爆破震动与岩石的损伤

起爆顺序对台阶岩石破碎块度及爆破振动影响研究
段继超;宗琦;汪海波;王浩
【期刊名称】《中国安全科学学报》
【年(卷),期】2024(34)2
【摘要】为探究起爆顺序对露天台阶岩石破碎效果以及周围环境的影响,利用LS-DYNA仿真软件分别计算不同起爆顺序下的台阶爆破模型。

分析不同起爆顺序下模型的物理力学特征;开展现场试验验证模拟结果,并分析起爆顺序对爆破振动强度及岩石破碎块度的影响特征。

研究结果表明:起爆顺序对爆破过程中自由面空间分布产生影响,从而改变应力波的叠加效应,不同起爆顺序下台阶破碎效果及爆破振动强度表现出明显差异。

逐孔起爆技术能够有效降低爆破振动,从而减轻对周围环境的不良影响,但其岩石破碎效果并不理想,岩石通过率为81.52%。

与逐孔起爆相比,波浪式顺序起爆碎石通过率提高11.68%,增大孔网参数至3 m×7 m时单孔崩落矿量提高16.8%,这可以有效减少炸药消耗量,降低综合成本。

然而,其产生的爆破振动强度较大,需要注意对周围环境的影响。

【总页数】8页(P192-199)
【作者】段继超;宗琦;汪海波;王浩
【作者单位】安徽理工大学土木建筑学院
【正文语种】中文
【中图分类】X936
【相关文献】
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爆破荷载作用对节理巷道围岩损伤实验与数值模拟研究随着我国经济的快速发展,矿产资源的需求量越来越大,很多露天矿转入了地下开采,越来越多的巷道将被开挖和使用。

地下矿山巷道施工不仅要保证矿产资源开采工作的正常进行,而且还要加强巷道围岩的稳定性,保护施工人员的安全。

巷道围岩中存在的裂隙缺陷和爆破开挖扰动会对巷道围岩产生损伤和破坏,直接影响巷道的安全和稳定性。

如何减少因爆破开挖产生的围岩变形损伤,使巷道围岩损伤范围被控制在巷道支护要求中,加强巷道围岩的稳定性,成为岩石力学研究的重要课题。

因此,开展爆破荷载作用下节理巷道围岩的损伤研究就具有非常重要的意义。

为了研究动荷载作用下节理巷道的损伤情况,本文以某矿山为背景资料,用实验研究和数值模拟相结合的方法,开展了爆破荷载作用对节理巷道围岩损伤实验与数值模拟研究。

得到如下结论:(1)利用相似理论,分别浇筑完整岩体和节理岩体两个实验模型,对节理岩体进行了循环开挖实验研究,第一阶段人工开挖,第二、三阶段爆破开挖,分析相似模型巷道围岩爆破损伤特征、损伤程度与巷道稳定性之间的关系。

