平面药包的最佳间距

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2005.02.033 第27卷第2期 北京科技大学学报 Vol.27 No.2 2005年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2005 平面药包的最佳间距 高荫桐2钱大益)龚敏》施建俊) 1)北京科技大学，北京1000832)河北建筑科技学院，邯郸056002 摘要在矿山剥离、场地平整以及建（构）筑物基坑开挖等露天爆破中，为了充分利用炸药 能量将岩石松动或抛掷到一定区域，并确保底板满足一定平整度要求，按照爆破技术设计和 工程质量要求，需要设计平面布药结构，本文通过在施工现场进行的大量小型模拟实验，对 平面药包间、排距与爆破漏斗的开口面积、可见深度、爆岩的抛掷距离和堆积形态等关系进 行了系统分析与研究.实验结果表明，当平面药包间、排距满足一定范围时，爆破漏斗的可见 深度较小，而开口面积和抛掷距离最大，爆堆形态较好.平面布药结构存在一个有利于抛掷 堆积的最佳间、排距. 关键词平面药包：最佳间距：模拟实验：抛掷堆积 分类号TD235.373 所谓平面药包就是以等效作用的集中或条 排距对于爆破漏斗和抛掷堆积的影响，目前尚无 形药包按一定间、排距布置为一个装药平面，起 研究成果的报道.为此，笔者进行了大量小型模 爆后布药平面中的每一个药包产生球形或圆柱 拟实验，通过对实验数据对比与分析，发现两者 形气体空腔，并以相同的速度向各个方向猛烈膨 间的内在规律 胀，在相反于最小抵抗线的下方，由于受到无限 介质巨大的抵抗作用，其膨胀瞬间终止，而在抵 1爆破实验 抗线方向继续膨胀，同时，药包之间的岩体受到 强烈压缩，沿布药平面形成一个类似于平面的整 1.1模拟实验设计 体气腔.随着气体腔的继续扩大，压力重新分布， 模拟实验结合某铜矿尾矿库定向爆破筑坝 岩石介质在压缩气体的强大推动作用下，沿着最 工程进行，实验区段长度18m,宽度10m,人工整 小抵抗线方向抛出，实现平面定向抛掷Ⅲ. 理成25°左右的坡度.实验介质为经过多次扰动 平面药包定向抛掷爆破技术的研究始于20 的松软红色黏土砂砾岩渣，含水率适中，其容重 世纪80年代初期，经过几年的实验与实践己经 1.8~2.0g/cm,采用2"岩石乳化炸药，埋入药包后 取得了较大的成就，并于1985年9月首次用于顺 捣实.在预测爆破漏斗边缘附近埋置标杆，前方 昌石灰石矿山的剥离工程，爆破结果满足了工 铺设彩色条纹塑料布，爆破时进行摄影、摄像和 程要求，并实现了远距离抛掷岩石的定向性和密 测振，爆破后测量爆破漏斗和抛掷堆积形态. 集性，同时控制了飞石和爆破震动的影响范围四. 布药结构设计为平面条形和平面集中药包， 平面药包按布药结构分为平面条形药包和 药包最小抵抗线均为W=1.0m,实验共分四组进 平面分集药包两种.中国建材总公司的史家堉教 行.通过集中药包与分集药包爆破效果的实验研 授根据多年的应用和研究经验，对平面药包的特 究发现：当分集药包间距为a=0.5W时，存在一个 点、使用范围、爆破设计以及爆破效果等都曾有 有利于抛掷堆积的最佳间距.为了进一步研究平 详细的论述，但是，对于平面布药结构下药包间、 面药包是否也存在这种规律，设计条形药包排距 分别为0,0.5,1.0和1.5m.平面集中药包实验共 收稿日期：2004-10-26修回日期：2004-12-23 基金项目：国家自然科学基金资助项目No.19802002) 两组：第一组药包间、排距分别为0,0.25,0.50和 作者简介：高荫桐(1962-一)，男，高级工程师，博士 0.75m;第二组药包间、排距分别为0,0.5,1.0和

