岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1388-1396.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0933

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

柱状药包侧向爆破下抵抗线对岩石破碎特性的影响研究

李萍丰1,王秀龙2,闫小兵1,马正腾1,彭建宇2,张凤鹏2   

  1. 1. 湖南涟邵建设工程(集团)有限责任公司,湖南 长沙 410001; 2. 东北大学 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室,辽宁 沈阳 110819
  • 收稿日期:2023-06-27 接受日期:2023-08-30 出版日期:2024-05-11 发布日期:2024-05-07
  • 通讯作者: 王秀龙,男,1995年生,博士研究生,主要从事爆破理论与技术方面的研究工作。E-mail: wxl2816@163.com
  • 作者简介:李萍丰,男,1966年生,博士,正高级工程师,主要从事智能爆破方面的研究工作。E-mail: hdbplpf@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 52274114)。

Effects of burden on rock crushing characteristics under lateral detonation of cylindrical charges

LI Ping-feng1, WANG Xiu-long2, YAN Xiao-bing1, MA Zheng-teng1, PENG Jian-yu2, ZHANG Feng-peng2   

  1. 1. Hunan Lianshao Construction Engineering (Group) Co., Ltd., Changsha, Hunan 410001, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education on Safe Mining of Deep Metal Mines, Northeastern University, Shenyang, Liaoning 110819, China
  • Received:2023-06-27 Accepted:2023-08-30 Online:2024-05-11 Published:2024-05-07
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52274114).

摘要: 为研究抵抗线对柱状药包侧向爆破下岩石破碎特性的影响,采用波动理论,分析了自由面处的应力状态;采用直铜丝电爆炸模拟柱状药包爆破,开展了侧向爆破破岩的物理模型试验;再借助超高速摄像技术,观测了试件表面裂纹网的演化过程;结合爆破漏斗区形态、尺寸和碎块分布特征,研究了不同抵抗线下柱状药包爆破破岩特性。结果表明,抵抗线是控制岩石爆破破裂模式、破坏区形态和碎块块度大小的重要因素。随抵抗线增加,裂纹发育速度与密度减小,裂纹网覆盖范围增加,优先贯穿裂纹由横向转变为环向裂纹。此外,模型试验结果表明,破裂区短轴随抵抗线增加而增加。结合自由面处应力状态,利用最大拉应变准则对此进行了解释。建立了碎块块度与能量单耗之间的关系,研究成果为岩石工程爆破设计优化提供参考。

关键词: 柱状药包, 抵抗线, 破裂模式, 破坏区形态, 块度

Abstract: To investigate the effects of burden on rock crushing characteristics under lateral detonation of cylindrical charges, we analyzed the stress state at the free surface using the wave theory. Afterward, to simulate the cylindrical charge detonation, the physical experiment of lateral rock fragmentation was conducted using direct copper wire electro-explosion. The evolution process of surface crack network of the specimen was observed using ultra-high-speed camera technology. The impact of cylindrical charge detonation on rock properties was studied by combining the morphology, dimensions, and distribution characteristics of the blasting crater with different burdens. The results demonstrated that the burden is a crucial factor for controlling the fracture mode, morphology of failure zone, and fragment size during rock blasting. As the burden increased, the crack propagation velocity and density gradually decreased, while the range of crack network expanded, and the preferential propagation direction of cracks changed from transverse to circumferential. Furthermore, the experimental results indicated an increasing trend in the short axis of the fracture zone as the burden increased. Through analyzing the stress state at the free surface, the maximum tensile strain criterion was applied to justify this phenomenon. Finally, the relationship between fragment size and energy consumption was established. Our research findings provide a reference for optimizing the design of rock engineering blasting.

Key words: cylindrical charge, burden, fracture mode, morphology of failure zone, fragment size

中图分类号: TD 235
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