專利名稱：用爆破漏斗試驗確定最佳土巖爆破參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土巖爆破工程使用的一種方法，特別是用爆破漏斗試驗確定土巖爆破工程最佳爆破參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
中，對于土巖工程爆破涉及的影響因素大約有三、四十個，大體可概括為炸藥性質(zhì)、炮孔參數(shù)、藥包參數(shù)、起爆方式、土巖力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、爆破空間約束條件等六個方面，這六個方面有些因素是不能由人們?nèi)我飧淖?，是客觀條件所決定，在爆破時只能加以認(rèn)識和利用，可供人們調(diào)整控制的主要因素是炮孔參數(shù)和藥包參數(shù)。要優(yōu)化上述主要因素，前人靠的是各自的實踐經(jīng)驗，或用一些經(jīng)驗公式去確定爆破工程中的參數(shù)。往往達(dá)不到預(yù)期地爆破目的。例如早在1955年Brobeg根據(jù)爆破漏斗試驗提出，如果藥包在各個方向上按比例增大，則爆破漏斗在各個方向上按同一比例增大，即藥包直徑與爆破漏斗的線度尺寸成正比。這個提法有點過于簡單，也不夠準(zhǔn)確。因為在相同介質(zhì)條件下，兩藥包爆破漏斗互成比例的條件不僅與藥量(或藥包直徑)有關(guān)，而且與藥包的埋深(即抵抗線)裝藥結(jié)構(gòu)及炸藥性質(zhì)等有關(guān)。如果限定在同樣介質(zhì)和炸藥的條件下就是一個完全相似的問題，而完全相似只不過是爆破相似律的一種最特殊的情況，并非普遍規(guī)律。因此，不能在實際爆破工程中應(yīng)用。以后有人如Sedov，L.I.研究過兩藥包爆破過程參量(如速度、位移、動、沖量……等)的相似性問題，但是由于化爆反應(yīng)的復(fù)雜性，以及爆炸與介質(zhì)相互作用的更加復(fù)雜性，人們很難從細(xì)觀研究得到可供應(yīng)用的結(jié)論。六十年代，美國學(xué)者利文斯頓(C.W.Living ton)發(fā)表了漏斗理論，隨后很多人作了大量試驗。由于土巖爆破相似律的問題沒有解決，這些試驗結(jié)果只有定性意義，無法作定量推廣。到了八十年代，我國學(xué)者許連波用量綱分析的方法研究了爆破相似的一些問題。上述所說的國內(nèi)外從事爆破工作研究的成果均未達(dá)到一個理想的、能夠提供爆破工程應(yīng)用的方法，更談不上用它來確定最佳爆破參數(shù)。
本發(fā)明的目的是提供一種用爆破漏斗試驗來確定土巖爆破最佳參數(shù)的方法，以便多、快、好、省地完成各類工程爆破任務(wù)。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是用爆破漏斗試驗無量綱比值特征線圖確定最佳土巖爆破參數(shù)，它包括以下步驟
①選擇單藥包或孔網(wǎng)多藥包爆破漏斗試驗場地，要求與實際爆破工程介質(zhì)的可爆性、爆破壓縮性，結(jié)構(gòu)面的切割及藥包的抵抗線矢徑
與主要控制結(jié)構(gòu)面或介質(zhì)各向異性面的夾角大體相同，地形坡度相近；
②確定爆破漏斗試驗與實際爆破工程尺寸比例，對于擠壓爆破取炮孔縮尺比為10～15，對于定向爆破試驗抵抗線不得小于1米；
③選擇試驗炸藥，對于采用在現(xiàn)場作爆破漏斗試驗，炸藥選用2#巖石炸藥或選用實際爆破工程同種炸藥；如果在實驗室用現(xiàn)場切割的巖塊作爆破漏斗試驗，其炮孔直徑取6～8毫米時，則需專門配制低爆力、低爆速、高感度的炸藥；
④確定爆破漏斗試驗的裝藥結(jié)構(gòu)與空腔比M與實際爆破工程的裝藥結(jié)構(gòu)與空腔比相同；
⑤選擇起爆系統(tǒng)，要求起爆系統(tǒng)不改變炮孔裝藥量的前提下，能按預(yù)定設(shè)計時間準(zhǔn)確起爆，大縮尺比試驗可采用電點火球引爆多段延時起爆；
⑥在選定的爆破漏斗試驗場地或現(xiàn)場切割的巖塊上，按預(yù)定臨空面的法線方向布孔，條狀藥包孔軸線平行預(yù)定臨空面，集中藥包藥室垂直預(yù)定臨空面；
⑦選擇不同的抵抗線w尺寸進行試爆，并選取爆破漏斗角在100～120°之間的漏斗測量其漏斗寬度2R，計算平均值R，作用指數(shù)n＝R/W；
⑧同時，每次爆破前均應(yīng)稱取炸藥重量Q，對于條狀藥包精確測量孔深和實際裝藥段長度Lo；
⑨計算每米裝藥量
，測量漏斗尺寸，計算到每爆破1立方米土巖所需要的標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗Kc，
對于平坦地形條狀藥包Kc＝q/W2(n)〕
對于平坦地形球狀藥包Ks＝Q/〔W3(n)〕對條狀藥包對球形藥包(n)＝0.4+0.6n3
⑩計算試驗炮孔炸藥密度ρb和炸藥比耗Sc
炸藥密度ρb＝4q/πd2
炸藥比耗Sc＝Kc/ρb
