岩体结构对岩石爆破效果的影响
浅谈岩体结构与岩体爆破、装药对块度的影响
浅谈岩体结构与岩体爆破、装药对块度的影响0 前言在港口码头、防波堤等工程施工中，对石料要求较为严格，不同的规格块石需分时段集中供应，还要严格控制并保证大块率。
本文旨在通过大块石爆破方法的探讨，提高大块石的产出率以解决因大块石产出不足，对汉班托塔港项目二期人工岛施工的制约。
1 岩体爆破破碎的损伤理论1.1 岩体爆破破碎机理1.1.1 爆炸荷载作用下岩体破碎原因炸药爆炸作用下岩体的破碎机理促进了爆破技术的发展。
采用高速摄影和数值模拟，对各向异性的岩体进行爆破试验观测和爆破过程中岩体内部发生的应力、应变、破裂、飞散等模拟。
众多学者通过长期的生产实践和经验总结，提出三种理论：⑴冲击波引起的应力波反射破坏理论。
该理论认为爆破时岩体的破坏主要是因自由面上应力波反射转变成的拉应力波造成的。
若反射拉伸应力波超过该处岩体抗拉强度，岩体则因拉坏而破碎。
⑵爆炸气体产物膨胀压力破坏理论。
该理论认为岩体主要是因装药空间内爆炸气体产物的压力作用而破坏的。
当药包附近存在自由面时，在阻力不等的不同方向上，不同质点的位移速度必然引起剪切应力。
如果剪切应力超过该处岩体的抗剪强度，则岩体产生剪切破坏。
岩体的破碎主要是由爆炸气体产物的膨胀压力引起的。
⑶爆炸气体膨胀压力和冲击波所引起的应力波共同作用理论。
其核心观点认为爆破时岩体的破坏是爆炸气体和冲击波共同作用的结果。
综上所述，不同作用性对爆破的不同阶段和不同的岩体所起的作用不同。
1.1.2 爆炸荷载作用下岩体破碎形式（1）爆破的内部作用，在炮孔周围的空间上岩体爆破过程分为三个区域；1）粉碎区由于靠近炮孔周围的爆破脉冲压力大大超过了岩体的抗压强度，岩体产生剧烈的压缩破坏，半径一般为2～3 倍的炮孔直径。
2）裂隙区爆破中，该区是岩体破碎的主要区域。
半径为岩体装药半径的几十倍。
3）震动区该区岩体不产生任何破坏和损伤，只产生弹性振动，可不考虑损伤问题。
（2）爆破的外部作用如果集中药包埋置靠近岩体表面，除产生内部的破坏作用外，还会在岩体表面产生破坏作用，其具体表现为以下两种破坏形式：1）导致岩体表面成片状裂开，片落现象的产生主要同药包的几何形状、药包的大小有关。
工程地质对爆破影响
工程地质对爆破影响爆破工程地质，是指与爆破工程有关的地质因素的综合，它包括地形地貌、岩体结构类型，以及工程地质特征、水文地质条件、物理地质现象等。
其中，地形地貌、岩体结构类型及工程地质特征，是影响爆破作用和效果的最主要因素。
在爆破设计时应对爆区内地形地貌作调查，地形地貌是爆破工程最基本的边界条件，直接关系到爆破作用和效果；同时应对爆区内的岩石进行全面分析和评价，一般岩石容重越大，其坚固性也越高，单位耗药量也随之增加；岩体不是理想的均匀介质，被节理、裂隙、断层等地质结构面所切割呈现各种异性，表现出复杂的物理力学特性，对爆破作用有很大影响。
岩体结构是指在各历史时期由于各种内外动力作用在地壳上留下的地质运动的构造痕迹。
与爆破有密切关系的地质构造是岩体的层理、褶皱、断层、节理、裂隙及其相互间的空间关系。
岩体结构面的产状即为岩体结构面在空间的位置状态，通常用走向、倾向、倾角来表示，称为岩体产状三要素。
由于岩体结构的差异，工程中对爆破的整体效果或局部产生影响，也可引起不同的爆破危害效应，岩体结构的影响在工程爆破中应给予足够的重视。
一、岩石的爆破特性衡量岩石爆破性能的主要指标是单位耗药量，通常为在水平地面条件下，爆破形成标准抛掷漏斗时，爆破单位体积岩石所需的炸药用量。
