机械工程师露天边坡爆破方向职称论文范文

　　摘要：机械工程师通常指的是从事机械行业专业人士，我们最常说的机械工程师，指的是职称，也就是中级工程师。此外还有机械工程学会的机械工程师资格认证、勘察设计注册机械工程师等。本文发表在《工业设计》上，是机械工程师职称论文发表范文，文章分析了影响露天边坡爆破质量的因素并有针对性地提出了合理的改善爆破效果的措施，供机械工程师职称评审发表论文参考。

　　关键词：机械工程师,露天,边坡爆破,职称论文范文

　　1　岩体条件和边坡参数对爆破效果的影响

　　1.1　岩体条件对边坡爆破效果的影响

　　自然界的岩体都是由断层、软弱夹层、节理等天然断面相互组合形成的具有初始损伤特征的各向异性的地质体。边坡岩体处于三维空间中，受到的应力也是三维的，所以其初始损伤也必然是三维的。边坡爆破时，爆破产生的冲击波首先作用于岩体，其对岩体的破坏表现为增加初始损伤程度，并在岩体中形成新的次生裂隙，而后爆生气体楔入岩体中的初始损伤及次生裂隙。因此，边坡爆破不但会使边坡岩体形成新的损伤破坏，同时使岩体自身的缺陷(初始损伤)扩展、放大，进一步降低岩体的完整性和强度，形成“爆破二次损伤”。岩体初始损伤分布是不均匀的、随机的，因此，边坡爆破在边坡岩体表面形成的损伤区(岩体初始损伤和爆破二次损伤共同作用的结果)也是分布不均匀的。损伤区的损伤程度也并不是线性降低的，而是有起伏的，原因在于岩体本身存在的不均匀的初始损伤。在石灰石矿山边坡中，光面爆破形成的损伤层厚度可达到1.5m。岩体初始损伤越严重，爆破二次损伤也越严重。

　　另外，结构面比较发育的岩质边坡，结构面的走向及与边坡坡面的相互夹角对爆破效果影响较大，尤其是结构面走向与坡面一致的顺层边坡，爆破时可能导致结构面出现层裂效应，严重时将导致边坡垮塌甚至滑坡。

　　1.2　边坡参数对爆破效果的影响

　　露天矿主要为台阶式边坡，对爆破效果影响最大的边坡参数是台阶高度和台阶坡面角。小型矿山的台阶高度一般为8～10m，大、中型矿山一般为10～12m，有的大型露天矿山边坡高度达到12～15m;台阶坡面角通常为60～75°。

　　边坡台阶高度越大，台阶坡面角越小，炮孔长度越大，钻孔质量越难控制，可能会影响不耦合装药的效果。

　　1.3控制措施

　　露天矿山边坡要求在不支护的情况下保持几十年甚至上百年的稳定。为降低岩体条件和边坡参数对爆破效果的影响，保证爆破后边坡的稳定性，在爆破前后可采取以下措施：

　　a.加强边坡工程地质勘察，选择合适的边坡位置。

　　b.合理选择边坡台阶高度和台阶坡面角。台阶高度越大，炮孔倾角越小，钻孔长度就越大，钻孔难度就越大，钻孔质量越难控制，因此，应根据矿山生产要求和钻机技术参数，选择合理的台阶高度(10～12m)和台阶坡面角(70～75°)。

　　c.爆破前对边坡保留岩体进行精细勘察，确定边坡保留岩体岩层走向、结构面、软弱夹层和溶洞等影响爆破效果的岩体初始损伤的分布特征(方位与尺寸大小)，为爆破前进行预处理和合理设计爆破方案提供参考

　　d.爆破前对边坡岩体进行预处理，如岩体中存在溶洞，爆破前进行充填处理，防止漏药现象。对可能影响边坡稳定的软弱夹层和破碎岩体，进行爆破前的注浆或锚固加固。对可能产生滑动的层状岩体边坡，尤其是顺层边坡，可在爆破前进行锚固。

　　e.采用有针对性的爆破方案，降低爆破对边坡稳定性的影响。在精细勘察的基础上，对钻好的炮孔应用孔内照相技术，确定炮孔内部沿炮孔长度方向的岩体初始损伤分布特征，作出柱状图。在边坡光面爆破设计时，根据各炮孔岩体特点，选择合理的装药结构和爆破参数，以降低这些初始损伤对爆破效果和边坡稳定的影响。具体措施如下：