爆破荷载对节理巷道围岩的影响具有方向性,爆破产生的损伤裂纹主要以径向裂纹为主;开挖后,节理巷道没有坍塌,锚杆起到了很好的支护作用。

(2)用FLAC3D软件模拟了节理和完整巷道中爆轰波的传播特性。

爆轰波在传播过程中都产生一定程度的衰减,但是节理的存在增大了爆轰波的衰减幅度,相比完整岩体,爆轰波在节理岩体中衰减的更快。

(3)模拟研究了在爆破荷载作用下节理加锚和完整加锚巷道在循环开挖过程中对巷道的损伤范围。

岩体完整时,循环开挖对巷道拱顶的最大损伤范围为30 cm,在节理岩体中,循环开挖对巷道拱顶的最大损伤范围为40 cm。

(4)巷道开挖后,完整巷道和节理巷道拱顶、两帮、底板的最大位移量变化趋势基本一致,先慢慢增大到最大位移后减小到一定值。

爆破循环开挖后,完整岩体的最大位移量为9.2 mm,节理岩体的最大位移量为17.35 mm。

国家工程施工炮震随着我国基础设施建设的快速发展，各类工程项目如雨后春笋般涌现。

在众多工程中，涉及到岩石开挖、土地平整等环节时，往往需要采用爆破作业。

爆破作业在为工程施工带来便利的同时，也带来了一定的环境问题，如炮震。

本文将从炮震的定义、产生原因、危害及防治措施等方面进行探讨。

一、炮震的定义及产生原因炮震是指在爆破作业中，由于炸药爆炸产生的能量对周围介质（如土壤、岩石、建筑物等）的冲击和振动。

炮震的产生主要是由于炸药在瞬间释放出巨大的能量，使得周围的介质受到强烈的冲击和振动。

在爆破作业中，炮震的大小与炸药的用量、爆炸方式、地质条件、距离等因素密切相关。

二、炮震的危害1. 对周边环境和生态的影响：炮震可能导致周边的土壤、岩石破碎，影响地质结构稳定；同时，炮震还可能引发附近河流、湖泊的淤积，影响水生态环境。

2. 对工程进度和质量的影响：炮震可能导致已施工的工程结构产生裂缝、变形等损伤，影响工程质量和进度。

3. 对周边居民生活的影响：炮震产生的噪音、振动等对周边居民的生活造成不便，长时间暴露在炮震环境中，可能导致居民身心健康受损。

4. 对交通、通讯等基础设施的影响：炮震可能导致周边的交通、通讯等基础设施产生损害，影响正常运行。

三、炮震防治措施1. 合理设计爆破方案：根据工程特点和地质条件，合理确定炸药用量、爆炸方式和延期时间等，以减小炮震对周边环境的影响。

2. 采用减震技术：在爆破作业中，采用缓冲材料、预裂爆破等技术，减小炮震的传播。

3. 加强监测和预警：对炮震进行实时监测，及时掌握炮震动态，对可能产生的危害采取预警措施。

4. 强化周边居民的防护措施：在爆破作业期间，加强对周边居民的疏散和防护，确保居民生命财产安全。

5. 加强法律法规宣传和执法力度：加大对爆破作业的监管力度，确保爆破作业单位遵守相关法律法规，严格按照规定程序进行作业。

总之，在国家重点工程施工中，炮震是一个不容忽视的问题。

必须采取有效措施，减小炮震对周边环境、居民生活和工程质量的影响，确保工程顺利进行。

爆破有害效应及防护爆破利用炸药的爆炸能量对介质做功，达到预定工程目标的作业，如水电工程的岩土爆破、建筑物的拆除爆破等。

爆破时对爆区附近的保护对象可能产生的影响和危害，称爆破有害效应，如爆破引起的地震、个别飞散物、空气冲击波、噪声、水中冲击波、动水压力、涌浪、粉尘、有毒气体等。

岩土爆破时产生的作用效应见图9-1。

由图9-1可见，爆破过程中，炸药的爆破能量使岩体产生压缩粉碎区、破坏区和振动区，压缩粉碎区内的岩体完全破碎，这是要求爆除的岩体，破坏区内的岩体产生很多径向和环向的裂缝，岩体的一些物理力学性质发生变化，振动区内的岩体一般不会产生破坏。

当炸药埋深不大时，爆炸产物向大气中逸散，产生一系列作用效应：破碎岩石飞散形成飞石和粉尘、爆轰波向大气扩散形成空气冲击波和噪声、炸药化学反应生成的毒气向空气中扩散。

水电工程爆破有害效应造成的影响，大致可以归纳为以下几个方面：①爆破地震波对大坝混凝土、厂房、地下洞室、地基基础灌浆体的振动影响；②爆破对边坡稳定的影响；③岩土爆破对大坝及建筑地基的影响；④拆除爆破对保留部分的影响；⑤爆破对各类机械设备、电气仪表、输变电系统的影响；⑥水下爆破水击波、动水压力及涌浪对水生物、船舶、闸门及其他水工建筑物的影响；⑦爆破飞散物、毒气、空气冲击波、噪声等对人体的影响。

由于爆破的类型、对象和目的的不同，爆破所产生的危害影响各不相同。

爆破危害影响的程序与爆破技术、爆破参数、施工工艺，以及地质构造岩体物理力学性能、建筑物结构特点等众多因素有关。

通过大量的工程实践和试验研究，爆破技术不断改进和完善，发明和生产了性能良好的炸药和各类先进的起爆器材，针对不同的岩体地质构造和物理力学性能和各类建筑物的特点，合理选择爆破参数进行爆破设计，采用先进可靠的施工工艺。