岩石的坚固性与岩石容重和爆破有密切关系，一般是岩石容重越大，其坚固性也越高，岩石单位耗药量也随之增加。
岩石的节理、裂隙、孔隙、断层等地质结构对爆破作用也有很大影响。
爆破施工中岩体自由面的大小及数量对爆破效果也带来较大影响，当爆破自由面越小和越少时，爆破受到的夹制作用越大，使爆破破碎效果差，炸药单耗增大。
此外，爆破时炸药与岩石的耦合状态、炸药直径、堵塞质量、装药结构、爆破方式都会不同程度影响爆破效果。
在爆破施工中要合理选择炸药的类型，选择炸药的波阻抗与岩石波阻抗相匹配，使其匹配系数尽可能接近1，以达到最大限度地破碎岩石、提高炸药能量利用率、改善爆破效果的目的。
工程爆破的基本要求和影响爆破效果的主要因素
工程爆破的基本要求和影响爆破效果的主要因素一、对工程爆破的基本要求工程爆破应满足以下基本要求：1．按制定要求爆落破碎岩石，既不欠挖也不超挖，又要保护围岩或保留部分的岩体不受损伤或尽量少受损伤。
2．爆破块度较均匀，大块率低，块度级配适宜，减少二次破碎工作量。
3．爆堆较集中，提升铲装效率。
4．提升炸药能量利用率，炸药单耗小，降低爆破成本。
5．确保爆破作业与环境安全，把爆破地震、空气冲击波、各别飞石、有毒有害气体、噪声和粉尘等爆破有害效应，限制在同意范围以内。
总之，关于任何一项爆破工程来说，做到技术可行、安全可靠、经济合理是最基本的要求。
二、影响爆破效果的主要因素要想达到理想的爆破效果和改善爆破质量，就必须正确分析影响爆破的各种因素，利用有利因素，避开不利因素。
这些因素是：炸药性能和装药结构、爆破方法、爆破参数与爆破工艺、岩石的性质与构造、自由面个数等。
(一)炸药性能影响爆破效果的炸药性能参数主要有：炸药爆速、爆炸气体生成量及装药密度等。
有关内容见本书第二章。
(二)装药结构不同的装药结构可改变炸药的爆炸性能，从而引起爆炸作用的变化。
1．药包几何形状，常用的药包有集中药包和延长药包两类当药包的长度与它的横截面的直径(或方形截面的边长)之比值大于某一值时，就叫做延长药包(比值一般大于或等于15～20)。
延长药包爆破时，由于它的几何形状特征，其冲击能量主要集中在径向上。
而在轴向上能量分布较少，只有在药包带有集能穴时，才会有轴向聚能流。
轴向能量分布复杂而不均匀。
因此延长药包爆破时，岩石破碎的均匀程度不好，易出现大块和破坏不够的现象。
集中药包又称球形药包。
其直径与长度的尺寸相差不大，一般不超过6倍。
集中药包爆炸时，其爆炸能量在各个方向上分布较均匀，可呈同心球状多向传播，这关于降低炸药单耗、改善爆破块度都是有利的。
实验证实，球状药包特别合适于实施“漏斗爆破〞，便于获得较高的爆炸能量利用率和较均匀的破碎块度。
因此，应依据不同工程目的，采纳不同几何形状的药包，以达到最正确爆破效果。
裂隙岩体的爆破理论
第三章裂隙岩体的爆破理论第一节岩体破坏的主要因素一. 岩石、岩体、结构面和结构体岩石:由一种或几种矿物在地质作用下，按一定规律聚集成的自然体。
岩体：经受地质作用的地质体。
结构面：通常把岩体内开裂和易于开裂的地质面统称为结构面。
结构体：含有结构面的岩体。
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧风化裂隙卸载裂隙次生结构面劈理节理断层褶皱构造结构面变质结构面火成结构面沉积结构面原生结构面岩体结构面二. 岩体破碎的主要因素：炸药爆炸产生的应力波在传播过程中与岩体结构面相遇，使原有裂隙扩大或产生新的裂隙，形成裂隙网，岩石发生破碎，即应力波与结构面的相互作用是岩体破碎的主要因素。
