CN108061495A - 一种护壁装置及孔壁压力测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种护壁装置及孔壁压力测试方法，该装置包括聚能护壁半圆套、应变片抽条、动态应力传感器、数据线；聚能护壁半圆套主要保护预留岩体，减少爆轰气体楔入孔壁原生和次生裂隙中，挤压破坏预留岩体；抽条主要是支撑聚能护壁半圆套，加大聚能护壁半圆套与孔壁之间的不耦合性；动态应力传感器主要是监测爆破过程中孔壁压力，为后期优化设计聚能护壁半圆套与孔壁之间的间距及装药间距提供参考。本发明可实现对不同岩性的光面爆破，通过数据的反馈，不断对装药结构及聚能护壁半圆套与孔壁之间的间距进行优化设计，在保证开挖岩体的条件下，能够达到有效减小爆破震动和预留岩体损伤的目的。

Description

一种护壁装置及孔壁压力测试方法

技术领域

本发明涉及一种护壁装置及孔壁压力测试方法，属于爆破工程技术领域。

背景技术

目前，在高陡边坡开挖以及地下大型工程建设中，一般采用钻爆法开挖岩体。在采用钻爆法开挖岩体时，一方面需要爆破产生足够的威力对岩体产生破坏，实现对岩体爆破工程开挖；另一方面又要使得预留岩体成型，并且又要防止爆破过程中对成型岩体产生较大的破坏作用。

为了解决此方面的问题，在现有技术中，采用预裂爆破和光面爆破技术，在采用该技术时并采用了聚能护壁装置，来防止爆炸冲击波对预留岩体的破坏。

预裂爆破和光面爆破都是在爆破开挖后按照设计要求形成很好轮廓面，它们的成缝机理基本一致。在爆破中都采用不耦合装药结构，在装药和孔壁之间留有一定的间隙，该空气间隔削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值。由于岩石动抗压强度远大于抗拉强度，使得岩体压破坏较小，但切向拉应力能使炮孔周围产生拉破坏。加之孔与孔间彼此的应力波叠加作用，使孔间连线产生应力集中，炮孔连线上的初始裂纹进一步发展，而滞后的高压气体的准静态作用，使沿缝产生气刃劈裂作用，使周边孔间连线上的裂纹全部贯通成缝。

为了减小爆炸冲击波对岩体的破坏作用，往往施加聚能护壁装置。聚能护壁装置使得爆轰产物直接冲击聚能护壁装置内壁，聚能护壁装置的密度大于爆轰波阵面上爆炸产物的密度，且固体介质的压缩性一般小于爆轰产物的压缩性，作用于护壁套管上的冲击波，除产生透射外，还有向爆炸中心反射的压缩波。透射波经聚能护壁装置后，由于聚能护壁装置和孔壁之间存在空气间隙，冲击波经过空气间隙时能量大大衰减，同时聚能护壁装置由于变形与位移，吸收部分能量，从而大大降低了冲击波对孔壁介质的损伤破坏作用。在炸药爆炸后，由于聚能护壁装置有聚集和反射能量的作用，使得临空面方向的爆炸产物呈发散状态，因此必然导致预定开裂方向形成一个很大的剪应力差，这个剪应力差值起到一个拉伸作用，非常有利于开裂面的形成。聚能护壁装置能达到在开裂方向形成光滑开裂面且保护保留岩体并破碎临空面一侧岩体的目的。

目前，采用光面爆破技术及采用聚能护壁装置可以减小对岩体的破坏，但不能对炮孔内部压力分布进行实时监测，只能凭着经验计算炮孔内部压力大小，达不到实时监测炮孔压力分布进行量化装药结构和量化计算装药与孔壁之间的间距的目的，难以保证爆破的效果。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种护壁装置及孔壁压力测试方法，能够解决目前对于炮孔内部压力分布无法进行实时监测的问题，提高爆破的稳定性以及效果。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种护壁装置，其特征是，包括聚能护壁半圆套、应变片抽条和动态应力传感器；所述聚能护壁半圆套安装在爆破孔内，用于使得炸药爆破过程中产生的能量朝向预开挖岩体偏移；所述聚能护壁半圆套的密度大于爆轰波阵面上爆炸产物的密度，且聚能护壁半圆套的压缩性小于爆轰产物的压缩性；所述应变片抽条上设置有插槽，用于安装动态应力传感器；所述动态应力传感器通过数据线连接有动态应力采集装置；所述应变片抽条安装在聚能护壁半圆套与爆破孔之间，应变片抽条与爆破孔的孔壁紧密接触。

