专利名称：用爆破漏斗试验确定最佳土岩爆破参数的方法
技术领域：
本发明涉及土岩爆破工程使用的一种方法，特别是用爆破漏斗试验确定土岩爆破工程最佳爆破参数的方法。
背景技术：
中，对于土岩工程爆破涉及的影响因素大约有三、四十个，大体可概括为炸药性质、炮孔参数、药包参数、起爆方式、土岩力学性质、地质构造、爆破空间约束条件等六个方面，这六个方面有些因素是不能由人们任意改变，是客观条件所决定，在爆破时只能加以认识和利用，可供人们调整控制的主要因素是炮孔参数和药包参数。要优化上述主要因素，前人靠的是各自的实践经验，或用一些经验公式去确定爆破工程中的参数。往往达不到预期地爆破目的。例如早在1955年Brobeg根据爆破漏斗试验提出，如果药包在各个方向上按比例增大，则爆破漏斗在各个方向上按同一比例增大，即药包直径与爆破漏斗的线度尺寸成正比。这个提法有点过于简单，也不够准确。因为在相同介质条件下，两药包爆破漏斗互成比例的条件不仅与药量(或药包直径)有关，而且与药包的埋深(即抵抗线)装药结构及炸药性质等有关。如果限定在同样介质和炸药的条件下就是一个完全相似的问题，而完全相似只不过是爆破相似律的一种最特殊的情况，并非普遍规律。因此，不能在实际爆破工程中应用。以后有人如Sedov，L.I.研究过两药包爆破过程参量(如速度、位移、动、冲量……等)的相似性问题，但是由于化爆反应的复杂性，以及爆炸与介质相互作用的更加复杂性，人们很难从细观研究得到可供应用的结论。六十年代，美国学者利文斯顿(C.W.Living ton)发表了漏斗理论，随后很多人作了大量试验。由于土岩爆破相似律的问题没有解决，这些试验结果只有定性意义，无法作定量推广。到了八十年代，我国学者许连波用量纲分析的方法研究了爆破相似的一些问题。上述所说的国内外从事爆破工作研究的成果均未达到一个理想的、能够提供爆破工程应用的方法，更谈不上用它来确定最佳爆破参数。
本发明的目的是提供一种用爆破漏斗试验来确定土岩爆破最佳参数的方法，以便多、快、好、省地完成各类工程爆破任务。
实现本发明目的的技术方案是用爆破漏斗试验无量纲比值特征线图确定最佳土岩爆破参数，它包括以下步骤
①选择单药包或孔网多药包爆破漏斗试验场地，要求与实际爆破工程介质的可爆性、爆破压缩性，结构面的切割及药包的抵抗线矢径
与主要控制结构面或介质各向异性面的夹角大体相同，地形坡度相近；
②确定爆破漏斗试验与实际爆破工程尺寸比例，对于挤压爆破取炮孔缩尺比为10～15，对于定向爆破试验抵抗线不得小于1米；
③选择试验炸药，对于采用在现场作爆破漏斗试验，炸药选用2#岩石炸药或选用实际爆破工程同种炸药；如果在实验室用现场切割的岩块作爆破漏斗试验，其炮孔直径取6～8毫米时，则需专门配制低爆力、低爆速、高感度的炸药；
④确定爆破漏斗试验的装药结构与空腔比M与实际爆破工程的装药结构与空腔比相同；
⑤选择起爆系统，要求起爆系统不改变炮孔装药量的前提下，能按预定设计时间准确起爆，大缩尺比试验可采用电点火球引爆多段延时起爆；
⑥在选定的爆破漏斗试验场地或现场切割的岩块上，按预定临空面的法线方向布孔，条状药包孔轴线平行预定临空面，集中药包药室垂直预定临空面；
⑦选择不同的抵抗线w尺寸进行试爆，并选取爆破漏斗角在100～120°之间的漏斗测量其漏斗宽度2R，计算平均值R，作用指数n＝R/W；
⑧同时，每次爆破前均应称取炸药重量Q，对于条状药包精确测量孔深和实际装药段长度Lo；
⑨计算每米装药量
，测量漏斗尺寸，计算到每爆破1立方米土岩所需要的标准炸药单耗Kc，
对于平坦地形条状药包Kc＝q/W2(n)〕
对于平坦地形球状药包Ks＝Q/〔W3(n)〕对条状药包对球形药包(n)＝0.4+0.6n3
⑩计算试验炮孔炸药密度ρb和炸药比耗Sc
炸药密度ρb＝4q/πd2
炸药比耗Sc＝Kc/ρb