1. 试验研究:美国马里兰大学等采用高速摄影和动光弹相结合的方法，进行了一系列室内和现场试验。
1）微小裂隙模型的破裂:室内用Homalite-100型塑胶（具有较大的脆性，易于模拟脆性岩石），采用双条纹材料制作，利用动光弹可清晰地显示应力波与裂隙在破碎过程中的相互作用。
在板的不同位置和方向上都作了人造裂隙，实验结果有四点发现。
A 在无裂隙模型上，炸药爆炸后，由于径向压应力的作用，孔壁上发生压碎现象。
当P波自孔壁向外传播，在切向拉应力的作用下，产生径向裂隙；B 应力波从自由面反射，并与向外扩展的径向裂隙相互作用，引起裂隙的分岔，直到裂隙扩展终止；C 裂隙的产生和扩展完全是各种应力波相互作用的结果。
D 向外传播的径向裂隙，在反射波的作用下产生“栅栏分枝”，形成密集的环状裂隙网，使岩石得以全面破碎。
与无裂隙模型相比，微小裂隙模型的块度要小得多。
2）岩石板模型的破裂：用300×300×50mm的花岗岩板A 若P波自炮孔到达自由面所需时间为t，只有当2t时在自由面处见到新裂隙出现。
说明P波在裂隙岩体中的传播速度大大减慢；B 原有裂隙可以形成新的裂隙源，新的裂隙在原有裂隙的基础上产生和发展；C 岩块从主岩体上分离以后仍然继续破碎，这与塑胶板模型上分离的碎片上观察到的由截留应力波造成的裂隙继续传播的情况类似。
2018全国爆破工程技考核试卷(部分)
爆破工程技术人员考核试卷(四川)初级D一、填空题（共10题，每题2分,总计20分)1、爆破作业单位应当如实记载领取、发放民用爆炸物品的以及，领取民用爆炸物品的数量不得超过当班用量，作业后剩余的民用爆炸物品必须当班。
2、销售、购买民用爆炸物品，应当通过进行交易，不得使用或者进行交易。
3、拆除爆破必须进行试爆时，试爆方案应经批准,并应在的指导下进行试爆.4、炸药猛度大小主要取决于爆速，爆速越高，猛度；炸药猛度的实测方法一般。
5、常用工业炸药爆炸产生的有害气体主要是和.6、非电起爆方法包括、。
7、传播途径不同，应力波分为两类：在介质内部传播的应力波称为，仅在介质表面一定深度内传播的应力波称为。
8、爆破药包的最小抵抗线是指药包中心到。
9、高温爆破测温需采用至少的测温仪同时进行，高温爆破采用的测温仪主要有和两大类。
10、水压爆破中水的主要作用是：、和。
二、简答题(共6题，每题5分,总计30分)（5/6）1、根据民爆466号条例，哪些工程须实施爆破监理？怎样实行安全监理?2、销毁爆破器材有哪几种方法?哪些爆破器材禁止用焚烧法销毁？3、在拆除爆破中，建筑物失稳塌落通常有几种方式？4、试述路堑爆破的布孔方式。
5、为什么要进行炮孔填塞？影响填塞长度的主要因素是什么？6、爆破地震波对导爆管起爆网络是否有影响？三、设计题（共2题，每题25分，总计50分）1、路堑爆破设计某二级公路K3+750～K3+850段,为一凸形山体,全挖路堑.设计路基宽15m，开挖深度5~7m,边坡坡比(垂直：水平)为1:0。
3,石方爆破方量3万m³。
岩石为石灰岩,大部分比较完整，岩石坚固性系数=6～8。
设计要求：依据本工程，请选择合理的爆破施工方案；根据方案做出主要的技术设计步骤和相应的参数计算。
2、拆除爆破设计待爆破拆除的建筑物为一座水泥机立窑支撑基础，为整体现浇钢筋混凝土3层框架结构,长×宽×高=15×8×20m。
爆破工程技术人员初级简答题1