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 扭 〕 平面药包 的最佳 间距 高荫桐 ’ ， ， 钱 大 益 ” 龚 敏 ” 施 建俊 ” 北 京 科技大 学 ， 北 京 河 北 建筑科技 学 院 ， 邯 郸 摘 要 在矿 山 剥 离 、 场 地 平 整 以及 建 构 筑物 基坑 开 挖等 露天爆 破 中 ， 为 了充分利用 炸药 能量 将 岩 石 松动 或抛 掷到 一 定 区 域 ， 并 确 保底 板满 足一 定平 整 度 要 求 ， 按照 爆破技 术 设计 和 工 程 质量 要 求 ， 需 要 设 计 平 面布 药 结构 本 文通过 在施工 现 场进行 的大量 小 型 模拟 实验 ， 对 平 面 药包 间 、 排距 与 爆 破 漏 斗 的开 口 面 积 、 可 见 深度 、 爆 岩 的抛 掷距 离和 堆积 形 态等关 系进 行 了系 统 分析 与研 究 实验 结果表 明 ， 当 平面 药 包 间 、 排距 满 足 一 定 范 围时 ， 爆破 漏 斗 的可 见 深度较 小 ， 而 开 口 面 积 和 抛 掷距 离最大 ， 爆堆 形态 较好 平 面 布 药 结构 存在 一 个有 利 于 抛 掷 堆 积 的 最 佳 间 、 排 距 关 键 词 平 面 药包 最佳 间距 模 拟 实验 抛 掷 堆 积 分 类号 所 谓 平 面 药 包 就 是 以 等 效 作用 的集 中或 条 形 药 包 按 一 定 间 、 排 距 布 置 为 一 个 装 药 平 面 ， 起 爆 后 布 药 平 面 中 的每 一 个 药 包 产 生球 形 或 圆柱 形 气 体 空腔 ， 并 以相 同 的速度 向各 个 方 向猛 烈 膨 胀 在 相 反 于 最 小 抵 抗 线 的下 方 ， 由于 受 到 无 限 介 质 巨大 的抵 抗 作用 ， 其 膨胀 瞬 间终止 ， 而 在 抵 抗 线 方 向继 续膨 胀 同 时 ， 药 包 之 间 的岩 体 受 到 强 烈 压缩 ， 沿布 药 平 面形 成 一 个类 似 于 平 面 的整 体气 腔 随着 气体腔 的继 续扩 大 ， 压 力 重 新 分布 ， 岩石 介质 在 压 缩气体 的强 大推 动 作用 下 ， 沿着最 小抵 抗 线 方 向抛 出 ， 实 现 平 面 定 向抛 掷 平 面 药包 定 向抛 掷 爆 破 技 术 的研 究始 于 世 纪 年 代 初 期 ， 经 过 几 年 的实验 与 实 践 己 经 取 得 了较大 的成 就 ， 并 于 年 月 首 次用 于顺 昌石 灰石矿矿 山 的剥 离工 程 爆破 结果 满 足 了工 程 要 求 ， 并 实现 了远距 离抛 掷 岩 石 的定 向性和 密 集性 ， 同时控制 了飞 石 和 爆破 震 动 的影 响范 围口， 平 面 药 包 按 布 药 结 构 分 为 平 面 条 形 药包 和 平 面分 集 药包 两种 中 国建材总公 司 的史家 靖 教 授 根 据 多年 的应 用 和 研 究经验 ， 对平 面 药包 的特 点 、 使用 范 围 、 爆 破 设 计 以及 爆 破 效 果 等 都 曾有 详 细 的论述 但 是 ， 对 于 平 面布 药 结构 下 药包 间 、 收稿 日期 一 一 修 回 日期 一 一 基金 项 目 国家 自然科学基金 资助 项 目困 作者 简介 高荫桐 刁 ， 男 ， 高 级 工 程 师 ， 博 士 排距 对 于爆 破 漏 斗和 抛 掷堆 积 的影 响 ， 目前 尚无 研 究 成 果 的报 道 为 此 ， 笔 者 进 行 了大 量 小 型模 拟 实验 ， 通 过 对 实验 数 据对 比与分 析 ， 发 现 两 者 间 的 内在 规 律 爆 破 实验 模 拟 实验 设 计 模 拟 实验 结 合 某 铜 矿 尾 矿 库 定 向爆 破 筑 坝 工程进行 ， 实验 区段 长 度 ， 宽度 ， 人 工 整 理 成 。 