巖體爆破塊度分析研究

高輝清

【摘 要】在巖體爆破的工程中，評價巖體爆破效果的重要指標之一是巖體破碎粒度的組成。爆破塊度的控制是較為復雜的一個過程，雖然許多國內外的研究人員已經對其做了大量的研究工作，但是并沒有得到很好的解決。因此，對爆破塊度分布的研究便越來越迫切。本文初步對爆破現狀進行闡述，并對爆破后的塊度進行分析，以此跟同行學習。

【關鍵詞】爆破塊度 分析 研究

巖石爆破是一個十分短促的過程，主要是炸藥能量的釋放、作功及傳遞的過程。生產過程的鏟裝、運輸及破碎等工序的效率都受到巖體的爆破塊度的影響，由此對整個生產總成本產生影響。樣式爆破的質量對提高礦山的生產效益及爆破參數的優化的作用都及其重要。這一過程從理論上來說就是在幾十微秒完成的動作，但在炸藥的爆炸作用下，巖石破碎的過程是及其復雜的，并且炸藥包的反應受到高壓、高速及高壓等因素的影響。因此，截止到日前，人們對巖石爆破的破壞激勵仍是一知半解。

1 區域爆破塊度分析

1.1 塊度分析軟件簡介

采用圖像分析法確定爆破塊度，利用一款國外數字圖片塊度分析軟件Split-Desktop3.0進行分析。為此，在每次爆破后及時對爆堆圖片進行拍攝，用兩個標準大小的籃球作為拍攝時的參照物。在進行分析的過程中，要先設定好相關參數，其次非巖塊區域在照片上用色塊覆蓋，籃球位置用色塊標示出并輸入尺寸，隨后軟件便能自動對照片中爆破塊度加以分析，各巖塊的邊緣在照片中被繪制出來，最后對分析結果中巖塊邊界劃分有誤的部分進行手動修改后，計算機即可給出照片中爆堆的塊度分布。整個過程簡單易行，僅需少量人工，分析結果也較為可信。圖1所示即為經過軟件處理前后的圖片。

1.2 爆破塊度分析結果

針對本工程爆破段采用不耦合裝藥爆破后塊度進行分析，如圖2所示。

1.3 爆破巖石破碎的機理

巖石爆破破壞是一個炸藥能量的釋放、作功和傳遞的過程，但是這是一個非常短促的過程，因此現有的對巖石爆破的觀測手段還不能滿足實際的需求。關于巖石爆破的相關機理，人們通過許多的爆破實現得出以下假說：

（1）爆轟氣體產物膨脹壓力破壞理論。爆轟氣體產物膨脹壓力破壞理論是由于爆炸后產生的爆轟氣體向外膨脹的壓力形成的。在炸藥進行爆轟時，壓縮藥包周圍的巖石，從而引起巖石質點的徑向移動，導致裂隙向遠處發展。在最小抵抗線方向上巖石移動所產生的阻力最小，且此時的巖石質點的移動的速度最快。巖石中的剪切應力是由于阻力不等的不同方向而造成的，在剪切應力的限度超過了巖石的極大抗剪強度的時候，巖石將會發生破壞。若巖石開始破裂的時候，在爆轟氣體的壓力足夠高的情況下，會使破碎的巖石徑向朝外拋擲。這個假說主要是認為巖石的破壞靠的主要是爆產物向外膨脹的壓力而產生的。

（2）應力波反射破壞的假說。應力波反射破壞的假說認為，應力波反射在自由面上變為拉伸波而造成爆破過程中巖石的破壞。在爆炸后炸藥所形成的爆轟波在巖石中快速的傳播，在傳播時將會遇到不同性質的巖石層，會產生不同的反射現象，反射后被壓縮，因此變成了拉伸波，這樣的過程就像彈性波在長桿中進行傳播時，一遇到自由面便會層裂，導致巖石破碎。

（3）膨脹氣體壓力和反射拉伸波共同作用的假說。通常在實際爆破工程中，反射應力波和膨脹氣體壓力對巖石的破壞都起著相當重要的作用，并且這兩者之間互相影響，互相關聯。氣體膨脹壓力的作用時間過長會使巖石中在沖擊波之后再進行傳播，使得應力狀態更長久，這樣使裂隙的形成和發展更加有利。應力波最初造成的徑向裂隙的發展可以由自由面的應力波發射進行加強壓縮。但是炮轟氣體膨脹的作用和應力波的破壞作用的性質大不相同。一般來說，應力波先是以沖擊波的形式出現的，隨著作功、衰減進而轉變為彈性波，然后在遇到自由面后反射形成拉伸波，從而產生層裂的現象。炸藥的爆轟狀態的參數和應力波的強弱有直接的聯系。當靜力的作用與膨脹壓力相近時，其與爆轟反應結束過程中，氣體的能量、能量釋放及體積的生成量的速度緊密相關。

通常應力波是主要在于對堅硬的巖石的爆破破壞，產生的是應力破壞的效應。而爆炸氣體膨脹壓力則主要是作用于軟巖石的爆破破壞，產生的是作功的效應。因此，對于性質不同的巖石和爆破目的的不同，對于爆破作用的氣體作用時間的長短及應力波的強弱應提出適當的要求，從而達到更好的技術經濟效果。

2 爆破塊度分布預測及優化研究

目前我國的經濟水平不斷的高速的發展，各個行業間的競爭也愈來愈激烈，爆破行業當然也不例外。在爆破行業中，必須盡可能的降低爆破的成本，使其生存，也就是說，要獲得最優且最有效的爆破，應從爆破過程中的各個環節進行成本的縮小，但效果卻要求最大化，進而達到控制成本的目的。故可以建立最優的爆破經濟化的數學模型。但是要將爆破塊度參數和爆破參數用一個簡單的函數關系式來表示幾乎是一件不可能的事，因為其中的許多值都是未知的、不確定的，因此很難用簡單的方法求得問題的最優解。但是可以神經網絡系統進行預測，在神經網絡系統中只需要給出一定的樣本，系統就可以進行學習、分析，得到各個參數之間較優的連接權值。然后當再次輸入新的參數時，神經網絡系統就可以根據之前的學習結果，快速準確的得出較優的解。這一明顯的特點及優勢，使得神經網絡系統非常適合用于對爆破塊度分布的預測。通過結合爆破經濟優化數學模型，可以優化設計爆破參數。

3 結語

本文通過對爆破塊度的分布問題的全面、深入的分析，主要得出了以下結論：在進行深孔爆破時，鉆孔的直徑是最基本的參數，它與其他爆破參數、其他可能產生的爆破效果都無關。爆破塊度分布的測定和優化研究是比較重要的一個問題，雖然在目前的研究中取得了一定程度的進展，但是關于這一問題的許多課題都需要進一步的探討和研究。在未來需要通過實際的工程，對其進行不斷的改進和充實，使爆破優化技術更加實用，更加人性化、智能化。

參考文獻：

[1]劉思嶸.灰色系統理論及其應用[M].科學出版社，2010.

[2]郭秀英.預測決策的理論與方法[M].化學工業出版社，2010.

[3]沈曉松等.微差時間對爆破塊度影響的試驗研究[J].爆破，2012.