炸药类型对富铁矿爆破效果影响的试验研究

杨仁树; 李炜煜; 杨国梁; 马鑫民

doi:10.11883/bzycj-2019-0396

炸药类型对富铁矿爆破效果影响的试验研究

doi: 10.11883/bzycj-2019-0396

杨仁树^{1, 2,},
李炜煜^{1, 3, ,},
杨国梁³,
马鑫民³

1.
中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 100083
2.
北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083
3.
中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083

基金项目: 国家自然科学基金（51774287）；国家重点研发计划（2016YFC0600903）；高等学校学科创新引智计划（B14006）

详细信息

作者简介:
杨仁树（1963－　），男，博士，教授，博士生导师，yrs@cumtb.edu.cn

通讯作者:
李炜煜（1992－　），男，博士研究生，wylcumtb@163.com

中图分类号: O382.2
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出版历程
- 收稿日期: 2019-10-16
- 修回日期: 2020-03-18
- 网络出版日期: 2020-05-25
- 刊出日期: 2020-06-01

Experimental study on the blasting effects of rich-iron ore with different explosives

YANG Renshu^{1, 2
,},
LI Weiyu^{1, 3
, ,},
YANG Guoliang³,
MA Xinmin³

1.
State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering,China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China
2.
Civil and Resource Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
3.
School of Mechanics and Architecture Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China

摘要

摘要: 为探究炸药类型对铁矿石爆破效果的影响，选用相同药量的3种炸药对铁矿石试样进行爆破试验。对比研究了不同炸药爆炸作用后试样表面裂纹分形维数和碎块块度分布特征，进而对试样的破坏程度和爆破效果进行了定量的对比与评价。同时，从爆炸应力波叠加、能量释放与传递角度，对爆破效果的差异进行了理论分析。研究结果表明：（1）松散装药以及混合装药均会导致爆源相同距离处爆炸应力场分布的均匀性变差；（2）炸药爆热越大、炸药铁矿石波阻抗匹配程度越高，炸药爆炸后释放的能量越大且能量传递效率越高，铁矿石破坏程度越大；（3）爆破工程中炸药选型时，应重点考虑炸药密度、爆热和爆速3个参数，选择与矿（岩）体波阻抗匹配程度高且爆热合适的炸药，使得爆破后产生的大块和小块均较少。
- 铁矿石 /
- 可爆性 /
- 爆破块度 /
- 分形维数 /
- 波阻抗 /
- 爆热 /
- 爆速
Abstract: In order to investigate the influence of different explosives type on the blasting effects, three kinds of explosives with the same quality were used to carry out blasting test on iron ore samples. The fractal dimension of surface crack and fragment size distribution of specimens were comparatively studied, and then the damage degree and blasting effects of specimens were quantitatively compared and evaluated. At the same time, the differences of blasting effects are analyzed theoretically from the angle of explosion stress wave superposition, energy release and energy transfer. The results are as follows. (1) Both loose charge and mixed charge will cause the uniformity of the explosion stress field distribution to deteriorate. (2) The greater the explosion heat, the greater the energy released after explosion; the higher the wave impedance matching, the higher the energy transfer efficiency after explosive explosion. (3) In the selection of explosives in blasting engineering, three parameters of explosive including density, explosion heat and detonation velocity should be considered; Explosives with a high degree of wave impedance matching and appropriate explosion heat should be selected so that the bulk and small pieces generated after blasting are less.
- iron ore /
- blastability /
- blasting fragmentation /
- fractal dimension /
- wave impedance /
- explosion heat /
- detonation velocity

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图 1 铁矿石试样

Figure 1. Iron ore specimens

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图 2 TAW-3000型岩石试验机

Figure 2. TAW-3000 rock testing machine

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图 3 纵波波速测试系统

Figure 3. Longitudinal wave velocity test system

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图 4 试验分组

Figure 4. Experimental grouping

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图 5 雷管装药

Figure 5. Detonator charges

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图 6 炮孔布置

Figure 6. Blast hole layout

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图 7 试样破坏形态

Figure 7. Sample failure patterns

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图 8 A-2试样爆破后各面爆生裂纹盒维数拟合曲线

Figure 8. Fitting curves of box counting dimension for each surface of A-2 sample

