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#27mm,切缝宽度3~4mm,据装药量取塑料管长为430mm,装药量为290g。在井下由放炮工将#27mm药卷装入切缝套管内,即构成切缝药包。放炮工装炮头时,直接将雷管插入切缝药包内,待全部工作面炮眼凿完后,将切缝药包装入周边眼孔中,使套管切缝对准巷道轮廓线方向。
2 定向断裂爆破的现场应用
现场应用在邢台煤矿-450水平西翼大巷。该巷为野青石灰岩底板砂岩。巷道形状为直墙半圆拱形。掘进断面为14 15m,掘进宽度4340mm,掘进高度3370mm。
2
2 1 定向断裂控制爆破参数的确定
不改变现有设备配置和掏槽方式,只改变周边炮孔的爆破参数及装药结构。炮孔直径对钻眼效率、单位炸药消耗及巷道壁面平整度均有影响,最佳炮孔直径是以能获得较优的爆破效果,同时又不影响凿岩效率和炸药消耗量为
3 定向断裂爆破技术效果评价
采用周边定向断裂控制爆破技术后,取得了以下效果: