4　爆破设计参数的优化

　　由于钻孔和装药总费用曲线不具有凸函数性质,直接利用非线性规划通过求极小寻求最优爆破参数不具有可行性。但由式(9)可见,要使钻孔装药总费用最小,应使爆破方量A^.B^2.H最大(A为炮孔密集系数,A=a/B)。然而,爆破方量的增大,受到单孔最大装药量Q_emax的限制,即受到满足最小堵塞长度L_min相对应的最大装药长度L_max的限制。故有式(10)的约束方程。
　　由于Ⅲ_A料大块产出率可以控制在规范规定的范围内,故不会因大块率的少量变化带来装载和运输费用明显的变化,于是钻爆费用单价可表达为:

(9)

式中　α为炮孔与水平面的夹角;C₁、C₂、C₃、C₄分别为炸药、钻孔、引线和雷管的单价;L为每孔引线平均长度(m);N为每孔平均使用雷管个数,其余符号同前。
　　为使钻爆费用单价C最小,应使单孔爆破方量A^.B^2.H最大,且满足允许最大装药长度L_max的限制,即:

L≤L_max=4AB²Hq/(Δπd²)

(10)

或选取的最大的炮孔密集系数A应满足:

A_max=L_max^.Δπd²/(4qB²H)=A

(11)

　　当Δ、d、H、q和A已定,寻求A^.B^2.H→max,从而确定相应的B和a值;若Δ、d、H、B值已定,可确定AB²H→max时相应的q和A值,从而确定与B合理匹配的a值。
　　实例:天生桥一级水电站面板堆石坝采料爆破试验用炮孔孔径d=90 mm,台阶高度H=11 m,偶合装药。经编程计算Ⅲ_A和Ⅲ_B料(Ⅲ_B料的计算方法步骤同Ⅲ_A料)爆破采用的q、B和a值及其相应的块度分布的d₆₀、d₃₀、d₁₀与其相应的C_u和C_c值。
　　在爆破参数优化中,为满足不超过最大装药长度的要求,增加炸药单耗必须减小最小抵抗线或孔距;反之,若增加最小抵抗线或孔距,则不得不让炸药单耗相应减少。调整q、a和B可组合成各种计算情况,计算结果Ⅲ_A料采用q=0.8 kg/m³,a=2.4 m,B=2.4 m;Ⅲ_B料用q=0.5 kg/m³;a=3.2 m、B=3.2 m时爆破块度分布情况最好,如图2、图3。

图3　Ⅲ_B料修正后的爆破块度分布曲线图

　　无论对Ⅲ_A料还是Ⅲ_B,在一定范围内,改变炸药单耗,在块度级配中对中小粒径改变较大,大粒径料含量改变较小。这是因为增加药量的能量主要消耗在增大炮孔周围及其邻区岩体的破碎,而对远区岩体影响较小,不致使大块量有明显改变,从而使爆破块度分布曲线的上半部分(即大料部分)仍靠近设计级配上包线,而其下半部分(即中、小料部分)却远离下包线,这也说明炸药单耗的增加,主要是带来中细料含量的增加。余下的能量传至远区,无力明显影响大块率的改变。

5　结语

　　(1)应用KUZ-RAM模型作为预报采料爆破的块度的基本模型是可行的,有利于确定合理块度分布的相关爆破参数。但是,它所确定的块度分布若不加修正与实际情况有较大出入。
　　(2)采用贴近系数修正KUZ-RAM模型是提高爆破块度的精度切实、简便、有效的方法。这不仅为天生桥一级水电站现场试验资料所证实,我们用来验证其它实际工程也是同样有效的。
　　(3)采用修正后的KUZ-RAM模型预报梯段爆破的块度,数模右端的修正系数K₁和K₂也应实时结合变化后的地质、地形情况进行调整,纳入施工的动态管理中。
　　(4)通过结合天生桥一级水电站采料爆破实验研究已取得一些带规律性的认识,也利用其它一些工程进行了初步验证,但涉及的范围仍有一定局限性,有待进一步结合更多工程采料深入研究,特别是大孔距、小抵抗线的爆破在不同要求的采料中是否都能采用,还需要做更深入的研究工作。

*1997年获电力工业部科技进步二等奖,证书号:9721012-D4

　

参考文献

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［2］　(挪威)凯勒尔迪(KaiNielsen).长沙岩石力学技术公司编译.露天台阶爆破的优化［C］.第一届爆破破岩国际会议论文集.
［3］　(巴西)Dina da Gama.长沙岩石力学技术公司编译.应用破碎理论预测裂隙发育岩石在爆破作用下的破碎［C］.第一届爆破破岩国际会议论文集.
［4］　熊新民等.洋鸡山金矿中深孔爆破参数优化［J］.爆破,1994,(4).
［5］　费鸿禄等.节理岩体中的爆破作用分析［J］.爆破,1995,(4).
［6］　刘兰亭等.天然块度及其在爆破块度预报中的作用［C］.工程爆破文集,第4集,冶金工业出版社,1993,(4).
［7］　范文忠等.KUZ-RAM爆破数模修正［J］.岩石破碎理论与实践,1992年9月.
［8］　长江科学院天生桥爆破试验组,天生桥一级水电站堆石料开采试验初步成果报告［R］.1995年3月.

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