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摘要：文中介绍了岩石定向断裂控制爆破技术的研究成果, 提出爆破参数的设计要点,及其操作要点
关键词：爆破 技术 断裂 裂纹
中图分类号： P633.2文献标识码： A 文章编号：
前言
在爆破作用的前期控制微裂纹的数量和优势的发展方向, 在实际应用中还不能消除对巷道周边围岩的破坏, 仍存在一些较严重的超欠挖现象, 浪费大量爆破和喷浆材料, 影响掘进效率, 增加工程成本。采用聚能管改变周边眼装药方式和方法的定向断裂控制爆破技术克服了以上不足。
( 1)传统的光面爆破对围岩有较大的破坏作用, 普遍存在巷道成形效果差, 围岩破坏严重, 严重影响岩巷掘进的循环进尺及岩巷掘进成本。
( 2)应用岩巷定向断裂控制爆破技术, 合理确定周边眼的眼距和装药量, 通过科学合理的施工组织, 可有效地控制巷道成形, 保护围岩, 并降低工程成本, 加快工程进度。
一、技术原理
( 1)传统的光面爆破对围岩有较大的破坏作用, 普遍存在巷道成形效果差, 围岩破坏严重, 严重影响岩巷掘进的循环进尺及岩巷掘进成本。
( 2)应用岩巷定向断裂控制爆破技术, 合理确定周边眼的眼距和装药量, 通过科学合理的施工组织, 可有效地控制巷道成形, 保护围岩, 并降低工程成本, 加快工程进度。
在爆破作用的前期控制微裂纹的数量和优势的发展方向, 在实际应用中还不能消除对巷道周边围岩的破坏, 仍存在一些较严重的超欠挖现象, 浪费大量爆破和喷浆材料, 影响掘进效率, 增加工程成本。采用聚能管改变周边眼装药方式和方法的定向断裂控制爆破技术克服了以上不足。定向断裂控制爆破技术原理, 就是利用聚能管改变巷道周边眼装药方式及方法, 以获得好的爆破效果。即在周边眼装药时, 将炸药放在利用ABS 塑料制成的聚能管内, 对炮孔实行不耦合装药, 使聚能管本身对爆轰力产生瞬时抑制和导向作用, 并通过切缝提供瞬态卸压空间, 使爆轰压力在切缝处形成高能流, 集中在巷道轮廓线方向优先产生裂隙并定向扩展, 形成断裂面, 从而实现周边眼的控制爆破获得良好的爆破效果。
二、切缝药包定向断裂控制爆破机理
把药卷装入具有一定密度和强度, 且开有不同角度、不同宽度和大小切缝或切槽的外壳套管内, 就制成了切缝药包。其实质是在炸药爆炸后, 利用切缝或切槽控制爆炸应力场的分布, 使爆生气体对岩石介质产生尖劈作用。利用药包外壳在爆轰产物高压作用阶段产生的局部集中应力来控制预定区域内径向裂缝的发展。所以, 药包外壳的作用是在炮孔壁周围形成不均匀的应力分布, 在切缝方向产生应力突变, 使预定方向上的介质生成裂缝。切缝药包爆炸时, 爆轰产物直接冲击外壳表面, 由于外壳的密度比爆轰波阵面上产物的密度大, 并且外壳的压缩性比爆轰产物的压缩性小, 所以, 除了切缝处外, 爆轰表面都将发生反射, 而在切缝方向的爆轰产物遇到外壳内产物直接冲出外壳, 高速、高温和高压的能量集中的射流定向作用在切缝方向的炮孔壁上。若其冲量密度大于被爆介质的临界冲量密度, 则在炮孔壁上产生破裂。在切缝方向初始裂纹形成之后, 炮孔周壁介质内得到应力松弛, 在一定程度上抑制了其它方向上裂纹的形成。定向初始裂纹形成之后, 在爆生气体作用下, 初始裂纹尖端形成应力集中, 当其动态应力强度因子超过介质的动态断裂韧性时, 裂纹便继续扩展, 介质呈脆性断裂。因此,对于一定的炸药, 当改变装药的约束形式和偶合介质特性时, 炸药能量的作用和分布将随之改变, 从而形成能量释放和作用的加强区、减弱区, 切缝药包外壳的作用正是改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壓力降低, 避免孔壁上产生多条裂缝。
三、定向断裂的爆破控制方法