本发明的发明之处在于通过漏斗试验取得的数据组合为无量纲综合数群，这些无量纲综合数群是土岩爆破参数的不变量，具有物理不变量的全部特征与运算规律。为方便计，以后简称为比值特征量。将这些比值特征量绘制成比值特征线图，根据这些比值特征线图就能确定土岩爆破的最佳参数。绘制比值特征线图的过程如下
A通过上述⑦、⑧、⑨测量、计算，用下列计算式计算它们的比值量的值。
a.比值抵抗线
计算式
平坦地形条状耦合药包或
平坦地形条状不耦合药包或
斜坡地形条状耦合药包或
斜坡地形条状不耦合药包或
斜坡地形球形耦合药包或
斜坡地形球形不耦合药包或
b.比值漏斗半宽
计算式
平坦地形条状耦合药包或
平坦地形条状不耦合药包或
斜坡地形条状耦合药包或
斜坡地形条状不耦合药包或式中q——条状耦合药包每米装药量公斤/米
qd——条状不耦合药包每米装药量公斤/米
Q——球形药包装药量公斤
Kc——平坦地形条状耦合药包标准炸药单耗公斤/米3
KcM——平坦地形条状不耦合药包标准炸药单耗 公斤/米3
Kcl——斜坡地形条状耦合药包标准炸药单耗 公斤/米3
KcMl——斜坡地形条状不耦合药包标准炸药单耗公斤/米3
Sc——平坦地形条状耦合药包标准炸药比耗
ScM——平坦地形条状不耦合药包标准炸药比耗
Scl——斜坡地形条状耦合药包标准炸药比耗
ScMl——斜坡地形条状不耦合药包标准炸药比耗
Ksl——斜坡地形球形耦合药包标准炸药单耗 公斤/米3
KsMl——斜坡地形球形不耦合药包标准炸药单耗公斤/米3
Ssl——斜坡地形球形耦合药包标准炸药比耗
SsMl——斜坡地形球形不耦合药包标准炸药比耗
d——条状药包药室直径 米
D——球形药包药室直径 米
M——空腔比
V——填塞段以内的炮孔体积 立方米
Vb——药包体积 立方米
用上述无量纲比值
、
值在直角座标系上标出各点，用曲线将各点连接起来，即可绘出
无量纲比值特征线图。也就是说每改变一次W值可以测量一个R值，通过上述计算式计算就能以无量纲比值抵抗线
为横座标，以无量纲比值漏斗半宽
为纵座标，画出
曲线；
过
图上任一点平行座标作直线，该两直线与纵横座标所围面积为炸药的破岩药能利用率；
根据药能利用率和爆破的块度分布(或大块率)确定最佳比值抵抗线
，根据最佳无量纲比值抵抗线
就能确定实际工程最佳爆破参数。(具体计算过程在实施例中详述)。
2.对于定向爆破则应绘制无量纲比值爆落量图、无量纲比值抛掷量图、无量纲比值抛距图、无量纲比值三角形最大高度图它们的计算式分别为
①无量纲比值爆落量
斜坡地形条状耦合药包或
斜坡地形条状不耦合药包或
斜坡地形球状耦合药包或
斜坡地形球状不耦合药包或
②无量纲比值抛掷量
斜坡地形条状不耦合药包或
斜坡地形球形不耦合药包或式中ASH——实测抛掷三角形面积米2
VSH——实测抛掷体积 米3
③无量纲比值抛距J
斜坡地形条状不耦合药包或
斜坡地形球形不耦合药包或式中SJ——为实测起始点抛距S。或最高堆积点抛距SSH或前沿抛距Sm，米
④无量纲比值抛掷三角形最大堆积高度
斜坡地形条状不耦合药包或
斜坡地形球形不耦合药包或式中hSH——为实测抛掷三角形最大堆积高度，米
3.对于条状药包挤压爆破的实际炮孔抵抗线或排间距Wp按下式计算或确定其中炮孔排间距αp＝(1～2)nSTWp式中αp、dp——实际爆破工程炮孔排间距、炮孔直径，米
nST——最佳装药作用指数
——从
图中得到的最佳比值抵抗线值
qp——实际爆破工程条状药包每米装药量 公斤/米
Kcp——实际爆破工程条状药包标准炸药单耗公斤/米
Scp——实际爆破工程条状药包标准炸药比耗
4.球形药包实际抵抗线Wp按或式中Qp——实际爆破工程球形药包装药量 (公斤)
Dp——实际爆破工程球形药室直径(米)
KsMlp·SsMlp·——实际爆破工程球形不耦合药包标准炸药单耗(公斤/
米3)与比耗
Mp——实际爆破工程药包空腔比
5.对于束状孔爆破的实施参数按以下方法确定
(1)束抵抗线W束
或
式中Nk——束内炮孔数；
d——束状孔内的炮孔直径；
S束——束状孔炸药比耗，
