BHPO预裂爆破方法机理研究及工程试验.docx

BHPO预裂爆破方法机理探讨及工程试胎刘小伸'张树伟'杨晓科2(1.河北槊团司家营研山铁M有隈公司河北唐山063701)(2.中煤柒团西安设计工程公司陕西西安710054>摘要:本文通过对分析岩石爆破机理及工程试蛤提出大炮孔预裂将向(BIaSlholepre-splitorientation)的预裂爆破方法，以下简称：阈加预裂爆破方法,该方法是集露天大孔径深孔预裂爆破及一般货裂爆破优点的新里预裂掰破模式,是日前预裂爆破技术改进完善的可行道路。其开裂理论依据为爆破断裂力学，通过大孔径炮孔导向作用岭加爆破压应力削诚爆岐拉应力，提高爆破成缝概率。因此BHPo预裂爆破方法是建立在现代力学的基础之上，可以更好的达到爱护边坡的目的.关健词：炮孔导向大孔径超裳破破断裂力学岸破应力TheMechanisticStudyofBlastHolePre-splitOrientationPresplittingTechniqueandEngineeringTestIiuxiao-weilZhangshu-weilYangxiao-ke2(1.SijiayingironminecompanyofHcbciironandMeelgroup.ThngshanHebei063000,China;2. Xi,an('<>mpanyofdesign&EnMineerin*ofchinacoalgroup.Xi'an.Shaanxi710054China)Abstract:Blastholepn?-splitOrientation(BHPO)isproposedbasedontheanalysisofrockblastingmechanismandxe.engi>eeringexperiments,anditisIheaviablewaytoimproveblastingtechnologywiththenormalblastingtechnologyandTh©largeapertureBlastingintheopenpit.TheBHPOblastingmethodisbasedonthemodemmechanicsandtheblastcrackfracturemechanics,throughincreasingthestressandreducingthetensilestress,toimprovetheprobabilityofthefracturesinthedemolitionwiththeguidingroleofblastholeorientation.Usingthisnewwaycanachievethepurposeofprotectionoftheslopebetter.Keywords:blastholeorientation;IargeaperturePre-Splittingblasting;burstfracture；blastingstress1、引Ih现代大型露天矿矿山边坡预裂中，由于边坡处理跳火及一次爆破量大，因而主要实行乐天大孔径狡裂爆破法即采纳中250310牙轮粘机穿孔进行预裂爆破.但粽合分析大孔径预裂爆破虽技术可行经济合理,但在详细实脩过程中爆破技术人员很难驾驭合适的爆破参数及笠药依，同时针对裂隙较为发Ff的边坡时很难形成半壁痕特性笔者i采化探讨岩石爆陂开裂理论,通过对4岩石爆破机理、£爆破动力学及其应用?、£爆炸力学、露天大孔径预裟爆破技术中关于岩石爆破开裂理论及爆裂开陵及裂隙力学的论述，结合矿山生产实际提出孔径炮孔导向预裂爆破方法.