　　a)当炮孔穿过软弱夹层或层状岩体爆破时，采用间隔装药结构，即让空气柱正对软弱夹层或岩体结构面，避免爆炸产物对初始损伤的直接作用。

　　b)采用预留光爆层的光面爆破，控制爆破层裂。

　　c)对于顺层边坡，可在爆破前后对边坡保留岩体进行声波评价，爆破时进行爆破振动监测，根据监测结果，优化爆破参数，降低层裂范围。

　　d)个性化地定购符合各矿山实际情况的爆破器材及辅助器材。可以研制满足矿山边坡岩体要求的爆速较低、直径合理的炸药卷。选用精度高的雷管，尽量实现同时起爆。

　　2　装药结构及装药不耦合系数对边坡爆破的影响及改进措施

　　2.1　装药结构及装药不耦合系数对边坡爆破的影响

　　边坡爆破常用的装药结构为轴向连续径向不耦合装药或轴向间隔径向不耦合装药结构。这种装药结构通常称之为非对心不耦合装药或偏心不耦合装药，即药卷与孔壁一侧耦合的装药结构。研究认为，偏心不耦合装药的爆炸产物首先使与药卷耦合的孔壁即边坡保留岩体产生裂隙，而准静态的爆生气体又优先驱动该裂隙沿径向方向扩展，导致边坡保留半孔壁产生开裂，最终导致边坡保留岩体受到严重破坏，影响边坡的稳定性。预先扩展的这些裂隙所产生的稀疏波限制了孔壁上其他点处裂隙的产生、延长和扩展，这就导致需要充分破碎的光爆层(爆破破碎岩石区)的破碎效果不好，大块数量多。通过实验测试药卷紧贴孔壁点(耦合点)和药卷与孔壁距离最大点(最大不耦合点)的方位模型的动态效应后发现，耦合点一侧的应变是最大不耦合点的1.24～1.84倍。研究表明，偏心不耦合装药时，对于装药不耦合系数的选取，不能简单根据同心不耦合装药结构进行计算，必须考虑偏心不耦合装药结构的影响。

　　2.2　装药结构及装药不耦合系数的改进措施

　　针对这类传统偏心不耦合装药结构的弊端，充分利用炮孔爆破的偏心效应，即偏心不耦合装药对耦合点的破坏最大，对最大不耦合装药点的破坏最小。提出了改进后的偏心不偶合装药结构，其对岩体破坏最小的最大不耦合装药点靠近保留岩体，可降低爆破对保留岩体的破坏;把破坏最大的耦合点靠近需要破碎岩石区——光爆层，让其得到充分破碎，从而降低了爆破能量对边坡保留岩体的损伤破坏，极大的提高了爆炸能量的有效利用率。

　　改进后的装药结构虽然有利于降低爆破能量对边坡保留岩体的损伤破坏程度，然而爆破能量对岩体的损伤破坏表现为，爆炸冲击波首先对孔壁岩体形成微裂隙或使岩体强度劣化，然后爆生气体楔入爆炸冲击波形成的微裂隙和岩体的原生裂隙，使这些裂隙延伸、扩展，形成岩体损伤效应。也就是说，光面爆破采用不耦合装药，能有效降低冲击波对岩体形成微裂隙的数量和尺寸，但冲击波和爆生气体的楔入作用还是极大的破坏了边坡保留岩体。鉴于此，在光面爆破技术的基础上，提出了切缝药包爆破技术以及护壁爆破技术，即通过添加对称切缝的塑料管，达到阻隔爆炸产物对边坡保留岩体损伤的范围和程度，同时由于切缝管的聚能效应，有利于边坡坡面的形成，有利于增大孔距，减少钻孔数量，最终达到改善爆破效果、降低爆破成本的目的。

