驗(yàn)的研究。

1 項(xiàng)目基本情況

1.1項(xiàng)目概況

蒲津路改造二期道路等級(jí)為城市主干路Ⅰ級(jí)，路線全長(zhǎng)為4 640 m；樁號(hào)K1+600～K2+240段道路紅線寬35 m，樁號(hào)K2+240至五合大橋段K6+240道路紅線寬68 m。K1+800～K2+040段周邊環(huán)境較復(fù)雜，北面約40 m為邕江，東面為開(kāi)闊地，南面約17 m～60 m有村莊民房，西面約120 m為邕寧區(qū)人民醫(yī)院。K1+800～K2+040段臨近三條道路，北面開(kāi)挖區(qū)坡下為仙鶴路、西面57 m為和平三街、南面42 m為吉祥巷。K1+800～K2+040段北側(cè)約10 m有沿路的電線、光纜經(jīng)過(guò)，K2+550附近上方約70 m有高壓線橫跨。

此工程采取的施工方式主要為爆破開(kāi)挖，這就需要我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)求出合理的爆破參數(shù)，以指導(dǎo)爆破施工，所以設(shè)計(jì)了爆破漏斗試驗(yàn)。

1.2項(xiàng)目特點(diǎn)及要求

本項(xiàng)目為C級(jí)土石方爆破，爆破施工部分區(qū)域附近300 m內(nèi)有民房、電纜、道路、高壓線等民用設(shè)施存在，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》需提高一個(gè)級(jí)別，部分民房穩(wěn)固性較差，房屋與山體相接，為磚結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)，建設(shè)年代長(zhǎng)，抗震能力差；所需開(kāi)挖的巖體主要是石灰?guī)r，厚層塊狀構(gòu)造，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)，局部巖層節(jié)理裂隙較發(fā)育，分布有寬0.1 m～0.5 m不等的小裂隙。巖體表面有植被和表土覆蓋，僅有少量巖石露出。

爆破作業(yè)不能影響周邊民用設(shè)施的安全；爆破為松動(dòng)爆破，不能產(chǎn)生過(guò)多飛石，需要對(duì)巖石進(jìn)行可爆性研究，優(yōu)化爆破參數(shù)，達(dá)到理想的爆破效果。

2 理論基礎(chǔ)

2.1巖石的剪切破壞理論

巖石的剪切破壞理論[1]認(rèn)為爆炸作用通過(guò)產(chǎn)生沖擊波和爆生氣體對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生破壞，其中以爆生氣體的作用為主，在最小抵抗線方向上，巖石的阻力最小，所以朝抵抗線方向巖石受到剪切力被破壞并被拋擲，繼而形成漏斗型坑洞。

爆破作用指數(shù)n是爆破漏斗半徑r與最小抵抗線W之比，當(dāng)n=1時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破，當(dāng)n>1時(shí)為加強(qiáng)拋擲爆破，當(dāng)n介于0.75～1之間時(shí)為減弱拋擲爆破，當(dāng)n<0.75為松動(dòng)爆破。

2.2利文斯頓理論

在控制爆破中，利文斯頓曾提出以能量平衡為準(zhǔn)則的爆破漏斗理論，即炸藥在巖體內(nèi)爆炸時(shí)傳給巖石能量的多少和速度的快慢，取決于巖石的性質(zhì)、炸藥性能、藥包質(zhì)量、炸藥埋置深度和起爆方式等因素。

根據(jù)利氏理論，提出了炸藥和炸藥埋深的關(guān)系[2]：

Le=EbQ1/3

(1)

其中，Le為炸藥埋置臨界深度；Q為炸藥量；Eb為巖石的變形能系數(shù)。

Eb的物理意義是在一定的裝藥量Q的條件下巖石表面開(kāi)始破裂時(shí)巖石可能吸收的最大爆破能量。

在巖石性質(zhì)、藥包質(zhì)量一定的情況之下，爆破作用的效果取決于藥包埋置深度的大小，如果當(dāng)藥包的埋深達(dá)到某個(gè)深度時(shí)，形成的漏斗體積越大，而當(dāng)藥包埋深大于或小于埋深時(shí)產(chǎn)生的漏斗體積小，此時(shí)對(duì)于炸藥爆破能力的利用率最高。

3 試驗(yàn)內(nèi)容

裝藥量及炮孔間距和深度。

爆破漏斗的研究表明，當(dāng)藥包長(zhǎng)徑比不大于8時(shí)，其爆破作用與球型藥包相當(dāng)，本次實(shí)驗(yàn)裝藥量為200 g/孔，填入炮孔時(shí)長(zhǎng)徑比不超過(guò)8[3]。

必須保證相鄰爆破漏斗不會(huì)相互影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我們將相鄰炮孔間距設(shè)計(jì)大于1.5 m，采用1.6 m為實(shí)驗(yàn)炮孔間距。

根據(jù)類似爆破漏斗試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們?cè)O(shè)計(jì)在不同炮孔的深度下實(shí)驗(yàn),炮孔垂直布置。采用1段非電雷管進(jìn)行引爆。

