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一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法

阅读:2发布:2020-06-20

专利汇可以提供一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法,涉及露天台阶爆破工程领域。一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法,首先,对爆破台阶内的各岩层取样测试获得 密度 及纵 波速 ,计算波阻抗后在最大波阻抗和最小波阻抗间划分出5个等间距区间(高、较高、中、较低、低),作为炸药单耗等级划分的依据;然后,以各岩层的波阻抗和其在台阶内的厚度百分比作为依据分别计算各个岩层的能耗,再将他们累加获得台阶的总体能耗E,将E值与5个区间进行对比获得台阶整体能耗等级,并根据以往同类 岩石 爆破的炸药单耗确定该台阶炸药单耗;最后,根据各岩层波阻抗划分各层波阻抗等级,并计算绝对级差,和能耗百分比,选取二者乘积的最大值作为该台阶的主控岩层(夹层)。,下面是一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法专利的具体信息内容。

1.一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法,其特征在于:包括如下步骤:(1)确定炸药单耗等级的划分依据,对爆破台阶的各个岩层取样进行密度和纵波速测试,同一岩层取样测试的值取算数平均值,取样数量越多测试结果越接近真实情况;根据Ri=ρiCi计算各岩层的波阻抗,其中Ri是岩石波阻抗,ρi为岩石密度,Ci为岩石纵波速,以该台阶内最大波阻抗Rmax和最小波阻抗Rmin作为上下限,按Gj=Rmin+(Rmax-Rmin)/5*j(j=1,2,3,4)划分出5个等间距区间,Rmin G1为低、G1 G2为较低、G2 G3为中、G3 G4为较高、G4 Rmax为高的5个岩~ ~ ~ ~ ~
石波阻抗等级的分级区间,以此作为炸药单耗的分级依据;(2)确定爆破台阶整体炸药单耗等级,以式(a)计算该台阶总体能耗E,其中Di为该岩层的厚度,H为爆破台阶全高;将得到的E值与步骤(1)计算获得的分级区间进行对比,确定该爆破台阶的整体炸药单耗等级,由此可以根据以往同类岩石爆破的单耗经验得到该爆破台阶的炸药单耗量;E=[(R1*D1)+…+(Ri*Di)]/H(i=n,H=D1+D2+……Dn,n为岩层数量)(a);(3)确定各层的波阻抗等级,将爆破台阶内各个岩层的波阻抗Ri与步骤(1)中确定的5个等级进行匹配,获取台阶自由坡面上岩层波阻抗等级的空间分布顺序特征;(4)确定互层岩体中主控岩层的位置,根据第三步(3)获取的各岩层波阻抗等级,计算各岩层与台阶整体炸药单耗等级间的绝对级差|N|;计算各个岩层的能耗占比Pi=(Ri*Di)/H/E*100%;计算主控岩层位置判别系数Km=Pi*|N|,选取Km最大值对应的岩层作为主控岩层。
2.如权利要求1所述的一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法,其特征在于:步骤(1)中的各类岩石的纵波速和密度除取样测试外,还可根据以往同类岩石的测试结果进行赋值,可以此提高该方法的使用效率。
3.如权利要求1所述的一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法,其特征在于:爆破应波在岩体中的传播不但与岩石自身的波阻抗相关,还与岩体中的裂隙、结构面正相关,因此,还应对步骤(2)中最终确定的炸药单耗量根据台阶整体完整性情况进行调整修正,进一步的确保期望的爆破效果。
4.如权利要求1、2或3任一权利要求所述的一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法,其特征在于:仅需波阻抗作为主要计算依据,配合实地测量爆破台阶内各岩层厚度即可进行计算,能够有效针对多种岩石力学性质急剧变化的互层岩体台阶,实现快速确定炸药单耗、准确判别主控岩层位置的指导作用,进而指导爆破设计参数及装药结构参数。