本發(fā)明的發(fā)明之處在于通過漏斗試驗取得的數(shù)據(jù)組合為無量綱綜合數(shù)群，這些無量綱綜合數(shù)群是土巖爆破參數(shù)的不變量，具有物理不變量的全部特征與運算規(guī)律。為方便計，以后簡稱為比值特征量。將這些比值特征量繪制成比值特征線圖，根據(jù)這些比值特征線圖就能確定土巖爆破的最佳參數(shù)。繪制比值特征線圖的過程如下
A通過上述⑦、⑧、⑨測量、計算，用下列計算式計算它們的比值量的值。
a.比值抵抗線
計算式
平坦地形條狀耦合藥包或
平坦地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形條狀耦合藥包或
斜坡地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形球形耦合藥包或
斜坡地形球形不耦合藥包或
b.比值漏斗半寬
計算式
平坦地形條狀耦合藥包或
平坦地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形條狀耦合藥包或
斜坡地形條狀不耦合藥包或式中q——條狀耦合藥包每米裝藥量公斤/米
qd——條狀不耦合藥包每米裝藥量公斤/米
Q——球形藥包裝藥量公斤
Kc——平坦地形條狀耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗公斤/米3
KcM——平坦地形條狀不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗 公斤/米3
Kcl——斜坡地形條狀耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗 公斤/米3
KcMl——斜坡地形條狀不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗公斤/米3
Sc——平坦地形條狀耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
ScM——平坦地形條狀不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
Scl——斜坡地形條狀耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
ScMl——斜坡地形條狀不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
Ksl——斜坡地形球形耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗 公斤/米3
KsMl——斜坡地形球形不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗公斤/米3
Ssl——斜坡地形球形耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
SsMl——斜坡地形球形不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
d——條狀藥包藥室直徑 米
D——球形藥包藥室直徑 米
M——空腔比
V——填塞段以內(nèi)的炮孔體積 立方米
Vb——藥包體積 立方米
用上述無量綱比值
、
值在直角座標(biāo)系上標(biāo)出各點，用曲線將各點連接起來，即可繪出
無量綱比值特征線圖。也就是說每改變一次W值可以測量一個R值，通過上述計算式計算就能以無量綱比值抵抗線
為橫座標(biāo)，以無量綱比值漏斗半寬
為縱座標(biāo)，畫出
曲線；
過
圖上任一點平行座標(biāo)作直線，該兩直線與縱橫座標(biāo)所圍面積為炸藥的破巖藥能利用率；
根據(jù)藥能利用率和爆破的塊度分布(或大塊率)確定最佳比值抵抗線
，根據(jù)最佳無量綱比值抵抗線
就能確定實際工程最佳爆破參數(shù)。(具體計算過程在實施例中詳述)。
2.對于定向爆破則應(yīng)繪制無量綱比值爆落量圖、無量綱比值拋擲量圖、無量綱比值拋距圖、無量綱比值三角形最大高度圖它們的計算式分別為
①無量綱比值爆落量
斜坡地形條狀耦合藥包或
斜坡地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形球狀耦合藥包或
斜坡地形球狀不耦合藥包或
②無量綱比值拋擲量
斜坡地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形球形不耦合藥包或式中ASH——實測拋擲三角形面積米2
VSH——實測拋擲體積 米3
③無量綱比值拋距J
斜坡地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形球形不耦合藥包或式中SJ——為實測起始點拋距S?；蜃罡叨逊e點拋距SSH或前沿拋距Sm，米
④無量綱比值拋擲三角形最大堆積高度
斜坡地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形球形不耦合藥包或式中hSH——為實測拋擲三角形最大堆積高度，米
3.對于條狀藥包擠壓爆破的實際炮孔抵抗線或排間距Wp按下式計算或確定其中炮孔排間距αp＝(1～2)nSTWp式中αp、dp——實際爆破工程炮孔排間距、炮孔直徑，米
nST——最佳裝藥作用指數(shù)
——從
