爆破对岩体破碎-损伤和控制技术探析

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1、爆破对岩体破碎损伤和控制技术探析　　摘要：在施工爆破中，了解爆破对岩石的破碎、损伤机理及经济效益。掌握控制爆破对未爆岩层影响的技术措施及机理。关键词：光面爆破；破碎；损伤机理；预裂爆破中图分类号：P633文献标识码：A文章编号：1.爆破对岩体的作用及影响因素1.1药包在岩体中爆炸后，爆轰波和高温高压爆炸气体迅速膨胀作用在孔壁上，其压力高达几万MPa、温度高达3000℃以上，而最坚硬的岩石的抗压强度也只有102MPa量级，受到超高压冲击载荷的岩体在冲击点近旁呈塑性状态。在几到几十毫米的范围内使岩石熔融,而后随着应力释放而伴有温度的急剧下降，将岩石粉碎成

2、微细的颗粒，将原来的炮孔扩大成腔，形成粉碎区。1.2随着冲击波传播范围的扩大，岩石单位面积的能流密度降低，冲击波衰减为压缩应力波。其强度已低于岩石的动抗压强度，不能直接压碎岩石，但是它可使粉碎区外层的岩石遭到强烈的径向压缩，使岩石的质点产生径向位移，因而导致外围岩石层中产生径向扩张和切向拉伸应变7。如果这种切向拉伸应变超过了岩石的动抗拉强度的话，那么在外围的岩石层中就会产生从爆炸中心向外辐射的径向裂隙。这种裂隙以0.15~0.4倍的压缩应力波的传播速度向前延伸。当切向拉伸应力小到低于岩石的动抗拉强度时，裂隙便停止向前发展。此时，便会产生与压缩应力波作用

3、方向相反的向心拉伸应力。使岩石质点产生反向的径向移动，当径向拉伸应力超过岩石的动抗拉强度时，在岩石中便会出现环向的裂隙。径向裂隙和环向裂隙的相互交错，将该区中的岩石割裂成块、在粉碎区域外形成破裂区的范围比粉碎区要大得多。2.岩石破碎效应的经济效益岩石爆破的破碎效应是影响交通土建、水利、矿山等工程效益的重要指标，它影响到生产过程中的铲装、运输和粗碎等工序的效率和成本，也影响到道路、堤坝等基础工程的渗透性、沉降性和稳定性，研究并揭示爆破作用下岩石破碎机理对促进爆破理论和相关技术的发展、提高工程质量和效益具有十分重要的理论和实际意义。岩石的破碎效应研究对于在

4、岩土爆破中降低大块率，加快施工进度，保护边坡面降低炸药单耗等都具有指导意义。3.爆破对岩体破坏的控制：预裂爆破与光面爆破技术73.1爆破对岩体的破坏，可能造成水工建筑物渗漏、路基翻浆冒泥，路堑及矿山边坡不稳定及地下工程塌方等。为控制爆破引起岩体的破坏应注意：①爆破前要重视对爆区地址条件（如岩性、地质构造、水文地质、地应力、滑坡等）的调查，避免在不利于爆破的地质环境下采用不恰当的爆破设计与施工方案。②爆破设计要精心。严格按照开挖轮廓范围布置药包，控制一次爆破的总规模或采取毫秒延时爆破；严格控制邻近开挖轮廓药室（炮孔）的药量。③沿开挖轮廓采用预裂爆破、光面

5、爆破或设计防震孔，均可有效地保护开挖轮廓以外的岩体；周边孔采用低爆速炸药或不耦合装药，对减轻爆破对岩体的损伤也有明显的效果。④精心施工。特别是加强开挖边界钻孔质量的控制，保证光面（预裂）孔的钻孔质量和精度是控制爆破对岩体损伤的重要环节。⑤对于地下开挖通过不良底层时，应采取控制爆破和加强支护的措施，这是减少爆破对岩体的破坏和保障施工安全所必需的。爆破后应及时调查爆破对岩体的破坏情况及引起的其他工程地质问题，提出处理意见。例如边坡稳定问题、基础受破坏程度及渗漏问题、滑坡体和危岩危坡的稳定问题等。3.2预裂爆破就是首先起爆布置在设计轮廓线上的预裂爆破孔药包，

6、形成一条沿设计轮廓线贯穿的裂缝，然后在该人工裂缝的屏蔽下进行主体开挖部位的爆破，保证保留岩体免遭破坏；光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面。73.3预裂爆破的成缝机理：预裂爆破采用不耦合装药结构，其特征是药包和孔壁间有环状空气间隔层，该空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值。因为岩石动抗压强度远大于抗拉强度，因此可以控制削减后的爆压不致使孔壁产生明显的压缩破坏，但切记拉应力能使炮孔四周产生径向裂纹。加之孔与孔间彼此的聚能作用，使孔间连线产生应力集中，孔壁连线上的初始裂

7、纹进一步发展，而起到滞后高压气体的准静态作用，使沿缝产生气刃劈裂作用，使周边孔间连线上的裂纹全部贯通成缝。3.4预裂爆破设计的几个技术要素：采用预裂爆破控制边坡质量，确保爆破成缝是关键。一般认为，裂缝宽度应达到5~20mm，边坡底部裂缝宽度宜大于10mm，这样预裂面才能成为张开式人造断层面，起到对爆破作用的阻断作用。要做到这一点，应重视以下几个方面。3.4.1处理好预裂爆破设计参数的几个关系装药量与岩石强度的关系，预裂爆破要做到对保留岩体减少损伤，设计合理的装药量至关重要。装药量与孔径的关系体现为不耦合系数，不耦合系数Kc是指炮孔直径R和药卷直径r之比

8、值，即7Kc=R/r钻孔间距与装药量和孔径的关系。在同一岩石中进行预裂爆破，当固定某一合适装药