4 數(shù)據(jù)的收集與處理

4.1爆破漏斗體積與漏斗直徑的測(cè)量

以垂直炮孔軸線的平面，作為基準(zhǔn)面，即取地面為基準(zhǔn)面，在爆破前后，分別按10 cm×10 cm的網(wǎng)度測(cè)量漏斗輪廓線到基準(zhǔn)面的距離，求出各測(cè)點(diǎn)的爆破深度，按拋物線法(辛卜生法)[4]計(jì)算求得漏斗各斷面的面積Si。

Si=B/3[(Y0+Yn)+2(Y2+Y4+…+
Y2i+…)+4(Y1+Y3+…+Y2i+1+…)

(2)

其中，Si為漏斗某斷面面積,m2；B為測(cè)點(diǎn)間距，B=0.1 m；Yi為第i點(diǎn)的爆破深度。

爆破后按相同的網(wǎng)度測(cè)量漏斗輪廓線距基準(zhǔn)面的距離。求出測(cè)點(diǎn)的爆破深度，然后按棱臺(tái)體體積計(jì)算公式計(jì)算出漏斗各斷面的面積Si，最后按棱臺(tái)體求得各漏斗的體積V。

(3)

4.2爆破漏斗半徑的測(cè)量

爆破后，扣除漏斗口周圍巖石片落部分，圈定漏斗的邊界，然后以炮孔為中心，每隔45°角量取漏斗半徑，取其8個(gè)測(cè)量值的平均值，再求出漏斗半徑Ri作為本次爆破實(shí)驗(yàn)的漏斗半徑。

4.3收集的數(shù)據(jù)

漏斗試驗(yàn)數(shù)據(jù)表見(jiàn)表1。

表1 漏斗試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

4.4巖石可爆性的評(píng)價(jià)

利用SPSS軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，分別對(duì)孔深L(x)與漏斗體積V(y1)、漏斗深度P(y2)與漏斗半徑R(y3)和漏斗深度的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出各自的回歸方程為：

y1=-816.121x2+934.573x-208.217

(4)

y2=-6.530x2+7.363x-1.489

(5)

y3=-1.621x2+1.838x-0.309

(6)

結(jié)合SPSS軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析看得出，裝藥量一定的條件下，孔深和漏斗體積成二次關(guān)系，從擬合曲線圖1～圖3看出，當(dāng)孔深為0.82 m時(shí)，爆破作用不產(chǎn)生拋擲巖石，不會(huì)形成爆破漏斗，可以認(rèn)為當(dāng)孔深為0.82 m時(shí)，巖體表面剛好開(kāi)始破裂，所以臨界埋深Ln=0.82 m。將其代入利文斯頓公式中：

Le=Eb×Q1/3

(7)

將公式變形為：

Eb=Le/Q1/3

(8)

求出Eb=1.4，由Eb的值可以看出為較難爆的巖石。

4.5最佳孔深的確定

從圖1～圖3中可以看出，在藥包質(zhì)量與巖石性質(zhì)保持不變時(shí)，爆破作用所產(chǎn)生的漏斗體積存在最佳值，藥包中心深度與V/Q的相關(guān)性呈拋物線型如圖4所示，在孔深為0.65左右時(shí)，爆破效果達(dá)到最高值。在孔深為0.8 m時(shí)，巖石剛好破碎并不產(chǎn)生飛石，符合松動(dòng)爆破的要求，所以0.8 m的孔深最佳。

5 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)將爆破漏斗試驗(yàn)用于研究巖石的可爆性，控制裝藥量不變，在不同孔深條件下對(duì)爆破漏斗的數(shù)據(jù)予以收集；利用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，可得出如下經(jīng)驗(yàn)：

1)求出Eb有助于選擇合理的炸藥單耗，可以為孔網(wǎng)參數(shù)的選擇提供參考。選擇合理的孔網(wǎng)參數(shù)及裝藥量，可以提高爆破的安全性，減少爆破飛石。

2)在藥量一定的情況下，爆破漏斗體積的大小反映了炸藥能量的利用率。爆破漏斗體積與孔深大致呈二次函數(shù)關(guān)系。

[1] 李守巨,劉迎曦,吳玉良.爆破漏斗形成過(guò)程的拉伸和剪切理論[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),1996(15)：525-528.

[2] 金旭浩,盧文波.爆破漏斗理論探討[J].巖土力學(xué),2002(23):206-208,219.

[3] 張 生.爆破漏斗實(shí)驗(yàn)在中深孔爆破參數(shù)確定中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013(3)：8-10,40.

[4] 江飛飛,陳 良,李向東.爆破漏斗體積多方法測(cè)量及其比較分析[J].采礦技術(shù),2013(13)：127-128,153.

Experimentalstudyonrockblastablitybasedonblastingcrater

CaoXiaokangLiuPing*CaiXiangshengYangRongqiang

(ChinaConstructionFifthEngineeringCo.,Ltd,Changsha410004,China)

According to the blasting crater theory preseted by Livingston, the factors influenced the formation of blasting crater are discussed, series of crater experiments of single hole blasting were performed in blasting project of Pujin road, the date from experimental design were analyzed by SPSS software, the relationship between blasting crater volume and change embedment depth, the relationship between crater vatius and charge enbedment depth have been discussed, the optimum depth has been found out. Applying the results to guide angineering practice, obtained the good blasting effect.

blasting craterl, blastablity, livingston theory

1009-6825(2017)28-0075-02

2017-07-24

曹小康(1984- )，男，工程師

劉 平(1964- )，男，工程師

TU458.2

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