圖中得到的最佳比值抵抗線值
qp——實際爆破工程條狀藥包每米裝藥量 公斤/米
Kcp——實際爆破工程條狀藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗公斤/米
Scp——實際爆破工程條狀藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
4.球形藥包實際抵抗線Wp按或式中Qp——實際爆破工程球形藥包裝藥量 (公斤)
Dp——實際爆破工程球形藥室直徑(米)
KsMlp·SsMlp·——實際爆破工程球形不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗(公斤/
米3)與比耗
Mp——實際爆破工程藥包空腔比
5.對于束狀孔爆破的實施參數(shù)按以下方法確定
(1)束抵抗線W束
或
式中Nk——束內(nèi)炮孔數(shù)；
d——束狀孔內(nèi)的炮孔直徑；
S束——束狀孔炸藥比耗，
，Kc束狀孔炸藥單耗(公斤/米3)，ρb束束狀孔炸藥密度；WST——漏斗試驗獲得的最佳抵抗線；米
——漏斗試驗獲得的最佳比值抵抗線；dm——漏斗試驗炮孔直徑；米Scm——漏斗試驗獲得炸藥比耗；β——當(dāng)量大孔與束狀孔爆破效果之間的修正系數(shù)，
式中(nj＝n單或n束)對于半圓形布孔β在1～1.145之間取值。
(2)正向擠壓排內(nèi)孔數(shù)N
W束排間距，亦即束抵抗線(米)，B采場寬度(米)，k每噸礦巖的統(tǒng)計炸藥單耗(公斤/噸)，ρR礦巖密度(噸/米3)，ρb炮孔實際裝藥密度。
(3)側(cè)向擠壓計算單元內(nèi)炮孔數(shù)N
取漏斗間距H為一個計算單元，在一個單元內(nèi)的炮孔數(shù)為
(4)束間距α束
α束＝mSTW束式中mST為最佳密集系數(shù)，其值在(1～2)nST范圍取值，，
可從爆破漏斗試驗比值特征線
圖中獲得。
6.對于實際爆破工程的預(yù)計震速Up(Mp)按下式確定
Um(Mm)為漏斗試驗測到的爆破震速(厘米/秒)，式中Mp、Mm為實際爆破工程與漏斗試驗的空腔比，
其中Hom——漏斗試驗拾震器埋設(shè)高程(米)；
Hbm——漏斗試驗裝藥質(zhì)心高程(米)，
Hop——實際爆破待測目標(biāo)高程(米)，
Hbp——實際爆破裝藥質(zhì)心高程(米)。式中其中(j＝p、m)Sp、Sm實際爆破與漏斗試驗裝藥質(zhì)心與待測目標(biāo)的水平距離(米)，Qp、Qm實際爆破工程與漏斗試驗同段起爆的藥量(公斤)。Kse，p、Kse，m實際爆破工程與漏斗試驗介質(zhì)炸藥單耗(公斤/米3)。當(dāng)漏斗試驗與實際爆破的場地條件相同時，亦即Cp＝Cm＝C場地系數(shù)一樣；αp＝αm＝a，衰減系數(shù)一樣時，λ簡化為
β＝0.0046～0.0096，水平震速取小值，垂直震速取大值。
7.上述所說的對于有塊度要求的條狀藥包擠壓爆破，其炮孔最優(yōu)間距αST
還可用現(xiàn)場切割的巖塊采用10-15縮尺比作單排孔試驗確定，試驗中要注意
單排孔兩側(cè)的應(yīng)力波傳遞條件和爆破補償空間盡可能與實際爆破工程接近。試驗步驟為
(1)在預(yù)定的爆破方向作爆破漏斗試驗，按重量比計算大塊率ηBL，大塊的尺寸以最大邊長Lm大于、等于為標(biāo)準(zhǔn)。
式中Lp——實際爆破工程規(guī)定的大塊尺寸(米)；
Scp、Scm——實際爆破工程與漏斗試驗的介質(zhì)炸藥比耗；
dp、dm——實際爆破工程與漏斗試驗的炮孔直徑。
(2)通過試爆，選擇大塊率比較接近預(yù)計大塊率且藥能利用率好的抵抗線WST作為最優(yōu)抵抗線。
(3)固定上述抵抗線，以預(yù)定的抵抗線矢徑
方向為臨空面，平行該臨空面打眼，每排不少于4個，作單排孔爆破試驗并計算大塊率ηBL
(4)改變炮孔間距α不少于四次，重復(fù)上述試驗，選取大塊率最小的炮孔間距定為最佳炮孔間距αST。則最優(yōu)密集系數(shù)為
8.上述所說的條狀藥包擠壓爆破的炮孔起爆排面抵抗線矢徑
的最佳方位角ωST，對原生各向異性的介質(zhì)，ωST取該介質(zhì)
圖中過峰值點作縱、橫直線與兩座標(biāo)所圍面積最大的
圖的抵抗線矢徑
的方位角；對介質(zhì)爆破性受節(jié)理裂隙切割控制的介質(zhì)，ωST取切割該介質(zhì)的配套結(jié)構(gòu)面最大夾角平分面的走向方位角。這一走向方位角按以下步驟確定
(1)對爆破介質(zhì)的結(jié)構(gòu)面作現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查與素描；
(2)對調(diào)查資料作統(tǒng)計分析，確定優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面(大多數(shù)地質(zhì)工程師都有這種現(xiàn)成的計算機軟件)；
(3)尋找那些貫通性好，傾角大且傾角相近，兩結(jié)構(gòu)面最大夾角接近(90°+)的兩組結(jié)構(gòu)面，視為配套結(jié)構(gòu)面，其中為結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角；