左 右 的坡 度 实验 介 质 为 经 过 多次 扰 动 的松 软 红 色 勃 土 砂 砾 岩 渣 ， 含 水 率适 中 ， 其 容 重 一 留 ， ， 采 用 “ 岩 石 乳 化 炸 药 ， 埋 入 药包 后 捣 实 在 预 测 爆破 漏 斗边 缘 附近 埋 置 标 杆 ， 前 方 铺 设 彩 色 条 纹 塑料 布 ， 爆破 时进 行 摄 影 、 摄像 和 测 振 ， 爆 破 后 测 量 爆 破 漏 斗 和 抛 掷 堆 积 形 态 布 药结 构 设计 为平 面条 形 和 平 面集 中药包 ， 药包 最 小抵 抗 线 均 为 砰 ， 实验 共 分 四组进 行 通 过集 中药包 与分集 药包爆破 效 果 的实验研 究 发 现 当分 集 药包 间距 为 砰时 ， 存 在 一个 有 利 于抛 掷堆 积 的最 佳 间距 为 了进 一 步研 究平 面 药包 是 否 也存 在 这种 规 律 ， 设计 条 形 药包 排距 分 别 为 ， ， 和 平 面集 中药包 实验 共 两 组 第 一 组 药包 间 、 排 距 分 别 为 。 ， ， 和 第 二 组 药 包 间 、 排 距 分 别 为 ， ， 和 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2005．02．033

·130 北京科技大学学报 2005年第2期 1.5m.为更好地观察爆破效果并分析抛掷堆积规 为1.4kg 律，采取标准和加强抛掷爆破方法 平面条形药包实验选取e=1.0,n=1.35,K= 第一组平面集中药包实验选取爆破作用指 1.5kgm,代入条形药包药量计算公式： 数n=1.0,炸药换算系数e=1.0,炸药标准单耗 q=eKW(0.4+0.6n) (2) K=1.4kgm,代入集中药包药量计算式可： 得合药包药量为281kg,为了便于药量分配，实 2=eKW(0.4+0.6n) (1) 际取2.8kg,则两个条形药包药量均为1.4kg 得合药包药量为1.4kg,则四个分集药包药量平 1.2实验结果 均为0.35kg 此系列对比模拟实验共进行了3组12个.实 第二组平面集中药包的每个药包药量均取 测实验数据列入表1. 表1实测实验数据 Table 1 Measured experimental data 组别序号 药包形态 Wim 2,g/kg a,b /m L/m L/m P/m b:/m b:/m R'm R/m 集中药包 1.0 1.4 0 4.3 4.8 0.60 3.3 3.0 2 平面集中 1.0 4×0.35 0.25 3.0 3.5 0.30 2.1 2.0 I 平面集中 1.0 4×0.35 0.50 5.5 5.0 0.50 2.6 4 平面集中 1.0 4×0.35 0.75 3.0 4.6 0.27 2.4 2.5 集中药包 1.0 5.6 0 10.0 8.8 0.90 4.6 4.8 3.2 1.6 6 平面集中 1.0 4×1.4 0.50 15.3 15.8 0.85 4.5 4.2 2.6 2.2 平面集中 1.0 4×1.4 1.00 12.1 9.8 0.80 4.2 4.2 2.3 2.0 8 平面集中 1.0 4×1.4 1.50 9.8 8.9 4.2 4.4 9 单条药包 1.0 2.8 0 7.4 8.6 1.10 4.6 3.6 2.5 2.2 10 平面条形 1.0 2×1.4 0.50 7.7 9.7 1.00 4.4 3.8 2.6 2.2 11 平面条形 1.0 2×1.4 1.00 6.8 8.1 0.90 4.0 3.6 2.4 1.9 12 平面条形 1.0 2×1.4 1.50 6.7 6.2 0.65 3.8 3.I 2.3 1.6 注：a,b为药包间、排距，m:b,b2为漏斗纵、横向开度，m:p为漏斗可见深度，m:R,R为上、下破裂线，m:Lm为前沿抛距，m:L为爆堆 宽度，m 2对比分析 (2)平面条形药包前沿抛距计算公式为： Lmt=K(qWle)(1+sin20) (4) 按照实测得到的有关数据，针对相同爆破参 式中，Km为抛掷系数，K.