切缝药包岩石定向断裂爆破的研究

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第"#卷第$期

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切缝药包岩石定向断裂爆破的研究

收稿日期!"99#;9$;"#!修改稿收到日期!"99:;9?;"=

第一作者罗

!勇男"博士"<>??年生罗!勇

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!!摘!要!以爆炸力学(岩石断裂力学理论为原理"对切缝药包在岩石定向断裂爆破中的切缝产生及裂纹起裂和扩

展进行了一定的研究"同时对该法的爆破参数进行了设计"并在实验室进行模型试验验证其正确性%实验结果表明切缝管能使爆炸后的能量有方向性地集中"裂纹的定向断裂控制效果良好"现场初步试验也表明该法是一种比较理想的断裂控制爆破技术%最后还指出了该技术还需要有待研究的方向"这些对相关理论研究和现场应用均有一定的指导意义%

关键词!爆炸力学"断裂力学"定向断裂爆破"切缝药包中图分类号!01"@#!!!文献标识码!*

!"引"言

为了获得平整的岩石开挖面和井巷轮廓线"提高

石料开采的成材率"减少超#欠$挖"同时"为了降低巷道围岩受损伤的程度"以便提高其稳定性能"普通的光面爆破已经不能适应生产的需求"而在其基础上发展起来的岩石定向断裂爆破得到了广泛的应用%该爆破方法大体上分为三类&<""’"即切槽孔岩石定向断裂爆破(聚能药包岩石定向断裂爆破和切缝药包岩石定向断裂爆破%第一类方法的增加了钻孔的难度"加大了辅助工序的时间"且需要采用专用钻具"钻孔效率较低%第二类方法用药量少"尽管效果很好"但聚能药包制作工艺麻烦"适应性较差"目前药包还难以系列生产%第三类方法成本低"套管材料一般选用*/2塑料管"取材方便"制作简单"成本低"适应性强"易于推广"尽管对套管力学性质有一定的要求"但若能根据现场生产技术的研究及分析"研究生产"则该爆破技术可以适应复杂多变的现场条件"并能显著提高爆破效果%本研究拟从切缝药包岩石定向断裂爆破的机理为切口"推导出相应的爆破参数"以期实现对生产中的指导作用%

#"切缝药包岩石定向断裂爆裂纹的形成机理

!!切缝药包岩石定向断裂爆破采用特殊的装药结构"如图<所示%炸药装填在由特殊材料#*/2塑料管$制成的切缝管内"对炮孔实现不耦合装药%切缝药包爆炸时"由于在药包的切缝方向不存在任何阻力作用"因此"造成缝隙附近的高能量密度气体流向切缝方向汇集"使得这个区域内的岩体首先直接受到爆轰气体的作用%在炮孔的其它方位"由于装药切缝管的惯性和对爆炸载荷的衰减作用"孔壁岩石受到的压力明

显降低"而且作用时间滞后"极大地减少了爆轰产物对孔壁的直接作用和破坏程度%因此"切缝方向上和其它方向上的孔壁存在一个压力差"使得切缝方向的岩石受到高压作用而形成压缩核"压缩核又与临近岩石间发生局部塑性滑移"进而形成周边炮孔间的初始导向裂纹"即形成延伸很短的剪切破坏面)同时"炸药爆轰产物流充满整个炮孔空间"对整个炮孔壁岩石施加准静态载荷"炮孔壁初始裂缝尖端在这一准静态载荷作用下产生裂纹并扩展"若炮孔间距适当"则可形成炮孔间的贯通裂纹&";$’%

图

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该处岩体在压力突变处发生了断裂破坏%除了有可能发生因环向拉应力而引起的拉断破坏外"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"它只能发生这两种形式的断裂破坏&$’%设爆炸#通过切缝$直接作用在炮孔壁上的压力S <"通过切缝外壳作用在炮孔壁上的压力为S ""则所形成的剪切应力

L I G (Y ’#<$!!式中"H ,=为岩体动态剪切强度)’为岩体动态内聚力)(为岩体动态摩擦角%

如果岩体在炮孔壁上发生拉断破坏"根据孔壁压力分布状态可知"必然首先在药包的切缝区域内"

从而

万方数据