(4)計算該兩組配套結(jié)構(gòu)面的最大夾角的等分面的走向方位角，它就是該介質(zhì)爆破排面抵抗線矢徑
的最佳方位角ωST
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，由于采用小型或微型爆破漏斗試驗，它能減少試驗工作量、降低場地的空間條件要求，節(jié)約試驗費用，尤其是繪制出的無量綱比值特征線圖，不僅給人們一個直觀概念，而且可以據(jù)此定量地推廣到實際爆破工程。由于對每一種爆破介質(zhì)都能畫出一條無量綱比值特征線，這些特征線上都存在有峰值點，在峰值點以前，破巖效果最好。因此對于拋擲爆破，過峰值點與縱橫座標(biāo)作平行直線就能得到一個最大的矩形面積，這個矩形面積說明炸藥破巖的藥能利用率最優(yōu)。本發(fā)明的貢獻就是用小型或微型爆破漏斗試驗取得的一系列爆破參數(shù)，利用這些比值特征量進行計算，繪制比值特征線圖，然后選擇最優(yōu)比值特征值，就能確定實際爆破工程各最佳參數(shù)。它具有省時、省力、節(jié)約費用和防止主觀隨意性，綜合經(jīng)濟效益可提高30％以上，特別適用于大、中型各種土巖工程爆破。


圖1為平坦地形條狀耦合藥包無量綱比值漏斗半寬
圖2為單斜坡地形條狀不耦合藥包拋擲爆破試驗漏斗圖3為圖2的無量綱比值爆落量
圖4為圖2的無量綱比值拋擲量
圖5為圖2的無量綱比值拋距
圖6為圖的無量綱比值拋擲三角形最大高度
圖7為同排束孔布置圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步說明
參照圖1，它是一個平坦地形條狀耦合藥包在花崗巖上作漏斗試驗繪制的無量綱比值
圖，深入的分析表明，
圖具有以下的性質(zhì)與特征。
1.過曲線上任一點平行座標(biāo)作直線，該兩直線與縱橫座標(biāo)所圍面積
的物理意義為炸藥的破巖藥能利用率，因其分子為破巖消耗的有效藥量，分母為炮孔裝藥量。該比值越大，炸藥的利用率越高，破巖效益越好。
2.曲線存在峰值(函數(shù)極值)，在峰值前區(qū)，過該點的矩形面積為最大，說明好的破巖效果還有一個好的藥能利用率。
3.過原點作45°斜線，其直線方程為
，該方程的特征為爆破作用指數(shù)nc＝1。它將
圖分為兩部分，直線以上藥包為過量裝藥，直線以下藥包為減量裝藥，直線上的藥包為標(biāo)準(zhǔn)裝藥。
4.過原點作斜率為ncR＝0.7的射線，在該射線上的藥包，其臨空面剛剛發(fā)生破壞，故noR＝0.7上的藥包對應(yīng)于利文斯頓漏斗理論的臨界狀態(tài)。
5.過原點和
圖的峰值點作直線，得
直線方程，該直線將
分為前區(qū)和后區(qū)。通常前區(qū)曲線均在nST直線的上方。對于一定的介質(zhì)，nST是確定的。nST與利氏漏斗理論的最佳深度比ΔST相對應(yīng)，但概念更清淅。
6.滿足某一大塊率要求的爆破作用指數(shù)稱為合格塊度指數(shù)nBL，該作用指數(shù)通常與最佳指數(shù)nST不重合。當(dāng)nBL＞nST時，設(shè)計參數(shù)宜在兩者之間選擇，當(dāng)nBL≤nST時，設(shè)計參數(shù)宜略超過nST選擇。
7.
圖的曲線逾陡，介質(zhì)逾敏感。也就是說，藥包抵抗線的微小改變將會引起爆破效果的很大變化。
8.
圖前區(qū)曲線離標(biāo)準(zhǔn)裝藥
直線(即nc＝1)逾遠(yuǎn)，介質(zhì)的可爆破性逾差，爆破逾困難。
9.由于
圖的兩個座標(biāo)是不變量，因而選定的參數(shù)可以按不變量推廣到相似的現(xiàn)象中去。
10.由于
圖是在不變量空間，因此
圖只與介質(zhì)有關(guān)與炸藥的性質(zhì)無關(guān)。
圖2為單斜坡地形條狀不耦合藥包進行定向拋擲爆破試驗漏斗圖，試爆前注意標(biāo)記好藥包中心及其他需要保護的標(biāo)記，以利爆破后測量定位，每次爆破后記錄Rd——爆落下漏斗口寬度、Rup——爆落上漏斗口寬度、Le——漏斗口可見寬度、P——漏斗可見深度、S——起始拋距、SSH——最高點拋距、Sm——前沿拋距、hp——最大堆積高度、Bd——堆積寬度、Bt——堆積頂寬。
通過圖2爆破漏斗試驗，取得的一系列數(shù)據(jù)，用上述計算式即可繪制圖3至圖6的
圖、
圖、
圖、
圖，然后利用綜合選定的最佳比值抵抗線值
去確定設(shè)計參數(shù)；其過程大體如下
1.根據(jù)已規(guī)劃的藥包抵抗線WP和上述最佳比值抵抗線
，計算條狀藥包單位長度的裝藥量qjp。式中KcMl.p為設(shè)計藥包的炸藥單耗。
2.讓返回到圖3至6查出各相應(yīng)的比值參數(shù)
、j、
3.根據(jù)求得的條狀藥包的裝藥量qj.p，計算設(shè)計藥包的爆落量ABS，拋擲量ASH，拋距Sj和拋擲三角形最大高度hSH，它們是