1.国家对民用爆炸物品的管理原则是什么？答：国家对民用爆炸物品的生产、销售、购买、运输和爆破作业实行许可证制度。
未经许可，任何单位或者个人都不得生产、销售、购买、运输民用爆炸物品，不得从事爆破作业。
严禁转让、出借、转借、抵押、赠送、私藏或者非法持有民用爆炸物品。
任何单位或者个人都有权举报违反民用爆炸物品的安全管理规定的行为；接到举报的主管部门、公安机关应当立即查处，并为举报人员保密，对举报有功人员给予奖励。
2.爆破工程实行分级管理，爆破工程的类别包括哪些？答：岩土爆破、拆除爆破和特种爆破实行分级管理。
其中岩土爆破还包括露天深孔爆破、地下深孔爆破、水下深孔爆破、硐室爆破、复杂环境深孔爆破、城镇潜孔爆破3.什么是凿岩中的“卡钎”想象？如何处理这种故障?答：在钻凿破碎岩体时，常常会遇到钎头在孔内既不能继续钻进，也不能后退，钎具又从孔内抽不出来的现象，称为“卡钎”现象。
这种故障，处理时应采取轻冲击、强冲洗措施，使凿岩钎具在孔内前后反复拉动，并使凿岩机左右晃动；同时，凿岩机在上述状态下，运转一段时间后，改用停止冲击，强力吹洗孔内岩粉。
凿岩机的上述两种工作状态，交替轮换，持续一段时间后，大多数卡钎故障均可被排除。
4.如何减少潜孔钻机的钻孔误差？答：1正确地修建钻机平台。
钻机平台是钻机作业的场地，平台修建是预防钻孔误差的重要环节。
2正确的架设钻机。
钻机架设三要点：对位准、方向正、角度精。
5.什么是炸药的做工能力？什么是炸药的爆力？爆力的测量方法是什么？答：炸药的做功能力是表示爆炸产物做绝热膨胀直到温度降至炸药爆炸前的温度时，对周围介质所做的功。
它的大小取决于炸药的暴热、爆温和爆炸生成的气体体积。
炸药的爆热、爆温愈高，生成的气体体积愈大，则炸药的做功能力就愈大。
爆力表示炸药爆炸做功的一个指标，其测量方法有两种：1铅铸扩孔方2爆破漏斗法6．什么是氧平衡？分哪几种不同情况，各有什么含义？答：氧平衡是衡量炸药中所含的氧与将可燃元素完全氧化所需要的氧两者是否平衡的问题。
露天矿台阶中深孔爆破质量提高措施
露天矿台阶中深孔爆破质量提高措施摘要：本文简述了露天矿爆破时影响爆破效果的因素，提出了提高爆破质量的一些常用方法。
其中采用合理的爆破参数，爆破方法等对于提高爆破质量具有重要作用，进而提高其他采掘设备，运输设备的效率。
关键词：露天矿爆破质量影响露天矿爆破质量因素很多，主要有炸药性能，装药结构，地质条件等。
由于种种因素的影响，会造成大块，根底的产生，从而影响采装设备的效率。
如何提高露天矿爆破质量已是当前露天矿山生产任务中比较突出的问题之一。
提高爆破质量实质上就是要减少大块和根底。
[1]1大块产生的部位和原因分析：1.1产生的部位不合格的大块主要产自同一爆区的软硬岩的分界处；台阶上部和台阶的坡面，爆区的后部边界。
1.2产生原因（1）爆区软硬岩分界部分，易于振落。
（2）炸药能量分布不均，孔口部分能量不足。
（3）台阶前部，岩石受前次爆破的破坏，甚至被切割成块体，爆破时“块体”易整体振落成大块。
（4）爆区后的后部与未爆岩石相交也会产生一些因爆破而振落的大块。
2影响爆破破碎因素及提高爆破质量的措施2.1、影响爆破破碎的主要因素（1）自由面条件和结构面的影响：岩块的破裂面大多数是沿着岩体内的结构面形成。
（2）岩性的影响：大块率随岩石的硬度提高而增加。
（3）爆破单位耗药量：随着单耗的增加，大块率降低，对不同岩石，存在一个最佳的爆破单耗。
（4）炸药在掩体中的分布：随着炮孔直径的增加，大块比例随之上升。
