岩体爆破块度分析研究

高辉清

【摘 要】在岩体爆破的工程中，评价岩体爆破效果的重要指标之一是岩体破碎粒度的组成。爆破块度的控制是较为复杂的一个过程，虽然许多国内外的研究人员已经对其做了大量的研究工作，但是并没有得到很好的解决。因此，对爆破块度分布的研究便越来越迫切。本文初步对爆破现状进行阐述，并对爆破后的块度进行分析，以此跟同行学习。

【关键词】爆破块度 分析 研究

岩石爆破是一个十分短促的过程，主要是炸药能量的释放、作功及传递的过程。生产过程的铲装、运输及破碎等工序的效率都受到岩体的爆破块度的影响，由此对整个生产总成本产生影响。样式爆破的质量对提高矿山的生产效益及爆破参数的优化的作用都及其重要。这一过程从理论上来说就是在几十微秒完成的动作，但在炸药的爆炸作用下，岩石破碎的过程是及其复杂的，并且炸药包的反应受到高压、高速及高压等因素的影响。因此，截止到日前，人们对岩石爆破的破坏激励仍是一知半解。

1 区域爆破块度分析

1.1 块度分析软件简介

采用图像分析法确定爆破块度，利用一款国外数字图片块度分析软件Split-Desktop3.0进行分析。为此，在每次爆破后及时对爆堆图片进行拍摄，用两个标准大小的篮球作为拍摄时的参照物。在进行分析的过程中，要先设定好相关参数，其次非岩块区域在照片上用色块覆盖，篮球位置用色块标示出并输入尺寸，随后软件便能自动对照片中爆破块度加以分析，各岩块的边缘在照片中被绘制出来，最后对分析结果中岩块边界划分有误的部分进行手动修改后，计算机即可给出照片中爆堆的块度分布。整个过程简单易行，仅需少量人工，分析结果也较为可信。图1所示即为经过软件处理前后的图片。

1.2 爆破块度分析结果

针对本工程爆破段采用不耦合装药爆破后块度进行分析，如图2所示。

1.3 爆破岩石破碎的机理

岩石爆破破坏是一个炸药能量的释放、作功和传递的过程，但是这是一个非常短促的过程，因此现有的对岩石爆破的观测手段还不能满足实际的需求。关于岩石爆破的相关机理，人们通过许多的爆破实现得出以下假说：

（1）爆轰气体产物膨胀压力破坏理论。爆轰气体产物膨胀压力破坏理论是由于爆炸后产生的爆轰气体向外膨胀的压力形成的。在炸药进行爆轰时，压缩药包周围的岩石，从而引起岩石质点的径向移动，导致裂隙向远处发展。在最小抵抗线方向上岩石移动所产生的阻力最小，且此时的岩石质点的移动的速度最快。岩石中的剪切应力是由于阻力不等的不同方向而造成的，在剪切应力的限度超过了岩石的极大抗剪强度的时候，岩石将会发生破坏。若岩石开始破裂的时候，在爆轰气体的压力足够高的情况下，会使破碎的岩石径向朝外抛掷。这个假说主要是认为岩石的破坏靠的主要是爆产物向外膨胀的压力而产生的。

（2）应力波反射破坏的假说。应力波反射破坏的假说认为，应力波反射在自由面上变为拉伸波而造成爆破过程中岩石的破坏。在爆炸后炸药所形成的爆轰波在岩石中快速的传播，在传播时将会遇到不同性质的岩石层，会产生不同的反射现象，反射后被压缩，因此变成了拉伸波，这样的过程就像弹性波在长杆中进行传播时，一遇到自由面便会层裂，导致岩石破碎。

（3）膨胀气体压力和反射拉伸波共同作用的假说。通常在实际爆破工程中，反射应力波和膨胀气体压力对岩石的破坏都起着相当重要的作用，并且这两者之间互相影响，互相关联。气体膨胀压力的作用时间过长会使岩石中在冲击波之后再进行传播，使得应力状态更长久，这样使裂隙的形成和发展更加有利。应力波最初造成的径向裂隙的发展可以由自由面的应力波发射进行加强压缩。但是炮轰气体膨胀的作用和应力波的破坏作用的性质大不相同。一般来说，应力波先是以冲击波的形式出现的，随着作功、衰减进而转变为弹性波，然后在遇到自由面后反射形成拉伸波，从而产生层裂的现象。炸药的爆轰状态的参数和应力波的强弱有直接的联系。当静力的作用与膨胀压力相近时，其与爆轰反应结束过程中，气体的能量、能量释放及体积的生成量的速度紧密相关。

通常应力波是主要在于对坚硬的岩石的爆破破坏，产生的是应力破坏的效应。而爆炸气体膨胀压力则主要是作用于软岩石的爆破破坏，产生的是作功的效应。因此，对于性质不同的岩石和爆破目的的不同，对于爆破作用的气体作用时间的长短及应力波的强弱应提出适当的要求，从而达到更好的技术经济效果。

2 爆破块度分布预测及优化研究

目前我国的经济水平不断的高速的发展，各个行业间的竞争也愈来愈激烈，爆破行业当然也不例外。在爆破行业中，必须尽可能的降低爆破的成本，使其生存，也就是说，要获得最优且最有效的爆破，应从爆破过程中的各个环节进行成本的缩小，但效果却要求最大化，进而达到控制成本的目的。故可以建立最优的爆破经济化的数学模型。但是要将爆破块度参数和爆破参数用一个简单的函数关系式来表示几乎是一件不可能的事，因为其中的许多值都是未知的、不确定的，因此很难用简单的方法求得问题的最优解。但是可以神经网络系统进行预测，在神经网络系统中只需要给出一定的样本，系统就可以进行学习、分析，得到各个参数之间较优的连接权值。然后当再次输入新的参数时，神经网络系统就可以根据之前的学习结果，快速准确的得出较优的解。这一明显的特点及优势，使得神经网络系统非常适合用于对爆破块度分布的预测。通过结合爆破经济优化数学模型，可以优化设计爆破参数。

3 结语

本文通过对爆破块度的分布问题的全面、深入的分析，主要得出了以下结论：在进行深孔爆破时，钻孔的直径是最基本的参数，它与其他爆破参数、其他可能产生的爆破效果都无关。爆破块度分布的测定和优化研究是比较重要的一个问题，虽然在目前的研究中取得了一定程度的进展，但是关于这一问题的许多课题都需要进一步的探讨和研究。在未来需要通过实际的工程，对其进行不断的改进和充实，使爆破优化技术更加实用，更加人性化、智能化。

参考文献：

[1]刘思嵘.灰色系统理论及其应用[M].科学出版社，2010.

[2]郭秀英.预测决策的理论与方法[M].化学工业出版社，2010.

[3]沈晓松等.微差时间对爆破块度影响的试验研究[J].爆破，2012.