说明书全文

一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法

技术领域

[0001] 本发明涉及露天台阶爆破工程领域,特别涉及一种应用于存在软硬相间多层重叠的互层状态的岩体爆破工程地质分类方法。

背景技术

[0002] 我国矿产资源丰富,露天台阶爆破是重要的开采技术之一,但台阶爆破中往往会遇到软硬相间多层重叠的互层状岩体,由于这些岩层的学性质差异较大,使得爆破过程中炸药能量分布极为不均,产生了大率高、根底不平等诸多不利后果。针对此问题,行业内一般采用分段装药、线密度差异装药等方法来改善炮孔内的炸药能量分布状态,其中最为关键的先期步骤是准确把握爆破台阶内互层岩体的整体及局部工程地质特性,然后才可据此设计具体的爆破参数,然而针对互层岩体的爆破工程地质分类方法的研究相对较少。
[0003] 互层台阶爆破与一般台阶爆破相比具有以下2点特殊问题:(1)需要准确掌握互层岩体中对爆破效果起到主要影响作用的主控岩层的相关信息,一般该层的岩石性质与其他各层具有较大差异,且具有一定的厚度,但往往互层岩体台阶中有多种岩性不一,厚度不一的岩层,如何判别主控岩层的位置是较为困难的;(2)矿区内露天台阶爆破的工作位置是动态推进变化的,受岩层倾、走向和台阶高度变化的影响,在不同工作台阶内的岩体的岩性、厚度、主控岩层的位置会有多种结合形式,使得台阶内的整体和局部工程地质特性不断变化,因此,影响炸药能量分布的条件也是动态变化的,且规律性不强。
[0004] 针对爆破工程的地质分类问题,我国爆破工程行业根据爆破作业的工艺特点,在不同阶段针对岩石有不同的分类方法,首先是在爆破工程开展前的工程量估算,采用的是GYD-102-2008《爆破工程消耗量定额》中按普氏系数划分的“土壤及岩石(普氏)分类方法”;其次是钻孔施工前的岩石可钻性分级,采用的是东北大学1980年提出的按凿碎比能划分的“岩石可钻性分级方法”;最后是装药爆破前的“岩石可爆性分级”,目前,我国较为常用的有
3种方法:(1)是考虑岩石坚固性系数、裂隙性、大块构体含量的B.H.库图佐夫岩石爆破性分级表;(2)是在(1)中的基础上又增加了不同分级应该采用的炸药种类及单耗的岩石爆破破碎性分级表;(3)是东北大学1984年提出的岩石可爆性分级法,该法给出了爆破性指数N的计算方法,并按此值将岩石划分了5级10等。
[0005] 上述各阶段的分类方法中对于已经在开采的露天矿山,更为关注的是岩石的可爆性分级,准确的分级可以指导爆破设计,改善爆破效果,降低爆破成本。但现有的3种岩石可爆性分级方法,一般只适用于岩性较为均一的情况下,对于爆破台阶内由多种岩性急剧变化的岩层组成的互层台阶缺乏适用性,且需要测试的参数较多,不易实施。
[0006] 因此,针对互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法应充分考虑以下两点:首先需要将台阶内的互层岩体,按其组成和分布特征考虑为统一的地质体,进行适宜的工程地质概化和工程地质分类,以此确定台阶爆破的整体炸药单耗量;其次需要根据互层台阶内各岩层的工程地质特征,系统的划分为独立的工程地质单元,以此确定特殊的装药结构参数。最终,达到炸药能量在互层岩体台阶内能够均匀分布的目的。
[0007] 技术问题:本发明要解决的技术问题是提供一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法,为互层岩体爆破设计确定合理炸药单耗量和判断准确主控岩层(夹层)位置提供有力依据。其中互层岩体为包含两种及以上软硬相间多层重叠的岩体,且台阶内的各层岩石力学性质差异性较大。
[0008] 技术方案:本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法,包括如下步骤:
[0009] (1). 确定炸药单耗等级的划分依据。波阻抗是反应岩石抵抗爆破应力波的能力大小的参数,它与岩石被爆破碎时需要的炸药量具有较大的正相关性,因此,可以作为一个主要的岩石爆破炸药单耗等级划分的依据。
[0010] 对爆破台阶的各个岩层取样进行密度和纵波速测试,同一岩层取样测试的值取算数平均值,取样数量越多测试结果越接近真实情况。根据Ri=ρiCi计算各岩层的波阻抗,其中Ri是岩石波阻抗,ρi为岩石密度,Ci为岩石纵波速,以该台阶内最大波阻抗Rmax和最小波阻抗Rmin作为上下限,按Gj=Rmin+(Rmax-Rmin)/5*j(j=1,2,3,4)划分出5个等间距区间,RminG1为低、G1 G2为较低、G2 G3为中、G3 G4为较高、G4 Rmax为高的5个岩石波阻抗等级的数~ ~ ~ ~ ~值区间,以此作为炸药单耗的分级依据。
[0011] (2).确定爆破台阶整体炸药单耗等级。由于互层岩体的岩石力学性质差异较大,因此,需要以各岩层的波阻抗和其在台阶内的厚度百分比作为依据分别计算各个岩层的能耗,然后再将他们累加获得台阶的总体能耗。
[0012] 以式(a)计算该台阶总体能耗E,其中Di为该岩层的厚度,H为爆破台阶全高;将得到的E值与所述第一步(1)计算获得的分级区间进行对比,确定该爆破台阶的整体炸药单耗等级,由此可以根据以往同类岩石爆破的单耗经验得到该爆破台阶的炸药单耗量。E=[(R1*D1)+…+(Ri*Di)]/H (i=n,H=D1+D2+……+Dn,n为岩层数量) (a)
[0013] (3).确定各层的波阻抗等级。互层岩体台阶内各层岩石力学性质差异较大,为了准确描述软硬岩层在台阶内的空间分布特征,可根据岩石波阻抗进行分级。
[0014] 将爆破台阶内各个岩层的波阻抗Ri与所述第一步(1)中确定的5个等级进行匹配,获取台阶自由坡面上岩层波阻抗等级的空间分布顺序特征。
[0015] (4).确定互层岩体中主控岩层(夹层)的位置。互层岩体中影响爆破效果的主控岩层(夹层)一般是岩石力学性质与其他各层具有较大差异,且具有一定的厚度的岩层。可选取波阻抗等级与台阶整体耗能等级差异较大,且能耗占比较大的岩层作为主控岩层(夹层)。
[0016] 根据第三步(3)获取的各层波阻抗等级,计算各层与台阶整体能耗等级间的绝对级差|N|(例如,高和中相差2级,则|N|=2);计算各个岩层的能耗占比Pi=(Ri*Di)/H/E*100%;计算主控岩层(夹层)位置判别系数Km=Pi*|N|,选取Km最大值对应的岩层作为主控岩层(夹层)。
[0017] 进一步的是:步骤(1)中的各类岩石的纵波速和密度除取样测试外,还可根据以往该矿同类岩石的测试结果进行赋值,可以此提高该方法的使用效率。
[0018] 进一步的是:爆破应力波在岩体中的传播不但与岩石自身的波阻抗相关,还与岩体中的裂隙、结构面等岩体完整性正相关,因此还应对步骤(2)中最终确定的炸药单耗量根据台阶整体完整性情况进行调整修正,进一步的确保期望的爆破效果。
[0019] 有益效果: 现有的爆破工程地质分类方法针对互层岩体台阶爆破的指导性存在适用程度低,操作难等问题。一种互层岩体台阶爆破的工程地质分类方法, 仅需波阻抗作为主要计算依据,配合实地测量爆破台阶内各岩层厚度即可进行计算,能够有效针对多种岩石力学性质急剧变化的互层岩体台阶,实现快速确定炸药单耗、准确判别主控岩层(夹层)位置的指导作用,进而指导爆破设计参数及装药结构参数。