，Kc束状孔炸药单耗(公斤/米3)，ρb束束状孔炸药密度；WST——漏斗试验获得的最佳抵抗线；米
——漏斗试验获得的最佳比值抵抗线；dm——漏斗试验炮孔直径；米Scm——漏斗试验获得炸药比耗；β——当量大孔与束状孔爆破效果之间的修正系数，
式中(nj＝n单或n束)对于半圆形布孔β在1～1.145之间取值。
(2)正向挤压排内孔数N
W束排间距，亦即束抵抗线(米)，B采场宽度(米)，k每吨矿岩的统计炸药单耗(公斤/吨)，ρR矿岩密度(吨/米3)，ρb炮孔实际装药密度。
(3)侧向挤压计算单元内炮孔数N
取漏斗间距H为一个计算单元，在一个单元内的炮孔数为
(4)束间距α束
α束＝mSTW束式中mST为最佳密集系数，其值在(1～2)nST范围取值，，
可从爆破漏斗试验比值特征线
图中获得。
6.对于实际爆破工程的预计震速Up(Mp)按下式确定
Um(Mm)为漏斗试验测到的爆破震速(厘米/秒)，式中Mp、Mm为实际爆破工程与漏斗试验的空腔比，
其中Hom——漏斗试验拾震器埋设高程(米)；
Hbm——漏斗试验装药质心高程(米)，
Hop——实际爆破待测目标高程(米)，
Hbp——实际爆破装药质心高程(米)。式中其中(j＝p、m)Sp、Sm实际爆破与漏斗试验装药质心与待测目标的水平距离(米)，Qp、Qm实际爆破工程与漏斗试验同段起爆的药量(公斤)。Kse，p、Kse，m实际爆破工程与漏斗试验介质炸药单耗(公斤/米3)。当漏斗试验与实际爆破的场地条件相同时，亦即Cp＝Cm＝C场地系数一样；αp＝αm＝a，衰减系数一样时，λ简化为
β＝0.0046～0.0096，水平震速取小值，垂直震速取大值。
7.上述所说的对于有块度要求的条状药包挤压爆破，其炮孔最优间距αST
还可用现场切割的岩块采用10-15缩尺比作单排孔试验确定，试验中要注意
单排孔两侧的应力波传递条件和爆破补偿空间尽可能与实际爆破工程接近。试验步骤为
(1)在预定的爆破方向作爆破漏斗试验，按重量比计算大块率ηBL，大块的尺寸以最大边长Lm大于、等于为标准。
式中Lp——实际爆破工程规定的大块尺寸(米)；
Scp、Scm——实际爆破工程与漏斗试验的介质炸药比耗；
dp、dm——实际爆破工程与漏斗试验的炮孔直径。
(2)通过试爆，选择大块率比较接近预计大块率且药能利用率好的抵抗线WST作为最优抵抗线。
(3)固定上述抵抗线，以预定的抵抗线矢径
方向为临空面，平行该临空面打眼，每排不少于4个，作单排孔爆破试验并计算大块率ηBL
(4)改变炮孔间距α不少于四次，重复上述试验，选取大块率最小的炮孔间距定为最佳炮孔间距αST。则最优密集系数为
8.上述所说的条状药包挤压爆破的炮孔起爆排面抵抗线矢径
的最佳方位角ωST，对原生各向异性的介质，ωST取该介质
图中过峰值点作纵、横直线与两座标所围面积最大的
图的抵抗线矢径
的方位角；对介质爆破性受节理裂隙切割控制的介质，ωST取切割该介质的配套结构面最大夹角平分面的走向方位角。这一走向方位角按以下步骤确定
(1)对爆破介质的结构面作现场地质调查与素描；
(2)对调查资料作统计分析，确定优势结构面(大多数地质工程师都有这种现成的计算机软件)；
(3)寻找那些贯通性好，倾角大且倾角相近，两结构面最大夹角接近(90°+)的两组结构面，视为配套结构面，其中为结构面内摩擦角；
(4)计算该两组配套结构面的最大夹角的等分面的走向方位角，它就是该介质爆破排面抵抗线矢径
的最佳方位角ωST
本发明与背景技术相比，由于采用小型或微型爆破漏斗试验，它能减少试验工作量、降低场地的空间条件要求，节约试验费用，尤其是绘制出的无量纲比值特征线图，不仅给人们一个直观概念，而且可以据此定量地推广到实际爆破工程。由于对每一种爆破介质都能画出一条无量纲比值特征线，这些特征线上都存在有峰值点，在峰值点以前，破岩效果最好。因此对于抛掷爆破，过峰值点与纵横座标作平行直线就能得到一个最大的矩形面积，这个矩形面积说明炸药破岩的药能利用率最优。本发明的贡献就是用小型或微型爆破漏斗试验取得的一系列爆破参数，利用这些比值特征量进行计算，绘制比值特征线图，然后选择最优比值特征值，就能确定实际爆破工程各最佳参数。它具有省时、省力、节约费用和防止主观随意性，综合经济效益可提高30％以上，特别适用于大、中型各种土岩工程爆破。
