鉆爆法作為一種傳統(tǒng)的巖石爆破技術(shù),憑借其適用性廣和施工技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn),在礦山開(kāi)采、隧道建設(shè)和地下空間開(kāi)挖等工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。炮孔堵塞是鉆爆法施工中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),合理堵塞不僅能高效利用炸藥能量,還能有效控制巖石的破碎程度。在鉆爆法施工中,不同的堵塞條件對(duì)爆破效果具有很大的影響,基于不同工程條件合理選用堵塞材料,從而達(dá)到減少炸藥用量并增加循環(huán)進(jìn)尺的目的,這已成為工程爆破領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。
江漢大學(xué)姚穎康團(tuán)隊(duì)針對(duì)無(wú)堵塞、水袋堵塞、錨固劑堵塞和黏土堵塞的不同堵塞條件,采用高速攝影儀對(duì)堵塞段在爆破作用下的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了詳細(xì)觀測(cè)。同時(shí),利用自制的爆腔觀測(cè)系統(tǒng)深入研究爆腔的損傷特征,并對(duì)鉆孔面的應(yīng)變特征進(jìn)行系統(tǒng)分析。研究揭示了炮孔堵塞對(duì)爆破效果的影響規(guī)律,為工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
不同堵塞條件的堵塞段運(yùn)動(dòng)特性分析
在爆破試驗(yàn)中,在各堵塞工況孔口的堵塞材料處粘接一枚小球,用來(lái)配合高速攝影儀記錄堵塞段的運(yùn)動(dòng)特性。水袋堵塞作用時(shí)間最短為3.1 ms,錨固劑次之為4.2 ms,黏土堵塞作用時(shí)間最長(zhǎng)為8.7 ms,分別是水袋堵塞作用時(shí)間的3倍和錨固劑堵塞作用時(shí)間的2倍。這表明黏土堵塞能夠有效延長(zhǎng)堵塞作用的時(shí)間,讓爆生氣體充分發(fā)揮“氣楔作用”破碎巖體。
觀測(cè)方案
堵塞段運(yùn)動(dòng)特性
爆腔損傷特征分析
爆腔觀測(cè)系統(tǒng)由刻度桿、內(nèi)窺鏡和強(qiáng)光電筒組成,用其對(duì)各工況孔內(nèi)深處與淺處的爆腔進(jìn)行拍攝。選取各工況中距離孔底5~25 cm處(孔內(nèi)深處)和距離孔底30~50 cm處(孔內(nèi)淺處)的典型圖像進(jìn)行比較。黏土的堵塞作用不僅能增大孔壁周?chē)鷰r體的徑向損傷范圍,也能增大炮孔軸向巖體損傷范圍。因此,采用黏土堵塞可以擴(kuò)大巖體損傷范圍,增大工程爆破中的循環(huán)進(jìn)尺,提高炮孔利用率。
爆腔觀測(cè)系統(tǒng)
距離孔底5~25 cm處
距離孔底30~50 cm處
鉆孔面應(yīng)變特征分析
在鉆孔面的豎直和水平方向粘貼應(yīng)變片對(duì)鉆孔面的應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,應(yīng)變片間距均為12 cm。鉆孔面的損傷演化主要受爆炸應(yīng)力波、巖體表面反射作用、孔口應(yīng)變向外傳遞和爆生氣體對(duì)巖體的“氣楔作用”的影響。同時(shí)可將炸藥爆炸后鉆孔面的應(yīng)變曲線劃分為4個(gè)階段:180 μs應(yīng)力波傳播至巖體的鉆孔面,應(yīng)變曲線開(kāi)始變化;300~800 μs應(yīng)變曲線在拉壓應(yīng)變之間來(lái)回轉(zhuǎn)換;800 μs左右爆生氣體開(kāi)始產(chǎn)生作用;1 400 μs后應(yīng)變曲線逐漸趨于平穩(wěn)。
應(yīng)變片位置
鉆孔面應(yīng)變曲線
數(shù)值模擬對(duì)比研究
采用數(shù)值模擬的方法對(duì)兩種工況的裝藥段與非裝藥段的孔壁壓力及損傷演化區(qū)域進(jìn)行對(duì)比。黏土堵塞對(duì)裝藥段孔壁壓力的影響可忽略不計(jì),黏土發(fā)揮堵塞作用后,其空氣段孔壁壓力是無(wú)堵塞工況對(duì)應(yīng)位置處的13倍左右,堵塞段孔壁壓力是無(wú)堵塞工況對(duì)應(yīng)位置處的3倍左右;相較于無(wú)堵塞工況,黏土堵塞工況損傷范圍更大,其損傷范圍更大的區(qū)域主要體現(xiàn)在空氣段和堵塞段區(qū)域,黏土堵塞工況的巖體損傷發(fā)育時(shí)間是無(wú)堵塞工況的1.7倍左右。
無(wú)堵塞
黏土堵塞
圖巖體損傷區(qū)域
姚穎康
江漢大學(xué)教授、博士研究生導(dǎo)師。現(xiàn)任精細(xì)爆破全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任,兼任中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)工程爆破專(zhuān)業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)、中國(guó)爆破行業(yè)協(xié)會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)委員。主要從事建(構(gòu))筑物爆破拆除、巖土爆破和基礎(chǔ)設(shè)施抗爆減爆等方面的教學(xué)與科研工作,主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、湖北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等各類(lèi)項(xiàng)目10項(xiàng),發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇,授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利30余項(xiàng),獲湖北省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng),中國(guó)爆破行業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)3項(xiàng),先后被評(píng)為武漢市優(yōu)秀青年科技工作者、武漢市有突出貢獻(xiàn)中青年專(zhuān)家。
《金屬礦山》簡(jiǎn)介
《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國(guó)金屬學(xué)會(huì)主辦,主編為中國(guó)工程院王運(yùn)敏院士,現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊(中國(guó)科技核心期刊)、中國(guó)精品科技期刊(F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來(lái)源期刊)、中國(guó)百?gòu)?qiáng)報(bào)刊、RCCSE中國(guó)核心學(xué)術(shù)期刊(A)、中國(guó)期刊方陣雙百期刊、國(guó)家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊,被美國(guó)化學(xué)文摘(CA)、美國(guó)劍橋科學(xué)文摘(CSA)、波蘭哥白尼索引(IC)、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)(JST)等世界著名數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動(dòng)化、安全環(huán)保、礦山測(cè)量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價(jià)值或工程推廣價(jià)值的研究成果,優(yōu)先報(bào)道受到國(guó)家重大科研項(xiàng)目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國(guó)科技信息研究所發(fā)布的《2024中國(guó)科技期刊引證報(bào)告(核心版)》,《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學(xué)科核心期刊第1位;根據(jù)中國(guó)知網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)》(2024版),《金屬礦山》學(xué)科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。
責(zé)編:曾文旭
編排:余思晨
審核:王小兵
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