前述的一种护壁装置，其特征是，所述聚能护壁半圆套的内壁上设置有刻度，用于定量放置炸药。

前述的一种护壁装置，其特征是，所述动态应力传感器上加装有顺齿软塑料结构，用于防止动态应力传感器脱落。

前述的一种护壁装置，其特征是，所述应变片抽条嵌入在聚能护壁半圆套上，且高度可调节。

前述的一种护壁装置，其特征是，所述应变片抽条设置有若干个。

前述的一种护壁装置，其特征是，所述应变片抽条在聚能护壁半圆套上均匀分布。

前述的一种护壁装置，其特征是，所述聚能护壁半圆套的材料采用PVC塑料或者钢制材料。

一种孔壁压力测试方法，其特征是，包括如下步骤：

1)安装护壁装置；

2)按照爆破设计进行光面爆破或者预裂爆破，对爆破后的孔壁压力分布情况进行数据处理及孔壁破坏情况进行电子摄像采集；

3)分析测试到的整个炮孔爆破后的压力分布情况，以及整个炮孔爆破后的破坏情况：

i)如果整个炮孔爆破后效果符合要求，记录此时爆破的岩性，装药量以及采集到的整个炮孔的压力分布情况，作为以后爆破的借鉴；

ii)如果爆破后孔壁破坏较为严重，根据采集到的压力进行分析，观察对比采集到的最大压力大小和经验公式得到的炮孔压力大小，用采集到的压力除以经验公式得到的压力，得到一个校正系数，采用该校正系数乘以经验公式得到新的计算压力公式，校正经验公式；

根据岩石的抗拉强度，重新计算破坏岩石所需要的炸药量和合理的不耦合装药系数；采用减少装药的方式进行爆破时，需要通过调整装药结构，减少到所需要的装药量；通过增大不耦合性时，需要通过调整装药结构和应变片抽条与爆破孔的孔壁之间距离；

调整后再次进行相应的预裂爆破或者光面爆破；

iii)没有达到爆除岩体的情况下，根据采集到的压力进行分析，观察对比采集到的压力大小和经验公式得到的炮孔压力大小，用采集到的压力除以经验公式得到的压力，得到一个校正系数，采用该校正系数乘以经验公式得到新的计算压力公式，校正经验公式；

根据岩石的抗拉强度，重新计算破坏岩石所需要的炸药量和合理的不耦合装药系数；采用增大装药的方式进行爆破时，需要通过调整装药结构，增大到所需要的装药量；通过减小不耦合性时，需要通过调整装药结构和应变片抽条与爆破孔的孔壁之间距离；

进行调整后再次进行相应的预裂爆破或者光面爆破。

前述的一种孔壁压力测试方法，其特征是，所述步骤1)的具体内容如下：

11)将炸药按照一定间距安装在聚能护壁半圆套上；

12)将聚能护壁半圆套插入到爆破孔内；

13)将动态应力传感器安装在应变片抽条的插槽上，并连接数据线与动态应力采集装置；

14)将安装有动态应力传感器的应变片抽条按照位置插入到爆破孔内，使得应变片抽条与爆破孔的孔壁紧密接触。

本发明所达到的有益效果：本发明可实现对不同岩性的光面爆破，通过数据的反馈，不断对装药结构及聚能护壁半圆套与孔壁之间的间距进行优化设计，在保证开挖岩体的条件下，能够达到有效减小爆破震动和预留岩体损伤的目的。

附图说明

图1是装置示意图；

图2是A-A截面图；

图3是应变片抽条的结构示意图；

图4是动态应力传感器示意图。

图中附图标记的含义：

1-炸药，2-聚能护壁半圆套，3-应变片抽条，4-动态应力传感器，5-数据线，6-孔壁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本方案涉及的护壁装置包括聚能护壁半圆套、应变片抽条和动态应力传感器。

聚能护壁半圆套安装在爆破孔内，主要用于使得炸药爆破过程中产生的能量朝向预开挖岩体偏移，起到聚能爆破作用，并起到缓冲爆轰波直接对预留岩体的直接作用，减少爆轰气体楔入孔壁原生和次生裂隙中，挤压破坏预留岩体，同时可根据聚能护壁半圆套上的刻度将定量炸药直接装在聚能护壁半圆套上，达到精确控制装药结构的目的。