图1为平坦地形条状耦合药包无量纲比值漏斗半宽
图2为单斜坡地形条状不耦合药包抛掷爆破试验漏斗图3为图2的无量纲比值爆落量
图4为图2的无量纲比值抛掷量
图5为图2的无量纲比值抛距
图6为图的无量纲比值抛掷三角形最大高度
图7为同排束孔布置图。
下面结合附图对本发明的内容作进一步说明
参照图1，它是一个平坦地形条状耦合药包在花岗岩上作漏斗试验绘制的无量纲比值
图，深入的分析表明，
图具有以下的性质与特征。
1.过曲线上任一点平行座标作直线，该两直线与纵横座标所围面积
的物理意义为炸药的破岩药能利用率，因其分子为破岩消耗的有效药量，分母为炮孔装药量。该比值越大，炸药的利用率越高，破岩效益越好。
2.曲线存在峰值(函数极值)，在峰值前区，过该点的矩形面积为最大，说明好的破岩效果还有一个好的药能利用率。
3.过原点作45°斜线，其直线方程为
，该方程的特征为爆破作用指数nc＝1。它将
图分为两部分，直线以上药包为过量装药，直线以下药包为减量装药，直线上的药包为标准装药。
4.过原点作斜率为ncR＝0.7的射线，在该射线上的药包，其临空面刚刚发生破坏，故noR＝0.7上的药包对应于利文斯顿漏斗理论的临界状态。
5.过原点和
图的峰值点作直线，得
直线方程，该直线将
分为前区和后区。通常前区曲线均在nST直线的上方。对于一定的介质，nST是确定的。nST与利氏漏斗理论的最佳深度比ΔST相对应，但概念更清淅。
6.满足某一大块率要求的爆破作用指数称为合格块度指数nBL，该作用指数通常与最佳指数nST不重合。当nBL＞nST时，设计参数宜在两者之间选择，当nBL≤nST时，设计参数宜略超过nST选择。
7.
图的曲线逾陡，介质逾敏感。也就是说，药包抵抗线的微小改变将会引起爆破效果的很大变化。
8.
图前区曲线离标准装药
直线(即nc＝1)逾远，介质的可爆破性逾差，爆破逾困难。
9.由于
图的两个座标是不变量，因而选定的参数可以按不变量推广到相似的现象中去。
10.由于
图是在不变量空间，因此
图只与介质有关与炸药的性质无关。
图2为单斜坡地形条状不耦合药包进行定向抛掷爆破试验漏斗图，试爆前注意标记好药包中心及其他需要保护的标记，以利爆破后测量定位，每次爆破后记录Rd——爆落下漏斗口宽度、Rup——爆落上漏斗口宽度、Le——漏斗口可见宽度、P——漏斗可见深度、S——起始抛距、SSH——最高点抛距、Sm——前沿抛距、hp——最大堆积高度、Bd——堆积宽度、Bt——堆积顶宽。
通过图2爆破漏斗试验，取得的一系列数据，用上述计算式即可绘制图3至图6的
图、
图、
图、
图，然后利用综合选定的最佳比值抵抗线值
去确定设计参数；其过程大体如下
1.根据已规划的药包抵抗线WP和上述最佳比值抵抗线
，计算条状药包单位长度的装药量qjp。式中KcMl.p为设计药包的炸药单耗。
2.让返回到图3至6查出各相应的比值参数
、j、
3.根据求得的条状药包的装药量qj.p，计算设计药包的爆落量ABS，抛掷量ASH，抛距Sj和抛掷三角形最大高度hSH，它们是
4.根据上式计算的值就可以绘制抛掷堆积图，然后从抛方与工程填方，堆积体的形状数量和爆落量等几个方面去评价药包抵抗线W、各层药包高程和药包布置层数等规划参数是否选择适当。如果还不满意，则要调整规划参数，重复上述过程直到所选择的参数满足要求为止。最后，才根据最终的药包布置和确定的各药包最小抵抗线WP，计算最终设计药量并根据选择的空腔比MST确定装药结构，计算药室坑道开挖面积F等参数。