（5）炮孔布置与装药结构：大块经常出现在没有装药的部位和两侧拉裂的部位。
2.2提高爆破质量的措施（1）选准前排孔抵抗线；在倾斜钻孔时，最小抵抗线在炮孔上、下各部位是相等的，计算抵抗线时应加上钻孔偏差；在垂直钻孔时，最小抵抗线部位由于临空条件好，故采用夹制作用大处的底盘抵抗线作为参数进行。
根据钻机型号、性能和体型以及操作人员的作业水平，为了确保在台阶边缘钻孔时的施工安全所确定的第一排炮孔至台阶边缘的距离就是眉线距离，对于大型设备一般大于等于2.5~3米。
考全国高级爆破工程师试题与资料讲解
申请全国高级爆破工程师培训试题资料1. 岩石受到冲击荷载作用时，应变率如何表示？答：应变率是岩石受载后单位时间内的应变量，数学表达式为： =d dt εε式中 d ε——应变量；dt ——单位时间，s 。
应变率的ε单位是s-1。
岩石在承受诸如凿岩、爆破、振动和碎矿这样冲击荷载作用时，从承受荷载开始到破坏的荷载周期仅有410-～210-s ，即使在这样短暂的时间内，载荷仍然随时间而变化。
因此，岩石单元体实际上是处于随时间而变化的动态变化过程中。
2. 岩石受冲击动荷载作用于静载作用相比，有何特点？答：（1）冲击动荷载作用下形成的应力场（应力分布及大小）与岩石性质有关；静载作用则与岩性无关。
（2）冲击动荷载是瞬时性的，一般为毫秒级，而静载则通常超过10s 。
与前者相比，后者的变形和裂纹发展比较充分。
（3）爆炸荷载在传播过程中，具有明显的波动特性，其质点除失去原来的平衡位置而发生变形和位移外，尚在原位不断波动。
因此，岩石在动载作用下，其变形特征同静载变形有本质区别。
（4）通常，岩石的冲击动载强度比静载强度高，高出的比例依岩石性质和应变率不同而异。
3. 岩石按其成因，分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类，试简述这三类岩石的成因和特征。
每一类岩石各举1～2例。
答：（1）岩浆岩。
岩浆岩是由埋藏在地壳深处的岩浆（主要成分为硅酸盐）上升冷凝或喷出地表形成的。
直接在地下凝结形成的称为侵入岩；喷出地表形成的叫做火山岩（喷出岩）。
侵入岩的产状多为整体块状，火山岩的整体性较差，常伴有气孔和碎屑。
常见的岩浆岩有花岗岩、闪长岩等。
（2）沉积岩。
沉积岩是地表母岩经风化剥离或溶解后，再经过搬运和沉积，在常温常压下固结形成的岩石。
沉积岩的特点是，其坚固性除与矿物颗粒成分、粒度和形状有关外，还与胶结成分和颗粒间胶结的强弱有关。
从胶结成分看，以硅质成分最为坚固，铁质成分次之，钙质成分和泥质成分最差。
常见的沉积岩有石灰岩、砂岩、页岩、砾岩等。
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收稿日期:2004-06-21 作者简介:陈立群(1970-),男(汉族),辽宁丹东人,辽宁省有色勘察研究院工程师,岩土工程专业,从事岩土工程技术工作,辽宁省沈阳市和平区柳州街17号;戴长冰(1963-),男(汉族),山东昌邑人,辽宁省有色地质局教授级高级工程师,东北大学博士后,水下爆破专业,从事水下爆破技术工作,辽宁省沈阳市和平区柳州街17号辽宁省有色地质局。
岩体结构对岩石爆破效果的影响陈立群1,戴长冰2,3,宋守志3(1.辽宁省有色勘察研究院,辽宁沈阳110002;2.辽宁省有色地质局,辽宁沈阳110002;3.东北大学,辽宁沈阳110006)摘 要:分析了爆破冲击波的传播特点,指出了对岩石破坏最大的是拉伸应力波,并对岩体结构对岩石爆破效果的影响进行了探讨。