炮孔导向预裂爆破星礼Tft-统光面携联及誉石定向断裂附制糜破法础上提出的新型预裂限制爆破方法,传统预裂爆破采纳不解合装药或空气间隔装药，降低炸药爆炸对炮孔壁的作用.避开在炮孔中形成质碎区,实现爆破后的光面.但是这一方法不能避开的在炮孔四周岩石中1叩形成经向裂纹,因而在裂隙发育的岩石条件下往往很难达到光面爆破的效果.炮孔峥向预裂爆破充分利用炮孔的导向作用，在预定的预裂方向上制诚岩石作用力，从而使汨爆炸能量加切在设定方向上形成裂奴，从而在该方向上达到优先起裂、扩展、货穿，达到提高预料爆破效果的目的.采纳炮孔导向预裂爆破，可以有效的削减炮孔眼四周非孔间连投方向径向裂纹的产生及扩大，从而削减爆破时用岩的稳定性的岐坏，提裔半壁痕率。在裂隙发有的地侦条件下采纳该技术，能弊很好的实现预裂塌破效果，产生良好的经济效益，2、炮孔导丽IUM法述及机理*讨2.1 炮孔导向按裂爆破法简述炮孔导向预裂爆破法首先是适应大型原大矿山边坡预裂的施工方法。该法要求运用牙轮钻机（戢好选用中310牙轮钻机,及R0三310mm）预先在预裂线上雷穿导向孔,然后运用潜孔怙机穿由中间预裂扎（孔径100mm15Omm）.成空后依据常规预裂孔爆破模式进行爆破，2.2 炮孔手向顶裂爆破法探讨原理在岩石断裂限制爆破中其实现定向断裂的限制方法许多，但实质上形成断裂贯穿的过程是一至的,这一过程由定向裂纹的起裂和定向裂纹的然穿两个阶段组成.但依据起裂和用穿的主次可分为以定向裂地为主要突破的玳能预裂爆破I和以贯穿为主要突破的大饱孔导向预裂爆破即BHPO预裂爆岐方法，在自然岩体中，必定存在长短不等随机细小的裂蚊,当预裂孔及导向孔穿孔完毕后必定在孔壁四周存在细小裂纹.依据断裂力学理论及爆破自有面理论,炮孔导向预裂爆破过程由三个阶段组成如图1所示：阶段1,炮孔内不朋公装结起爆，梯我荷达到肯定强度后，四周裂皎逐毋起裂、扩展；阶段2,由于炮孔四周存在大孔径导向孔,起到自由面得作用.则裂纹集中向导向孔犷展.并形成负穿裂纹：阶段3,由岩裂纹与导向孔的贯穿，大城爆炸产生气体，通过裂纹货穿于预裂孔与导向孔间，进一步扩大预裂缝，同时其他非导向裂纹由于载荷减小和岩石梁性形变而自我闭合，炮孔导向预裂爆破取得良好预裂效果的关键技术在于有效限制炮孔内准静态压力值.使细小裂纹刚好能贯穿至导向孔.这也是预裂爆破法与传统预裂爆破法的本质区分.因此我裂孔与导向孔间距（细小裂纹长度）、烟孔袋药班及岩体中随机细小裂纹状况都干脆影响到BHPO预裂爆破法的预裂效果。3、数的定3. 1装荷加的确定在炮孔内炸药爆炸准静态压力P的作用下，Wl机裂纹尖端应力因子为Ki-Pnaf(ar)式IJ其中：P=l8×P.×D,VlV<1式2=18×p,×Drddlh×1式3P炮空中的准峥态压力，MMm32a炮孔中随机裂纹长度，mr炮孔半径.mf（ar）一一形态因子,由表1给出叫炮孔装药密度，kg.m3D炸药爆速，m.s,V.一一炮孔体积,m3K-炮孔装药体积，m3&一一炮孔St径，md炮孔装药直径，m1炮孔长度,m1-炮孔笠药系数.当KaKlc时裂隰起先失稔扩展，炮孔四周裂网起先起裂，由导向孔的存在，使得,小向孔方向上的K1.C较小，细小裂RI师先到达导向孔(导向预裂爆破阶段1)为J'能达到导向预裂要求.其他裂隙不能再接着扩展，大fit爆炸气体通过贯穿裂隙,使得裂解扩展为科维达到预裂目的.因此行炮孔内准价态压力P与我能起裂炮孔四阳岩石裂纹最小长度的关票：P-K1.c411af(ar)J(式4由此Ur以石出炮孔四周裂隙长度越长,起裂它们所需的炮孔准静态压力值越低.因而UJ认为.在进行炮孔导向预裂爆破时,如岩石整体性较好,炮孔四周存在的裂隙数盘长度小,炮孔装药破可取大值，已狭得加大的准好态压力，以加大炮孔间距，削减炮孔数麻：而对裂隙发育的岩体，炮孔四周存在的裂隙数状、长度往往较大，为保证其他裂隙不扩展，往往陶城炮孔装药量，取较小的炮孔准静态压力值。