其归纳起来主要有两种类型: 一是改变炮孔形状, 如采用切槽孔或在炮孔两侧设置小直径空孔导向;
二是改变装药结构, 如采用聚能装药或在药卷外套上有利于能量集中作用的切缝或切槽外壳。这些方法的根本特征是通过改变爆炸能量释放的各向均匀性来实现爆炸力的相对集中作用。本文主要介绍在岩石巷道施工中应用效果好的切缝药包定向断裂控制爆破技术。切缝药包套管中药卷爆炸后, 由于切缝的存在,沿切缝方向的孔壁将直接受到爆炸冲击波的作用, 在爆炸的动作用过程中, 沿切缝方向孔壁处优先产生预裂隙, 爆生气体的静作用,
四、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DH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。
五、切缝药包工艺设计与特点切缝药包的工艺设计主要是装药套管的加工和装药工艺。首先根据炮眼长度和装药量确定套管长度, 根据炮眼直径选择套管直径, 然后将截好的套管铣出合适的切缝, 需要时在装药地点或在井下将药卷放入切缝套管中。放炮工装炮头时, 直接将雷管插入切缝药包内, 待全部工作面炮眼钻凿完后, 将切缝药包直接装入周边眼孔中, 使套管切缝对准巷道轮廓线方向。应用结果表明: 采用切缝药包定向断裂爆破技术, 对凿岩没有特殊要求, 也不需要改变通常的凿岩爆破工序, 只需要在炮孔内装入预先加工好的切缝药包即可, 而且切缝药包结构简单, 制作方便, 因此, 适合现场应用。
六、切缝药包破岩效果影响因素分析
1通过不同切缝宽度下的模型实验, 从裂纹扩展的速度, 裂纹扩展尖端的应力强度因子和最终所形成的裂纹总长度来看, 当切缝宽度为为0.3mm时定向断裂效果最好, 若切缝宽度过小或稍大, 虽然也能达到定向断裂的爆破效果, 但在非切缝方向却产生了较多的次裂纹, 这对于在岩巷周边控制爆破中保护围岩稳定性是不利的。这些次裂纹与岩体本身的裂隙, 层理相交则不可避免地要影响周边成形效果。当切缝宽度为为0.15mm时, 次裂纹数有14 条以上, 这些次裂纹的长度约为炮孔半径的2-5 倍; 当切缝宽度为为1.4mm时, 次裂纹数虽为4 条, 但最长的次裂纹约为炮孔半径的8倍; 当切缝宽度为为0.3 mm时, 次裂纹仅出现2 条, 其中1 条还是基本沿切缝方向的, 而且这2 条次裂纹的长度也非常小。因此, 选择合适的切缝宽度不仅能沿切缝方向产生较长的裂纹, 而且可使非切缝方向的次裂纹的数目减少, 长度减小。
2切缝药管装填误差对爆破成形的影响由于套管切缝即为炮孔的裂纹产生方向, 因此, 如果套管的切缝方向在装入炮孔不能对准巷道轮廓线, 则必然方向影响其爆破成形。如果炮眼较深, 套管较短时, 在装填过程中切缝药管不可避免地要发生转动, 影响其爆破效果。因此, 作者在云冈矿使用期间, 为了避免上述问题, 对套管加了一个定向槽。定向槽与切缝垂直。在装药时, 用一个专用炮棍插到定向槽中, 控制其方向, 达到了预期爆破效果。
七、结束语
切缝药包定向断裂爆破是一种较实用的控制裂隙产生、扩展和止裂的方法, 可以精确控制断裂效果, 提高眼痕率和炮眼利用率; 对凿岩没有特殊要求, 也不影响现行的凿岩和爆破工序; 减小了对围岩的破坏, 有利于锚喷支护。切缝药包结构简单, 取材、制作方便, 适合现场应用, 在现有设备和操作技术水平下便可实施, 具有广阔的推广应用前景。
参考文献：
[1] 姜有. 岩巷定向断裂爆破施工技术[J]. 东北煤炭技术. 1999(02)
[2] 田运生,田会礼,杨永琦. 定向断裂控制爆破理论分析及现场应用[J]. 煤炭工程. 2005(03)
[3] 戴俊,杨永琦,娄玉民,戚兆祥. 岩石定向断裂控制爆破技术的工程应用[J]. 煤炭科学技术. 2000(04)
