1. 预裂爆破自身的问题
正确的设计和施工,预裂爆破一般不会对保留岩体产生严重损坏。产生损坏的原因除因设计不当外,主要为施工中将药包贴在保留壁面上所致。尤其在炮孔底部,因装药量大,破坏范围可达10 cm。此外,当岩石为水平层状时,预裂爆破的上抬力,会使孔口以下数米的岩层受到损坏。预裂爆破使保留岩体在水平向的损坏程度一般在1.0 m 以内,遇到水平层状岩石并含泥化夹层,顺夹层损坏深度为2~3 m。上述的损坏一般不影响边坡的稳定。至于孔口段保留岩体的损坏,可通过孔口装药量及堵塞长度进行调整。
2. 爆破参数的影响
爆破参数这里主要指炮孔间距和线装药密度,在预裂爆破中,炮孔间距的大小和线装药密度直接影响预裂缝的宽度和坡面的平整度,是保证形成贯通裂缝的主要参数。在这方面铁道建筑研究设计院李彬峰先生作了较详细的分析计算[59]。
目前,设计或选择计算炮孔间距常用的公式有以下几种。
(1)按经验一般中硬以上岩体。
软岩取小值,硬岩取大值。
(2)按岩石强度。
式中:σ压、σ拉—— 岩石极限抗压、抗拉强度;
ν —— 泊松比,具体取值可查阅有关资料。
也可按下式计算
当炸药的能量E 和岩石强度 R 一定时, K 值为一常数,可取K =0.03,其量纲为kg-0.25∙m1.25∙s0.50。
(3)按炸药波阻抗和炮孔直径[4]确定。当炮孔直径D 满足25 mm≤ D≤200 mm时,
式中:Z —— 炸药波阻抗,Z=ρrcp(t/m3·km/s)。 ρr为岩体密度(t/m3)。 cp为弹性纵波通过岩体时的传播速度(km/s);
K —— 炸药的重量强度换算系数,K=0.83Q2/Q1+0.17V2/V10。 Q1、Q2为两种炸药的爆炸能量(kJ/kg), V1, V2为两种炸药爆炸后产生爆炸气体的体积(m3/kg)。
炸药的波阻抗及炸药的重量强度换算系数可从有关专业书中查得。
3. 几种计算结果比较分析
假设D=110mm,岩性为完整的花岗岩,采用2#岩石炸药时,σ压、σ拉分别为(1 000~2 500)×98 kPa、(70~250)×98 kPa,ν =0.2~0.3,Z=800~1 900 kg/cm2·s,K=1.0(为单一炸药),进行预裂爆破时,分别按以上公式计算结果见表12-33[59]。
表12-33 不同公式计算的炮孔间距(单位:cm)[47]
注:计算时,对给出其范围者均取其平均值。
从表12-33 的计算结果可以看出:几种计算结果与平均值的偏差范围在1.55%~8.20%,可见尽管其形式不同,考虑问题的角度不同[涉及岩石性质如泊松比、波阻抗、极限抗压(拉)强度和炸药性质],但总体上还都是比较科学的,能够与经验达到一致。当然,从计算的过程出发,式(12-47)、(12-48)、(12-49)均较为麻烦,涉及的影响因素较多。但从应用角度,文献[59]推荐使用经验计算式。此外,实际设计中,往往考虑钻孔误差,可对炮孔间距作适当调整。
4. 线装药密度的理论计算[59]
(1)文献[14]推荐的计算公式。
式中:q线—— 线装药密度(g/m);(www.xing528.com)
σ压—— 岩石极限抗压强度(kPa);
a—— 预裂孔的炮孔间距(cm)。
(2)武汉水利电力学院归纳的药量计算经验式。
式中,符号意义同上。
(3)经验公式。
式中,符号意义同上。
为了克服炮孔底部的夹制作用,确保裂缝到底,底部相当于(1.5~2.0)a 高度范围内的线装药密度,采用(2.4~4)q线为宜;孔口段一般岩层相对较软,为防止飞石和岩层遭到破坏,线装药密度以(1/2~1/3)q线为宜。
以应用公式(12-50)、(12-51)、(12-52)计算q线,结果见表12-34(a 调整为100 cm)。
表12-34 不同公式所计算的线装药密度(单位:g/m)
公式(12-50)、(12-51)、(12-52)均考虑了炮孔间距和岩石的极限抗压强度。从表12-34可以看出,公式(12-50)、(12-51)、(12-52)式计算结果较为接近,对照表12-15,与D=125 mm,q线=485~765 基本一致,而(12-51)式计算结果偏离较多,文献[59]的作者建议不宜采用,应以式(12-50)、(12-52)和表12-15 作为参考。
5. 装药不耦合系数
文献[59]指出在装药结构上尽可能使药卷和炸药能量得到均匀分布。通常,为减轻爆破时对炮孔孔壁的压力,不致使孔壁破坏,可采用不耦合装药。不耦合装药系数η =D /D0(D0为药卷直径)。工程实践表明,所设计的装药密度只有在采用的药卷满足环向不耦合系数(径向不耦合系数)η=2~5 时,才能形成质量较好的预裂缝。当D>100 mm 时,η=3~5;当D<100 mm 时η=2~3。文献[60]则建议η ≤3.0~3.5。
6. 预裂爆破的装药量
知道了线装药密度,即可据下式求得装药量:
式中:L—— 炮孔深度(m)。
7. 装药结构
装药结构形式:底部采用连续装药,中段和上部采用间隔装药。按照设计的药卷规格、数量和间隔距离绑扎在导爆索上,构成药串,最后用导爆索引爆所有的药包。
8. 装药分配
为克服孔底夹制作用,孔底常采用加强装药。加强装药的长度视岩石性质而定,坚硬、完整的岩石一般为0.8~1.0 m,破碎岩石一般不超过0.5 m。孔口0.8~1.5 m 处不装药,进行堵塞。不装药段以下1~2 m 处线装药密度应减为设计值的1/3~1/2,以防表层岩石被炸开松动。孔底增加的药量和岩石的物理力学性质、钻孔直径、预裂孔的深度及炸药的性能有关。过多增加药量,则会影响预裂效果,遇多个台阶时,往往造成下一台阶的破坏,致使成孔困难。
炮孔装药量Q 分为底部装药Qb和柱状装药Qb,具体计算式为[61]:
式中: L, Z ,K 意义同上。
式中: Lch—— 柱状装药长度(m)。
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