4.根據(jù)上式計算的值就可以繪制拋擲堆積圖，然后從拋方與工程填方，堆積體的形狀數(shù)量和爆落量等幾個方面去評價藥包抵抗線W、各層藥包高程和藥包布置層數(shù)等規(guī)劃參數(shù)是否選擇適當(dāng)。如果還不滿意，則要調(diào)整規(guī)劃參數(shù)，重復(fù)上述過程直到所選擇的參數(shù)滿足要求為止。最后，才根據(jù)最終的藥包布置和確定的各藥包最小抵抗線WP，計算最終設(shè)計藥量并根據(jù)選擇的空腔比MST確定裝藥結(jié)構(gòu)，計算藥室坑道開挖面積F等參數(shù)。
如果工程單位沒有場地條件不愿進行上述爆破漏斗無量綱特征線試驗，表1所列比值抵抗線
可供參考。但是，由于介質(zhì)和地質(zhì)條件的千變?nèi)f化，同一種巖石類型，其可爆性相差很遠(yuǎn)；即使參考的比值抵抗
比較符合實際，也由于缺少漏斗特征線圖，后面的運作仍只能憑借個人經(jīng)驗或經(jīng)驗公式。因而爆破效果可能很難叫人十分滿意。
表1 幾種巖石的最佳比值抵抗線
(供參考)
實施例一用爆破漏斗試驗無量綱比值特征線圖確定柱狀藥包擠壓爆破最優(yōu)參數(shù)的方法，漏斗及孔網(wǎng)試驗選在現(xiàn)場采出的鈉化大理巖塊上進行，塊料尺寸為0.6×0.4×0.3米(長×寬×高)，抵抗線矢徑
垂直塊料的長邊與現(xiàn)場實際情況相一致，試塊順長邊的兩端用水泥砂漿嵌固，以模擬邊界約束和應(yīng)力傳遞條件，炮孔直徑取6.2毫米，配制D-P-1號專用炸藥，其臨界直徑3毫米，炸藥平均密度0.85克/厘米3，爆速約1300米/秒。在拋擲前方用砼塊做檔墻。補償空間系數(shù)與現(xiàn)場一致取16％，頂部用鐵板封嚴(yán)。經(jīng)多次單孔試爆，確認(rèn)炮孔深度取70～80毫米，裝藥長度取50毫米，單孔藥量取1.4克。求得耦合線裝藥量為q＝2.8×10-5噸/米，炸藥單耗Kc＝1.24×10-2噸/米3，炸藥比耗c＝1.46×10-2。
1.固定上述參數(shù)，改變抵抗線大小作單孔漏斗試驗，確定最佳比值抵抗線
見表2。根據(jù)實驗結(jié)果以無量綱比值抵抗線為橫座標(biāo)，以比值漏斗半寬為縱座標(biāo)繪制爆破漏斗無量綱比值特征線圖
圖)，從圖1上看出。其峰值點的最佳比值抵抗線為
炮孔最優(yōu)密集系數(shù)在范圍內(nèi)。
試驗結(jié)果表2
2.作單排孔試驗確定最優(yōu)密集系數(shù)mST。
固定上述裝藥參數(shù)，取抵抗線為40毫米，改變孔間距作單排孔試驗，試驗結(jié)果如下表
表3
可以看出納化大理巖最優(yōu)密集系數(shù)mST＝1.25～1.5
3.確定實際爆破工程的最優(yōu)參數(shù)
實際爆破工程采用粒狀銨油炸藥，在納化大理巖中的炸藥比耗約Sc＝1.2×10-3，炮孔直徑為70毫米，求得最佳抵抗線或排間距為
，炮孔間距取αST＝mST·WST＝(1.25～1.5)×1.6＝2～2.4米。
爆破后的標(biāo)定表明各項指標(biāo)比原來都有很大提高
一次炸藥單耗降低 22％
二次炸藥單耗降低 47％
大塊率降低 47％
綜合經(jīng)濟效益提高23％
實施例二；用爆破漏斗試驗無量綱比值特征線圖確定定向爆破最優(yōu)參數(shù)的方法
以某定向爆破筑壩為例、河底寬15～60米，山頭比高70米、岸坡平均50°，設(shè)計壩高35米，壩體方量10萬米3，根據(jù)兩岸地形、地層特征、爆區(qū)環(huán)境、爆破方量需求和藥包布置方案，決定單岸爆破和采用條狀分集藥包，分四層布藥，用爆破漏斗試驗無量綱比值特征線圖確定最優(yōu)參數(shù)的方法是
進行爆破漏斗試驗繪制爆破漏斗無量綱比值特征線圖，其步驟是
(1)選擇試驗場地試驗場地應(yīng)與實際爆破工程介質(zhì)可爆性、結(jié)構(gòu)面切割、地形坡度相接近。因此，可在爆區(qū)劃出一塊進行試驗。
(2)選擇試驗炸藥可用2#巖石炸藥，也可用與實際工程相同的炸藥。
(3)確定漏斗試驗抵抗線抵抗線穿越的巖層應(yīng)具有代表性，其值不得小于1米。
(4)確定裝藥結(jié)構(gòu)形式與空腔比M它們應(yīng)與實際爆破工程相一致，其中空腔比可在2～4范圍選擇。
(5)沿地形等高線打孔布置水平條狀藥包，藥包長度與藥徑之比不要小于10，最好取17。炮孔直徑為式中ρb炸藥密度(噸/米3)，qd藥包每米裝藥量(公斤/米)
(6)取不同的抵抗線進行爆破，每次均應(yīng)量取爆破漏斗、可見漏斗和拋擲堆積參數(shù)，計算介質(zhì)炸藥單耗KcMl、比耗ScMl；
比值抵抗線或
比值爆落量或
比值拋擲量或
比值拋距或
式中Sj分別為起始拋距So，前沿拋距Sm，最高堆積點拋距SSH。
比值拋擲三角形最大推積高度或
(7)繪制爆破漏斗無量綱比值特征線圖，包括
圖，
圖，j
圖，
圖共六個。
(8)綜合上述六個圖的峰值所在位置，確定最優(yōu)比值抵抗線的范圍(
±
，式中
為比值抵抗線變動范圍。式中
為六個特征線圖中峰值點的平均值，Δ
為六個特征線圖中各峰值點的
與上述平均值
的差的平均值。即
2.根據(jù)前述藥包布置方案和初步規(guī)劃設(shè)計，用逐步逼近的方法，通過繪制拋擲堆積圖，確定定向爆破的最優(yōu)參數(shù)。其步驟是
(1)首先從前述規(guī)劃的藥包抵抗線入手，第一次逼近取Wlj，式中腳標(biāo)l為層編號，j為逼近次數(shù)。
