CN113899271B - 单临空面岩塞爆破参数优化方法 - Google Patents

单临空面岩塞爆破参数优化方法 Download PDF

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Abstract

一种单临空面岩塞爆破参数优化方法，通过爆破参数优化分析、爆破参数优化设计、爆破参数优化试验施工和爆破参数优化试验施工四个步骤对准爆性低、发生冲炮的单临空面岩塞爆破施工参数进行优化，爆破参数优化分析包括爆破压力、起爆网路和堵塞长度优化，爆破参数优化设计包括装药结构的优化和起爆网路的优化，爆破参数优化试验施工包括装药及堵塞、起爆网路连接和爆破指标设定，爆破参数优化试验效果评价包括爆破进尺和爆破地震监测评价，提高电子雷管的延期时间精度高，避免冲炮发生。

Description

单临空面岩塞爆破参数优化方法
技术领域
本发明属于岩塞爆破参数选择技术领域，涉及一种单临空面岩塞爆破参数优化方法。
背景技术
岩塞部位地层岩性为燕山晚期雅亮单元(K1y)花岗岩，夹有辉绿岩脉。岩塞体覆盖层零星分布，覆盖层厚度为1.0m～1.1m，主要以弱～微风化花岗岩为主，弱风化厚度约1.0m～5.2m，其余均为微风化，属于有利的地质条件，弱风化岩整体较整，为弱透水，具有一定的自稳能力。
岩塞爆破通常分为单临空面和双临空面，条件下两者的力学环境存在很大差别，岩塞爆破起爆网路复杂、工序多、爆破作业时间长，正常情况下都需要若干天的时间，这对爆破器材的性能提出了极其严格的要求，包括抗水性炸药、导爆索、非电高精度导爆管雷管等。
鉴于单临空面岩塞爆破施工参数在确定雷管信号及炸药规格及用量后，进行现场爆破试验，若准爆性低、发生冲炮，未达到逾期效果时，需要对参数进行优化调整。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种单临空面岩塞爆破参数优化方法，采用爆破参数优化分析、爆破参数优化设计、爆破参数优化试验施工和爆破参数优化试验施工四个步骤对准爆性低、发生冲炮的单临空面岩塞爆破施工参数进行优化，爆破参数优化分析包括爆破压力、起爆网路和堵塞长度优化，爆破参数优化设计包括装药结构的优化和起爆网路的优化，爆破参数优化试验施工包括装药及堵塞、起爆网路连接和爆破指标设定，爆破参数优化试验效果评价包括爆破进尺和爆破地震监测评价，提高电子雷管的延期时间精度高，避免冲炮发生。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种单临空面岩塞爆破参数优化方法，它包括如下步骤：
步骤1，爆破参数优化分析，包括爆破压力、起爆网路和堵塞长度优化；
步骤2，爆破参数优化设计，包括装药结构的优化和起爆网路的优化；
步骤3，爆破参数优化试验施工，包括装药及堵塞、起爆网路连接和爆破指标设定；
步骤4，爆破参数优化试验效果评价，包括爆破进尺和爆破地震监测评价；
在步骤1中，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，单位为kg/m3，D为炸药爆轰速度，单位为m/s；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＞Pk一个状态，此时炮孔初始平均压力式中a为装药直径，单位mm；b为炮孔直径，单位mm；
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≥Pk及P＜Pk两个阶段，则应按计算，当P≥Pk时等熵指数γ取3.0，当P＜Pk时，v取1.4。
