矿岩爆破参数的测定

矿岩爆破参数的测定

1矿岩可挖性及可爆性指标之间的相关性岩石分类方法对评价结果、岩石开挖、地压管理和采矿技术成本具有重要影响。目前常用的分级方法有按矿岩坚固性系数f值(普氏系数)、矿岩波阻抗Z值、可凿性分级(按凿碎比功a值和磨蚀性b值)和可爆性指数F值分级等几种方法。以上这些分级方法的数值都与矿岩各物理力学性质有直接的或有内在的相关性。如普氏系数f值就只与矿岩单向抗压强度σE直接相关;矿岩波阻抗Z值只与矿岩密度ρ、矿岩纵波速度C直接相关;而矿岩可凿性、可爆性使用各自独特的分级指标除与上述的σE、ρ、C有关外,还与矿岩的抗拉强度σL、弹性模量E、泊松比μ等有内在的相关性。普氏系数f值分级法用于矿岩可凿性和可爆性、各物理力学性质趋于一致的情况,比较简便,在相反情况下就不能使用该方法,而应使用可凿性可爆性分级法。本文通过对某矿体一定数量的取样,测试了这些矿样的矿岩密度ρ、矿岩纵波速度C、波阻抗Z值、单向抗压强度σE、弹性模量E、泊松比μ、抗拉强度σL、凿碎比功a值、磨蚀性b值和可爆性指数F值等10项性能指标,并通过回归分析,研究了以上10项指标之间内在相关性。这些成果对矿岩分级的理论研究和实际应用都具有一定的价值。2矿样物理力学性质测试结果通过现场取样和对加工后样品进行测试,得到22个矿样的各物理力学性质指标,又在取样的现场进行凿碎比功、磨蚀性和可爆性指数的测试,现将这些测试结果全部列入表1。3矿样数量和物理力学性质的基本关系由于上述10项性能指标内在关系的复杂性和测试中一定试验误差的影响,某两种性能指标之间的关系不完全都符合线性关系。因此各性能指标间的相关性除了用线性回归方法的结果进行比较之外,还应使用高次回归方法的结果进行比较。对这两种回归方法分别说明如下。图1很直观地表示各矿样纵波速度C的实测值与按弹性模量E回归公式(1)所得的计算值的误差。纵坐标表示纵波速度C(单位按表1所示,下同),横坐标表示样品的数量。22个小圆圈中心的纵坐标表示22个样品实测C值。将每个矿样由公式(1)所得计算值标于该矿样小圆圈的正上方或正下方,并用细折线相连。小圆圈与细折线的竖向偏离量表示C的实测值与计算值的绝对误差。该误差还可由横坐标附近小黑点与横坐标偏离量表示。矿样C和E值符合的回归关系式为:C=3882.6+0.02E(1)C=3882.6+0.02E(1)22个矿样中,C的实测值与计算值绝对平均误差为253.34m/s,相对平均误差ε1=5.9%。图2所示是各矿样凿碎比功a实测值与按波阻抗Z的高次回归公式(2)计算所得值之误差。纵坐标表示凿碎比功a,横坐标表示样品的数量。与上相同,小圆圈中心纵坐标表示矿样a的实测值。将所有矿样按公式(2)计算所得a值用细折线相连,小圆圈与细折线的上下偏离量表示某样品实测值与计算值的绝对误差。同样,该误差还可由小黑点其与横坐标偏离量表示。矿样a值和Z值符合高次回归关系式:a=∑i=100Pi⋅Zi(2)a=∑i=100Ρi⋅Ζi(2)式中:Pi为高次多项式回归的系数(具体数值是由矩阵式表示的,略)22个矿样中,a的实测值与计算值绝对平均误差38.48J/cm3,相对平均误差ε2=7.84%。探求这些矿样物理力学性质和可凿性可爆性10个参量间的相关性,同样采用了线性的和高次回归的方法。现将相关性较强的各参量列入表2。