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        深孔爆破飛石產(chǎn)生的機理計算及控制措施

        2018-09-12 11:54:02
        世界有色金屬 2018年13期
        關(guān)鍵詞:爆區(qū)平盤民房

        蘭 振

        (金堆城鉬業(yè)股份有限公司,陜西 渭南 714102)

        1 爆破飛石產(chǎn)生的機理

        爆破飛石是由于爆破中能量分配不均勻,巖塊從抵抗線方向或薄弱帶拋出,脫離爆堆而飛散到較遠(yuǎn)的地方。特別是當(dāng)最小抵抗線較小時[1],炸藥爆炸生成的高溫高壓氣體沿被爆巖體中的薄弱面高速噴出,攜帶其中被破碎的巖石碎塊加速沖出,形成飛石。

        通過實際爆破過程中飛石的現(xiàn)場觀察,并結(jié)合理論上的判斷,我們分析,飛石的產(chǎn)生存在以下機理:①炮孔堵塞缺陷,施工過程因水孔、凍孔造成堵塞質(zhì)量不好,堵塞段長度不夠、再加之爆區(qū)周邊和孔口頂部破碎的巖石,高溫高壓的爆轟氣體攜帶較多碎石沖出炮孔,形成沖炮,產(chǎn)生飛石[2]。②巖石結(jié)構(gòu)不均勻,在斷層、節(jié)理、軟弱夾層等薄弱面時[1],爆轟氣體通過薄弱巖層面集中沖出,導(dǎo)致過遠(yuǎn)的飛石或者前沖。③因爆破區(qū)域前排孔臨空面下部被挖空,形成“傘檐”,導(dǎo)致局部抵抗線過小,巖體在破碎過程中,爆轟氣體首先沿著最小抵抗線方向集中沖出[1],并攜帶破碎巖石,從而形成飛石。④兩個爆區(qū)銜接距離較大,導(dǎo)致前排孔抵抗線過大,炸藥爆炸的能量不能完全推動前部巖體,而是先從抵抗較薄弱的孔口迅速泄出,導(dǎo)致沖天飛石。

        2 爆破飛石的運動分析和理論計算

        2.1 巖石拋擲示意圖

        根據(jù)地形情況及外彈道學(xué)原理[4],可將爆破飛石運行距離分為兩部分。一為飛石水平飛擲距離S1,二為飛石沿山坡向下墜落距離S2。(如圖1示)

        圖1 巖石拋擲示意圖

        VO——巖石拋出時初速度,m/s;

        VX——的水平分速度,m/s;

        Vy——的垂直分速度,m/s;

        α——飛石拋擲角,飛散最遠(yuǎn)的拋擲角為45°;

        S1,S2,S——飛石各時間段水平飛散的距離,m;

        h1——飛石最高點與1284平盤的高差,m;

        h2——1284平盤與1164平盤的高差,m;

        H——飛石最高點與1164平盤的高差,m。

        2.2 巖石拋出初速度計算

        式中:VO——巖石拋出時初速度,m/s;

        Q——裝藥量,kg;取Q=430kg;

        W——最小抵抗線,m;計算得W=6.5m;

        計算得:VO=26.968m/s。

        (2)飛石的水平速度:VX=VOCosα;

        飛石的垂直速度:Vy=VOSinα;

        2.3 巖石水平飛擲距離計算

        (1)平坦地形,根據(jù)外彈道學(xué)原理,忽略空氣阻力的飛石計算距離[4]

        式中:S1——平坦地形巖石水平飛散距離,m;

        VO——同上;

        α——同上,取α=45°;

        g——重力加速度,m/s2,取g=9.8。

        (2)由于地形高差的影響,飛石向下墜落所增大的距離S2。如忽略空氣阻力的影響,可按下式計算[5]:

        式中:S1——平坦地形巖石水平飛散距離,m;

        θ——最小抵抗線與水平線的夾角,計算θ=20°;

        β——山坡坡角,β=40°。

        (3)巖石水平飛散的總距離

        式中:S——巖石水平飛散的總距離,m;

        S1,S2,——同上;

        3 飛石飛散經(jīng)驗公式估算[3]

        L=20Kn2W

        式中:L——飛石飛散距離,m;

        K——安全系數(shù),與地形、風(fēng)向、巖性及地質(zhì)條件有關(guān),一般取1.5~2;

        n——最大一個藥包的爆破作用指數(shù),取n=1.5;

        W——最大一個藥包的最小抵抗線,m;計算得W=6.5.

        4 飛石控制工程實例

        (1)周圍環(huán)境。山頂標(biāo)高1284m,山腳標(biāo)高1164m,東側(cè)有大片居民區(qū),北側(cè)緊鄰公路干道和廠房,爆破區(qū)東距最近民房260m,北距最近廠房230m。見圖2。

        圖2 爆區(qū)周圍環(huán)境示意

        (2)防護(hù)措施。①根據(jù)布孔區(qū)域巖性確定不同的孔網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行布孔。②施工前,認(rèn)真校核周邊孔抵抗線變化情況,及時調(diào)整裝藥量和裝藥方式。③選擇起爆孔方向盡量避開民房和廠房,控制爆破飛石主方向,保證被保護(hù)對象避開飛石主方向。④采用爆破軟件精心設(shè)計爆破網(wǎng)路,達(dá)到逐孔起爆,降低單響段最大藥量。⑤對爆區(qū)周邊孔采用間隔裝藥。⑥嚴(yán)格要求施工質(zhì)量,確保充填質(zhì)量,對堵塞不合格的炮孔進(jìn)行孔口堆渣處理,使其堵塞達(dá)到設(shè)計要求。⑦由理論和生產(chǎn)經(jīng)驗來估算爆破飛石飛散距離。

        5 爆后效果評價

        由于距離近,爆破時周圍民房均有振感,但因起爆網(wǎng)路控制得當(dāng),單響最大段藥量分配合理,爆破飛石拋擲及滾動距離最遠(yuǎn)不超過200m,且民房沒有產(chǎn)生裂隙、裂縫擴張或掉墻皮等不安全現(xiàn)象。

        6 結(jié)語

        山坡露天臺階深孔爆破飛石飛散較遠(yuǎn),飛石距離除了進(jìn)行拋擲飛散外,還要加上沿山坡滾動距離。雖然飛石產(chǎn)生的過程中不確定因素較多,量化難度大,但通過理論和經(jīng)驗公式計算,并采取恰當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施,可以找到一個帶有理論數(shù)據(jù)的防護(hù)方案,通過實踐證明,該方案可作為控制飛石的理論依據(jù),可有效地降低飛石的危害。

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