在步骤1中，起爆网路，起爆延期时间应根据利用自由面的增加改善爆破块度和提高爆破质量和微差爆破提高炸药爆炸能量利用率的原则选取；增加中心孔与第一圈掏槽孔之间的延期时间，以及掏槽孔与第一圈扩大孔之间的延期时间。
在步骤2中，采用采用三节乳化炸药一捆或二节乳化炸药一捆进行绑扎装药，降低不耦合系数，提高掏槽孔的初始爆轰压力；并按照实际的炸药长度计算装药节数，采用竹片绑扎炸药，增加堵塞长度，保证堵塞质量；根据残孔的实际深度逐孔设计装药。
在步骤2中，起爆网路的优化，增大相邻圈之间的圈间延期时间，同时增大段间延期时间，孔内雷管均采用双发，形成复式起爆网路。
在步骤3中，装药及堵塞，装药时全部采用竹片绑扎；针对贯通变形孔将其作为空孔。
在步骤4中，爆破进尺评价，经爆后检查，所有炮孔均起爆，没有发现雷管拒爆现象，则起爆网路可靠；中心区域内已经形成空腔，剩下的残孔20～30cm，进尺率90％以上，扩大区的残孔在20～50cm，进尺率85％以上，周边孔底部留有根底，进尺仅3.5m左右，则满足爆破进尺要求。
在步骤4中，爆破地震监测评价，采用两台TC-4850爆破测振仪布设于试验段中部，两台Mini-seis爆破记录仪布设于试验段两端；根据爆破振动速度时程图进行细化分析，读取各起跳峰值的时间，若其中一圈缺失两段、相邻圈缺失一段，其它段与实际起爆网路一致，则电子雷管的延期时间精度高。
本发明的主要有益效果在于：
根据耦合和不耦合装药条件下炮孔壁上的平均爆轰压力公式，爆轰压力与爆速的平方成正比，爆速的大小直接影响爆轰压力的大小，验证爆破参数初选试验用的炸药爆速与其他类似工程的岩塞爆破试验的炸药爆速，从而选择合适的装药条件。
利用自由面的增加改善爆破块度和提高爆破质量，微差爆破提高炸药爆炸能量利用率，精确控制掏槽眼爆破的岩石破碎时间和碎块的抛掷时间。
合理选用炸药及捆绑方式降低不耦合系数，提高掏槽孔的初始爆轰压力，并按照实际的炸药长度计算装药节数，采用竹片绑扎炸药，增加堵塞长度，保证堵塞质量。
结合现场正常开挖的爆破参数，并考虑电子雷管与半秒系列导爆管雷管的差异性，增大相邻圈的圈间延期时间，对电子雷管起爆网路的各圈炮孔延期时间进行优化。
根据爆破振动速度时程图进行细化分析，读取各起跳峰值的时间，准确评判电子雷管的延期时间精度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明爆破参数优化试验起爆网路图。
图2为本发明优化爆破试验爆破振动效应测点布置示意图。
图3为本发明爆破参数优化试验1#测点振速时程图。
图4为本发明爆破参数优化试验2#测点振速时程图。
图5为本发明爆破参数优化试验3#测点振速时程图。
图6为本发明爆破参数优化试验4#测点振速时程图。
图7为本发明G圈对应的振动速度时程图。
图8为本发明H圈对应的振动速度时程图。
图9为本发明J圈与K圈对应的振动速度时程图。
具体实施方式
如图1～9图中，一种单临空面岩塞爆破参数优化方法，它包括如下步骤：
步骤1，爆破参数优化分析，包括爆破压力、起爆网路和堵塞长度优化；
步骤2，爆破参数优化设计，包括装药结构的优化和起爆网路的优化；
步骤3，爆破参数优化试验施工，包括装药及堵塞、起爆网路连接和爆破指标设定；
步骤4，爆破参数优化试验效果评价，包括爆破进尺和爆破地震监测评价；
优选的方案中，在步骤1中，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，单位为kg/m3，D为炸药爆轰速度，单位为m/s；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＞Pk一个状态，此时炮孔初始平均压力式中a为装药直径，单位mm；b为炮孔直径，单位mm；