[4] 李炳. 定向断裂爆破技术在王庄矿的应用[J]. 机械管理开发. 2002(S1)
关键词：爆破 技术 断裂 裂纹
中图分类号： P633.2文献标识码： A 文章编号：
前言
在爆破作用的前期控制微裂纹的数量和优势的发展方向, 在实际应用中还不能消除对巷道周边围岩的破坏, 仍存在一些较严重的超欠挖现象, 浪费大量爆破和喷浆材料, 影响掘进效率, 增加工程成本。采用聚能管改变周边眼装药方式和方法的定向断裂控制爆破技术克服了以上不足。
( 1)传统的光面爆破对围岩有较大的破坏作用, 普遍存在巷道成形效果差, 围岩破坏严重, 严重影响岩巷掘进的循环进尺及岩巷掘进成本。
( 2)应用岩巷定向断裂控制爆破技术, 合理确定周边眼的眼距和装药量, 通过科学合理的施工组织, 可有效地控制巷道成形, 保护围岩, 并降低工程成本, 加快工程进度。
一、技术原理
( 1)传统的光面爆破对围岩有较大的破坏作用, 普遍存在巷道成形效果差, 围岩破坏严重, 严重影响岩巷掘进的循环进尺及岩巷掘进成本。
( 2)应用岩巷定向断裂控制爆破技术, 合理确定周边眼的眼距和装药量, 通过科学合理的施工组织, 可有效地控制巷道成形, 保护围岩, 并降低工程成本, 加快工程进度。
在爆破作用的前期控制微裂纹的数量和优势的发展方向, 在实际应用中还不能消除对巷道周边围岩的破坏, 仍存在一些较严重的超欠挖现象, 浪费大量爆破和喷浆材料, 影响掘进效率, 增加工程成本。采用聚能管改变周边眼装药方式和方法的定向断裂控制爆破技术克服了以上不足。定向断裂控制爆破技术原理, 就是利用聚能管改变巷道周边眼装药方式及方法, 以获得好的爆破效果。即在周边眼装药时, 将炸药放在利用ABS 塑料制成的聚能管内, 对炮孔实行不耦合装药, 使聚能管本身对爆轰力产生瞬时抑制和导向作用, 并通过切缝提供瞬态卸压空间, 使爆轰压力在切缝处形成高能流, 集中在巷道轮廓线方向优先产生裂隙并定向扩展, 形成断裂面, 从而实现周边眼的控制爆破获得良好的爆破效果。
二、切缝药包定向断裂控制爆破机理
把药卷装入具有一定密度和强度, 且开有不同角度、不同宽度和大小切缝或切槽的外壳套管内, 就制成了切缝药包。其实质是在炸药爆炸后, 利用切缝或切槽控制爆炸应力场的分布, 使爆生气体对岩石介质产生尖劈作用。利用药包外壳在爆轰产物高压作用阶段产生的局部集中应力来控制预定区域内径向裂缝的发展。所以, 药包外壳的作用是在炮孔壁周围形成不均匀的应力分布, 在切缝方向产生应力突变, 使预定方向上的介质生成裂缝。切缝药包爆炸时, 爆轰产物直接冲击外壳表面, 由于外壳的密度比爆轰波阵面上产物的密度大, 并且外壳的压缩性比爆轰产物的压缩性小, 所以, 除了切缝处外, 爆轰表面都将发生反射, 而在切缝方向的爆轰产物遇到外壳内产物直接冲出外壳, 高速、高温和高压的能量集中的射流定向作用在切缝方向的炮孔壁上。若其冲量密度大于被爆介质的临界冲量密度, 则在炮孔壁上产生破裂。在切缝方向初始裂纹形成之后, 炮孔周壁介质内得到应力松弛, 在一定程度上抑制了其它方向上裂纹的形成。定向初始裂纹形成之后, 在爆生气体作用下, 初始裂纹尖端形成应力集中, 当其动态应力强度因子超过介质的动态断裂韧性时, 裂纹便继续扩展, 介质呈脆性断裂。因此,对于一定的炸药, 当改变装药的约束形式和偶合介质特性时, 炸药能量的作用和分布将随之改变, 从而形成能量释放和作用的加强区、减弱区, 切缝药包外壳的作用正是改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壓力降低, 避免孔壁上产生多条裂缝。
三、定向断裂的爆破控制方法
其归纳起来主要有两种类型: 一是改变炮孔形状, 如采用切槽孔或在炮孔两侧设置小直径空孔导向;