如果工程单位没有场地条件不愿进行上述爆破漏斗无量纲特征线试验，表1所列比值抵抗线
可供参考。但是，由于介质和地质条件的千变万化，同一种岩石类型，其可爆性相差很远；即使参考的比值抵抗
比较符合实际，也由于缺少漏斗特征线图，后面的运作仍只能凭借个人经验或经验公式。因而爆破效果可能很难叫人十分满意。
表1 几种岩石的最佳比值抵抗线
(供参考)
实施例一用爆破漏斗试验无量纲比值特征线图确定柱状药包挤压爆破最优参数的方法，漏斗及孔网试验选在现场采出的钠化大理岩块上进行，块料尺寸为0.6×0.4×0.3米(长×宽×高)，抵抗线矢径
垂直块料的长边与现场实际情况相一致，试块顺长边的两端用水泥砂浆嵌固，以模拟边界约束和应力传递条件，炮孔直径取6.2毫米，配制D-P-1号专用炸药，其临界直径3毫米，炸药平均密度0.85克/厘米3，爆速约1300米/秒。在抛掷前方用砼块做档墙。补偿空间系数与现场一致取16％，顶部用铁板封严。经多次单孔试爆，确认炮孔深度取70～80毫米，装药长度取50毫米，单孔药量取1.4克。求得耦合线装药量为q＝2.8×10-5吨/米，炸药单耗Kc＝1.24×10-2吨/米3，炸药比耗c＝1.46×10-2。
1.固定上述参数，改变抵抗线大小作单孔漏斗试验，确定最佳比值抵抗线
见表2。根据实验结果以无量纲比值抵抗线为横座标，以比值漏斗半宽为纵座标绘制爆破漏斗无量纲比值特征线图
图)，从图1上看出。其峰值点的最佳比值抵抗线为
炮孔最优密集系数在范围内。
试验结果表2
2.作单排孔试验确定最优密集系数mST。
固定上述装药参数，取抵抗线为40毫米，改变孔间距作单排孔试验，试验结果如下表
表3
可以看出纳化大理岩最优密集系数mST＝1.25～1.5
3.确定实际爆破工程的最优参数
实际爆破工程采用粒状铵油炸药，在纳化大理岩中的炸药比耗约Sc＝1.2×10-3，炮孔直径为70毫米，求得最佳抵抗线或排间距为
，炮孔间距取αST＝mST·WST＝(1.25～1.5)×1.6＝2～2.4米。
爆破后的标定表明各项指标比原来都有很大提高
一次炸药单耗降低 22％
二次炸药单耗降低 47％
大块率降低 47％
综合经济效益提高23％
实施例二；用爆破漏斗试验无量纲比值特征线图确定定向爆破最优参数的方法
以某定向爆破筑坝为例、河底宽15～60米，山头比高70米、岸坡平均50°，设计坝高35米，坝体方量10万米3，根据两岸地形、地层特征、爆区环境、爆破方量需求和药包布置方案，决定单岸爆破和采用条状分集药包，分四层布药，用爆破漏斗试验无量纲比值特征线图确定最优参数的方法是
进行爆破漏斗试验绘制爆破漏斗无量纲比值特征线图，其步骤是
(1)选择试验场地试验场地应与实际爆破工程介质可爆性、结构面切割、地形坡度相接近。因此，可在爆区划出一块进行试验。
(2)选择试验炸药可用2#岩石炸药，也可用与实际工程相同的炸药。
(3)确定漏斗试验抵抗线抵抗线穿越的岩层应具有代表性，其值不得小于1米。
(4)确定装药结构形式与空腔比M它们应与实际爆破工程相一致，其中空腔比可在2～4范围选择。
(5)沿地形等高线打孔布置水平条状药包，药包长度与药径之比不要小于10，最好取17。炮孔直径为式中ρb炸药密度(吨/米3)，qd药包每米装药量(公斤/米)
(6)取不同的抵抗线进行爆破，每次均应量取爆破漏斗、可见漏斗和抛掷堆积参数，计算介质炸药单耗KcMl、比耗ScMl；
比值抵抗线或
比值爆落量或
比值抛掷量或
比值抛距或
式中Sj分别为起始抛距So，前沿抛距Sm，最高堆积点抛距SSH。
比值抛掷三角形最大推积高度或
(7)绘制爆破漏斗无量纲比值特征线图，包括
图，
图，j
图，
图共六个。
(8)综合上述六个图的峰值所在位置，确定最优比值抵抗线的范围(
±
，式中
为比值抵抗线变动范围。式中
为六个特征线图中峰值点的平均值，Δ
为六个特征线图中各峰值点的
与上述平均值
的差的平均值。即