应变片抽条配合聚能护壁半圆套可以加大聚能护壁半圆套与孔壁之间的不耦合性，进一步使得冲击波衰减，进而减少预保留岩体的损伤；动态应力传感器可以监测压力在孔壁上的分布，为后期优化聚能护壁半圆套与孔壁之间的距离及装药结构提供参考。数据线可将爆破过程中的压力数据输出。

应变片抽条的高度可以根据动态应力传感器反馈的数据进行调整，进而优化聚能护壁半圆套与孔壁之间的不耦合间距。

动态应力传感器可以监测压力在孔壁上的分布，为后期优化护壁与孔壁之间的距离及装药结构提供参考。动态应力传感器上加装顺齿软塑料结构，一方面可以防止动态应力传感器在装置插入爆破孔时产生脱落，另一方面可以涂胶，方便传感器与孔壁之间的粘合。

上述装置在进行安装时，采用如下步骤：

11)将炸药按照一定间距安装在聚能护壁半圆套上；

12)将聚能护壁半圆套插入到爆破孔内；

13)将动态应力传感器安装在应变片抽条的插槽上，并连接数据线与动态应力采集装置；

14)将安装有动态应力传感器的应变片抽条按照位置插入到爆破孔内，使得应变片抽条与爆破孔的孔壁紧密接触。

安装完毕后，按照如下步骤进行孔壁压力测试：

1)按照爆破设计进行光面爆破或者预裂爆破，对爆破后的孔壁压力分布情况进行数据处理及孔壁破坏情况进行电子摄像采集；

2)分析整个炮孔爆破后的压力分布情况，以及整个炮孔爆破后的损伤分布:

i)如果整个炮孔爆破后效果符合要求，记录此时爆破的岩性，装药量以及采集到的整个炮孔的压力分布情况，作为以后爆破的借鉴；

ii)如果爆破后孔壁破坏较为严重，根据采集到的压力进行分析，观察对比采集到的压力大小和经验公式得到的炮孔压力大小，用采集到的压力除以经验公式得到的压力，得到一个校正系数，采用该校正系数乘以经验公式得到新的计算压力公式，校正经验公式；

根据岩石的抗拉强度，重新计算破坏岩石所需要的炸药量和合理的不耦合装药系数；采用减少装药的方式进行爆破时，需要通过调整装药结构，减少到所需要的装药量；通过增大不耦合性时，需要通过调整装药结构和应变片抽条与爆破孔的孔壁之间距离；

调整后再次进行相应的预裂爆破或者光面爆破；

iii)没有达到爆除岩体的情况下，根据采集到的压力进行分析，观察对比采集到的压力大小和经验公式得到的炮孔压力大小，用采集到的压力除以经验公式得到的压力，得到一个校正系数，采用该校正系数乘以经验公式得到新的计算压力公式，校正经验公式；

根据岩石的抗拉强度，重新计算破坏岩石所需要的炸药量和合理的不耦合装药系数；采用增大装药的方式进行爆破时，需要通过调整装药结构，增大到所需要的装药量；通过减小不耦合性时，需要通过调整装药结构和应变片抽条与爆破孔的孔壁之间距离；

进行调整后再次进行相应的预裂爆破或者光面爆破。

本方法中的经验公式按照如下选择：

对于爆炸荷载，根据凝聚炸药爆轰波的C-J理论，耦合装药条件下炮孔壁上的初始平均爆轰压力为：式中：P₀为炸药的爆轰压力；ρ₀为炸药的密度，D为炸药的爆轰速度；γ为等熵指数。

对于不耦合装药，若装药时的耦合系数b/a值较小，则爆生气体的膨胀只经过P>P_k一个状态，此时炮孔初始平均爆轰压力P₀为：式中：a为装药直径，b为炮孔直径，D为炸药的爆轰速度；γ为等熵指数。

若装药的不耦合系数值较大，此时爆生气体膨胀可分高压膨胀和低压膨胀两个阶段，即P≥P_k及P<P_k两个阶段，当P≥P_k时等熵指数γ取3.0，当P<P_k时，ν取1.4。在本情况下，按公式计算，式中ν为P<P_k时的等熵指数。