关键词:岩体结构;应力波;岩石爆破中图分类号:T D235.1 文献标识码:A 文章编号:1672-7428(2004)12-0050-03E ffects of R ock Mass Structure on R ock B lasting /CHEN Li 2qun 1,DAI Chang 2bing 2,3,SONG Shou 2zhi 3(1.Liaoning N on fer 2rous Reconnaissance Institute ,Shenyang Liaoning 110002,China ;2.Liaoning N on ferrous G eology Survey Bureau ,Shenyang Liaoning 110002,China ;3.N ortheastern University ,Shenyang Liaoning 110006,China )Abstract :T ransmit peculiarity of dynamite shock wave was analyzed.That the tensile stress wave is mainly breakage force was pointed out.The effects of rock mass structure on rock blasting results were discussed.K ey w ords :rock mass structure ;stress wave ;rock blasting 在大型地下岩石工程的开挖施工中,岩石爆破无疑是当今各种地下开挖手段中惟一有效而高速的施工方法。
炸药爆炸破碎岩体的过程是一个瞬间完成的动力学过程,一般可分为两个阶段:第一阶段是爆炸冲击波和应力波作用阶段,作用结果是在岩体中造成初级破裂;第二阶段是爆炸气体产物膨胀作用阶段,作用结果是使岩体中形成的裂隙起动、扩展、贯通,并转化为一定的能量使岩体进一步破碎和产生抛掷。
在这一系列过程中,岩体的结构对应力波的传递起着至关重要的作用,即对岩石爆破的效果起着很大的影响。
1 爆破应力波在岩石爆破时的作用机制(1)爆破应力波和其他波动一样,如果在它的传播过程中遇到岩石中的层面、节理面和自由面或者在传播过程中介质发生了变化时,将会在界面发生反射、折射现象,同时沿结构面和自由面产生表面波、瑞利波、拉夫波带走一部分能量,结构面越多,则表面波带走的能量就愈多。
(2)应力波垂直入射时,波的反射部分和透射部分的应力大小取决于不同介质的边界条件,即:在边界面的两侧,其应力状态必须相等;垂直于边界面方向的质点运动速度必须相等。
σi +(-σr )=σtV i +V r =V t式中:σi 、σr 、σt分别为入射波、反射波、透射波的应力,kPa ;V i 、V r 、V t 分别为入射波、反射波、透射波质点振动速度,cm/s 。
V i =σi /(ρ1C P 1)V r =σr /(ρ1C P 1)V t =σt /(ρ2C P 2)σi /(ρ1C P 1)+σr /(ρ1C P 1)=σt /(ρ2C P 2)σr =ρ2C P 2-ρ1C P 1ρ2C P 2+ρ1C P 1σiσt =2ρ2C P 2ρ2C P 2+ρ1C P 1σi 通过上述公式可以看出:(1)如果ρ1C P 1=ρ2C P 2,则σr =0,σt =σi ,此时入射的应力波在通过交界面时没有发生波的反射,入射的应力波全部透射入第二种介质,没有波能的损失。
