爆裂管在软弱围岩爆破中的参数计算

爆裂管在软弱围岩爆破中的参数计算

高燕兵 1 喻永宏 2

1. 96601部队某研究所

2.火箭军后勤部工程代建管理办公室助理工程师

摘要：本文根据爆裂管在软弱围岩地质条件下的爆破原理，分别对不耦合系数、单孔线装药量、周边孔间距以及最小抵抗线等爆破参数选取与计算进行了分析，解决了运用爆裂管进行软弱围岩爆破施工时爆破方案难以制定的难题。

关键词：爆裂管；软弱围岩；爆破参数

软弱围岩地质条件下的爆破是隧道工程开挖中的难题，也是影响工期和安全的主要因素。爆裂管以其具有密度低、爆速低、猛度低、安全性高的性能特点，成为软弱围岩掘进施工的理想爆破器材。在具体隧道施工时，爆破管的使用需要根据爆破方案进行参数的选取与计算，下面根据爆破管在软弱围岩施工时的作用原理进行爆破参数的计算。

一、爆裂管的作用原理

根据相似理论的试验研究和对现场爆破岩体破碎情况的观测归纳如下：爆裂管中的均匀介质药粉爆炸时，产生爆轰波以药卷为中心向四周传播，在岩石中产生冲击波及动应力场，在孔壁附近的岩石被挤压粉碎，同时在孔壁四周形成径向裂隙。爆裂管爆炸后除产生爆轰波外，还在瞬间产生大量高温高压爆炸气体。在爆轰波传播以后，此高温高压爆炸气体便形成极高的压力作用于已生成的有径向裂缝的炮孔孔壁，在此极高压力作用下，先前形成的初生径向裂缝继续延伸和扩大。当径向裂缝进一步延伸和扩大后，爆炸气体也进一步扩散。此时，其压力和温度便急剧下降。由于药孔内压力的急剧下降，原受强烈压缩的孔壁四周岩石也急速减压并朝向药孔中心回弹，这部分岩石便产生径向拉应力，同时，在有径向裂缝的区域内出现环向裂缝，径向裂缝和环状裂缝即形成岩石破碎区。

二、不耦合系数的选取

软弱围岩爆破要求采用不耦合装药。一般情况下，软弱围岩爆破采用的不耦合系数是1.1~3.0。不耦合系数应当根据施工进度、钻机性能等综合因素来确定。据此，因凿岩台车钻孔直径是45毫米，爆裂管直径取20毫米，则取不耦合系数为2.25。

三、单孔线装药量

是爆破中的主要参数。在不耦合装药爆炸的情况下，爆轰波首先压缩间隙乃的空气产生空气冲击波，空气冲击波冲击炮孔孔壁，产生冲击压力，并在岩石内产生爆炸应力波。假定爆轰产生膨胀时的初始压力按平均爆轰压力计算，即为

爆轰产物的平均爆轰压力为：

式中: —炸药密度 , —炸药爆速。

爆轰产物碰撞炮孔孔壁前压力即入射压力由下式得出：

式中: —装药体积, —炮孔体积, —绝热指数取 , —岩石抗压强度增大系数, 。 —药卷直径, —爆孔直径。

爆轰产物撞击孔壁时，压力增加 倍， 因此，在不耦合装药条件下，作用于炮孔孔壁上的初始冲击压力，即周边孔孔装药时爆孔孔壁上产生的初始压力，由下式计算得出：

式中 为装药长度， 为药孔长度

上式表明，爆孔壁上产生的初始冲击压力与不耦合系数有关。当其与不耦合情况下应力波初始峰值等时，即：

由 ，则每米药孔上的装药长度：

药卷每厘米长的重量：

线装药量：

另据经验取 一般取100~150 ，考虑上述计算结果，取平均值约为140~170 。对于软弱围岩，在进尺2.5米的情况下，根据爆破后的具体情况，认为该数值较为符合该工程的实际。

软弱围岩爆破的装药结构应采用不耦合间隔装药，使装药在爆炸瞬间产生的能量尽可能均匀地充满整个炮孔，利于炮孔对周边孔壁的切割和裂缝的贯通。

四、周边孔间距

周边孔间距是根据岩石的抗拉强度远小于抗压强度的特点设计的。应力波在各自炮孔壁上产生初始裂缝后在爆轰气体准静态压力作用下扩展贯通。周边孔间距即是形成贯穿裂缝的最小距离。周边孔装药爆炸瞬间，爆轰气体在岩壁上产生的径向压应力与切应力分别为：

径向压应力：

切向拉应力：

冲波压力 随距离变化的规律： （ —冲波初始压力）

—岩石衰减指数（冲波 应力波 ） — 岩石泊松比 —比例系数。在两孔连线中心，距离装药 处，裂缝贯通。因此有：

所以 ，对于软弱围岩 取0.25,

取25~35

五、最小抵抗线

欲使被爆破岩石层脱离岩体，并避免在反射波作用下产生超挖，必须合理设计最小抵抗线 与炮孔密度系数 ，以确保贯通裂缝的形成。将被爆破岩石层岩石的崩落看作类似台阶爆破。最小抵抗线是软弱围岩爆破的一个重要参数，其值的大小直接影响爆破的效果。

由公式 得：

其中， 为爆破系数，相当于台阶爆破的单耗药量

密集系数，

另外，考虑最外层主爆孔的破坏半径

不耦合连续装药爆炸后初始压力

作用于孔壁上的实际孔压

在距离装药中心 处，裂缝终止， 此时 ,

即: ， 由此，得破坏半径

所以光爆厚度

根据实践经验，一般软弱围岩爆破

在掘进中，特别是在软弱围岩中实施光面爆破，应努力降低最外一排主爆孔的装药量，约为正常药量的 ，可以减轻对光面爆孔的破坏，获得较好的轮廓线。这一因素应当引起足够的重视，即使周边孔设计再好，最外层主爆孔的药量不当，也同样不会获得良好的效果。综合上述认为，软弱围岩取

， ,