(2)根據(jù)上述最優(yōu)比值抵抗線范圍和第j次抵抗線逼近值Wlj計算條狀藥包裝藥量qdj范圍式中KcMl，p為實際爆破工程介質(zhì)的炸藥單耗(公斤/米3)
(3)根據(jù)利用前述爆破漏斗無量綱比值特征線圖，找到各相應(yīng)的比值量范圍
(j±Δj)、
(4)根據(jù)第(2)步求得條狀藥包的裝藥量qdj，計算各層每米條狀藥包的爆落量(ABS±ΔABS)、拋擲量(ASH±ΔASH)拋距(Sj±ΔSj)和拋擲三角形最大高度(hSH±ΔhST)的范圍它們是
(5)根據(jù)上一步的計算結(jié)果繪制拋擲堆積圖，然后從拋方與填方、堆積體的幾何形狀、上壩方量、馬鞍形高度、爆落量等去評價各層藥包抵抗線取值Wcj，各層藥包高程，藥包布置層數(shù)等參數(shù)是否選擇適當(dāng)。如果不滿意，則要調(diào)整上述參數(shù)，重復(fù)上述(1)到(5)步過程，直到所選參數(shù)滿足要求止。上述過程可以用計算機去做，以利多方案比較。
(6)根據(jù)漏斗試驗測到的爆破震速Um(Mm)按下式預(yù)測實際爆破最大一段藥量的爆破震速Up(Mp)，以評價爆區(qū)保護目標(biāo)震害烈度是否滿足安全要求。否則，要通過調(diào)整參數(shù)或增大空腔比解決。
Um(Mm)為漏斗試驗測到的爆破震速(厘米/秒)，式中Mp、Mm為實際爆破工程與漏斗試驗的空腔比，
其中Hom——漏斗試驗拾震埋設(shè)高程(米)；
Hbm——漏斗試驗裝藥質(zhì)心高程(米)，
Hop——實際爆破待測目標(biāo)高程(米)，
Hbp——實際爆破裝藥質(zhì)心高程(米)。式中其中(j＝p、m)Sp、Sm實際爆破與漏斗試驗裝藥質(zhì)心與待測目標(biāo)的水平距離(米)，Qp、Qm實際爆破工程與漏斗試驗同段起爆的藥量(公斤)。Kse，p、Kse，m實際爆破工程與漏斗試驗介質(zhì)炸藥單耗(公斤/米3)。當(dāng)漏斗試驗與實際爆破的場地條件相同時，亦即Cp＝Cm＝C場地系數(shù)一樣；αp＝αm＝a，衰減系數(shù)一樣，λ簡化為
β＝0.0046～0.0096，水平震速取小值，垂直震速取大值。
采用漏斗試驗無量綱比值特征線圖確定定向爆破最優(yōu)參數(shù)能大幅度地提高上壩方量，減少炸藥消耗，避免震害損失，從而獲得良好的綜合經(jīng)濟效益。
實施例三用爆破漏斗試驗比值特征線圖確定束狀孔爆破最優(yōu)參數(shù)的方法。
參照圖1、圖7，以某地下礦束狀孔爆破為例，采場寬度為15米，礦巖為含礦鈉化大理巖，采用粒狀炸藥平均比耗Sc＝(1.2～1.5)×10-3束狀孔采用半圓形布孔，炮孔直徑d＝100毫米。采用正向擠壓，取補償空間系數(shù)1.5～1.8設(shè)計切割工程。用爆破漏斗試驗比值特征線圖確定最優(yōu)參數(shù)的具體方法是
1.進行爆破漏斗試驗，繪制爆破漏斗試驗比值特征線圖。
這一過程與實施例一一樣，不再重復(fù)。由于巖性及構(gòu)造都相同，故最優(yōu)比值抵抗線
直接采用0.78。
2.根據(jù)漏斗結(jié)構(gòu)及底柱的穩(wěn)定性，通過多次試算取束狀孔抵抗線W束＝5.5米。
3.確定排內(nèi)孔數(shù)N
＝17.63＝18個式中W束——束抵抗線取5.5米
B——采場寬度取15米
k—每噸礦巖的統(tǒng)計炸藥單耗取0.55公斤/噸
d—炮孔直徑取0.1米
ρR——礦巖密度取2.9噸/米3
ρb———炮孔實際裝藥密度取0.95噸/米3
4.確定束內(nèi)孔數(shù)NK
式中S束——束狀孔炸藥比耗取1.4×10-3
β——束狀孔相對當(dāng)量大孔爆破效果修正系數(shù)取1.11。
5.確定束直徑D
D＝2(1.955～1.59)(NK-1)d＝0.955～1.59m D取1.3m
6.根據(jù)最優(yōu)密集系數(shù)mST確定束間距A
A＝mST·W束＝(1.25～1.5)×5.5＝6.9～8.3米，束間距A取8.0米
7.確定束內(nèi)孔間距α。
αo＝0.5πD/(NK-1)＝2.04/5≈400毫米
8.確定排內(nèi)束孔布置
每排除布置兩束半園形束狀孔(3)外，在電耙道頂板布置2個輔助孔(2)在束的兩側(cè)各布置2個100毫米或4個70毫米控邊孔如圖7所示。
爆破后的標(biāo)定表明，束狀孔爆破比傳統(tǒng)的扇形孔爆破一次炸藥單耗降低15％，大塊率降低33％，采切比降低32％，每米炮孔崩礦量提高141％，綜合經(jīng)濟效益十分顯著。
權(quán)利要求
1.一種用爆破漏斗試驗確定最佳土巖爆破參數(shù)的方法，包括擠壓爆破方法，定向拋擲爆破方法，束狀孔爆破方法，上述方法的漏斗試驗步驟為①選擇爆破漏斗場地，②確定漏斗試驗與實際爆破工程尺寸比例，③選擇試驗炸藥，④確定漏斗試驗裝藥結(jié)構(gòu)形式與空腔比，⑤選擇起爆系統(tǒng)，⑥確定炮孔方位、鑿鉆孔，⑦確定抵抗線尺寸，⑧稱取炸藥重量、測量孔深及實際裝藥段長度，⑨計算每米裝藥量，標(biāo)準(zhǔn)藥單耗，炸藥密度，炸藥比耗，⑩試爆，測量漏斗尺寸，計算，