在各类工程爆破中，已总体掌握了影响的各因素之间的相互关系以及爆破作用效应的基本规律，可实现即能达到设计所要求的工程爆破效果，又可将爆破危害影响降至最低限度，同时采取有效的防护措施，实现将爆破有害效应控制在安全标准允许的范围之内。

谈谈岩石爆破损伤模型研究岩石开挖过程涉及到岩石力学、爆炸力学、工程爆破及损伤力学等多个领域，其中关键问题是爆破损伤控制，它在建立岩石稳定性先关分析方法和设计岩体爆破理论等方面具有指导意义。

同时在保障矿山开采安全和提高社会经济效益方面也具有重要作用。

因此有必要对岩石爆破损伤模型研究中存在的几个问题进行探讨。

一、岩石爆破损伤模型研究现状要想研究岩石爆破损伤机理和过程，必须对岩石爆破损伤模型进行研究，岩石爆破损伤模型在爆破参数设计优化和爆破技术研究方面起着重要作用。

目前岩石爆破损伤模型应用比较广泛的有两种模型，一种是流体弹塑性模型，另一种是弹塑性理论模型。

这两种模型之所以在该领域得到广泛应用，主要是因为其实用性强，模型清晰，且在很多情况下这种模型可以对岩石爆破机理做出合理解释，这种解释正是研究者们所需要的。

比如在处理高围压等爆破问题时，就可选择流体弹塑性模型对其进行研究。

在岩石爆破损伤模型研究进程中，断裂力学相关理论为其提供了必要的依据。

岩石爆破损伤模型研究重点在于从宏观层面出发，着重研究裂纹集合力学效应，而不对单个裂纹力学则不进行研究，这也是它的一个比较突出的特点。

因此，这种模型能更好的为岩石爆破破碎和岩石介质相关研究提供有力支撑。

另外岩石爆破损伤模型还有另外一个比较突出的特点，就是大部分岩石弹塑性模型可以运用到未受损的爆破岩石中，并且为其提供必要的试验参数和研究结果，在模型的模拟过程中，运用数值模拟技术可以模拟包括爆炸传播、岩石介质应力、介质运动等在内的爆炸损伤全过程。

就目前岩石岩石损伤模型应用情况看，其研究主要朝岩石破碎和岩石断裂理论为基础的方向发展，具体来说，这两个研究方向分别为岩体微观爆破损伤模型和岩体断裂爆破损伤模型。

其中岩体微观爆破损伤模型是以损伤系数增加值或裂纹密度为依据，而另一种爆破损伤模型是以岩体裂纹开裂扩展为依据。

这两种损伤模型建立之前，应用最多的是Grady模型，应该说岩体微观爆破损伤模型和岩体断裂爆破损伤模型是在Grady模型基础上发展起来的。

关于露天开采爆破有害效应的分析摘要：爆破作业是露天矿山开采过程中最常用的方法，在矿山开采过程中占据着非常重要的地位，本文简要分析了几种爆破有害效应产生的原因，并提出了具体的防范措施。

关键词：露天矿；爆破有害效应；防治措施引言：露天爆破作业自身会产生很多的有害效应，而爆破作业人员未按法规和条例进行爆破作业，爆破设计和施工不合理，导致露天矿山的安全事故频发。

针对爆破有害效应进行分析，并采取相应的措施非常有必要。

一.爆破有害效应及其产生的原因爆破有害效应包括爆破震动、爆破作业冲击波、爆破飞石、早爆、拒爆、炮烟中毒等。

这些效应都随距爆源距离的增加而有规律地减弱。

但由于各种效应所占炸药爆炸能量的比重不同，能量的衰减规律也不相同。

同时，不同的效应对保护对象的破坏作用不同。

1.爆破震动当药包在岩石中爆破时，临近药包周围的岩石会产生压碎圈和破裂圈。

当应力波通过破裂圈时迅速衰减，无法引起岩石的破裂，只能使岩石质点产生弹性振动，这种弹性波就是爆破振动。

爆破震动影响因素主要包括：装药量的影响，即距爆炸源一定距离的质点振动速度随药量的增大而增加，随药量的降低而减少;爆炸爆轰速度的影响，即一定条件下，振速与爆轰速度成正比;传播途径介质影响，即介质影响质点振动速度。