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≥Pk及P＜Pk两个阶段，则应按计算，当P≥Pk时等熵指数γ取3.0，当P＜Pk时，v取1.4。
优选地，由上述公式可知，爆轰压力与爆速的平方成正比，因此，爆速的大小直接影响爆轰压力的大小。而爆破参数初选试验用的炸药爆速与其他类似工程的岩塞爆破试验相比偏低，只有3639.5m/s，详见不同工程项目岩塞爆破试验使用炸药的爆速表。
不同工程项目岩塞爆破试验使用炸药的爆速表
由上表及不耦合装药炮孔初始平均压力可知，爆破参数初选试验所采用的炸药要达到其他类似工程的项目，必须降低装药时的不耦合系数，即尽量采用耦合装药，以提高炮孔壁的初始压力，增大粉碎区及裂隙区半径，获得较好的掏槽效果。
优选的方案中，在步骤1中，起爆网路，起爆延期时间应根据利用自由面的增加改善爆破块度和提高爆破质量和微差爆破提高炸药爆炸能量利用率的原则选取；增加中心孔与第一圈掏槽孔之间的延期时间，以及掏槽孔与第一圈扩大孔之间的延期时间。
优选地，隧道爆破的关键技术是掏槽眼爆破，然后是周边眼光面爆破。根据隧道爆破各炮眼的特点可知第一圈掏槽眼起爆时只有一个自由面，岩石所受的岩石夹制作用大，移动速度慢，与后爆孔间所需的延时间隔长，而后起爆眼起爆时有两个或两个以上的自由面可利用，与后爆孔间所需的延时间较短。合理的起爆延期时间应根据以下原则选取：
产生新自由面是原则，利用自由面的增加改善爆破块度和提高爆破质量；
微差爆破技术能提高炸药爆炸能量利用率；
符合减震设计要求；
优选地，为了满足上述原则，微差时间应包括掏槽眼爆破的岩石破碎时间和碎块的抛掷时间。而岩石的破碎时间包括炸药爆轰时间和岩石产生裂隙时间，很显然这些都与炸药的爆速、岩石的性质、装药长度有关，炸药爆速越低，岩石强度越大，装药长度越长，所需要的时间也越长；岩石爆破的抛掷过程是一个不断变化的复杂力学过程，抛掷速度不仅与岩石的物理性质而且与炸药的性能有关，是一个比较难以确定的量，但炮孔越深，爆破夹制性越大，时间越长。
因此，为了获得较好的掏槽效果，需要增加中心孔与第一圈掏槽孔G圈之间的延期时间，以及掏槽孔与第一圈扩大孔之间的延期时间。
优选地，若设计装药结构按单节长30cm计算，现场装药时实际测量单节炸药的长度为32cm，这样单孔装14节炸药，堵塞长度就减少了28cm，加上采用直径20mm的PVC管绑扎炸药，降低了堵塞的效果，则会造成了炸药冲孔，不能达到较好的掏槽效果。
优选的方案中，在步骤2中，采用采用三节乳化炸药一捆或二节乳化炸药一捆进行绑扎装药，降低不耦合系数，提高掏槽孔的初始爆轰压力；并按照实际的炸药长度计算装药节数，采用竹片绑扎炸药，增加堵塞长度，保证堵塞质量；根据残孔的实际深度逐孔设计装药。
优选地，采用3节32mm乳化炸药一捆或2节32mm乳化炸药一捆进行绑扎装药，降低不耦合系数，提高掏槽孔的初始爆轰压力；并按照实际的炸药长度计算装药节数，采用竹片绑扎炸药，增加堵塞长度，保证堵塞质量。根据残孔的实际深度逐孔设计装药，优化后的装药量见爆破参数优化试验装药量表。
爆破参数优化试验装药量表
注：1Φ70×4+3Φ32×5表示1节70mm炸药连续装4节，再3节32mm炸药一捆连续装5捆。
优选的方案中，在步骤2中，起爆网路的优化，增大相邻圈之间的圈间延期时间，同时增大段间延期时间，孔内雷管均采用双发，形成复式起爆网路。
优选地，为保证掏槽效果，结合现场正常开挖的爆破参数，并考虑电子雷管与半秒系列导爆管雷管的差异性，增大E圈与G圈、G圈与H圈、H圈与J圈的圈间延期时间，同时略微增大段间延期时间。优化后的电子雷管起爆网路的各圈炮孔延期时间如下：
第E圈：1个孔，延期时间为1000ms。
