爆破采石对花岗岩荒料强度的影响

发布时间:2021-10-16 09:37 点击:
1.姜晨光 江南大学土木工程2.郭同兵 岳阳特种设备检验检测中心
3.王志强 烟台和源置业有限公司 4.梁延兴 莱阳市龙旺庄国土资源站 5.杜云勇 莱阳市规划设计院   摘要:石材荒料可以通过爆破获得,爆破对石材荒料的结构和强度是有不良影响的,爆破会导致石材荒料内部裂隙、微裂隙、超微裂隙的产生,会导致石材荒料力学性能的改变和强度的降低,进而对石材荒料的深加工产生不利影响,同时,也会影响石材制品的性能和使用。通过时花岗岩荒料爆破采石问题的实验研究,结合实验室强度测试,初步总结出了爆破采石时花岗岩荒料强度的影响规律。

  关键词:爆破采石 建筑材料石材 荒料强度
  引言

石材荒料可以通过对采石场的岩体进行爆破获得,爆破对岩体、石材荒料的结构和强度是有不良影响的,爆破容易导致岩体、石材荒料内部裂隙、微裂隙、超微裂隙的产生,容易导致岩体、石材荒料力学性能的改变和强度的降低,进而对石材荒料的进一步深加工产生不利影响,同时,也会影响石材制品的性能和使用。

  爆破对石材荒料强度的影响究竟有多大,笔者及科研组专门就花岗岩荒料的爆破采石问题进行了实验研究,初步摸清了爆破采石对花岗岩荒料强度的影响规律,特此做以下介绍。

  2爆破对岩体的作用

  采石爆破主要依靠爆破的内部作甩,;即爆破作用不能达到岩体自由宙全f与空气的交界面)。

  爆破的内部作用的特点是:炸药药包在无限介质中爆炸时,在岩体中会激发出一种强度随着传播距离增加而迅速衰减的应力波,应力波对岩体施加作用,岩体在应力波的作用下遭到破坏,岩体的破坏程度随与药包中心距离的增大而减少。将爆破后的岩体从药包中心做垂直剖面,按破坏特征的不同,药包周围的岩体大致可划分为压缩(粉碎)区、破裂区和震动区3个区域,见图1。

  压缩(粉碎)区的范围很小,其半径一般只有药包半径的2一5倍。压缩(粉碎)区产生的原因是密闭在岩体内的炸药爆炸时,爆轰气体瞬间急剧冲击药包周围岩体,在岩体中激发出的冲击波强度远远超过岩石的动态抗压强度,导致大多数在冲击载荷作用下呈现明显脆性的坚硬岩石被粉碎、可压缩性较大的软岩被压缩而形成空洞。

  破裂区的半径范围一般为药包半径的70一120倍,其特点是径向裂隙与环向裂隙交错分布。破裂区产生的原因是冲击波通过压缩区后继续向外层岩体传播,衰变为一种弱的、强度低于岩石动态抗压强度的压缩应力波,该波已无法直接压碎岩石,只能使压缩区外层的岩石受到强烈的径向压缩、岩石质点产生径向位移,导致外层岩体的径向扩张、形成切向拉伸应变。当这种切向拉伸应变超过岩石的动态抗拉应变值,就在外层岩体中产生了径向裂隙。另外,压缩应力波在向外传播的同时,爆轰气体开始膨胀并挤人应力波作用形成的径向裂隙中,引起裂像的进一步扩张,从而在裂隙尖端产生应力集中,导致径向裂隙继续向前延伸。同时,岩体受到通过破裂区的压缩应力波的强烈压缩,储蓄了部分弹性变形能,在应力波通过后,岩体内的应力释放会产生与压缩应力波作用方向相反的向心拉伸应力,使岩石质点产生反向的径向位移,当这种径向拉伸应力超过岩体的动态抗拉强度时,岩体中就会出现环向裂隙。

  破裂区以外的岩体称为震动区,震动区的特点是应力波引起的应力场和爆轰气体压力形成的准静态应力场已无法使岩体破坏,只能导致岩石质点的弹性振动。

  3采石姗破的特点

  传统的采石方法有密集排孔(孔距20cm左右)膨胀剂法、刻槽黑火药法和刻槽胀裂法。

  目前,常用的工业炸药主要有爆炸性好、威力较大的铵梯炸药(包括露天铵梯、岩石铵梯、煤矿铵梯);感度和威力都比铵梯炸药低的钱油炸药(包括1号按油炸药、2号钱油炸药、3号按油炸药);以及猛度、爆速、感度均较高的乳化炸药。石材操作工艺

花岗岩(未风化、完整、细粒结构、致密岩体)的坚固系数f为12-20,坚固系数f的计算公式为:

  f=R/10(1)

  式(1)中,R为极限抗压强度,单位为Mpa。

  不同硬度的花岗岩采石爆破炸药(2号岩石硝钱炸药)用量q(单位为kg/m3)见表1。

  笔者及科研组根据大量的调查资料、利用回归分析理论,得出了花岗岩密度与开采耗药量的关系为

  式((2)中,P为花岗岩的密度、单位为t/m3;q为岩石开采耗药量、单位为kg/Jm’3;e为自然对数的底、e=2.718281828;A,B为炸药系数。采用2号岩石硝按炸药时A=1.912,B=0.152.

  4花岗岩荒料强度与采石爆破强度的关系

  笔者及科研组在桃村后夼采石场进行了花岗岩荒料强度与采石爆破强度关系的现场实验研究工作,获取了近百组数据。实验现场采样情况见图2。

  我们在预采料石的一个剥离面的水平中心线(称采样中心线)上,沿垂直于剥离面的水平方向等间隔(1米)进行钻孔取芯,获得实验试样,进行实验室三轴抗压实验,获得原岩初始极限抗压强度σm。预采料石从母岩上爆破剥离后,我们再在采样中心线上紧邻原来采样位置的位置(距原采样点15cm)进行钻孔取芯,获得实验试样,进行实验室三轴抗压实验,获得采后岩石的极限抗压强度。。根据采石爆破装药量及剥离料石的体积获得开采耗药量q。

  通过对桃村后奋采石场近百组数据的回归分析,总结出了花岗岩剥离后荒料强度与原岩极限抗压强度、采石爆破强度间的关系,即

  式((3)中,σm为花岗岩的原岩极限抗压强度,单位为MPa;σ为开采后料石的极限抗压强度,单位为MPa;q为岩石开采耗药量,单位为kg/m3;e为自然对数的底,e=2.718281828;。为炸药系数。采用2号岩石硝馁炸药时c=1.013。表2显示了式(3)的实际效果。石材矿山开采

  表2中,σ’为剥离后(开采后)料石实测极限抗压强度,Δσ为式((3)的绝对计算误差,K为式(3)的相对计算误差。

  5结语

  从本文论述不难看出,爆破采石对石材荒料的强度确实具有显著的影响,在石材飞速发展、用途越来越广的今天,我们必须重视石材的强度问题,必须重视爆破对石材荒料强度的影响问题,必须重视石材的各种性能指标(包括力学指标、物理指标、化学指标、加工指标等),进一步提高石材对人类生活的贡献,使石材行业沿着健康、可持续发展之路不断前进。

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