(2)如果ρ2C P 2>ρ1C P 1时,既会出现透射的压缩波,也会产生反射的压缩波。
(3)如果ρ2C P 2<ρ1C P 1时,既会出现透射的压缩波,也会产生反射的拉伸波。
(4)如果ρ2C P 2=0,则σt =0,σr =σi ,在这种条5探矿工程(岩土钻掘工程) 2004年第12期 件下,入射波全部反射成拉伸波。
由于岩石抗压强度一般都比较高,因此(1)、(2)两种情况都不大可能产生岩石破坏。
由于岩石的抗拉强度大大低于它的抗压强度,因此(3)、(4)两种情况都可能引起岩石的破坏,特别是第(4)种情况,这充分说明自由面对提高爆破效果的重要作用。
当应力波在含弱面岩体中传播时,首先将在第一组弱面处发生反射、折射,同时沿交界面产生面波,带走一部分能量;当透射波遇到第二组弱面时,再次发生上述过程,此过程往复循环,下至岩石、水界面。
应力波能量将依次衰减,在前期应力波衰减过程中,反射拉伸波足以使岩石产生新的裂缝,可以产生内部剥落,而在这以后,随着反射拉伸波强度减弱,将只能使岩体沿弱面处破裂。
从而导致实际岩体爆破块度将由于距离爆源不同而存在较大差异。
药包近处岩体在高压作用及应力波作用下产生强烈破碎;远处岩体主要沿天然弱面破开,块度分布为爆前天然弱面切割成的块度。
2 岩体的结构面在岩石爆破中的作用2.1 爆破漏斗形状与弱面分布状态的关系试验研究发现(参见图1～5):炮孔排列方向与弱面平行时爆破效果最好,而斜交时效果较差;弱面间距越大,应力波引起岩体内部层裂作用越弱;爆破作用阻力越大;当弱面间距中等或偏小时,岩体破碎受弱面的影响较大,此时若抵抗线>最大允许碎块尺寸>弱面间距,则炸药单耗较小,且可减少二次破碎。
2.2 岩体结构对应力波传播规律的影响图1 层理面与最小抵抗线平行图2 层理面与最小抵抗线垂直图3 层理面与最小抵抗线斜交图4 弱面通过最小抵抗线对爆破的影响图5 5X 型节理对爆破的影响 岩体结构类型可分成整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构、散体状结构。
其中整体状结构岩体可按理想均质弹性体考虑,应力波的传播不受影响,在此仅就后4种情况分别进行讨论。
2.2.1 块状结构岩体例如岩体均一坚硬的火成岩、厚层沉积岩和变质岩,其构造简单,岩性完整,仅节理发育,裂隙一般闭合。
且其间没有低速介质充填,裂隙两侧岩体相互紧密接触,应力波的波长λ与裂隙宽度L 相比甚大,这使得岩体可以认为是均匀介质。
这种情况下,只要岩体尺寸远大于波长,应力波的传播规律服从均匀介质中波的传播一般规律,这类岩体的应力波衰减最小。
2.2.2 层状结构岩体例如层状或薄层状沉积岩或变质岩、软弱岩和软硬相间的互层状岩体,它们呈板状、片状结构体,互相叠合,层面基层面错动面发育,沿层面方向的线度与波长相比相差甚大,即可以认为各层面是无限延伸的,但各层的声学特性相互不同,则以某一角度入射到岩体上去的应力波传播路径将发生弯曲(如图6),这类岩体中的应力波存在着明显的各向异性。
垂直于层面方向的应力波传播速度比第一类岩体低,衰减也大。
15 2004年第12期 探矿工程(岩土钻掘工程)图6 应力波在层状岩体中的传播路径2.2.3 碎裂状结构岩体例如风化破碎岩体、岩脉穿插破碎岩体、压碎岩带、断裂密集带等,其裂隙张开并充填泥水,岩石破碎成碎块或板片状,其间有夹泥耦合,局部夹有块状岩矿结构体。
