本发明公开了一种爆破时最大单响药量的确定方法，属于爆破工程技术领域。本发明根据矿山充填情况制作胶结充填体试件，采用SHPB冲击试验得到分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度σemax和分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度σpmax，基于一维应力波传播公式与现场监测回归的萨道夫斯基公式联合，确定不同强度充填体稳定区、损伤区和破坏区对应的最大段同响药量。
1.一种爆破时最大单响药量的确定方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)根据细长杆一维纵波传播理论，质点受力和质点速度的关系式σ＝‑ρc0v (1)式中：负号表示应力波传播过程中应力和速度方向相反，ρc0为传播介质的波阻抗，ρ为‑3 ‑1
介质密度，kgm ，c0为介质中一维纵波传播速度，ms ；
σemax＝‑ρc0vemax (3)σpmax＝‑ρc0vpmax (4)‑3 ‑1
式中：ρ为介质密度，kgm ，c0为介质中一维纵波传播速度，ms ；σemax为分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度，MPa；σpmax为分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度，MPa；vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动态峰值强度时质点速度，m/s；
(2)根据矿山充填情况制作胶结充填体试件，采用SHPB冲击试验得到分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度σemax和分级尾砂胶结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度σpmax，计算出尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度vemax和尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax；
式中：V为质点峰值振动速度，cm/s；Q为最大单响段药量，kg；R为爆心距，即测点至爆源距离，m；K为与介质和爆破条件因素有关的系数，α为振动衰减系数；
式中：Qemax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响炸药量，kg；Qpmax为充填体完全破坏时一次最大单响炸药量，kg；
转化为爆心距R与动态抗压强度σ的关系式(4)采用爆破振动记录仪监测井下现场爆破过程的振动速度，对井下爆破中充填体所收集到的临界振动速度进行最小二乘法回归分析，剔除误差测点后经软件OriginPro数据处理得到K值和α值；根据尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度vemax、尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax、K值和α值，计算出Qwmax和Qpmax；
(5)根据爆破区周围尾砂胶结充填体损伤破坏范围的具体判据：充填体质点速度判据
0＜v＜vemax 稳定 (10)vemax＜v＜vpmax 损伤 (11)v＞vpmax 完全破坏 (12)式中：vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动态峰值强度时质点速度，m/s；
得到临近爆区周围分级尾砂胶结充填体进行损伤破坏范围划分式中：Rw为稳定区充填体目标质点与爆破中心的距离，m；Rs为损伤区充填体目标质点与爆破中心的距离，m；Rp为破坏区充填体目标质点与爆破中心的距离，m；
从而得到分级尾砂胶结充填体距离爆心不同位置稳定所需控制的一次最大炸药量为：式中：Qwmax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响炸药量，kg；Qs为充填体完全破坏前损伤区域能承受的一次最大允许单响炸药量范围，kg；Qp为充填体完全破坏时一次最大单响炸药量，kg。
一种爆破时最大单响药量的确定方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种爆破时最大单响药量的确定方法，属于材料技术领域。
背景技术
[0002] 爆破药量的控制对于井下爆破作业来讲十分重要。通常通过一些列的爆破漏斗实验以及经验公式来确定爆破作业的参数，存在着很大的误差和随机性，不能根据实际岩性
以及现场情况进行控制，因此会有很大的误差，导致现场爆破最大单响药量不准确，出现超
挖和欠挖的现象，甚至对周围胶结充填体的稳定性产生影响，导致充填体的松散和垮塌等
现象，严重影响采掘工作的进行。
发明内容
[0003] 本发明针对现有技术中的爆破振动对临近胶结充填体损伤问题，提供一种爆破时最大单响药量的确定方法，本发明根据矿山充填情况制作胶结充填体试件，采用SHPB冲击
试验得到分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度σemax和分级尾砂胶
结充填体质点完全破坏时的最大动态抗压强度σpmax，再基于一维应力波传播公式与现场监
测回归的萨道夫斯基公式联合，确定不同强度充填体稳定区、损伤区和破坏区对应的最大
段同响药量。
[0004] 一种爆破时最大单响药量的确定方法，包括以下步骤：