=3.0. 数的前沿抛距，采用体积平衡法进行理论计算， 将表1中9~12实验的爆破参数代入式(4) 然后对比和分析实测结果与理论计算结果，从中 得：L=7.47m,L9=L=L品=5.93m. 发现规律并得出实验结论 2.2实验结果与理论计算比较分析 2.1前沿抛距理论计算 由表中实验数据可以看出：平面布药结构、 (1)平面集中药包前沿抛距计算公式为： 爆破漏斗的开口面积与药包间、排距有很大关 L=780K.)(1+sin2p)） (3) 系.当a=0时，爆破漏斗的纵、横向开度最大；当 式中，Lm为集中药包前沿抛距，m;K为药量系数， a=0.5W(a=b)时，漏斗纵、横向开度取得较大值， K=Q/W:p为抛射角，p=25°：r为岩石容重，r= 当a≤0.5W或a≥0.5W时，漏斗开口面积均取得较 1900kg/m. 小值 将表1中第一组平面集中药包14实验的 同样，当a=0.5W(a=b)时，前沿抛距取得最 爆破参数代入式(3)得：L=4,81m,L品==L= 大值；当a≤0.5W或a20.5W时，其前沿抛距均取得 3.03m 较小值.当a=0时，最远抛距很大，而前沿抛距却 将表1中第二组平面集中药包5°~8实验的 较小，最远抛距与前沿抛距之间无明显的界线， 爆破参数代入式(3)得：L=8.03m,L=L== 即抛体抛掷得远而散，不利于定向爆破筑坝抛掷 4.81m. 堆积

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 为更好 地观 察爆破 效 果 并分 析抛掷 堆 积 规 律 ， 采 取 标准 和 加 强 抛 掷 爆破 方 法 第 一 组 平 面 集 中 药 包 实 验 选 取 爆 破 作 用 指 数 ， 炸 药 换 算 系 数 ， 炸 药 标 准 单 耗 一 吨 ， 代 入 集 中药 包 药 量 计 算 式 口， “ 尸 得 合 药包 药 量 为 吨 ， 则 四个 分 集 药 包 药 量 平 均 为 第 二 组 平 面 集 中药 包 的每 个 药 包 药 量 均 取 为 平 面 条 形 药 包 实 验 选 取 二 ， ， ， 犬云 加 ， 代 入 条 形 药包药 量 计 算 公 式 叮 驴 ， 得 合 药 包 药 量 为 ， 为 了便 于 药 量 分 配 ， 实 际 取 ， 则 两 个 条 形 药 包 药 量 均 为 地 ， 实验 结 果 此 系 列 对 比 模拟 实验 共 进 行 了 组 个 实 测 实验 数据 列 入 表 表 实测 实 验数据 代 组 别 序 号 月刀汗 ， ， 、 、 一 ， ， ， 俪 几 口 了 ， 飞 ﹄、口 ‘ ‘ 、 ‘ ， 名 ， ， 自八公弓 公 … 八曰 八 、︸﹃ 叶月 妇 气︸ 伟 石 ， ， 一科 ︸ ‘门 只， 乙 产石︺ … ︸ 乃刃 药包 形态 集 中药包 平 面 集 中 平 面 集 中 平 面集 中 集 中药包 平 面集 中 平 面 集 中 平 面集 中 单条 药 包 平 面 条 形 平 面 条 形 平 面条 形 ‘ 酬 只 注 ， 为药包 间 、 排距 ， 瓦 ， 为 宽度 ， 斗纵 、 横 向开 度 ， 为漏 斗可 见深 度 ， 几 为上 、 下破裂 线 ， 。 为 前 沿抛 距 ， 为爆堆 一漏 对 比分 析 按 照 实测得 到 的有 关数 据 ， 针 对 相 同爆破 参 数 的前沿 抛 距 ， 采用 体积 平 衡 法 进行 理 论 计算 日，， 然 后对 比和 分 析 实测 结果 与理 论 计 算 结果 ， 从 中 发现 规律 并得 出实验 结 论 前 沿 抛 距 理 论 计 算 平 面 集 中药 包 前 沿 抛 距 计 算 公 式 为 七磊例大 劝 式 中 ， 、 为集 中药 包前 沿 抛距 ， 为药 量 系数 ， 尸 沪为抛 射 角 ， 沪二 为岩 石 容 重 ， 将 表 中第 一 组 平 面 集 中药 包 气 实 验 的 爆 破 参 数 代 入 式 得 品 ， 盆 翱二 二 将 表 中第 二 组 平 面 集 中药 包 气 “ 实验 的 爆 破 参 数 代 入 式 得 孔 ，瑞 几二 粼 平 面 条 形 药 包 前 沿 抛 距 计 算 公 式 为 五 一 瓜 。 