2.根据前述药包布置方案和初步规划设计，用逐步逼近的方法，通过绘制抛掷堆积图，确定定向爆破的最优参数。其步骤是
(1)首先从前述规划的药包抵抗线入手，第一次逼近取Wlj，式中脚标l为层编号，j为逼近次数。
(2)根据上述最优比值抵抗线范围和第j次抵抗线逼近值Wlj计算条状药包装药量qdj范围式中KcMl，p为实际爆破工程介质的炸药单耗(公斤/米3)
(3)根据利用前述爆破漏斗无量纲比值特征线图，找到各相应的比值量范围
(j±Δj)、
(4)根据第(2)步求得条状药包的装药量qdj，计算各层每米条状药包的爆落量(ABS±ΔABS)、抛掷量(ASH±ΔASH)抛距(Sj±ΔSj)和抛掷三角形最大高度(hSH±ΔhST)的范围它们是
(5)根据上一步的计算结果绘制抛掷堆积图，然后从抛方与填方、堆积体的几何形状、上坝方量、马鞍形高度、爆落量等去评价各层药包抵抗线取值Wcj，各层药包高程，药包布置层数等参数是否选择适当。如果不满意，则要调整上述参数，重复上述(1)到(5)步过程，直到所选参数满足要求止。上述过程可以用计算机去做，以利多方案比较。
(6)根据漏斗试验测到的爆破震速Um(Mm)按下式预测实际爆破最大一段药量的爆破震速Up(Mp)，以评价爆区保护目标震害烈度是否满足安全要求。否则，要通过调整参数或增大空腔比解决。
Um(Mm)为漏斗试验测到的爆破震速(厘米/秒)，式中Mp、Mm为实际爆破工程与漏斗试验的空腔比，
其中Hom——漏斗试验拾震埋设高程(米)；
Hbm——漏斗试验装药质心高程(米)，
Hop——实际爆破待测目标高程(米)，
Hbp——实际爆破装药质心高程(米)。式中其中(j＝p、m)Sp、Sm实际爆破与漏斗试验装药质心与待测目标的水平距离(米)，Qp、Qm实际爆破工程与漏斗试验同段起爆的药量(公斤)。Kse，p、Kse，m实际爆破工程与漏斗试验介质炸药单耗(公斤/米3)。当漏斗试验与实际爆破的场地条件相同时，亦即Cp＝Cm＝C场地系数一样；αp＝αm＝a，衰减系数一样，λ简化为
β＝0.0046～0.0096，水平震速取小值，垂直震速取大值。
采用漏斗试验无量纲比值特征线图确定定向爆破最优参数能大幅度地提高上坝方量，减少炸药消耗，避免震害损失，从而获得良好的综合经济效益。
实施例三用爆破漏斗试验比值特征线图确定束状孔爆破最优参数的方法。
参照图1、图7，以某地下矿束状孔爆破为例，采场宽度为15米，矿岩为含矿钠化大理岩，采用粒状炸药平均比耗Sc＝(1.2～1.5)×10-3束状孔采用半圆形布孔，炮孔直径d＝100毫米。采用正向挤压，取补偿空间系数1.5～1.8设计切割工程。用爆破漏斗试验比值特征线图确定最优参数的具体方法是
1.进行爆破漏斗试验，绘制爆破漏斗试验比值特征线图。
这一过程与实施例一一样，不再重复。由于岩性及构造都相同，故最优比值抵抗线
直接采用0.78。
2.根据漏斗结构及底柱的稳定性，通过多次试算取束状孔抵抗线W束＝5.5米。
3.确定排内孔数N
＝17.63＝18个式中W束——束抵抗线取5.5米
B——采场宽度取15米
k—每吨矿岩的统计炸药单耗取0.55公斤/吨
d—炮孔直径取0.1米
ρR——矿岩密度取2.9吨/米3
ρb———炮孔实际装药密度取0.95吨/米3
4.确定束内孔数NK
式中S束——束状孔炸药比耗取1.4×10-3
β——束状孔相对当量大孔爆破效果修正系数取1.11。
5.确定束直径D
D＝2(1.955～1.59)(NK-1)d＝0.955～1.59m D取1.3m
6.根据最优密集系数mST确定束间距A
A＝mST·W束＝(1.25～1.5)×5.5＝6.9～8.3米，束间距A取8.0米
7.确定束内孔间距α。
αo＝0.5πD/(NK-1)＝2.04/5≈400毫米
8.确定排内束孔布置
每排除布置两束半园形束状孔(3)外，在电耙道顶板布置2个辅助孔(2)在束的两侧各布置2个100毫米或4个70毫米控边孔如图7所示。
