爆堆级配预报设计及参数间的关系

-1-爆堆级配预报设计及参数间的关系陆芝进(广东宏大爆破股份有限公司，广东广州510623)摘要:机场等重要的工程场地平整回填石料块度和级配有明确的要求，块度粒径有10cm以下、25cm以下、40cm以下、80cm以下的等级，其中粒径80cm以下的级配要求爆破块度不均匀系数Cu大于10，曲线系数Cc为1～3。因此，爆破后的爆堆能否满足填料块度和级配要求是爆破设计的关键。关键词：爆破；块度；级配；不均匀系数；曲线系数一、爆堆块度的分布规律爆破块度分布服从Rosin-Rammler(R-R)分布函数。R-R分布函数由下式表达，它包含石料特征尺寸0x和块度分布不均匀指数n两个变量。01nXXRe爆破块度不均匀系数Cu和曲线系数Cc的值可用下式表示：1060/xxCu1060302/2xxxCc式中：60x，30x和10x分别为筛下累计量为60%，30%和10%所对应的块度尺寸。当块度满足R—R分布时，上式可改写为下式：Cu=8.6971/nCc=1.3181/n从上式可以看出，爆破块度不均匀系数Cu和曲线系数Cc的值大小取决于块度均匀系数指标n值，n值决定曲线的形状，它通常由0.8到2.2。高值表示块度均匀，低值表示块度不均匀，中间粒径料相对较少，大料和细粒料占的比例较大。如果要Cu值要大于10，Cc=1～3的话，相应的n值必须小下0.939。当n值小于0.8时,二次破碎的工作量太大，因此要求n值大于0.8。可见n值是取较小值，表示爆堆中石料粒径不要太均匀，要有一定的粒径级配比例，更有利于回填的密实度。而n值的大小取决于下式：01(2.214)(1)(1)2LWWAnWH从上式可以看出：（1）W/φ越大，n值越小，在孔径φ已定时，抵抗线越大，则W/φ越大，（2.2-14W/φ）越小，n值越小。-2-（2）A越小，n值越小，按符号定义，A=a/b，1+21A称为布孔参数，当a=b时（方形布孔），A=1，n值较小。（3）L/H越小则n值越小，L/H越小，表示堵塞段长度在台阶全高中所占的比例越大，因此加大堵塞长度或分段间隔装药，可取得n的较小值。综上所述，要使n值小于0.939必须从三方面入手，第一，加大抵抗线，第二，方形布孔，第三，孔内分段间隔装药。二、爆破设计根据上述原则，我们对粒径80cm以下的级配要求爆破块度不均匀系数Cu大于10，曲线系数Cc为1～3的爆破参数设计和验算；对粒径10cm、25cm、40cm以下的等级的回填料采用单一的爆破方法难以达到要求，合格的回填料要借助于机械破碎方法来处理。本设计选用潜孔钻机，Φ140mm孔径钻孔，装铵油炸药，用Φ100mm乳化炸药卷作起爆药。1）爆破参数确定（1）基本条件：台阶高15.0m，孔径φ=140mm，垂直孔，岩石为坚硬安山岩，f=9～16，炸药铵油炸药。（2）钻孔参数（见表1）①允许抵抗线最大值计算线装药密度：取铵油炸药密度△=0.9g/cm3，每米装药量q=14kg，按经验公式经验公式：Wm＝K0q·K1·K2式中：q为线装药密度，铵油炸药延米装药量q＝14kg/m；K0为炸药系数，K0＝1.36，K1为夹制系数，对垂直孔K1＝1.00；K2为岩石可爆性系数，对难爆岩石取K2＝0.90。代入公式：Wm＝1.36×14×1.00×0.90＝4.6m②超钻根据经验孔深15m时Δh=1.5m③钻孔长度L=15+1.5=16.5m④钻孔偏差：钻孔孔底偏差E要求控制在炮孔孔口孔径内，垂直偏差不大于3%-3-E=0.14+0.03×16.5=0.64m⑤设计抵抗线W=Wm-E=4.6-0.64=4.0m，排距b=W=4.0m⑥孔间距a为了得到较小的n值采用方形布孔a=b=4.0m⑦堵塞长度h0=W=4.0m⑧延米爆破量V1=LabH=14.5m3/m（3）装药量和装药结构为得到爆破块度小于80cm，不均匀系数Cu大于10，曲线系数Cc为1～3值，相应的n值必须小于0.939，必须加大堵塞长度或分段装药，为此采用孔内分段装药结构。