刚 放， 式 中 ， 为抛 掷 系数 ，瓜 将 表 中 气 实 验 的爆 破 参 数 代 入 式 得 盖二 ， 盟二 篮二 实 验 结 果 与理 论 计 算 比较 分 析 由表 中实验 数 据 可 以看 出 平 面 布 药 结 构 、 爆 破 漏 斗 的 开 口 面 积 与 药 包 间 、 排 距 有 很 大 关 系 当 时 ， 爆 破 漏 斗 的纵 、 横 向开 度 最 大 当 二 万 时 ， 漏 斗 纵 、 横 向开度 取 得较 大值 ， 当 ‘ 砰或“ 七 不时 ， 漏 斗 开 口 面 积 均 取 得较 小值 同样 ， 当 二 砰 二 时 ， 前 沿 抛 距 取 得 最 大值 当 ‘ 砰或 之 甜时 ， 其前 沿 抛 距 均 取 得 较 小值 当 二 时 ， 最远抛 距 很 大 ， 而 前 沿 抛 距 却 较 小 ， 最 远 抛 距 与 前沿 抛 距 之 间无 明显 的界 线 ， 即 抛 体 抛 掷 得远 而 散 ， 不利 于 定 向爆破 筑 坝 抛 掷 堆 积

Vol.27 No.2 高荫桐等：平面药包的最佳间距 ·131· 由理论计算发现：当a=0时，前沿抛距最大， 为，体积平衡法关于群药包抛距的计算方法有待 当a≥0时，前沿抛距均相等.这与爆破实验得到 于进一步补充和完善. 的结果存在矛盾，原因是没有考虑群药包共同作 用对抛掷距离的影响. 参考文献 [1]史家堉多排平面药包定向抛掷大，破，见：工程爆破论 3结论 文选编.武汉：中国地址大学出版社，J993 [2)】刘先魁，孙五继，李伟，等.平面药包抛掷爆破的漏斗特征 (1)平面布药结构存在一个有利于抛掷堆积 解析.工程爆破，2003,9(3)：1 [3刘殿中.工程樱破实用手册.北京：冶金工业出版社，1999 的最佳间、排距，即当药包间、排距为最小抵抗线 [4]中国力学学会工程爆被专业委员会，中国铁道工程学会 的一半时，抛体前沿抛距、有效堆积方量均取得 工程爆破委员会，铁道部科学研究院，合编.体积平衡法 最大值，最有利于定向爆破筑坝抛掷堆积. 一定向操破抛掷推积计算，见：冯叔瑜爆破论文选集 (2)平面药包爆破漏斗可见深度随药包间、排 北京：北京科学技术出版社，1994 [5们高荫桐，孟海利.集中药包与分巢药包爆破效果的实验研 距增大而逐渐减小· 究.工程爆破，2004,93)：4 (3)分析前沿抛距的实验结果与理论计算认 Research on optimal spacing of plane charge GAO Yintong,OIAN Dayi,GONG Min,SHI Jianjun 1)University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Heibei Institute of Architectural Engineering,Handan 056002,China ABSTRACT In order to make the best use of explosive energy in loosing soil or throwing it onto some area and ensuring the bottom meet some leveling requirements after blasting,a plane charge layout is often adopted accord- ing to blasting design and engineering quality requirements in open chamber