本测试方法能够实现对不同岩性的光面爆破，通过数据的反馈，不断对装药结构及聚能护壁半圆套与孔壁之间的间距进行优化设计，进而达到爆破开挖岩体成型、减小爆破震动和减小预留岩体损伤的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种护壁装置，其特征是，包括聚能护壁半圆套、应变片抽条和动态应力传感器；所述聚能护壁半圆套安装在爆破孔内，用于使得炸药爆破过程中产生的能量朝向预开挖岩体偏移；所述聚能护壁半圆套的密度大于爆轰波阵面上爆炸产物的密度，且聚能护壁半圆套的压缩性小于爆轰产物的压缩性；

所述应变片抽条上设置有插槽，用于安装动态应力传感器；所述动态应力传感器通过数据线连接有动态应力采集装置；

所述应变片抽条安装在聚能护壁半圆套与爆破孔之间，应变片抽条与爆破孔的孔壁紧密接触。

2.根据权利要求1所述的一种护壁装置，其特征是，所述聚能护壁半圆套的内壁上设置有刻度，用于定量放置炸药。

3.根据权利要求1所述的一种护壁装置，其特征是，所述动态应力传感器上加装有顺齿软塑料结构，用于防止动态应力传感器脱落。

4.根据权利要求1所述的一种护壁装置，其特征是，所述应变片抽条嵌入在聚能护壁半圆套上，且高度可调节。

5.根据权利要求1所述的一种护壁装置，其特征是，所述应变片抽条设置有若干个。

6.根据权利要求5所述的一种护壁装置，其特征是，所述应变片抽条在聚能护壁半圆套上均匀分布。

7.根据权利要求1所述的一种护壁装置，其特征是，所述聚能护壁半圆套的材料采用PVC塑料或者钢制材料。

8.一种基于权利要求1-7任意一项所述的护壁装置的孔壁压力测试方法，其特征是，包括如下步骤：

1)安装护壁装置；

2)按照爆破设计进行光面爆破或者预裂爆破，对爆破后的孔壁压力分布情况进行数据处理及孔壁破坏情况进行电子摄像采集；

3)分析测试到的整个炮孔爆破后的压力分布情况，以及整个炮孔爆破后的破坏情况：

i)如果整个炮孔爆破后效果符合要求，记录此时爆破的岩性，装药量以及采集到的整个炮孔的压力分布情况，作为以后爆破的借鉴；

ii)如果爆破后孔壁破坏较为严重，根据采集到的压力进行分析，观察对比采集到的最大压力大小和经验公式得到的炮孔压力大小，用采集到的压力除以经验公式得到的压力，得到一个校正系数，采用该校正系数乘以经验公式得到新的计算压力公式，校正经验公式；

根据岩石的抗拉强度，重新计算破坏岩石所需要的炸药量和合理的不耦合装药系数；采用减少装药的方式进行爆破时，需要通过调整装药结构，减少到所需要的装药量；通过增大不耦合性时，需要通过调整装药结构和应变片抽条与爆破孔的孔壁之间距离；

调整后再次进行相应的预裂爆破或者光面爆破；

iii)没有达到爆除岩体的情况下，根据采集到的压力进行分析，观察对比采集到的压力大小和经验公式得到的炮孔压力大小，用采集到的压力除以经验公式得到的压力，得到一个校正系数，采用该校正系数乘以经验公式得到新的计算压力公式，校正经验公式；

根据岩石的抗拉强度，重新计算破坏岩石所需要的炸药量和合理的不耦合装药系数；采用增大装药的方式进行爆破时，需要通过调整装药结构，增大到所需要的装药量；通过减小不耦合性时，需要通过调整装药结构和应变片抽条与爆破孔的孔壁之间距离；

进行调整后再次进行相应的预裂爆破或者光面爆破。

9.根据权利要求8所述的一种孔壁压力测试方法，其特征是，所述步骤1)的具体内容如下：

11)将炸药按照一定间距安装在聚能护壁半圆套上；

12)将聚能护壁半圆套插入到爆破孔内；

13)将动态应力传感器安装在应变片抽条的插槽上，并连接数据线与动态应力采集装置；

14)将安装有动态应力传感器的应变片抽条按照位置插入到爆破孔内，使得应变片抽条与爆破孔的孔壁紧密接触。