[发明专利]一种能量利用率高的台阶爆破方法

权利要求书

1.一种能量利用率高的台阶爆破方法，其特征在于：所述台阶爆破方法采用优化的中部空气间隔装药结构进行爆破；所述中部空气间隔装药结构，按以下步骤进行优化：

第一步：确定岩体参数

现场对需要进行爆破的岩体进行取样，测量岩石密度ρ_m，岩石纵波速度C_p，岩石静态泊松比μ，岩石弹性模量E_m和岩石抗拉强度S_t；

第二步：确定炸药参数

根据被爆岩体的岩性选择炸药类型，获得炸药的比爆热W_s，炸药的JWL状态方程参数B和炸药密度ρ_b；

第三步：根据预设的爆破粉碎区半径及裂隙区半径经验取值范围，确定孔壁压力上下限值；

孔壁压力上下限值按以下方法得到：

1、孔壁压力上限值：

爆破粉碎区半径

式中，r_c为粉碎区半径，r₀为装药半径；

粉碎区的合理取值范围r_c/r₀≤1.2，根据式(1)得到孔壁压力上限值：

2、孔壁压力下限值

裂隙区半径

式中，r_f为裂隙区半径；S_t为岩石抗拉强度；

裂隙区的合理取值范围r_f≥20r₀，根据式(3)得到孔壁压力下限值：

P_b2＝400S_t    (4)；

第四步：根据孔壁压力上下限值作用在空气段中心位置时所对应的空气段长度，确定空气段长度范围l_a；

空气段长度范围l_a按以下方案确定：

中间层空气段孔壁压力计算公式为：

式中，

x为计算点至空气段底端的距离；

l_a为空气段长度；

n₁、n₂为每段装药长度折算的等效单元球形药包个数；l₁为每段装药长度，d₀为装药直径；

d_e为单位等效球状药包直径，d_e＝l₁/n₁，；

δ为冲击波压力沿炮孔轴向的衰减系数，取δ＝3；

K＝0.98^α(ρ_bW_s/W_T)^α/3B，B为炸药的JWL状态方程常数；W_T为TNT的比爆热；α为常数，α＝3；

中部空气间隔装药结构炮孔内部孔壁压力最小值位于空气段中点，因此，式(5)中，取x＝0.5l_a；

将第三步得到的孔壁压力上下限值代入公式(5)中，得到中部空气间隔装药结构中空气段长度l_a的取值范围：l_a2≤l_a≤l_a1；

第五步：根据爆破能量消耗在产生径向裂隙所耗散的能量占爆炸总能量的比率与消耗在产生爆腔区所耗散的能量占爆炸总能量的比率之比τ的最大值所对应的孔壁压力P_b值对应的空气段长度值，作为最佳空气段长度；

优化空气段长度按以下方案进行：

冲击波产生径向裂隙所耗散的能量占爆炸总能量的比率：

式中，

λ为侧向压力系数，此处λ取1；

β为应力波衰减指数，μ为岩石动态泊松比，μ＝0.8μ₀，μ₀为岩石静态泊松比；

m为径向裂隙的条数，取m＝12；

E_m为岩石的弹性模量；

同时，冲击波作用产生爆腔区所耗散的能量占爆炸总能量的比率为：

式中，R₁为爆腔区半径，

冲击波产生径向裂隙所消耗能量比例与形成爆腔区所消耗能量比例的比值为：

在第四步确定的空气段长度范围中按增量为0.01m取值，代入公式(8)的P_b中，求τ的最大值，按τ的最大值所对应的P_b值对应的l_a，即为优化的空气段长度。

2.根据权利要求1所述的一种能量利用率高的台阶爆破方法，其特征在于：所述中部空气间隔装药结构是在爆孔中从下至上依次设有第一装药段、空气段、第二装药段、堵塞段；所述第一装药段与第二装药段的长度相等。