深孔台阶爆破

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资源描述

概述深孔台阶爆破,一般指孔径大于50mm、孔深大于7m的多级台阶爆破。由于它是在两个自由面以上条件下的爆破,多排炮孔间还可以采用毫秒延期起爆,具有一次爆破方量大(可达数干吨级),破碎效果好,振动影响小等优点。因而得到广泛的使用。目前世界上大部分岩石开挖都采用这一方法。它也是我国水电站坝基开挖的主要爆破方式。深孔台阶的形式根据坝基设汁要求而定。其中台阶的高度是由岩质和节理的发育情况、钻爆方法、装运方式、工程特点及工程量等因素确定;台阶的宽度则根据岩质条件、钻机性能和装运机械尺寸等而定;台阶的长度由现场地形、地质条件以及爆破施工的工程量来控制。深孔台阶爆破的效果,应达到下述要求:1)爆破石渣的块度和爆堆,应能适合挖掘机械作业。爆渣如需利用,其块度或级配应符合有关要求。2)爆破时保留岩体的破坏范围小、爆破地震效应小、空气冲击波小以及爆破飞石少。深孔台阶爆破一般采用毫秒爆破法,按其起爆顺序和方式的不同又分为许多种。如同排齐发爆破、按排起爆的排间毫秒爆破、同排与不同排按一定顺序起爆的毫秒微差有序爆破、小抵抗线宽孔距微差爆破、微差压渣爆破等。(1)同排齐发爆破。同排炮孔之间用导爆索连接,排间导爆索用不同段毫秒雷管引爆,称为排间齐发爆破法。这种爆破方法操作简便,不易发生错误。但导爆索自上而下引爆炸药,使堵塞段预先形成爆炸气体泄出通道,减少气体在炮孔内作用的时间,从而不利于岩石破坏。20世纪80年代该法在水利水电行业应用较多,以后逐渐减少。(2)同排毫秒微差爆破。同排炮孔装入同一段毫秒延期雷管,不同排使用不同段雷管的起爆方法称为同排毫秒微差爆破。因为同段毫秒延期雷管间存在误差,因而它们不能像齐发爆破那样相邻炮孔起爆时差小于1ms,而是大于1ms,乃至数十毫秒。同排雷管先响与后响,无法预测。这种利用雷管自身误差达到微差目的的爆破,对岩石破碎有利,它一般在孔数、排数不是特别多的情况下使用。(3)微差有序爆破。同排或多排炮孔按设计规定的顺序起爆的方法,称为微差有序爆破法。目前世界上大多采用塑料导爆管雷管起爆系统完成微差有序爆破。当每个炮孔内再分段,则构成孔间、孔内微差有序爆破。由于每一孔均处于三个自由面条件下爆破,使被爆岩石得以充分破碎。它是目前世界上比较先进的起爆方法,在三峡等水利水电工程中得到广泛运用。在炮孔较多和主要建筑物附近爆破时更加显示其优越性。(4)小抵抗线宽孔距微差爆破。这是瑞典人U.Langefors(兰格福斯)等提出的爆破方法。其实质是在一个钻孔所能担负面积的条件下,间排距乘积等于该面积的多种组合中,以其间距等于2—8倍抵抗线取得的效果较好。采用该法爆破取得的岩石块度比较均匀。我国的实践经验以孔距是抵抗线的2~4倍者居多。(5)微差压渣爆破。在台阶前沿存有未清完爆渣条件下进行的深孔台阶爆破称为微差压渣爆破。我国水电建设中,此法多用于坝体石料开采的爆破。该法的优点是可加快施工进度和增加块石破碎度,同时也存在下列不利点:1)如果台阶前沿留有底坎,压渣使其无法清除,会使后续爆破不能炸到要求的高程,造成台阶根底的爬高现象。2)一般会产生台阶后部严重拉裂,更坏时会出现后翻与硬墙,给后续台阶钻爆带来困难。3)爆堆高、炸药单耗高、爆破振动大。3.2深孔台阶爆破的破岩原理3.2.1单排炮孔爆破由土岩介质中的爆破机制及其土岩破碎力学得知:在炮孔内炸药起爆后的毫秒级时间内,密实的炸药通过化学能的释放变为爆轰波及灼热气体的压力,压力可达10万个大气压。或者说,装药在土岩介质中爆炸后,瞬间爆炸气体压力的量级可达104~105MPa,而土岩抗压强度的量级却只有10~102MPa。大量的爆破工程实践还告诉我们,单位时间内炸药爆炸产生的总能量,即使是小孔径的爆破也可达2500MW,这一数字超过了世界上大多数现有发电站的功率。这并非由于炸药潜在能量特别大,而是因为其反应速度达到2500~6000m/s造成的。为此,我们在论述深孔台阶爆破的破岩原理时,首先应认识到:作为岩石爆破材料炸药的特性,就在于它能对局部岩石提供集中的破坏能量。当岩石受到很高的压力后,炮孔附近的岩石被粉碎,加上高于3000℃以上的温度作用,瞬时被粉碎的区域成为熔融状塑性流体,其区域约等于或略小于装药炮孔的半径。这一区域称为炮孔的“压碎区”或称为“爆炸压缩空腔”。随着被强烈压缩的土岩介质朝远离装药的方向运动,于是产生爆炸冲击波。它由是炸药爆轰波的作用演化而来的。冲击波的作用范围很小,大约几倍炮孔之外,便衰减为应力波。当冲击波向外传播时,在围岩中产生环向拉应力,由于波阵面上的能量超过围岩的极限强度,从而形成由爆炸中心向外辐射的径向裂缝。裂缝的长度尺寸,取决于爆炸能量产生冲击波强度的大小。而冲击波的能量只占炸药总能量的5%~15%。形象地说,随着波阵面半径逐步增大,强度逐步下降,拉应力相应减小,小到围岩抗拉强度时,裂缝也就终止了。与此同时,爆炸气体向外扩胀,随即楔入径向裂缝内,使裂缝向外延伸扩展。直至气体能量扩展下降,裂缝延伸终止。这就是具有塑形变形特征的破裂区。在此区域内,随着爆炸气体压力下降,装药附近被爆炸气体强裂压缩的围岩开始卸载,并朝装药中心方向回弹。因此在径向裂缝区也同时产生环向裂缝。破裂区之外,爆炸冲击及气体的能量再也不能构成岩体的破坏,仅仅产生具有弹性特征的爆破振动效应,这种可以回复的动态变形不再影响破岩机制的产生与扩展

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