爆破后的标定表明，束状孔爆破比传统的扇形孔爆破一次炸药单耗降低15％，大块率降低33％，采切比降低32％，每米炮孔崩矿量提高141％，综合经济效益十分显著。
权利要求
1.一种用爆破漏斗试验确定最佳土岩爆破参数的方法，包括挤压爆破方法，定向抛掷爆破方法，束状孔爆破方法，上述方法的漏斗试验步骤为①选择爆破漏斗场地，②确定漏斗试验与实际爆破工程尺寸比例，③选择试验炸药，④确定漏斗试验装药结构形式与空腔比，⑤选择起爆系统，⑥确定炮孔方位、凿钻孔，⑦确定抵抗线尺寸，⑧称取炸药重量、测量孔深及实际装药段长度，⑨计算每米装药量，标准药单耗，炸药密度，炸药比耗，⑩试爆，测量漏斗尺寸，计算，
其特征在于要把这些土岩爆破参数组合为无量纲综合数群，这些无量纲综合数群是土岩爆破参数的不变量，具有物理不变量的全部运算规律与特征，为方便计，后面简称为无量纲比值量。每爆破一次，就有一组爆破漏斗参数，通过下列计算得到每次爆破漏斗的无量纲比值抵抗线
值和无量纲比值漏斗半宽
值，其无量纲比值特征线的计算式是
A.无量纲比值抵抗线
计算式
平坦地形条状耦合药包或
平坦地形条状不耦合药包或
斜坡地形条状耦合药包或
斜坡地形条状不耦合药包或
斜坡地形球形耦合药包或
斜坡地形球形不耦合药包或
B.无量纲比值漏斗半宽
计算式
平坦地形条状耦合药包或
平坦地形条状不耦合药包或
斜坡地形条状耦合药包或
斜坡地形条状不耦合药包或
式中W——爆破用抵抗线尺寸 米
R——爆后实测漏斗半宽尺寸 米
q——条状耦合药包每米装药量 公斤/米
qd——条状不耦合药包每米装药量 公斤/米
Q——球形药包装药量 公斤
Kc——平坦地形条状耦合药包标准炸药单耗 公斤/米3
KcM——平坦地形条状不耦合药包标准炸药单耗 公斤/米3
Kcl——斜坡地形条状耦合药包标准炸药单耗 公斤/米3
KcMl——斜坡地形条状不耦合药包标准炸药单耗 公斤/米3
Sc——平坦地形条状耦合药包标准炸药比耗
ScM——平坦地形条状不耦合药包标准炸药比耗
Scl——斜坡地形条状耦合药包标准炸药比耗
ScMl——斜坡地形条状不耦合药包标准炸药比耗
Ksl——斜坡地形球形耦合药包标准炸药单耗 公斤/米3
KsMl——斜坡地形球形不耦合药包标准炸药单耗 公斤/米3
Ssl——斜坡地形球形耦合药包标准炸药比耗
SsMl——斜坡地形球形不耦合药包标准炸药比耗
d——条状药包药室直径 米D——球形药包药室直径 米M——空腔比V——填塞段以内的炮孔体积 立方米Vb——药包体积 立方米
以无量纲比值抵抗线
为横座标，以无量纲比值漏斗半宽
为纵座标，用每次漏斗试验计算结果在
座标系中取点，用曲线将各点连接起来，即成
无量纲比值特征线图，
图上任一点平行座标作直线，该两直线与纵横座标所围面积为炸药的破岩药能利用率；
从无量纲比值特征线
图中找出最佳比值抵抗线
值，计算实际工程最佳爆破参数。
2.一种使用权利要求1所述的用爆破漏斗试验确定最佳土岩爆破参数的方法，包括绘制
图外，其特征在于定向抛掷爆破还包括绘制无量纲比值爆落量
图、无量纲比值抛掷量
图，无量纲比值抛距
图、无量纲比值抛掷三角形最大堆积高度
图，它们的计算式分别为
①无量纲比值爆落量
斜坡地形条状耦合药包或
斜坡地形条状不耦合药包或
斜坡地形球状耦合药包或
斜坡地形球状不耦合药包或
②无量纲比值抛掷量
斜坡地形条状不耦合药包或
斜坡地形球形不耦合药包或式中ASH——实测抛掷三角形面积米3
VSH——实测抛掷体积 米3
③无量纲比值抛距j
斜坡地形条状不耦合药包或
斜坡地形球形不耦合药包或式中Sj——为实测起始点抛距S。或最高堆积点抛距SSH或前沿抛距Sm，米
④无量纲比值抛掷三角形最大堆积高度
斜坡地形条状不耦合药包或
斜坡地形球形不耦合药包或式中hSH——为实测抛掷三角形最大堆积高度，米
综合分析这些无量调比值特征线，确定最佳比值抵抗线
3.一种使用权利要求1所述的用爆破漏斗试验确定最佳土岩爆破参数的方法，包括绘制