[0005] (1)根据细长杆一维纵波传播理论，质点受力和质点速度的关系式
[0006] σ＝‑ρc0v (1)
[0007] 式中：负号表示应力波传播过程中应力和速度方向相反，ρc0为传播介质的波阻‑3 ‑1
抗，ρ为介质密度，kgm ，c0为介质中一维纵波传播速度，ms ；
[0008] 式(1)推导出
[0009]
[0010] σemax＝‑ρc0vemax (3)
[0011] σpmax＝‑ρc0vpmax (4)
[0012] 式中：ρ为介质密度，kgm‑3，c0为介质中一维纵波传播速度，ms‑1；σemax为分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度，MPa；σpmax为分级尾砂胶结充填体质点完
全破坏时的最大动态抗压强度，MPa；vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大
速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动
态峰值强度时质点速度，m/s；
[0013] (2)根据矿山充填情况制作胶结充填体试件，采用SHPB冲击试验得到分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度σemax和分级尾砂胶结充填体质点完全破
坏时的最大动态抗压强度σpmax，计算出尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度
vemax和尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax；
[0014] (3)根据萨道夫斯基公式
[0015]
[0016] 式中：V为质点峰值振动速度，cm/s；Q为最大单响段药量，kg；R为爆心距，即测点至爆源距离，m；K为与介质和爆破条件因素有关的系数，α为振动衰减系数；
[0017] 式(5)推导出
[0018]
[0019]
[0020] 式中：Qemax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响炸药量，kg；Qpmax为充填体完全破坏时一次最大单响炸药量，kg；
[0021] 由(2)和(5)推导出
[0022]
[0023] 转化为爆心距R与动态抗压强度σ的关系式
[0024]
[0025] (4)采用爆破振动记录仪监测井下现场爆破过程的振动速度，对井下爆破中充填体所收集到的临界振动速度进行最小二乘法回归分析，剔除误差测点后经软件OriginPro
数据处理得到K值和α值；根据尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度vemax、尾
砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax、K值和α值，计算出Qwmax和Qpmax；
[0026] (5)根据爆破区周围尾砂胶结充填体损伤破坏范围的具体判据：
[0027] 充填体质点速度判据
[0028] 0＜v＜vemax 稳定 (10)
[0029] vemax＜v＜vpmax 损伤 (11)
[0030] v＞vpmax 完全破坏 (12)
[0031] 式中：vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动态峰值强度时质点速
度，m/s；
[0032] 得到临近爆区周围分级尾砂胶结充填体进行损伤破坏范围划分
[0033]
[0034]
[0035]
[0036] 式中：Rw为稳定区充填体目标质点与爆破中心的距离，m；Rs为损伤区充填体目标质点与爆破中心的距离，m；Rp为破坏区充填体目标质点与爆破中心的距离，m；
[0037] 从而得到分级尾砂胶结充填体距离爆心不同位置稳定所需控制的一次最大炸药量为：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041] 式中：Qwmax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响炸药量，kg；Qs为充填体完全破坏前损伤区域能承受的一次最大允许单响炸药量范围，kg；Qp为充填体完全破坏时
一次最大单响炸药量，kg。
[0042] 本发明的有益效果是：
[0043] (1)利用爆破模型试验推测现场K，a值的方法，由于计算爆破安全距离时K，a值取值范围较大，导致选取的单段最大装药量误差较大，本发明利用爆破振动记录仪监测井下
现场爆破过程的振动速度，对井下爆破中充填体所收集到的临界振动速度进行最小二乘法
回归分析，剔除误差测点后经软件OriginPro数据处理得到K值和α值，可有效缩小K，a值取
值范围，提高单段最大装药量选取精度；
[0044] (2)本发明爆破时最大单响药量的确定方法有效地防治爆破时因药量过大爆破振动损伤周边充填体的情况；
[0045] (3)本发明利用SHPB试验技术充分掌握了井下胶结充填体材料的动力学性质，为井下充填工作以及爆破作业提供了充分的技术支持；
[0046] (4)本发明有效的控制了矿山采掘成本，降低了因井下爆破作业带来的危险性，同时提高了井下作业人员以及设备的安全性。
具体实施方式
[0047] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
[0048] 实施例1：一种爆破时最大单响药量的确定方法，具体步骤如下：
[0049] (1)根据细长杆一维纵波传播理论，质点受力和质点速度的关系式
[0050] σ＝‑ρc0v (1)