　　3　爆破参数对边坡爆破的影响分析

　　边坡爆破参数包括钻孔直径、线装药密度、炮孔间距，最小抵抗线，起爆时差和堵塞长度等因素，这些参数的选取直接影响边坡效果，人们已经作了大量研究，给出了很多经验值。在进行具体的边坡爆破时，可参考类似工程条件的经验，按如下顺序取值：炮孔直径、炸药品种和药卷直径、起爆器材、装药不耦合系数、线装药密度、炮孔间距和最小抵抗线(炮孔密集系数)、堵塞长度。并对根据类似工程经验类比和经验公式计算取值进行小规模的试验验证，优化得到符合工程要求的最优爆破参数。这些参数之间存在关联关系，一个参数的变化，导致其他几个参数都将改变，其中线装药密度尤为重要，该参数对边坡保留岩体的损伤破坏、对其他爆破参数的合理选择均有影响。因此，在确定爆破参数时，必须综合考虑各个因素对爆破质量的影响。

　　4　施工质量对边坡爆破的影响分析

　　4.1钻孔质量对边坡爆破的影响及改进措施

　　4.1.1钻孔质量对边坡爆破效果的影响

　　露天边坡台阶高度通常都在10m以上，由于炮孔具有一定倾角和超深，其深度通常超过12m，有的甚至达到18m以上。在实际的施工中，炮孔的钻凿精度受到钻机质量、所钻凿岩体的强度、完整性及岩层走向以及钻机操作人员技术水平等因素的影响，钻孔质量的好坏直接影响炮孔的孔距、排距、深度、倾斜度、抵抗线的大小和方向等，如果炮孔的位置偏离了设计要求，就会出现“漂钻”和“串孔”现象。所谓“漂钻”就是钻孔沿着垂直边坡坡面方向内凹或外凸，使得炮孔倾斜度改变，进而改变炮孔底部抵抗线大小，导致边坡超挖或欠挖。

　　所谓“串孔”就是钻孔沿着边坡坡面左右摆动，使部分孔距变大或变小，严重时两个炮孔的底部甚至会串到一起，使一些炮孔底部的孔距变为零，或变为设计孔距的2倍。

　　“漂钻”和“串孔”现象都可能导致边坡爆破后坡面出现严重的超欠挖现象，影响坡面平整。同时，向边坡保留岩体一侧的漂钻和两孔底部串联到一起的现象，将使得边坡保留岩体损伤加重，进而影响边坡的稳定性。

　　4.1.2改进边坡爆破钻孔质量的措施

　　为有效提高边坡爆破炮孔的钻孔质量，可以采取以下措施：

　　a.为防止炮孔布孔出现偏差，在布孔时，应该精心测量和布置炮孔位置，有条件的单位，可采用先进的GPS定位系统进行炮孔定位，以确保钻孔的准确性。

　　b.由于边坡爆破炮孔深度大，通常超过10m以上，钻杆是一节一节的标准钻杆组合连接而成的，钻杆直径有限，当钻孔深度即钻杆长度达到一定值时，可能钻机钻杆被压弯或或不易控制，导致炮孔偏斜或弯曲，严重时出现炮孔弯曲而卡钻。这种影响随着炮孔深度的增加而增大。因此，在进行边坡爆破设计时，应选择合理的台阶高度、质量过硬的钻机及技术熟练的操作工施钻，保证炮孔精度，以减小炮孔偏移。在节理裂隙密集的破碎岩层上钻孔时，由于岩体中结构面的影响，也容易产生钻孔偏移现象，严重时出现卡钻，导致钻杆无法取出，进而废弃钻杆和炮孔。此时钻机操作人员在钻孔时，当钻头到达下盘基岩面时，宜先采用高压冲击破坏其原基岩面，然后慢速钻进。

　　在实际施工中，为提高钻孔精确度，降低钻孔角度的偏差，影响爆破效果，可采用精密的炮孔定位辅助装置，提高钻孔角度的精确性。

　　4.2堵塞对边坡爆破效果影响及改善措施

　　长期的工程实践和理论研究表明，在进行炮孔爆破时，长度和质量合理的堵塞可以改善爆破效果，避免无堵塞或堵塞质量不好造成的冲炮、形成空气冲击波、炸药反应不充分等不利因素。对于光面(预裂)爆破，合理的堵塞长度和堵塞质量可以达到延长爆生气体的作用时间，使爆生气体充分发挥“气楔”作用。

　　5　结论

　　随着露天矿开采深度的增加，边坡以台阶形式不断增高，而边坡的长期安全、稳定就显得尤为重要。露天边坡轮廓开挖常用光面爆破或预裂爆破方法，在实际的工作中一定要引起足够的重视。

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