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图 9 分形维数对比

Figure 9. Fractal dimensions

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图 10 爆破块度分布

Figure 10. Blasting fragmentation distributions

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图 11 爆破块度分布对比

Figure 11. Comparisos of blastingfragmentation distributions

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图 12 爆破块度分布评价指标

Figure 12. Evaluation indexes of blasting fragmentation distribution

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表 1 岩体可爆性分级标准

Table 1. Classification standards of rock blastability

可爆性等级	天然裂隙程度、平均间距及分数			单轴抗压强度及分数		密度及分数		波阻抗及分数		总分数	可爆性描述可爆性描述
可爆性等级	裂隙程度	l/m	分数	σ_c/MPa	分数	ρ/(g·cm⁻³）	分数	Z_r/(Gg·m⁻²·s⁻¹)	分数	总分数	可爆性描述可爆性描述
Ⅰ	极度裂隙	<0.10	1	<80	1	<2.50	1	5.0	1	4	易爆
Ⅱ	强烈裂隙	0.30	2	100	2	2.75	2	7.5	2	8	中等可爆
Ⅲ	中等裂隙	0.75	3	140	3	3.00	3	10.0	3	12	难爆
Ⅳ	轻微裂隙	1.25	4	170	4	3.25	4	12.5	4	16	很难爆
Ⅴ	极少裂隙	>1.50	5	>180	5	>3.50	5	15.0	5	20	特别难爆

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表 2 富铁矿矿体可爆性评价结果

Table 2. Blastability evaluation results of high-grade iron ore

评价指标	指标值	得分	权重	加权得分	总分	可爆性等级
l/m	1.25	4	1.2	4.8	18.8	Ⅴ（特别难爆）
σ_c/MPa	227	5	1.0	5.0
ρ/(g·cm⁻³）	4.25	5	0.7	3.5
Z_r/(Gg·m⁻²·s⁻¹)	24	5	1.1	5.5

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表 3 炸药参数

Table 3. Explosive parameters

试验	炸药	质量/g	直径/mm	高度/mm	密度/(g·cm⁻³)	爆热/(kJ·kg⁻¹)	爆速/(km·s⁻¹)	波阻抗/(Gg·m⁻²·s⁻¹)	匹配系数
A	DDNP	1	6	63	0.56	1 811	3.529	1.976	0.082
B	DDNP+RDX	1	6	59	0.61	3 494	3.975	2.425	0.100
C	单发雷管	1	6	31	1.13	4 167	5.173	5.845	0.242

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表 4 爆破块度分布函数参数

Table 4. Parameters of blasting fragmentation distribution function

试验	炸药	试样	G-G-S分布函数参数		相关系数
试验	炸药	试样	x₀/mm	n	相关系数
A	DDNP	A-1	268.7	2.87	0.964 8
A	DDNP	A-2	275.4	2.92	0.976 7
B	DDNP+RDX	B-1	253.6	5.95	0.976 0
B	DDNP+RDX	B-2	249.8	7.22	0.976 3
C	雷管	C-1	230.3	2.60	0.962 3
C	雷管	C-2	224.0	2.54	0.993 3

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表 5 爆破块度分布评价指标

Table 5. Evaluation indexes of blasting fragmentation distribution

试验	炸药	试样	d₁₀/mm		d₅₀/mm		d₉₀/mm		d₉₀/d₅₀		d_max/mm
试验	炸药	试样	实验	平均	实验	平均	实验	平均	实验	平均	实验	平均
A	DDNP	A-1	120	123	211	214	259	262	1.23	1.23	269	272
A	DDNP	A-2	125	123	217	214	266	262	1.22	1.23	275	272
B	DDNP+RDX	B-1	172	177	226	226	249	248	1.10	1.09	254	252
B	DDNP+RDX	B-2	182	177	227	226	246	248	1.08	1.09	250	252
C	雷管	C-1	95	93	176	173	221	218	1.25	1.26	230	227
C	雷管	C-2	90	93	170	173	214	218	1.26	1.26	224	227

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