①底部装药a.底部装药高度h3h3＝1.3Wm＝1.3×4.6＝5.98mb.底部装药密度q2根据施工经验，一般取q2＝q＝14kg/mc.底部装药量Q2Q2＝q2h3＝14×5.98＝83.72kg②中间堵塞段长度h2h2＝3.0m③孔口堵塞段长度h0按经验公式：h0＝W＝4.0m④上部装药a.上部装药长度h1h1＝L-h3-h2-h0＝16.5-5.98-3-4.0＝3.52mb.上部装药密度q1q1＝14kg/mc.上部装药量Q1Q1＝q1·h1＝14.0×3.52＝49.28kg-4-④单孔装药量QQ＝Q1+Q2＝83.72+49.28＝133.0kg⑤平均单耗qdqd＝Q/v＝133.0/(4.0×4.0×15)＝0.55kg/m3⑥爆破参数表见表1。表1爆破参数表参数名称单位取值装药结构示意图梯段高度（H）m15.0孔距（a）m4.0排距（b）m4.0抵抗线（w）m4.0钻孔倾角（α）。90钻孔超深（△h）m1.5孔深（L）m16.5孔径（D）mm140延米装药量（q1）kg/m14底部装药长度（h3）m5.98底部装药量（Q2）kg83.73中部堵塞长度（h2）m3.0上部装药长度（h1）m3.52上部装药量（Q1）kg49.28孔口堵塞长度（h0）m4.0单孔装药量（Q）kg133.0炸药单耗（qd）kg/m30.552）爆堆粒径评价-5-爆破施工得到的碎石，由于不同粒径、不同形状的块石和粉粒组成，其孔隙率大，排列状况复杂。爆破碎石石料的特征，对填筑方案的设计、填筑体的稳定性等都具有重大意义。通过现场所作爆破后爆堆块石的级配试验结果表明，按上述设计的爆破参数爆破后其爆堆的岩石块度级配是可满足填石料级配的要求。这结果也可以从理论上验算上述爆破参数是否合理的。下面我们上述台阶的设计参数进行计算爆破块度不均匀系数Cu和曲线系数Cc的值。爆破块度分布服从Rosin-Rammler(R-R)分布函数。R-R分布函数由下式表达，它包含石料特征尺寸0x和块度分布不均匀指数n两个变量。01nXXReKuznetsov提出了表达爆破平均块度X与爆破能量和岩石特性的经验方程:0.81619300()(115/)XAqQE01(2.214)(1)(1)2LWWAnWH式中：W-最小抵抗线,m；φ-钻孔直径,ΔW-最小抵抗线精度,m；A-炮孔密集系数；L0-台阶底板高程以上的药包长度,m；H-台阶高度；A0-岩石系数，它的取值大小与岩石的节理裂隙发育程度有关,是现场实验得到的数据，一般取法：中等岩石为7，裂隙发育的硬岩取10，裂隙不太明显的硬岩取13；q-炸药单耗,kg/m3,Q-单孔装药量,kgE-炸药相对于TNT炸药的相对重量威力，TNT炸药为1152号岩石炸药为100；求平均块度0.81619300()(115/)XAqQE式中：A0-岩石系数，中等岩石为7q-炸药单耗,kg/m3,15台阶设计单耗为0.55Q-单孔装药量,kg取133-6-E-炸药相对于TNT炸药的相对重量威力，TNT炸药为1152号岩石炸药为100；取100代入上式得30/196/18.0)100/115(133)55.0(7XX=50X=27.88cm（2）求均匀系数n01(2.214)(1)(1)2LWWAnWH将w=4.0m，φ140mm，ΔW=15m×3%=0.45m，A=a/b=1，H=15m，L0=16.5m-1.5-4.0-3.0m=8.0m代入得：1582110.445.01400.4)1)(1)(142.2(n85.0n（3）求特尺寸XeXe=nX1)693.0(将x=x50=27.88cm，n=0.85代入上式求得Xe=42.892cm=428.92mm将数值代入得出R-R分布函数：85.0)92.428/(1xeR通过上式计算得出：按爆破设计参数爆破作业后爆堆岩石块度级配曲线值见表2及图1。