对于这类岩体,如每个块体的尺寸远大于波长,那么在这块体内,可按无限均匀介质来考虑应力波的传播规律。
而块体与块体之间的夹层,及低速薄层介质,要视其长度D、宽度L与波长λ间的关系而定,当D远大于波长λ时,各块体与薄层可视为无限延伸,只要L大于波长的一半,应力波每通过一裂隙,其幅值按下式减小一次:A2=A124c os2(K2L2c osα2)+(δ+1δ)2+sin2(K2L2c osα)K2=(2πf)/C2式中:α1入射角;α2薄层内的折射角;A1入射波的振幅;A2透射波的振幅;f波的频率;K2介质的体积弹性模量;L2介质的宽度;C1波在介质1中的传播速度;C2波在介质2中的传播速度。
如果裂隙长度Dνλ,则它的存在几乎不影响应力波的传播;如果Dµλ,裂隙内除水介质外无其它充填物,则应力波传播速度降低,同时传播方向将改变。
总之,对于碎裂结构体,其应力波传播速度降低较多,衰减加快。
2.2.4 散体结构岩体例如强风化破碎岩体、区域性或工程区的大断裂带、软弱岩层挤压错动带、胶结不良的断层交叉带,此种情况下的岩体极度破碎,成碎块、岩粉、碎屑、鳞片状,有大量断层泥充填,呈松散堆积和压密状态。
频率高、波长短的应力波在这类岩体中传播不仅存在折射,还出现多次反射和散射等现象。
这样应力波无法按原有射线方向传播,衰减也加快,在这类岩体中应力波传播速度最低,衰减最大,此时爆破效果受切割岩体的各种弱面的形状位置、数量的影响最大。
2.3 节理对岩石爆破的影响节理面的产状与炮孔网参数的相互关系对爆破质量有着重要的影响作用,对于含一组节理面的层状岩体爆破,当自由面平行于节理面或沿节理面方向倾斜时,爆破质量会大大改善。
当炮孔的排列方向与节理面平行时,爆破质量较好,而斜交时,爆破效果较差。
节理面间距越大,应力波引起岩体内部层裂作用越弱,爆破作用阻力越大;当节理面间距中等或偏小时,岩体破碎受节理面的影响较大。
3 结论(1)在炸药爆炸岩石破碎过程中,当应力波传到岩体弱面时,从弱面反射成拉伸应力波,此拉伸应力波在岩石爆破破碎过程中起主要作用。
(2)岩体的结构直接影响着应力波的传播和衰减。
(3)岩体的结构对岩石的爆破效果起着至关重要的作用。
参考文献:[1] 王中黔.水下爆破冲击波[A].水下爆破论文集[C].北京:人民交通出版社,1980.[2] 徐小荷.岩石破碎学[M].北京:煤炭工业出版社,1984.[3] 杨光煦.水下工程爆破[M].北京:海洋出版社,1992.(上接第49页)(2)建议寻找有效的室内试验方法,找出PDC 切削齿复合层厚度与岩性之间的关系,建立数学模型,利用测井资料,可更加有效地对金刚石钻头进行优选。
参考文献:[1] D.H.Z ijsling.Analysis of tem perature distribution and performance ofPDC bit under field drilling conditions[J].SPE13260,1987,(9). [2] D.A.G lowka.The use of single2cuttur data in the analysis of PDC bitdesign[J].SPE15619,1986,(9).[3] 杨进,高德利.一种钻头选型新方法研究[J].石油钻采工艺,1998,20(5):38-40.25探矿工程(岩土钻掘工程) 2004年第12期 。