第F圈：6个空孔。
第G圈：8个孔，分4段起爆，延期时间分别为1400ms、1409ms、1418ms、1427ms。
第H圈：8个孔，分4段起爆，延期时间分别为1700ms、1717ms、1734ms、1751ms。
第J圈：10个孔，分4段起爆，延期时间分别为1900ms、1917ms、1934ms、1951ms。
轮廓光面孔共20孔，4孔一段，共分5段，延期时间分别为2000ms、2017ms、2034ms、2051ms、2068ms。
孔内雷管均采用双发，形成复式起爆网路。
优选地，电子雷管起爆网路连接使用0.5mm单芯双股的铜线作为导线，起爆线路由起爆器起始，电子雷管专用测试仪导通，传输信号。
优选的方案中，在步骤3中，装药及堵塞，装药时全部采用竹片绑扎；针对贯通变形孔将其作为空孔。
优选地，爆破器材进入现场，在开始装药前对整个爆破试验施工现场进行警戒，同时在进出炮区道路设置路障，严禁闲杂车辆、人员进入。爆破员在爆破工程技术人员的指导下，根据爆破试验方案进行装药、堵塞。
装药时全部采用竹片绑扎，由于个别孔孔底存在碎石，使得炸药无法装入孔底，根据现场情况进行调整，加之E1孔与F5孔贯通后，稍有变形，不能采用PVC管进行装药后回填，因此将此作为空孔，把原来的F1与F2作为装药孔，实际装药量与设计装药量不符的孔见爆破参数优化试验实际装药参数表。
爆破参数优化试验实际装药参数表(与设计不符的炮孔)
优选地，爆破前工程技术人员对起爆网路连接进行最后一次检查后，并确认警戒有效、人员设备全部撤离、炮区无安全隐患后，再发出准许起爆指令。
优选地，试验断面直径为4m，残孔平均深度按4.4m计，装药量236kg，每孔两发电子雷管，共计94发。
优选的方案中，在步骤4中，爆破进尺评价，经爆后检查，所有炮孔均起爆，没有发现雷管拒爆现象，则起爆网路可靠；中心区域内已经形成空腔，剩下的残孔20～30cm，进尺率90％以上，扩大区的残孔在20～50cm，进尺率85％以上，周边孔底部留有根底，进尺仅3.5m左右，则满足爆破进尺要求。
优选地，经爆后检查，所有炮孔均起爆，没有发现雷管拒爆现象，起爆网路可靠；允许爆后发现爆堆中有个别炸药未起爆，个别残孔中发现未爆炸药。
优选地，中心F圈区域内已经形成空腔，G圈剩下的残孔仅20～30cm，进尺率90％以上；扩大区的残孔在20～50cm，进尺率85％以上；周边孔底部留有根底，进尺仅3.5m左右，则试验是成功的，达到了预期效果。从宏观调查情况看，允许周边孔留下的半孔明显，半孔率高，壁面未见明显破坏。
优选的方案中，在步骤4中，爆破地震监测评价，采用两台TC-4850爆破测振仪布设于试验段中部，两台Mini-seis爆破记录仪布设于试验段两端；根据爆破振动速度时程图进行细化分析，读取各起跳峰值的时间，若其中一圈缺失两段、相邻圈缺失一段，其它段与实际起爆网路一致，则电子雷管的延期时间精度高。
优选地，爆破振动监测采用Mini-seis及TC-4850爆破记录仪，在选定的测点上用石膏固定好传感器底座，传感器安装上后，将传感器与记录仪连接好，待采集完成后，与计算机连接，读取存储数据，进行波形分析等。
优选地，TC-4850爆破测振仪两台，测点1、2，Mini-seis爆破记录仪两台，测点3、4。高度距离底板1.0～1.5m，每点测试3个方向的质点振动速度。各测点的峰值振动速度见各测点峰值振速及噪声表。
表6. 4-1各测点峰值振速及噪声
注：测点位于补水洞掌子面。
优选地，对4#测点，即上游掌子面的爆破振动速度时程图进行细化分析，读取各起跳峰值的时间，若G圈缺失两段，即G5与G6、G7与G8，H圈缺失一段，即H3与H4，其他段与实际起爆网路基本一致，则说明电子雷管的延期时间精度高。
