预裂爆破技术参数的计算与选1

预裂爆破技术参数的计算与施工

技术开发部唐自平

摘要合理的确定预裂爆破参数是确保预裂爆破达到理想效果的关键因素。本文以理论计算和工程内比为列，简要介绍了预裂爆破技术参数的计算和施工方法。

关键词预裂爆破技术参数施工

1·概述

预裂爆破是指预先在爆破开挖区主炮孔引爆前，在开挖区与保留区之间形成一条与开挖区边界一致的、具有一定宽度要求的裂缝。以此达到防震、减震，提高一次起爆药量，减少开挖区爆破地震波对保留区内地下构筑物或地上建筑物的爆震危害;预防开挖区爆破时对保留区边坡的破坏，减少爆破对边坡稳定性的破坏和清邦工作量，加快施工进度的目的。预裂爆破和光面爆破都是属于工程控制爆破。合理的确定预裂爆破参数则是取得其理想效果的关键。预裂爆破技术的关键是预裂孔的破坏控制和预裂缝隙的形成及其质量，以达到满足保留区边坡面上的半孔率、坡面不平正度和裂纹深度及阻震、减震的技术要求。

预裂爆破的发展已有三十多年的历史，在工程实践中，技术人员从理论和运用技术方面已总结出了许多经验，并在水利工程建设、岩石基础、边坡甚至洞室等石方爆破开挖、石型材开采和城市保留控制爆破拆除等方面的运用取得了可喜的成果。但在理论上还不成熟，至今还没有一套公认通用的设计计算方法。本文试图从理论上和设计方法上做进一步的探讨。以供设计和施工参考。

2·预裂爆破的基本原理

预裂爆破的基本原理是综合利用缓冲原理、等能原理、断裂力学机理和应力叠加原理，结合爆破现场实际情况，通过合理的设计其爆破孔网参数、装药参数及装药结构和起爆网路,达到其主要技术要求。

所谓缓冲原理就是优选合适的炸药和装药结构，以缓和爆轰压力对岩石孔壁的冲击作用，减少或避免粉碎区和次生裂缝的产生，使爆炸能量得到合理得分配和利用。其方法一是选用爆速低、猛度小和威力大的炸药；二是采用具有合理的不耦合系数及装药结构形式的不耦合装药。

等能原理是指选择合适的装药量，使每个炮孔产生的爆炸能与每个孔担负的预裂面积所需要的能量相等，没有多余的能量造成其他破坏性裂隙；既预裂爆破的药量恰好等于分离岩体并形成一定的断裂面积所需要的药量。

应力叠加原理：为了控制裂隙面仅沿炮孔中心连线形成，应用应力叠加理论需要沿预裂面布置一排适当加密的炮孔，并同时起爆，在炮孔连线上形成应力叠加，使叠加后的拉应力大于岩石的抗拉强度，而其他方向的爆破拉力低于岩石的强度，裂隙仅沿炮孔中心连线形成。

断裂力学机理：由于岩石是一种各向异性的多裂隙脆性材料,岩体内存在着某些自然裂纹，在高压爆生气体作用下，孔间拉应力使原有裂纹呈张开型。如果其应力强度因子大于岩石的断裂韧性，裂纹将扩展；如果应力强度因子大于大于岩石的断裂韧性，裂纹将高速扩展；如果应力强度因子小于岩石的断裂韧性，裂纹将停止扩展。

总上所述，预裂爆破的力学理论是岩体爆破成缝机理的基础，在岩体爆破成缝过程中，应力波和爆生气体共同作用的结果形成了贯通裂缝，其中，爆生气体起着决定作用。预裂爆破裂隙形成的全过程大体可分为开裂、扩展和止裂三个阶段：在成排孔预裂爆破时，爆生气体以较高的压力峰值瞬间作用于炮孔壁上并使孔壁四周产生许多径向微裂纹，其大小和方向是随机的；随后在压力作用下继续扩展；由于相邻炮孔的存在，改变了炮孔壁附近环向应力

分布，造成炮孔间连心线方向上的拉应力集中，由于岩体的抗拉强度最小,最易发生拉断或剪断破坏。所以，岩体在爆生气体的准静态压力作用下,在炮孔间连线方向形成的集中拉应力首先大于岩体的动态抗拉强度，从而产生开裂裂缝。岩体在炮孔壁处产生开裂缝以后，改变了内部应力分布，此时，爆生气体尚未楔入裂缝内，然而，由于开裂缝的存在，使得裂缝尖端区域内的应力强度因子大于岩体的动态断裂韧性，导致岩体在炮孔连线方向上造成张开型断裂破坏。随着裂缝向相邻炮孔方向的扩展，爆生气体开始逐渐楔入裂缝内，进一步改变了岩体的受力状态。由于爆生气体的作用持续了一段时间，而且岩体内空腔体积增大，加之气体的泄漏等，作用于炮孔壁上的压力已有明显的降低，当裂缝扩展到一定长度（L）和孔壁压力降到一定值时，在此条件下，若裂缝尖端区域内的应力强度因子小于岩体动态平面应变断裂韧性值，就会发生裂缝止裂。

3、技术设计计算

合理的确定预裂爆破参数是保证预裂爆破取得理想效果的关键性工作。目前，在预裂爆破设计中，其参数的确定主要有理论计算法、工程类比法、模拟实验法和现场小型实验法等。上述方法虽各尤其独到之处，但由于现场情况复杂多变，无论单独采用那种方法，都将因各自的局限性而难以取得理想的效果。通常是以理论计算为依据，工程类比为参考，在小型试验的基础上综合确定的方法来确定预裂爆破参数。实践证明这是行之有效的，可确保预裂爆破的质量。

3·1理论计算

在岩体预裂爆破中，最主要的孔网参数有线装药密度、孔距和孔深、孔径等。这些参数的确定又与炸药的类型及装药形式和岩体的性质及凿岩机具密切相关。在进行预裂爆破参数计算时，在施工要求确定的条件下,首先要对岩体的力学参数做较精确的了解或测定，然后正确选用炸药类型，根据这两个条件并结合现场凿岩设备，确定钻孔直径和孔深；再根据理论计算出不耦合系数、线装药密度和孔间距。下面按上述原理给出各参数的数学关系式。

3·1·1不耦合系数

根据缓冲原理，为了适当降低炸药爆炸对孔壁的冲击压力，在预裂爆破中一般采用轴向不耦合系数。既炮孔直径与装药直径之比要大于１。

（1）为不使预裂坡面遭受到过大的粉碎性破坏，则要求作用于孔壁上的压力不大岩体的三轴抗压强度，此时的不耦和系数为：

P H1/（2r）

De=√Δ（σe/）（1）其中σe/------- :岩石三轴抗压强度。

r------绝热指数。

γb ---炮孔装药长度系数。

L Z------ 药卷总长度,

L k ------ 炮孔深度,

L x ------ 炮孔填塞长度,

P H--- 爆轰气体的初始压力(爆压)

P H=ρ0×D2/（8×980×1000）

ρ0 ------ 炸药的密度(克/厘米3)

D ----- 炸药爆轰速度(厘米/秒)

对2#硝铵(岩石)炸药, ρ0 =1g/cm3，D=36000厘米/秒，代入上式则:

P qk----- 爆轰气体作用于炮孔壁上的压力

D e/ --- 预选的不耦合系数,根据钻机直径和药卷初步选定一个值,代入上式可得出P qk值,从而得出不耦合系数D e值。