切缝药包定向断裂控制爆破研究综述

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早在 20 世纪 70 年代 , 美国 Fo um ey W L 等
从而为切缝药包定向断裂控制爆破的应用奠定了一 定的理论基础。为了更好地研究切缝药包定向断裂 控制爆破的断裂机理, 下面从不耦合系数、 切缝宽度 和切缝管外壳材质, 以及该爆破技术的发展及工程 应用等方面对其进行分析。
就提出了在炮孔中使用轴向切缝管状药包在岩体中 形成定向裂缝的方法。该方法的突出特点是在切缝 方向造成压应力集中和剪切应力差 , 导致岩体在爆 破作用下沿切缝方向形成断裂破裂面 1 。 罗勇等
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图2 F ig . 2
径向裂纹长度与不耦合系数关系 crack and uncoupling co efficient
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Relationship between the length of radial
1 25~ 3 00, 过大或过小的不耦合系数都会影响切 缝药包定向断裂控制爆破的爆破效果。 3 2 切缝宽度 切缝宽度是切缝药包定向断裂控制爆破最主要 的影响因素之一。如果切缝宽度太小, 切缝管很容 易在炸药爆炸形成的强大冲击力下被劈开成两半, 定向方向的能量利用率不高。如果切缝宽度过大, 则动作用对孔壁的作用范围增大, 切缝管会获得巨 大的冲击速度并对炮孔壁形成冲击, 形成了反定向 裂缝 24 , 进而难以有效地控制裂纹的扩展方向。 罗勇等
第 1 7卷 第2 期 2 0 1 1 年 6 月
工程爆破
EN G IN EERIN G BLA STIN G
V ol 17, N o 2 June 2011
文章编号 : 1006- 7051( 2011) 02- 0026- 05
切缝药包定向断裂控制爆破研究综述
谢华刚1, 2 , 吴玲丽3
( 1 铜陵学院土木建筑系, 安徽铜陵 244000; 2 河海大学岩土工程研究所 , 南京 210098; 3 铜陵纺织服装工业城基建处 , 安徽铜陵 244000)
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切缝药包定向断裂控制爆破机理
对于一定的炸药 , 当改变装药结构时, 炸药能量
的分布将随之发生改变, 从而形成爆炸能量作用的 加强区和减弱区 , 切缝药包切缝管的作用正是改变 了爆炸产物对炮孔壁作用初始阶段的均衡性, 在定 向方向形成应力集中, 进而在定向方向形成定向裂 缝。形成定向裂缝的过程可分为两个阶段: 爆炸初 期, 在切缝管内腔还没有形成均布压力之前, 在爆炸 冲击波的作用下 , 在定向方向产生预裂缝, 然后在爆 生气体的压力作用下使裂缝进一步扩展。同时 , 切 缝药包定向断裂控制爆破因切缝管的存在, 具有稳 定炸药爆轰速度、 提高炸药爆轰压力、 增加切缝方向 爆炸产物能流密度、 抑制非切缝方向裂纹扩展等优 点。切缝药包结构如图 1 所示。
摘 要 : 通过切缝药包定向断裂控制爆破的爆破机理、 影响因素的研 究现状 , 得 出爆破参 数的合理 取
值范 围 ; 由此技术的 发展和工程应用 的研究现状 , 得 出切缝药包定 向断裂控制爆破 技术提高了爆破 效 果 , 减少了工 程造价 , 增加了围岩的稳定性 ; 最后对切 缝药包定向断裂控制爆破的研究方向提出 了几点 建议。
X I E H ua gang
1, 2
, W U L ing l i 3
( 1 Dep ar tment of Civil Engi neering and A rchitecture, Tongling university , Tongl ing 244000, A nhui, China; 2 Geotechni cal E ngi neer ing R esear ch I nsti tute, H ohai Uni ver sit y , N anj ing 210098 , Chi na; 3 Constr uction Dep artment , Tex tile and Garment Industry in Tongling Ci ty , Tongling 244000, A nhui, China) ABSTRACT: A ccording t o cut ting seam charge dir ectional f ract ure cont rolled blasting m echanism and its inf luencing f act ors, reasonable rang es of blast ing paramet er values w ere achiev ed T hro ug h developm ent and engineering applicat io n research situatio n of cut ting seam charg e direct ional f ract ure cont rolled blast ing technolo gy, some result s w ere obtained such as t he blast ing t echnolog y improving blast ing ef fect, reducing the project cost, and increasing t he st abilit y of surro unding rocks Som e sugg est io ns w ere put f orw ard on resear ch dir ect io n of cut t ing seam charge direct ional fr act ure cont rolled blast ing KEY WORDS: Cut t ing seam char ge; Direct ional f ract ur e contr olled blast ing; Decoupling index; Cut t ing seam w idt h; Review 得了一些成果。