同时炮孔直径、炸药单耗、孔网参数、装药结构、起爆方式以及间隔时间等也会有影响。

2.爆破冲击波爆破冲击波是爆破产生的空气内的一种压缩波。

炸药在空气中爆炸，具有高温高压的爆炸产物直接作用在空气介质上;在岩体中爆炸，这种高温高压爆炸产物就在岩体破裂的瞬间冲入大气中。

爆破冲击波的影响因素包括:装药孔口堵塞长度不够，堵塞力度也不够，高温高压爆炸产物从孔口外溢，产生爆破冲击波;局部抵抗线太小，沿该方向以释放爆炸能量，产生爆破冲击波;岩体不均匀，在断层、夹层等薄弱部位，爆炸产物集中喷出形成爆破冲击波;爆破时岩体沿最小抵抗线方向振动外移，发生鼓包运动，以及强烈的振动诱发爆破冲击波。

预裂爆破对边坡岩体损伤的试验研究徐雪原，孟祥争，罗国庆，李学锋（广东宏大爆破股份有限公司，广东广州510000）摘要：在进行岩石边坡的爆破开挖中，采用预裂爆破可以有效的减少边坡超挖以及岩石塌落的情况发生，并且能使坡面更加的平整，美观和稳定。

但是在进行预裂爆破时，极易发生安全事故，并且根据相应的要求爆破性能也是不一样的。

针对这一问题，实验研究了预裂爆破对边坡岩体的损伤。

关键词：预裂爆破；边坡岩体；损伤；试验1试验地点的选择以及爆破方式的选择在进行预裂爆破对边坡岩体损伤的试验中，选择了青岛的某工地进行预裂爆破试验，其工地岩体大致都被风化，但是上层岩体风化严重，下层岩体风化较弱的边坡岩体层，并且其裂隙发育停止。

而实验采用了普通小口径爆破来和预裂爆破进行对比。

在上层岩石采用以挖掘机为主，小口径爆破方法为辅的开挖方法，其坡度的设计值为1：1.2；而下层则采用深孔加预裂爆破的开挖方法，其坡度的设计值为1：0.6，并且两者之间留出了100的距离来避免相互之间的影响，从而对两种爆破方法进行详细的对比。

2爆破试验检测的方法为了直观有效的对预裂爆破区和小孔径爆破区段的坡内岩体损伤情况进行评价，在所选青岛的某工地路段对两种爆破方式使用了超声波检测技术。

超声波检测仪可以检测到在爆破过程中超声脉冲在岩体介质内的传播速度和首波幅度等声学参数，然后通过所得到的这些数据及其相应的变化来评价介质的物理特性，从而实现对两种爆破方式的比较。

超声波检测分为单孔法和跨孔法，但是由于单孔法对脉冲在岩体介质内检测的结果受钻孔壁面和岩体局部裂缝的影响很大，随爆破产生的浅层岩体破坏程度无法进行区分，所以本次试验采用了跨空超声波检测法。

具体的准备过程是将两孔平行之间的距离保持在1m左右，这样既适合超声波的穿透能力，又能及时准确的判读到爆破对岩体松动以及局部细小裂缝的影响；而预裂爆破区段和小口径爆破区段的两个代表性试验地点都是距离坡脚以上的3m处，处于同一层岩石上，其地质条件也都相同，具有可比性。

爆破产生的影响以及相对应的具体措施一、对爆区的危险部位用篱笆片+铁丝网+灌土草袋子进行全封闭防护，使爆破飞石控制在10米以内，确保周围环境安全。

对于临近需要保护建筑物进行爆破时，如果爆破面积较小时，需要对爆破区域进行覆盖，以达到控制飞石的目的；如果爆破面积较大时，需要对需要保护的建筑物进行近体防护。

就具体情况而言，本项目靠近居民住宅区，需要对建筑物进行近体防护二、爆破时会产生有害气休对爆炸产生有害气体的研究证明，正氧平衡的炸药在爆炸时生成大量有毒的氧化氮气体，而负平衡的炸药，则生成大量有毒的一氧化碳气体。