具体实施方式

[0020] 下面对本发明的一个实施例作进一步的描述:
[0021] 某一露天矿采用爆破方法剥离煤层上覆岩层,表1为该矿某爆破台阶自上而下的6个岩层的相关参数,以下将按本发明方法进行分类。
[0022] 第一步,根据Ri=ρiCi计算各岩层的波阻抗,从表1中可见第5层最大为7992772 kg/2 2
m ,第4层最小为1784700 kg/m ,按Gj=Rmin+(Rmax-Rmin)/5*j(j=1,2,3,4)计算可得到G1=
3026314.4,G2=4267928.8,G3=5509543.2,G4=6751157.6四个划分点,与Rmin、Rmax构成五个等级区间,具体结果如表2所示。
[0023] 第二步, 以式(a)计算该台阶总体能耗得到E=4537905.2,计算结果见表1岩层能耗一列,将E值与表2的分级数值区间进行比较,确定该爆破台阶的整体炸药单耗等级为“中”等,根据以往此类岩石的单耗经验,结合该台阶实际裂隙及结构面发育情况,可得到该爆破台阶的炸药单耗量约为0.45kg/m3。 E=[(R1*D1)+…+(Ri*Di)]/H (i=n,H=D1+D2+……+Dn,n为岩层数量) (a)
[0024] 第三步,将表1中台阶内各个岩层的波阻抗Ri与表2中的分级区间进行匹配,获取台阶内各个岩层波阻抗属性等级在台阶自由坡面上的空间分布顺序特征,具体见表1中岩石波阻抗等级一列。
[0025] 第四步,根据第三步(3)获取的各层波阻抗等级,计算各岩层与台阶整体炸药单耗等级间的绝对级差|N|(例如,高和中相差2级,则|N|=2),具体结果见表1|N|绝对极差一列;计算各个岩层的能耗占比Pi=(Ri*Di)/H/E*100%,具体结果见表1岩层能耗占比一列;计算主控岩层(夹层)位置判别系数Km=Pi*|N|,选取Km最大值对应的岩层作为主控岩层(夹层) ,经对比第2层为该台阶主控岩层(夹层),具体结果见表1 Km位置判别系数一列。
[0026] 因此,该互层岩体台阶爆破的炸药单耗等级确定为“中”等,根据以往该矿同等级均质台阶爆破炸药单耗,结合该台阶实际裂隙及结构面发育情况,可确定单耗约为0.45kg/m3,影响爆破效果的主控岩层(夹层)在第2层,可在该层采取缩短装药长度或降低装药密度的方法促使炮孔内炸药能量均匀分布。
[0027] 表1 爆破台阶岩层参数
[0028]
[0029] 表2炸药单耗等级划分依据
[0030]
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