定向断裂控制爆破, 是利用一些方 法首先使炮孔孔壁某些部位应力集中而产生径向裂 纹 , 同时避免炮孔壁其他部位产生径向微裂纹, 随后 在爆炸应力波和爆生气体的共同作用下 , 使径向裂 纹持续发展, 形成预期的断裂。能够实现定向断裂 的爆破方法很多, 其中切缝药包定向断裂控制爆破 就是其中之一。 我国从 20 世纪 80 年代开始 , 对切缝药包定向 断裂控制爆破进行了研究。切缝药包作为定向断裂 控制爆破的重要方法之一, 它广泛应用于隧道掘进、 石材切割、 边坡修整等领域
对水耦合切缝药
包作用下岩石的开裂机理进行分析探讨 , 得出切缝 的存在改变了爆炸能量的分布, 使得切缝方向形成 了压力突变 , 在炮孔壁的定向方向形成了初始开裂 纹。开裂纹的形成使得炮孔壁在非定向方向形成了 应力松弛, 爆炸形成的 水楔作用 和高压爆生气体 的 气楔作用 , 使得定向方向的开裂纹得到优先扩 展并贯穿。 从切缝药包定向 断裂控制爆破的爆破机理看 出 , 切缝药包定向断裂控制爆破在爆炸时 , 由于切缝 外壳具有一定的厚度和强度 , 在爆炸瞬间表现出明 显的聚能效应。在非切缝处 , 由于药包外壳阻碍了 冲击波和爆生气体对孔壁的直接作用, 尤其是爆生 气体的 渗透 与 楔入 作用 , 从而保护了炮孔壁
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采用水泥砂浆模型 , 采用不同不耦合系数分别进行 切缝药包试验, 通过对比分析应变峰值的大小 , 得出 不耦合系数为 2 0 左右时应变峰值增大率较大的结 论。肖正学等 采用有机玻璃模型, 得出径向裂纹 长度 与不耦 合系数 的关 系, 如 图 2 所示。李彦 涛 等 11 采用大理石板进行试验, 得出切缝方向的应力 强度因子为其他方向的 3 75~ 5 40 倍 , 且炮孔距比 光面爆破提高 0 5~ 2 5 倍的结论。蒋金科 采用 切缝宽度为 4 0m m 、 不耦合系数取 1 0~ 1 5、 直径 为 32m m 的聚能管在沈庄煤矿- 140m 南大巷里段 进行了切缝药包定向断裂爆破 , 控制了超欠挖工程 量、 减小了顶板管理难度、 加快了施工速度、 节省了 工程造价。 上述文献对切缝药包定向断裂控制爆破分别从 相似模拟、 数值模拟和工程应用不同的角度对不耦 合系数进行研究 , 然而其研究成果大都建立在不考 虑切缝管的影响下得出的结论。切缝管的存在 , 使 得爆轰速度、 爆炸压力、 压力分布等爆破参数发生了 一定的变化; 另外装药结构的变化 , 会引起不耦合系 数的计算不同。因此如何修正现有不耦合系数计算 公式的不足, 使其满足不同装药结构的变化, 这方面 的研究成果较少, 需要进行相应研究。从其现有研 究现状可以看出 , 不耦合系数的合理取值范围约为
关键词 : 切缝药包 ; 定向断裂控制爆破 ; 不耦合系数; 切缝宽度 ; 综述 中图分类号 : T D235 4; TD 235 21+ 4 文献标识码 : A
REV IEW ON RESEA RCH O F CU T T IN G SEA M CH A RGE DIRECT ION A L FRA CT U RE CO N T ROLL ED BL AST IN G
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爆破参数
3 1 不耦合系数 炮孔耦合装药爆炸时 , 孔壁遭受爆炸冲击波的 直接作用构成粉碎区, 消耗了炸药大量能量。而不 耦合装药, 降低对孔壁的冲击压力、 减少粉碎区, 激 起应力波在岩体内的作用时间加长, 加大了裂隙区 的范围 , 炸药能量利用充分 , 因此现今工程爆破中应
为岩石动态摩擦角;
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采用 L S DYNA 进行切缝药包
爆破的数值模拟 , 得出在不耦合系数为 2 0 的情况 下, 切缝套管 ( P VCU ) 在切缝处具有明显的剪应力 作用 , 该剪应力使得爆破裂纹首先从切缝处形成, 从 而具有定向断裂成缝效果。蒲传金等 在石灰岩块 体上进行试验, 采用药包直径为 18mm 、 不耦合系数 为 2 1 的情况下 , 得出切缝药包间隔装药比连续装 药对边坡保留岩石损伤程度小的结论。蒲传金等
工
程
爆
破
用较多。 不耦合装药结构有多种形式, 比如空气径向不 耦合装药结构、 空气轴向不耦合装药结构、 水径向不 耦合装药结构、 水轴向不耦合装药结构、 径向兼轴向 不耦合装药结构以及偏心不耦合装药结构等, 一般 采用的是径向不耦合装药结构。不耦合系数的大小 会影响切缝药包定向断裂控制爆破的爆破效果 , 而 为了得到合理的不耦合系数的取值大小, 前人分别 从试验和数值模拟等角度对其进行了分析研究 , 得 出了很多有价值的结论。 张志雄等 采用水泥砂浆模型进行试验, 得出 当切缝宽度 3mm 、 不耦合系数为 1 5~ 3 0 时, 爆 破效果较好, 其中不耦合系数为 2 0~ 2 5 时爆破效 果最佳。李显寅等