从图表中可以看出：不均匀系数Cu为12.84,曲率系数Cc为1.38,符合不均匀系数Cu大于10,曲率系数Cc为1～3的块度要求,表明上述爆破参数设计是合理的,能满足回填料块度的要求。-7-表2设计爆破参数爆破后爆堆岩块粒径分布表各个粒径组（mm)的含量百分数（%）d60d50d30d10CuCc级配名称5102040601002004006008000～55～1010～2020～4040～6060～100100～200200～400400～600600～800小于某一粒径的块石百分比(%)0.991.963.897.6211.2117.9832.7254.7469.5579.51设计爆破参数级配0.990.981.923.733.596.7714.7522.0114.819.963872781273012.841.38图1设计爆破参数爆堆岩块粒度大小分布曲线图8三、Kuz-Ram模型分析各主要参数间的关系爆破块度分布服从Rosin-Rammler(R-R)分布函数。R-R分布函数由下式表达，它包含石料特征尺寸0x和块度分布不均匀指数n两个变量。01nXXRe当块度满足R—R分布时，爆破块度不均匀系数Cu和曲线系数Cc的值可用下式表示：Cu=8.6971/nCc=1.3181/nCu，Cc值的大小只与爆破块度均匀指数n值的变化有关，一般的台阶爆破情况下Cu值偏低，小于10，也即n值容易超过上限，为获得合格的级配料，要解决的主要问题是使n值降低，使其在0.251～0.939范围内。当允许的大块率为3%时，x97可由下式表达：xxn1426.297合格的级配料要求97x在允许的范围之内。3.1，Cu，Ccx97值与孔网参数间的关系假定炸药单耗q、台阶高度H、装药长度L、钻孔直径d和钻孔精度e不变。（1）每米钻孔进尺爆破方量不变当抵抗线W增大时。炮孔密集系数A将降低，随即n值将降低，所以Cu值将增大。当孔距增大时，炮孔密集系数A值将增加，同样得n值将增加，Cu值将降低。当m值增大到一定程度时将导致Cu值小于10，使得爆破开采获得的级配料不能满足要求，因此盲目地追求宽也距爆破不利于开采合格级配料。每m钻孔进尺爆破方量不变时，x不变，n值降低将使97x增加，因此不可盲目地追求大的Cu值。一般Cu值小于50，即n值在0.553～0.939,对于开采合格的级配料有利。（2）每m钻孔进尺爆破方量改变增加每米钻孔进尺的爆破方量，将使单孔装药量增加，从上式可知x将增加，过大的每米钻孔爆破方量，将使爆破块度过大。3.2，Cu，Ccx97值与炸药单耗q的关系其他参数不变，炸药单耗q的变化对块度均匀性指标基本没有影响，也即对Cu，Cc值没有影响。当炸药单耗q降低时，将使x增加，过低的炸药单耗将使爆破块度过大，使开采权料不合格。93.3，Cu，Ccx97值与台阶高度H的关系假定炸药单耗q、孔网参数、钻孔精度e和炮孔直径d不变。如果不改变炸药直径，台阶高度H增加，将使单孔装药量增加，装药长度L同样增加；由于堵塞长度不变，间隔长度有所增加，L/H是稍微减少的，也即n值有所减小，而Cu，Cc值将有所增加。总的来说台阶高度主要由钻机生产效率及施工场地布置和挖装设备安全因素来决定，只要是深孔梯度爆破，台阶高度的变化对级配料的块度影响到不大。3.4，Cu，Ccx97值与装药长度L的关系假定台阶高度H、炸药单耗q、孔网参数、钻孔精度e和炮孔直径d不变。改变炸药直径使得装药长度L增加时，将使n值增大，Cu，Cc值将降低，有可能使得开采料不合格。大量的工程实例证明，采用间隔装药，有利于开采合格级配料，目前大多采用中间间隔2～3.0m（台阶高度为15m左右时）。3.5，Cu，Ccx97值与炮孔直径d的关系假定台阶高度H、装药长度L、钻孔精度e不变。当炮孔直径d增大时，必定使得每米钻孔进尺的爆破方量增加，最小抵抗线W也将增加，但可通过合理调整孔网参数使得n值基本不变，所以d的变化对Cu，Cc值的影响可以不考虑。