优选地，综上所述，采用3节32mm乳化炸药一捆或2节32mm乳化炸药一捆的装药结构，降低了不耦合系数，提高了爆轰初始压力，能够弥补炸药爆速偏低的不足。
根据炸药的性能及岩石性质，结合引水洞常规开挖的爆破参数，优化了装药结构、堵塞长度及起爆网路等爆破参数，爆破后中心F圈区域内已经形成空腔，G圈剩下的残孔仅20～30cm，进尺率90％以上；扩大区的残孔在20～50cm，进尺率85％以上；周边孔进尺3.5m，达到了预期效果。即表明炮孔布置、装药结构、起爆网路等爆破参数是合理的。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种单临空面岩塞爆破参数优化方法，其特征是，它包括如下步骤：
步骤1，爆破参数优化分析，包括爆破压力、起爆网路和堵塞长度优化；
步骤2，爆破参数优化设计，包括装药结构的优化和起爆网路的优化；
步骤3，爆破参数优化试验施工，包括装药及堵塞、起爆网路连接和爆破指标设定；
步骤4，爆破参数优化试验效果评价，包括爆破进尺和爆破地震监测评价；
在步骤1中，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，单位为kg/m3，D为炸药爆轰速度，单位为m/s；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＞Pk一个状态，此时炮孔初始平均压力式中a为装药直径，单位mm；b为炮孔直径，单位mm；
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≥Pk及P＜Pk两个阶段，则应按计算，当P≥Pk时等熵指数γ取3.0，当P＜Pk时，v取1.4；
在步骤4中，爆破进尺评价，经爆后检查，所有炮孔均起爆，没有发现雷管拒爆现象，则起爆网路可靠；中心区域内已经形成空腔，剩下的残孔20～30cm，进尺率90％以上，扩大区的残孔在20～50cm，进尺率85％以上，周边孔底部留有根底，进尺仅3.5m，则满足爆破进尺要求；
在步骤4中，爆破地震监测评价，采用两台TC-4850爆破测振仪布设于试验段中部，两台Mini-seis爆破记录仪布设于试验段两端；根据爆破振动速度时程图进行细化分析，读取各起跳峰值的时间，若其中一圈缺失两段、相邻圈缺失一段，其它段与实际起爆网路一致，则电子雷管的延期时间精度高；
在步骤1中，起爆网路，起爆延期时间应根据利用自由面的增加改善爆破块度和提高爆破质量和微差爆破提高炸药爆炸能量利用率的原则选取；增加中心孔与第一圈掏槽孔之间的延期时间，以及掏槽孔与第一圈扩大孔之间的延期时间；
在步骤2中，采用三节乳化炸药一捆或二节乳化炸药一捆进行绑扎装药，降低不耦合系数，提高掏槽孔的初始爆轰压力；并按照实际的炸药长度计算装药节数，采用竹片绑扎炸药，增加堵塞长度，保证堵塞质量；根据残孔的实际深度逐孔设计装药；
在步骤2中，起爆网路的优化，增大相邻圈之间的圈间延期时间，同时增大段间延期时间，孔内雷管均采用双发，形成复式起爆网路。
2.根据权利要求1所述的单临空面岩塞爆破参数优化方法，其特征是：在步骤3中，装药及堵塞，装药时全部采用竹片绑扎；针对贯通变形孔将其作为空孔。
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Inventor after: Zhang Yanguang

Inventor after: Lu Shan

Inventor after: Chen Yizhen

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