blasting such as mine exploitation,fi- eld leveling and foundation pit excavation of construction.Through a lot of small scale simulated tests in construc- tion field,this paper systemically analyzed the dependence of the open area and visible depth of blasting craters, the thrown distance and the accumulation state of rock on the row spacing and the column spacing of plane charge. The experimental result indicated that when the spacings meet some area,the blasting can gain the least visible de- pth,the biggest open area of blasting craters,the biggest thrown distance and a better accumulation state.It is be- lieved that there is an optimal row spacing and column spacing in the plane charge layout which is beneficial to thrown pilling. KEY WORDS plane charge;optimal spacing;simulation test;thrown pilling

高荫 桐 等 平 面 药 包 的 最 佳 间距 一 由理 论 计 算 发 现 当 时 ， 前 沿 抛 距 最 大 ， 当 七 时 ， 前 沿 抛 距 均 相 等 这 与 爆破 实验 得 到 的结果存 在 矛盾 ， 原 因 是没 有考 虑 群 药包 共 同作 用 对 抛 掷 距 离 的影 响 为 ， 体 积 平衡 法 关 于群 药包抛 距 的计 算方法 有 待 于进 一 步 补 充 和 完 善 参冈 考 文 献 ﹃ 几 结 论 平 面 布 药 结构 存 在 一个 有 利 于抛 掷 堆 积 的最佳 间 、 排 距 ， 即 当药包 间 、 排距 为最 小抵抗 线 的一 半 时 ， 抛 体 前沿 抛 距 、 有 效 堆 积 方 量 均 取 得 最 大值 ， 最 有 利 于 定 向爆 破筑坝 抛 掷堆 积 平 面 药 包爆破漏 斗 可 见 深度 随药包 间 、 排 距 增 大而 逐 渐 减 小 分 析 前 沿 抛 距 的实验 结 果 与 理 论 计 算 认 史 家 靖 多排平 面 药 包 定 向抛掷大爆 破 见 工 程爆 破 论 文 选 编 武 汉 中 国地 址 大学 出版 社 ， 刘 先魁 ， 孙 五继 ， 李伟 ， 等 平 面 药 包 抛掷爆破 的漏 斗特征 解析 程 爆破 ， ， 刘 殿 中 ， 工 程爆破 实用 手 册 北 京 冶金 工 业 出版社 ， 中 国力 学学会工 程爆 破专 业委 员会 ， 中国铁道 工 程 学会 工 程爆破 委员 会 ， 铁道部科 学研 究 院 ， 合 编 体 积平 衡法 － 定 向爆 破抛掷堆 积 计 算 见 冯 叔瑜爆破 论 文选 集 北 京 北 京科学技术 出版 社 ， 高荫桐 ， 孟海利 集 中药 包 与 分集药包爆破效果 的实验研 究 ， 工 程 爆 破 ， ， 万 ， ， ，， 乙搜 即 ，，， 口 ‘ 州又月 ’ ‘， 】 雌 ， 雌 ， 以 ， 改 ， 丽 ， 〔 〕 ， 川 ， ， ， ， ， ， 』 、 〕