此外，钻机在钻孔时，会产生大量的石粉烟雾，会对在附近进行主体施工的人员产生严重的影响，需要采取相应的措施防止有毒气体和石粉烟雾的扩散以保护人员的安全三、爆破振动的振幅大，但随着与爆破中心距离的增加而迅速衰减，对周围一定距离产生影响，特别对周围基础或主体施工都会产生影响，并且在一定程度上会影响施工质量措施：1、采用多段微差起爆，分段越多，爆破振动越小，并严格控制单段起爆药量不超过允许值。

2、选取合理的微差起爆的间隔时间和起爆方案，保证爆破后的岩石能得到充分松动，消除夹制爆破的条件。

3、采用爆破地震效应较小的爆破方式和方向，需要请专业技术人员参与工作4、在一侧或多侧挖防振沟，用来减弱地震波的传播，四、爆破对混凝土的初凝影响：对于新浇筑混凝土这种特殊结构，其震动破坏不单由混凝土的早期强度决定，而且还与静力状态下的混凝土内的初始应变状态密切联系，新浇筑混凝土体内的应变状态受到混凝土内温度、应力、混凝土的徐变及自缩变形特性等多方面的影响，特别对于混凝土从初凝到7D龄期，这个阶段最易受到爆破震动的不利影响措施：1、确定爆破振动安全允许距离，使新浇筑混凝土在安全距离之外根据GB6722—2003《爆破安全规程》规定：爆破振动安全允许距离非挡水新浇大体积混凝土的安全允许振速，可按本表给出的上限值选本项目为新浇大体积混凝土，且对混凝土初凝影响很大，地质为中风化和微风化岩石结构，故采用的数据为：v取2.0-3.0、k取50~150、α取1.3~1.5，另外考虑到还受到混凝土本身方面的影响综合确定安全距离2、使用速凝剂和早强剂，使混凝土龄期变短，减小爆破震动对混凝土的影响3、利用时间间隔使爆破与主体施工不在同一时间段进行五、高压线电柱同水平且较近的爆区，要在爆区和电柱间挖一条或多条防震沟六、爆破时要停止基础施工，并将施工的器具机械设备，仪表仪器及贵重物品在规定时间撤离到警戒区外以保证设备与人员安全，会在一定程度上需要部分材料设备的多次搬运七、爆破时，要断绝交通的部位，从而会使施工材料设备等不能及时满足主体施工需求，会在一定程度上影响工期具体操作：1、对周围建筑增加防护网2、给爆破人员购买防毒面具3、挖防震沟4、购买速凝剂和早强剂5、买一些厚的雨布，加盖在重要建筑设备和仪器上，防止爆破飞石的破坏爆破影响一：质量方面——爆破产生的震动会对混凝土的初凝产生影响，会对基础造成许多的裂缝，另外飞石也会破坏新浇筑的混凝土，甚至造成更大的质量破坏二：安全方面——爆破产生的有害气体以及大量的石粉烟雾对工人的身体危害极大，甚至于会使人体产生职业病，另外爆破产生的飞石如果不采取措施会对周围施工工人以后周围过往人群产生人体伤害三：环境方面——爆破产生的石粉烟雾会随风飘散，客观上影响周围居民的环境健康，另外爆破产生的震动和声音会有人向街道办投诉，相关部门一旦追查下来，我们将面临被迫停工的危险四：工期方面——爆破时，要断绝交通的部位，从而会使施工材料设备等不能及时满足主体施工需求，爆破时要停止基础施工，并将施工的器具机械设备，仪表仪器及贵重物品在规定时间撤离到警戒区外以保证设备与人员安全，会在一定程度上影响工期五：成本方面——由于爆破与主体在同时间施工，需要采取各种各样的措施来保证质量和安全等方面的隐患，会造成成本的增加。

高频振动钻具冲击下岩石响应机理及破岩试验分析1. 引言- 高频振动钻具的定义和应用范围- 研究背景和意义- 研究目的和主要内容2. 高频振动钻具冲击下岩石响应机理分析- 高频振动钻具的工作原理和特点- 高频振动钻具对岩石的冲击力学响应- 岩石对高频振动钻具的响应机理3. 高频振动钻具冲击下岩石破岩试验设计与分析- 破岩试验方案设计和实验参数设定- 破岩试验数据分析和结果解读- 破岩试验影响因素分析4. 高频振动钻具破岩实验应用实例- 高频振动钻具在石油勘探中的应用实例- 高频振动钻具在城市地铁建设中的应用实例- 高频振动钻具在水利工程建设中的应用实例5. 结论与展望- 结论总结和分析- 研究不足和展望- 对高频振动钻具冲击下岩石响应机理和破岩试验研究的未来发展方向和应用前景展望。