二是改变装药结构, 如采用聚能装药或在药卷外套上有利于能量集中作用的切缝或切槽外壳。这些方法的根本特征是通过改变爆炸能量释放的各向均匀性来实现爆炸力的相对集中作用。本文主要介绍在岩石巷道施工中应用效果好的切缝药包定向断裂控制爆破技术。切缝药包套管中药卷爆炸后, 由于切缝的存在,沿切缝方向的孔壁将直接受到爆炸冲击波的作用, 在爆炸的动作用过程中, 沿切缝方向孔壁处优先产生预裂隙, 爆生气体的静作用,
四、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DH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。
五、切缝药包工艺设计与特点切缝药包的工艺设计主要是装药套管的加工和装药工艺。首先根据炮眼长度和装药量确定套管长度, 根据炮眼直径选择套管直径, 然后将截好的套管铣出合适的切缝, 需要时在装药地点或在井下将药卷放入切缝套管中。放炮工装炮头时, 直接将雷管插入切缝药包内, 待全部工作面炮眼钻凿完后, 将切缝药包直接装入周边眼孔中, 使套管切缝对准巷道轮廓线方向。应用结果表明: 采用切缝药包定向断裂爆破技术, 对凿岩没有特殊要求, 也不需要改变通常的凿岩爆破工序, 只需要在炮孔内装入预先加工好的切缝药包即可, 而且切缝药包结构简单, 制作方便, 因此, 适合现场应用。
六、切缝药包破岩效果影响因素分析
1通过不同切缝宽度下的模型实验, 从裂纹扩展的速度, 裂纹扩展尖端的应力强度因子和最终所形成的裂纹总长度来看, 当切缝宽度为为0.3mm时定向断裂效果最好, 若切缝宽度过小或稍大, 虽然也能达到定向断裂的爆破效果, 但在非切缝方向却产生了较多的次裂纹, 这对于在岩巷周边控制爆破中保护围岩稳定性是不利的。这些次裂纹与岩体本身的裂隙, 层理相交则不可避免地要影响周边成形效果。当切缝宽度为为0.15mm时, 次裂纹数有14 条以上, 这些次裂纹的长度约为炮孔半径的2-5 倍; 当切缝宽度为为1.4mm时, 次裂纹数虽为4 条, 但最长的次裂纹约为炮孔半径的8倍; 当切缝宽度为为0.3 mm时, 次裂纹仅出现2 条, 其中1 条还是基本沿切缝方向的, 而且这2 条次裂纹的长度也非常小。因此, 选择合适的切缝宽度不仅能沿切缝方向产生较长的裂纹, 而且可使非切缝方向的次裂纹的数目减少, 长度减小。
2切缝药管装填误差对爆破成形的影响由于套管切缝即为炮孔的裂纹产生方向, 因此, 如果套管的切缝方向在装入炮孔不能对准巷道轮廓线, 则必然方向影响其爆破成形。如果炮眼较深, 套管较短时, 在装填过程中切缝药管不可避免地要发生转动, 影响其爆破效果。因此, 作者在云冈矿使用期间, 为了避免上述问题, 对套管加了一个定向槽。定向槽与切缝垂直。在装药时, 用一个专用炮棍插到定向槽中, 控制其方向, 达到了预期爆破效果。
七、结束语
切缝药包定向断裂爆破是一种较实用的控制裂隙产生、扩展和止裂的方法, 可以精确控制断裂效果, 提高眼痕率和炮眼利用率; 对凿岩没有特殊要求, 也不影响现行的凿岩和爆破工序; 减小了对围岩的破坏, 有利于锚喷支护。切缝药包结构简单, 取材、制作方便, 适合现场应用, 在现有设备和操作技术水平下便可实施, 具有广阔的推广应用前景。
参考文献：
[1] 姜有. 岩巷定向断裂爆破施工技术[J]. 东北煤炭技术. 1999(02)
[2] 田运生,田会礼,杨永琦. 定向断裂控制爆破理论分析及现场应用[J]. 煤炭工程. 2005(03)
[3] 戴俊,杨永琦,娄玉民,戚兆祥. 岩石定向断裂控制爆破技术的工程应用[J]. 煤炭科学技术. 2000(04)
[4] 李炳. 定向断裂爆破技术在王庄矿的应用[J]. 机械管理开发. 2002(S1)