无量纲比值特征线图，其特征在于确定束状孔爆破参数的方法按以下步骤进行
(1)计算束抵抗线W束
或
式中Nk——束内炮孔数；
d——束状孔内的炮孔直径；
S束——束状孔炸药比耗，
，Kc束束状孔炸药单耗(公斤/米3)，ρb束束状孔炸药密度；
WST——漏斗试验获得的最佳抵抗线；米
——漏斗试验获得的最佳比值抵抗线；
dm——漏斗试验炮孔直径，米；
Scm——漏斗试验获得炸药比耗；
β——当量大孔与束状孔爆破效果之间的修正系数，
式中(nj＝n单或n束)
对于半圆形布孔β在1～1.145之间取值。
(2)正向挤压排内孔数N
W束排间距，亦即束抵抗线(米)，B采场宽度(米)，k每吨矿岩的统计炸药单耗(公斤/吨)，ρR矿岩密度(吨/米3)，ρb炮孔实际装药密度。
(3)侧向挤压计算单元内炮孔数N
取漏斗间距H为一个计算单元，在一个单元内的炮孔数为
(4)束间距a束
a束＝mSTW束
式中mST为最佳密集系数，其值在(1～2)nST范围取值，， 、
可从爆破漏斗试验比值特征线
图中获得。
4.根据权利要求1所述用爆破漏斗试验确定最佳土岩爆破参数的方法，其征在于条状药包挤压爆破炮孔起爆排面抵抗线矢径
的最佳方位角ωST，对原生各向异性的介质，ωST取介质诸
图中过峰值点作纵、横直线与两座标所围面积最大的
图的抵抗线矢径
的方位角。对介质爆破性受节理裂隙切割控制的介质，ωST取切割该介质的配套结构面最大夹角平分面的走向方位角。这一走向方位角按以下步骤确定
(1)对爆破介质的结构面作现场地质调查与素描；
(2)对调查资料作统计分析，确定优势结构面；
(3)寻找那些贯通性好，倾角大且倾角相近，两结构面最大夹角接近(90°+)的两组结构面，视为配套结构面，其中为结构面内摩擦角；
(4)计算该两组配套结构面的最大夹角的等分面的走向方位角，它就是该介质爆破排面抵抗线矢径
的最佳方位角ωST。
5.根据权利要求1、2或3所述的用爆破漏斗试验确定最佳土岩爆破参数的方法，其特征在于实际爆破工程的预计震速Up(Mp)按下式确定
Um(Mm)为漏斗试验测到的爆破震速(厘米/秒)式中Mp、Mm为实际爆破工程与漏斗试验的空腔比，
其中Hom——漏斗试验拾震器埋设高程(米)；
Hbm——漏斗试验装药质心高程(米)，
Hop——实际爆破待测目标高程(米)，
Hbp——实际爆破装药质心高程(米)。式中其中(j＝p、m)Sp、Sm实际爆破与漏斗试验装药质心与待测目标的水平距离(米)，Qp、Qm实际爆破工程与漏斗试验同段起爆的药量(公斤)。Kse，p、Kse，m实际爆破工程与漏斗试验介质炸药单耗(公斤/米3)。当漏斗试验与实际爆破的场地条件相同时，亦即Cp＝Cm＝C场地系数一样；αp＝αm＝α，衰减系数一样时，
简化为
β＝0.0046～0.0096，水平震速取小值，垂直震速取大值。
6.根据权利要求1、2或3所述用爆破漏斗试验确定最佳土岩爆破参数的方法，其特征在于有块度要求的爆破工程，按下式计算漏斗试验的爆破大块尺寸Lm式中Lp——实际爆破工程规定的大块尺寸(米)；
Scp、Scm——实际爆破工程与漏斗试验的介质炸药比耗；
dp、dm——实际爆破工程与漏斗试验的炮孔直径。
全文摘要
本发明涉及土岩爆破工程优选最佳爆破参数使用方法，该方法用爆破漏斗试验取得的爆破参数，将其组合为无量纲数群，绘制成比值特征线图。这些比值特征线图包括比值漏斗半宽图、比值爆落量图、比值抛掷量图、比值抛距∴图、比值抛掷三角形最大堆积高度图。根据比值特征线图分析最佳比值量，计算工程最佳爆破参数。本发明能够大幅度地节省人力和财力，提高效益30％以上，适用于各种大规模土岩爆破工程。
文档编号G01N33/22GK1167917SQ9710847
公开日1997年12月17日 申请日期1997年4月30日 优先权日1997年4月30日
发明者张克利, 陶纪南, 王树琪, 许新强, 郑晋峰 申请人:陶纪南