其特征在于要把這些土巖爆破參數(shù)組合為無量綱綜合數(shù)群，這些無量綱綜合數(shù)群是土巖爆破參數(shù)的不變量，具有物理不變量的全部運算規(guī)律與特征，為方便計，后面簡稱為無量綱比值量。每爆破一次，就有一組爆破漏斗參數(shù)，通過下列計算得到每次爆破漏斗的無量綱比值抵抗線
值和無量綱比值漏斗半寬
值，其無量綱比值特征線的計算式是
A.無量綱比值抵抗線
計算式
平坦地形條狀耦合藥包或
平坦地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形條狀耦合藥包或
斜坡地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形球形耦合藥包或
斜坡地形球形不耦合藥包或
B.無量綱比值漏斗半寬
計算式
平坦地形條狀耦合藥包或
平坦地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形條狀耦合藥包或
斜坡地形條狀不耦合藥包或
式中W——爆破用抵抗線尺寸 米
R——爆后實測漏斗半寬尺寸 米
q——條狀耦合藥包每米裝藥量 公斤/米
qd——條狀不耦合藥包每米裝藥量 公斤/米
Q——球形藥包裝藥量 公斤
Kc——平坦地形條狀耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗 公斤/米3
KcM——平坦地形條狀不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗 公斤/米3
Kcl——斜坡地形條狀耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗 公斤/米3
KcMl——斜坡地形條狀不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗 公斤/米3
Sc——平坦地形條狀耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
ScM——平坦地形條狀不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
Scl——斜坡地形條狀耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
ScMl——斜坡地形條狀不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
Ksl——斜坡地形球形耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗 公斤/米3
KsMl——斜坡地形球形不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥單耗 公斤/米3
Ssl——斜坡地形球形耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
SsMl——斜坡地形球形不耦合藥包標(biāo)準(zhǔn)炸藥比耗
d——條狀藥包藥室直徑 米D——球形藥包藥室直徑 米M——空腔比V——填塞段以內(nèi)的炮孔體積 立方米Vb——藥包體積 立方米
以無量綱比值抵抗線
為橫座標(biāo)，以無量綱比值漏斗半寬
為縱座標(biāo)，用每次漏斗試驗計算結(jié)果在
座標(biāo)系中取點，用曲線將各點連接起來，即成
無量綱比值特征線圖，

圖上任一點平行座標(biāo)作直線，該兩直線與縱橫座標(biāo)所圍面積為炸藥的破巖藥能利用率；
從無量綱比值特征線
圖中找出最佳比值抵抗線
值，計算實際工程最佳爆破參數(shù)。
2.一種使用權(quán)利要求1所述的用爆破漏斗試驗確定最佳土巖爆破參數(shù)的方法，包括繪制
圖外，其特征在于定向拋擲爆破還包括繪制無量綱比值爆落量
圖、無量綱比值拋擲量
圖，無量綱比值拋距
圖、無量綱比值拋擲三角形最大堆積高度
圖，它們的計算式分別為
①無量綱比值爆落量
斜坡地形條狀耦合藥包或
斜坡地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形球狀耦合藥包或
斜坡地形球狀不耦合藥包或
②無量綱比值拋擲量
斜坡地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形球形不耦合藥包或式中ASH——實測拋擲三角形面積米3
VSH——實測拋擲體積 米3
③無量綱比值拋距j
斜坡地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形球形不耦合藥包或式中Sj——為實測起始點拋距S?；蜃罡叨逊e點拋距SSH或前沿拋距Sm，米
④無量綱比值拋擲三角形最大堆積高度
斜坡地形條狀不耦合藥包或
斜坡地形球形不耦合藥包或式中hSH——為實測拋擲三角形最大堆積高度，米
綜合分析這些無量調(diào)比值特征線，確定最佳比值抵抗線
3.一種使用權(quán)利要求1所述的用爆破漏斗試驗確定最佳土巖爆破參數(shù)的方法，包括繪制
無量綱比值特征線圖，其特征在于確定束狀孔爆破參數(shù)的方法按以下步驟進行
(1)計算束抵抗線W束
或