4差1.2.3信135.矿岩物理力学性质和可凿性可爆性各参量间相关程度有很大的差别。表2只列入了线性回归相对平均误差ε1<12%和高次回归相对平均误差ε2<10%的各个参量。根据各参量的相关程度,将它们分为三类。Ⅰ类相关:ε1<10%或ε2<5%;Ⅱ类相关:ε1为10%～12%或ε2为5%～8%;Ⅲ类相关:8%<ε2<10%。相关程度的分类非常直观地反映了两个参量间关联密切的程度。5类相关参量如表2所示,在Ⅰ类相关的所有参量中,相关性最强的是矿岩波阻抗Z与纵波速度C和密度ρ,这是因为Z=ρ×C;其次是矿岩密度ρ和钎头钻凿时钎刃磨钝宽度b,说明矿岩密度ρ值越大对钎刃的磨钝作用越强,尤其是当矿岩中含有更多ρ值大的石英矿物成分时,对钻头磨蚀性更强;再次是矿岩纵波速度C和弹性模量E、弹性模量E和抗压强度σE的相关性都很明显。因为矿岩E值反映其在应力作用下变形的难易程度。一般而言,矿岩E值大,其抗压强度σE也大,纵波速度衰减慢,波阻抗Z值也大。由于矿岩波阻抗的测定比抗压强度(反映为普氏系数f值)更为简单,又同时能反映矿岩的C值和ρ值两个参量,所以日本等国家主张用矿岩波阻抗Z值大小对矿岩坚固性进行分级,其结果比用普氏系数f值分级更为简单和合理。Ⅱ类相关的几个参量,极好地反映了与矿岩可凿性、可爆性最为相关的物理力学性质。与矿岩凿碎比功a首先相关的是波阻抗Z和弹性模量E,其次是抗压强度σE(Ⅲ类相关),这说明用波阻抗Z和弹性模量E来评价矿岩可凿性比常用的普氏系数f值(即抗压强度σE)来评价更为简便、更为准确。与矿岩可爆性指数F最为相关的是矿岩的抗拉强度σL,这说明矿岩爆破主要是受拉应力作用而破碎的。因矿岩的抗压强度比抗拉强度大许多倍,爆破时应尽量使矿岩受拉应力破坏。当矿岩在无自由面、药包处于内部作用状态下爆破时,其周围矿岩受压应力作用。只有药包置于自由面附近的矿岩中,药包处于外部作用状态下,爆破时药包靠自由面一侧的矿岩受到拉应力作用才发生破碎,所以矿岩可爆性指数F与矿岩的抗拉强度σL密切相关。这种相关性一方面证明了自由面是产生反射拉伸波的先决条件,它对形成爆破漏斗和改善爆破效果起重要作用,另一方面也为目前国内正在大力推广的逐孔微差起爆技术提供了重要的理论依据。在Ⅲ类相关的参量中还有矿岩抗拉强度σL与抗压强度σE,这是因为两者都与矿岩的矿物组成成分、晶粒结构、晶粒内聚力和受解理裂隙影响程度等因素有关。但σL受这些因素影响更严重,变化范围更大。对一般矿岩而言,σE为σL的12至16倍。6评估和结论6.1波阻抗和弹性模量大时的可削性差矿岩的可凿性主要可用其波阻抗、弹性模量和密度来评价。当矿岩的波阻抗和弹性模量较大时,其可凿性差;当矿岩的密度较大时,其磨蚀性大,要求钻头的硬质合金材料牌号要高,钻头要更耐磨。6.2黄岩的爆炸性评价矿岩的可爆性主要可用其抗拉强度来评价。当矿岩的抗拉强度较大时,其可爆性差。6.3普氏系数f值矿岩抗拉强度与抗压强度具有一定的相关性。当两者相关性较好时,矿岩的可凿性与可爆性更为一致,这时两者都可使用普氏系数f值表示;反之,两者相关性较差时,矿岩的可凿性与可爆性不一致,这时只能使用凿碎比功、磨蚀性和可爆性指数等对它们分别进行评价。6.4矿岩的钻头,好打爆的矿岩,也要注意爆破对于可凿性差的矿岩,选择的炮孔直径不宜过大,宜采用中高风压的潜孔钻机凿岩;宜采用耐磨的、高