炮孔装药量与炮孔间距关系的研究

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1、第14卷第2期含能材料Vol.14，No.22006年4月CHINESEJOURNALOFENERGETICMATERIALSApril，2006文章编号：1006-9941（2006）02-0151-04炮孔装药量与炮孔间距关系的研究罗勇，沈兆武，夏红兵（中国科学技术大学力学与机械工程系，安徽合肥230026）摘要：为了有效解决炮孔间距与炮孔用药量之间的合理性问题，运用爆炸力学理论和岩石力学理论，初步分析爆炸应力在岩体中产生破裂区的机制，并计算了炮孔中不耦合装药起爆后岩体中粉碎区和裂隙区的范围，建立了爆炸应力与裂缝区大小之间的关系，从理论上解决了炮孔装药量与炮

2、孔间距之间的相互合理性问题。现场试验表明，对于一个掘进循环，炸药成本共减少约了17.8%；循环进尺增加了0.2m；周边炮孔眼痕率超过92%；巷道成形质量好，不平整度下降到100mm以内；取得了大块率小、巷道成型好、施工快的理想效果，既保证了工程质量，又降低了成本。关键词：爆炸力学；岩石爆破；爆轰；爆破参数中图分类号：TJ55；TD235文献标识码：A1010Pa以上，强大的压力作用使爆源附近的岩体因受1引言高温高压的作用而被粉碎，形成粉碎圈；同时在粉碎工程爆破在公路桥梁等基础设施建设、城市控制爆圈边界上，爆炸冲击波衰减成应力波继续传播，并在粉破拆除、水利工程、矿

3、山开采等经济建设领域得到了广碎圈外形成应力场，在切向方向上将受到拉应力作用，泛应用，它不仅降低了工程成本、提高了施工速度，而且产生拉伸变形，由于岩体的抗拉伸能力远远低于抗压带来了巨大的经济效益和社会效益。但爆破机理和理能力，故当拉应力超过破坏应变值时，就会首先在径向论研究同爆破技术发展的不平衡，又限制了工程爆破技方向上产生裂隙。在径向方向上，由于各质点的径向术的进一步发展，如孔网参数和炮孔药量的选取，往往位移不同，必然产生剪应力，如果剪应力超过岩体的抗［3］是在考虑现场条件后过于依赖参考工程经验。炸药在剪强度，则产生剪切破坏，产生径向剪切裂隙。应岩体中爆炸时，首

4、先在岩体中产生爆炸冲击波作用，尔力波过后，爆炸产生气体的准静态压力使孔壁裂隙进［4～6］后，应力波和爆生气体准静压共同作用，这两种作用都一步扩展。对岩体中裂隙圈的形成有贡献，其大小与装药方式、岩显然，岩体中的应力大小，不仅与距爆源的距离有体结构及爆破参数等有关［1］。在钻孔爆破中，如果炮孔关，而且每点的应力也随着时间发生变化。即该应力间距过小或炸药量偏大，则会增加钻孔工作量和加大炸不仅是空间坐标的函数，也是时间的函数。假设炮孔药消耗量，并造成粉碎区过大，经济上也不划算；而药堵塞良好，炮孔中炸药爆轰后，孔壁岩体在爆炸冲击波量偏少或者炮孔间距过大，则又不能达到预定的

5、爆破强烈作用下，形成粉碎区，同时冲击波在粉碎区边界上效果［1～3］。因此，为了使爆破孔的装药结构及钻孔布衰减成应力波继续传播，形成裂缝（隙）区，直到应力［3～6］置达到对爆破的地震效应和破坏范围的控制，药量与波在岩体中衰减到不足以使其产生裂隙。为了讨论问题的方便，称粉碎区以外的裂隙扩展范围为塑性炮孔间距的控制显得尤为重要。为此，本文对爆破方法的装药量与炮孔间距之间的关系进行了研究。区，裂缝（隙）区以外为弹性区。设炮孔半径为rb，粉碎圈半径为Rc，弹性-塑性分界线为半径为Rp的圆，即2炸药爆炸对目标岩体的影响塑性区的半径为Rp，如图1所示。根据爆炸对孔壁产生的初始

6、脉冲峰压，按不同的装由钻孔爆破学可知，爆轰后的瞬间，首先作用于炮药结构特征计算初始压力。炮孔装药起爆后爆轰产物孔壁的是爆炸冲击波，它以一定的速度向各个方向传［4］作用在炮孔壁上的初始冲击压力p0可用（1）式计算。播。爆炸气体的超压同时作用在孔壁上，压力可达2p0D-2k收稿日期：2005-09-09；修回日期：2005-11-11p0=2（k+1）·Kd·le·n（1）作者简介：罗勇（1977-），男，博士生，研究方向为现代爆炸技术与工式中，p0和D分别为炸药的密度和爆速；Kd为装药径程安全。152含能材料第14卷向不耦合系数，Kd=db/dc，dc和db分别为

7、装药直径和Rc的炮孔中的准静压过程。此时，对岩体进行应力分炮孔直径；le为轴向装药系数，le=lc（/lb-ls），lc为炮析时应分别按弹性区和塑性区求解。孔内装药长度，lb为炮孔长度，ls为炮孔堵塞长度；n3.2弹性区应力分析为炸药爆炸产物膨胀碰撞孔壁时的压力增大系数，一设炮孔内部压力为p，柱坐标系中3个坐标分别般取10；k为爆轰产物的等熵指数，取k=3。用r、θ、Z来表示，而σr、σθ分别表示岩体内某点的径向和环向应力。弹性区可以考虑成一个具有圆形孔道的无限大弹性体。根据弹性力学知识，对于具有圆形孔道Rp的无限大弹性体，弹性区的应力分量为：2æRpσr=-p

8、int2çrç（5）2ç