式中Nk——束內(nèi)炮孔數(shù)；
d——束狀孔內(nèi)的炮孔直徑；
S束——束狀孔炸藥比耗，
，Kc束束狀孔炸藥單耗(公斤/米3)，ρb束束狀孔炸藥密度；
WST——漏斗試驗獲得的最佳抵抗線；米
——漏斗試驗獲得的最佳比值抵抗線；
dm——漏斗試驗炮孔直徑，米；
Scm——漏斗試驗獲得炸藥比耗；
β——當(dāng)量大孔與束狀孔爆破效果之間的修正系數(shù)，
式中(nj＝n單或n束)
對于半圓形布孔β在1～1.145之間取值。
(2)正向擠壓排內(nèi)孔數(shù)N
W束排間距，亦即束抵抗線(米)，B采場寬度(米)，k每噸礦巖的統(tǒng)計炸藥單耗(公斤/噸)，ρR礦巖密度(噸/米3)，ρb炮孔實際裝藥密度。
(3)側(cè)向擠壓計算單元內(nèi)炮孔數(shù)N
取漏斗間距H為一個計算單元，在一個單元內(nèi)的炮孔數(shù)為
(4)束間距a束
a束＝mSTW束
式中mST為最佳密集系數(shù)，其值在(1～2)nST范圍取值，， 、
可從爆破漏斗試驗比值特征線
圖中獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用爆破漏斗試驗確定最佳土巖爆破參數(shù)的方法，其征在于條狀藥包擠壓爆破炮孔起爆排面抵抗線矢徑
的最佳方位角ωST，對原生各向異性的介質(zhì)，ωST取介質(zhì)諸
圖中過峰值點作縱、橫直線與兩座標(biāo)所圍面積最大的
圖的抵抗線矢徑
的方位角。對介質(zhì)爆破性受節(jié)理裂隙切割控制的介質(zhì)，ωST取切割該介質(zhì)的配套結(jié)構(gòu)面最大夾角平分面的走向方位角。這一走向方位角按以下步驟確定
(1)對爆破介質(zhì)的結(jié)構(gòu)面作現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查與素描；
(2)對調(diào)查資料作統(tǒng)計分析，確定優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面；
(3)尋找那些貫通性好，傾角大且傾角相近，兩結(jié)構(gòu)面最大夾角接近(90°+)的兩組結(jié)構(gòu)面，視為配套結(jié)構(gòu)面，其中為結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角；
(4)計算該兩組配套結(jié)構(gòu)面的最大夾角的等分面的走向方位角，它就是該介質(zhì)爆破排面抵抗線矢徑
的最佳方位角ωST。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的用爆破漏斗試驗確定最佳土巖爆破參數(shù)的方法，其特征在于實際爆破工程的預(yù)計震速Up(Mp)按下式確定
Um(Mm)為漏斗試驗測到的爆破震速(厘米/秒)式中Mp、Mm為實際爆破工程與漏斗試驗的空腔比，
其中Hom——漏斗試驗拾震器埋設(shè)高程(米)；
Hbm——漏斗試驗裝藥質(zhì)心高程(米)，
Hop——實際爆破待測目標(biāo)高程(米)，
Hbp——實際爆破裝藥質(zhì)心高程(米)。式中其中(j＝p、m)Sp、Sm實際爆破與漏斗試驗裝藥質(zhì)心與待測目標(biāo)的水平距離(米)，Qp、Qm實際爆破工程與漏斗試驗同段起爆的藥量(公斤)。Kse，p、Kse，m實際爆破工程與漏斗試驗介質(zhì)炸藥單耗(公斤/米3)。當(dāng)漏斗試驗與實際爆破的場地條件相同時，亦即Cp＝Cm＝C場地系數(shù)一樣；αp＝αm＝α，衰減系數(shù)一樣時，
簡化為
β＝0.0046～0.0096，水平震速取小值，垂直震速取大值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述用爆破漏斗試驗確定最佳土巖爆破參數(shù)的方法，其特征在于有塊度要求的爆破工程，按下式計算漏斗試驗的爆破大塊尺寸Lm式中Lp——實際爆破工程規(guī)定的大塊尺寸(米)；
Scp、Scm——實際爆破工程與漏斗試驗的介質(zhì)炸藥比耗；
dp、dm——實際爆破工程與漏斗試驗的炮孔直徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及土巖爆破工程優(yōu)選最佳爆破參數(shù)使用方法，該方法用爆破漏斗試驗取得的爆破參數(shù)，將其組合為無量綱數(shù)群，繪制成比值特征線圖。這些比值特征線圖包括比值漏斗半寬圖、比值爆落量圖、比值拋擲量圖、比值拋距∴圖、比值拋擲三角形最大堆積高度圖。根據(jù)比值特征線圖分析最佳比值量，計算工程最佳爆破參數(shù)。本發(fā)明能夠大幅度地節(jié)省人力和財力，提高效益30％以上，適用于各種大規(guī)模土巖爆破工程。
文檔編號G01N33/22GK1167917SQ9710847
公開日1997年12月17日 申請日期1997年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月30日
發(fā)明者張克利, 陶紀(jì)南, 王樹琪, 許新強, 鄭晉峰 申請人:陶紀(jì)南