[0051] 式中：负号表示应力波传播过程中应力和速度方向相反，ρc0为传播介质的波阻‑3 ‑1
抗，ρ为介质密度，kgm ，c0为介质中一维纵波传播速度，ms ；
[0052] 式(1)推导出
[0053]
[0054] σemax＝‑ρc0vemax (3)
[0055] σpmax＝‑ρc0vpmax (4)
[0056] 式中：ρ为介质密度，kgm‑3，c0为介质中一维纵波传播速度，ms‑1；σemax为分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度，MPa；σpmax为分级尾砂胶结充填体质点完
全破坏时的最大动态抗压强度，MPa；vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大
速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动
态峰值强度时质点速度，m/s；
[0057] (2)根据矿山充填情况制作胶结充填体试件，采用SHPB冲击试验得到分级尾砂胶结充填体质点弹性变形阶段的最大动态抗压强度σemax和分级尾砂胶结充填体质点完全破
坏时的最大动态抗压强度σpmax，计算出尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度
vemax和尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax；
[0058] (3)根据萨道夫斯基公式
[0059]
[0060] 式中：V为质点峰值振动速度，cm/s；Q为最大单响段药量，kg；R为爆心距，即测点至爆源距离，m；K为与介质和爆破条件因素有关的系数，α为振动衰减系数；
[0061] 式(5)推导出
[0062]
[0063]
[0064] 式中：Qemax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响炸药量，kg；Qpmax为充填体完全破坏时一次最大单响炸药量，kg；
[0065] 由(2)和(5)推导出
[0066]
[0067] 转化为爆心距R与动态抗压强度σ的关系式
[0068]
[0069] (4)采用爆破振动记录仪监测井下现场爆破过程的振动速度，对井下爆破中充填体所收集到的临界振动速度进行最小二乘法回归分析，剔除误差测点后经软件OriginPro
数据处理得到K值和α值；根据尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度vemax、尾
砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度vpmax、K值和α值，计算出Qwmax和Qpmax；
[0070] (5)根据爆破区周围尾砂胶结充填体损伤破坏范围的具体判据：
[0071] 充填体质点速度判据
[0072] 0＜v＜vemax 稳定 (10)
[0073] vemax＜v＜vpmax 损伤 (11)
[0074] v＞vpmax 完全破坏 (12)
[0075] 式中：vemax为尾砂胶结充填体弹性变形阶段质点运动的最大速度，m/s；vpmax为尾砂胶结充填体塑性变形阶段质点运动的最大速度，即充填材料到达动态峰值强度时质点速
度，m/s；
[0076] 得到临近爆区周围分级尾砂胶结充填体进行损伤破坏范围划分
[0077]
[0078]
[0079]
[0080] 式中：Rw为稳定区充填体目标质点与爆破中心的距离，m；Rs为损伤区充填体目标质点与爆破中心的距离，m；Rp为破坏区充填体目标质点与爆破中心的距离，m；
[0081] 从而得到分级尾砂胶结充填体距离爆心不同位置稳定所需控制的一次最大炸药量为：
[0082]
[0083]
[0084]
[0085] 式中：Qwmax为充填体稳定区域能承受的一次最大允许单响炸药量，kg；Qs为充填体完全破坏前损伤区域能承受的一次最大允许单响炸药量范围，kg；Qp为充填体完全破坏时
一次最大单响炸药量，kg。
[0086] 实施例2：本实施例采用大红山铜矿爆破现场为例；
[0087] 一种爆破时最大单响药量的确定方法，具体步骤如下：
[0088] 根据285中段B10‑15线胶结矿柱的配比参数，目前分层充填的胶结充填体强度为分别为1.75Mpa和2.34Mpa，因此仅列出这两个强度的结果，于表1中，
[0089] 根据已选定的萨道夫斯基经验公式，结合式14～式28和表1，计算不同强度充填体在不同爆心距位置(以验证采场第一次矿房爆破设计的最大段药量等效爆心距计算)达到
稳定时需要的最大单响药量，具体药量控制范围见表2；
[0090] 表1动载下两种强度充填体试件力学参数
[0091]
[0092] 表2不同强度胶结充填体11.24m爆心距、不同稳定区域的最大单响药量
[0093]
[0094] 表2列出了两种强度配比的充填体材料在等效爆心距为11.24m处仍然处于稳定状态时所需控制的一次最大单响药量，具体应参考上表计算结果根据现场充填体的强度分布
控制深孔大爆破一次起爆的最大单响药量；相应的，若已确定了爆破方案和最大单响药量，
可根据爆心位置反算不同配比充填体的稳定区域范围；然而，室内SHPB冲击实验的加载率
远小于实际爆破荷载，可采用真实炸药施加爆破动荷载，寻找充填材料在爆炸动荷载作用
下可承受的最大振速，进而根据井下充填体的实际结构情况优化、调整爆破参数，以达到安
全、高效回采II步矿房的生产要求。
[0095] 上面对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种
变化。