第1章：引言高频振动钻具是一种新型的钻井工具，它采用高频振动的方式进行冲击下钻。

在油气钻探、地下爆破、隧道建设等领域都有广泛的应用。

高频振动钻具具有下钻速度快、效率高、噪音低等优点。

随着现代钻井技术的不断发展，钻井设备的性能不断提升，高频振动钻具的应用也越来越广泛。

随着高频振动钻具的应用领域扩大，研究其冲击下岩石响应机理和破岩试验分析具有重要的意义。

本文将从高频振动钻具冲击下岩石的响应机理入手，探究高频振动钻具的工作原理和特点，分析高频振动钻具对岩石的冲击力学响应和岩石对高频振动钻具的响应机理。

然后，本文将设计高频振动钻具破岩试验方案，并分析破岩试验数据和结果。

最后，本文将以高频振动钻具在石油勘探、城市地铁建设和水利工程建设中的应用实例来展示其实际应用价值。

第2章：高频振动钻具冲击下岩石响应机理分析2.1高频振动钻具的工作原理和特点高频振动钻具是一种利用偏心振动原理进行下钻的钻井工具，它有四个主要部分组成：振动器、锤头、钢丝绳和钻杆。

其中，振动器是高频振动钻具的核心组件，它采用电机驱动，通过偏心机构产生高频振动。

锤头则作为振动器产生的冲击力的传递器，将振动能量转化为冲击能量向地下传递。

爆破危害防治技术一、爆破危害概述爆破有害效应包括爆破震动、爆破作业冲击波爆破飞石、早爆、拒爆、炮烟中毒等。

这些效应都随距爆源距离的增加而有规律地减弱。

但由于各种效应所占炸药爆炸能量的比重不同，能量的衰减规律也不相同，同时不同的效应对保护对象的破坏作用不同，所以在规定安全距离时，应根据各种效应分别核定最小安全距离，然后取它们的最大值作为爆破的警戒范围。

1.爆破震动当药包在岩石中爆破时，临近药包周围的岩石会产生压碎圈和破裂圈。

应力波通过破裂圈时迅速衰减，无法引起岩石的破裂，只能使岩石质点产生弹性振动，这种弹性波就是爆破震动。

2.爆破冲击波爆破冲击波是爆破产生的空气中的一种压缩波。

炸药在空气中爆炸，具有高温高压的爆炸产物直接作用在空气介质上；在岩体中爆炸，这种高温高压爆炸产物就在岩体破裂的瞬间冲入大气中。

3.爆破飞石在工程爆破中，被爆介质中那些飞得较远的碎石，称为爆破飞石。

4.早爆、拒爆早爆是点火或通电引爆炸药时，出现有的药包比预定时间提前爆炸的现象。

拒爆是一个炮孔未爆或者产生冲炮现象，崩落不下岩石，使其他炮孔产生冲炮现象，只能崩落掌子面一部分岩石。

5.炮烟中毒工程爆破中，一般采用的炸药都是由C、H、O、N4种元素组成的化合物。

爆炸过程中发生化学反应，化学反应生成物中，氮氧化物和一氧化碳是有毒气体。

此外，当爆破介质中含有硫化物，如硫化矿、黄铁矿、含黑铁矿的煤炭，爆破时还会生成硫化氢和二氧化硫等有毒气体。

硫化物矿石在某些特定条件与硝铵炸药直接接触，发生一系列化学反应，使炸药爆燃或燃烧而引起自爆，产生大量毒气。

有毒气体对人的主要危害，一氧化氮与红细胞内的血红蛋白结合，造成人体严重缺氧，严重时会致人窒息死亡；氮氧化物中的一氧化氮不溶解于水，但可与血液中的红细胞结合，从而损害人体吸收氧的能力。

二、爆破危害防范措施爆破危害影响程度大小与爆破技术、爆破参数、地质构造、岩体物理力学性能、施工工艺等因素有关。

虽然诸因素之间相互作用使问题错综复杂，但是随着对爆破技术的不断改进和完善，可以在达到爆破设计效果的同时，把爆破的危害影响降至最低。