通过对式2,3、4得出炮孔导向预裂爆破药吊计算公式l=o×11×a.×f(Vr),3×(d)*IA5q=114×<ki×p.×1.Xl.式6a/r0.10.20.30.40.50.60.81.01.5235108f(nr1.981.831.71611.571.521.431.381.261.21.131.061.031q一炮孔装药fit.kg1f(ar)随a/r的改变值3.2预裂与导向孔间距的确定式中正一一炮孔四周裂隙长度的最大值，mq炮孔装药fit.kg1Nar)随a/r的改变值依据炮孔导向预裂阶段性，确定当期炸起先，细小裂奴形成向四周随机延长，裂隙柩定传播时,裂隙处于稳定传播.形成新表面的能盘中裂隙扩展所择放的弹性变性能所供应.因此单位冏积裂隙所秣放出来的能ht称为能找择放率G其物理含义为裂地扩展单位长度所须妾的力，因此乂称裂隙扩展力G,F是G的的界值Gl:称为裂朦扩展阻力，当GVGC时岩石裂隙处于稔定传报阶段，对于同一材料G不是常数Gc任常数，是一种材料的属性。G而足袅隙尖端处的应力。和裂隙半径&,的函数，利用裂隙表面弹性位移的关系可导出关系式：G=(ra1)/E式7式中。应力E弹性模珏a.裂隙半径笔者认为最长径向裂隆长度为按裂孔至导向孔间H1.通过文献网对预裂炮孔直径、炮孔群压力及裂隙长度的论述确定出三者关系他戏如图：长役雕K1.）WKXP般系11、2、3、4Hfa=IO,8、6、4、2cm依据曲战设定你选定试验孔间电1.为1.5m.4、TWtt依据理论对研山帙犷北部裂隆发育边界运用BHPO预裂爆破法进行预裂爆破,共中进行爆俄试骗四次，详细状况如下；4.1设计方案：（1）导向孔、预裂孔部分：沿+30水平境界线布孔.导向孔孔径31OmlM间距3m：超深2m;预裂孔孔径115mm.位于导向孔中部,略靠近境界内（W儡移15OminI超深0-0.5m;采纳连续带状不福合装药结构；不耦合系数k=3.1运用2#岩石粉状乳化油炸药：药表规格中32meX200am、150g卷、P'线状药密度P.=0.55kgms底部"内增加炸药量Q1.O.3kg预裂孔同时起爆起爆时间超前缓冲孔100-200BS（2）缓冲孔部分：谖冲孔采纳。310牙轮钻机穿雷，孔间巫a-.-6m,与预裂孔排间距=3-3.5m,与正整孔排间距=5-5.5m:超深：1.«=051m;堵塞长度k=5m;采纳中部间隔分段装药结构（耦合）：卜部药高335m,中部间隔2-3m,上部药高225m：下部药柱运用高能乳化炸药,上部药柱焰用多孔粒状钺油炸荷；起爆时间在正常孔以后，微差时间同正常孔：4.2爆破效果：（I）笫个爆区预裂孔15个，岩石完整性一般，平均半壁痕率约40%,最长半壁痕长约5m.段裂孔处岩石较碎裂（装药较多）,连续性较差：狡裂缓冲间存在Im左右的小根底.（2）其次、第三、第四个蝶区预裂孔70个，适当削减预裂药信，加大缓冲孔药量，平均半壁痕率60%,最长半壁痕约7m,连续性较好：小根底消逃：(3)这四个爆M总体试验胜利.5、tt*ff(I)炮孔导向预裂爆破的优点是：用于裂隙发育的岩石中，能然有效的爱护用岩，削减超挖.提高孔痕率：(2)炮孔导向欣裂爆破的技术要点是：通过大孔径炮孔的导向作用,引导裂隙形成干导向方向上，并通过导向裂隆的扩展.抑制其他裂数:的扩展.使之在岩体塑性作用下裂隙闭合，从而实现炮孔间光滑的壁面，(3)在裂隙发方的岩体进行炮孔导向预裂爆破施工,炮孔装药量及两孔间距应取小值从而爱护用岩,避开其他裂隙扩展：而在整体性较好的岩体中两依可取大值,以削减炮孔数量,提高炮孔利用率.参考文献：1、杨永琦.矿山爆破技术与