第5章巖石爆破基本原理-3+

1、5 巖石爆破基本原理5.1 爆破破碎原理爆炸能量，使巖體產(chǎn)生變形和破壞。了解爆炸荷載作用下巖體的變形與破壞規(guī)律，分析爆破破碎原理，指導(dǎo)爆破設(shè)計(jì)與施工。便于實(shí)現(xiàn)低能耗、高效率破碎巖體的目的，并有效地控制爆破產(chǎn)生的各種危害。爆破破巖原/機(jī)理，就是研究(ynji)巖體在爆炸能作用下發(fā)生破碎的原理。一、爆炸作用的基本原理1.爆破破壞作用的基本觀點(diǎn)爆破(bop)工程共九十四頁(yè)(1)爆轟氣體(qt)破壞作用的觀點(diǎn) 即爆轟氣體膨脹推力作用理論（靜作用理論）5 巖石(ynsh)爆破基本原理氣體膨脹推力巖石徑向位移地表距離不等相鄰巖石質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)速度不等位移阻力不等相鄰巖石產(chǎn)生剪切應(yīng)力巖石破壞共九十四頁(yè)即巖石的破壞

2、主要是由于高溫高壓的氣體產(chǎn)物膨脹做功(zugng)引起的。膨脹做功如下圖所示。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(2)應(yīng)力波破壞作用的觀點(diǎn)即爆炸應(yīng)力波反射(fnsh)拉伸作用破壞理論（動(dòng)作用理論）爆炸(bozh)應(yīng)力波自由面拉應(yīng)力波巖石破壞(壓應(yīng)力波)發(fā)生反射即巖石的破壞主要是由于巖體中爆炸應(yīng)力波在自由面反射后形成的拉應(yīng)力波引起的。5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)(3)應(yīng)力波和爆轟氣體共同作用的破壞觀點(diǎn) 即爆轟氣體和應(yīng)力波綜合作用理論巖石的破壞是爆生氣體和沖擊波(應(yīng)力波)共同作用的結(jié)果，它們各自在巖石破壞過(guò)程的不同階段起重要(zhngyo)作用，其基本觀點(diǎn)如下：首先，沖擊波使炮孔壁近區(qū)巖

3、石被“壓碎”，壓碎區(qū)以外造成徑向裂隙。其次，爆生氣體產(chǎn)生“氣楔作用”，使裂隙進(jìn)一步延伸和張開；當(dāng)爆生氣體的壓力足夠大時(shí)，爆轟氣體將推動(dòng)破碎巖塊作徑向拋擲運(yùn)動(dòng)，直到能量消耗完。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)說(shuō)明1:對(duì)于不同性質(zhì)的巖石和炸藥，應(yīng)力波與爆生氣體的作用程度是不同的。(1)在堅(jiān)硬巖石、高猛度炸藥、偶合裝藥或裝藥不偶合系數(shù)(xsh)較小的條件下，應(yīng)力波的破壞作用是主要的；(2)在松軟巖石、低猛度炸藥、裝藥不偶合系數(shù)較大的條件下，爆生氣體的破壞作用是主要的。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)說(shuō)明2：當(dāng)僅考慮巖石性質(zhì)時(shí)，則有：高阻抗巖石(c =1525MPa/s)：巖石破壞

4、以應(yīng)力波為主。中阻抗巖石(c =515MPa/s)：巖石破壞為應(yīng)力波和爆生氣體壓力共同作用(zuyng)的結(jié)果。低阻抗巖石(c 5MPa/s)：巖石破壞以爆生氣體為主。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)2.爆破作用過(guò)程(1)應(yīng)力波的動(dòng)態(tài)作用過(guò)程特點(diǎn)：波峰應(yīng)力值高，傳播速度快，作用時(shí)間(shjin)短。(2)爆轟氣體的似靜壓作用過(guò)程特點(diǎn)：壓力較低，作用時(shí)間較長(zhǎng). 炮孔壓力時(shí)間曲線 t1-藥包爆轟反應(yīng)完成時(shí)間t2-爆轟氣體產(chǎn)物作用時(shí)間圖 5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)3.爆破時(shí)巖體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)（集中藥包）(1)應(yīng)力波在巖體中的傳播規(guī)律(27)r：沖擊波作用區(qū);特點(diǎn)：沖擊波強(qiáng)度極

5、大，波峰應(yīng)力值高，巖石產(chǎn)生塑性變形或粉碎，消耗大部分能量，沖擊波急劇衰減(shui jin)。應(yīng)力衰減與距離三次方成正比。爆炸應(yīng)力波及其作用范圍r藥包半徑tH介質(zhì)狀態(tài)變化的時(shí)間ts介質(zhì)狀態(tài)恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間 5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(8150)r：應(yīng)力波作用區(qū);特點(diǎn)：沖擊波壓應(yīng)力波，波陣面上的狀態(tài)參數(shù)變化比較平緩；波速等于巖石中的聲速。由于壓應(yīng)力波的作用，巖石處于非彈性狀態(tài)(zhungti)，可導(dǎo)致巖石的破壞或殘余變形。應(yīng)力衰減與距離二次方成正比。爆炸應(yīng)力波及其作用范圍r藥包半徑tH介質(zhì)狀態(tài)變化的時(shí)間ts介質(zhì)狀態(tài)恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間 5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四

6、頁(yè)150r：彈性振動(dòng)區(qū);特點(diǎn)：應(yīng)力波地震波。地震波只能引起巖石質(zhì)點(diǎn)的彈性振動(dòng)，而不能使巖石產(chǎn)生破壞；應(yīng)力衰減(shui jin)與距離呈線性關(guān)系。爆炸應(yīng)力波及其作用范圍r藥包半徑tH介質(zhì)狀態(tài)變化的時(shí)間ts介質(zhì)狀態(tài)恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間 5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(2)應(yīng)力波在巖體中引起的應(yīng)力狀態(tài)某點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)：直達(dá)(zhd)縱波、直達(dá)(zhd)橫波，縱波反射生成的反射縱波和反射橫波，橫波反射生成的反射縱波和反射橫波等的動(dòng)應(yīng)力疊加而成。波到達(dá)A點(diǎn)的應(yīng)力分析5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)自由面附近巖體中各點(diǎn)的主應(yīng)力1和2的方向如下左圖所示。由于巖石抗拉強(qiáng)度很小，在拉應(yīng)力的作

7、用下容易產(chǎn)生裂隙，所以爆破裂隙受2的控制，是圍繞(wiro)最小抵抗線為對(duì)稱軸分布的喇叭形，如下右圖所示。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(3) 爆轟氣體壓力下巖體的應(yīng)力狀態(tài)爆轟氣體引起(ynq)的1常為壓應(yīng)力，而2不常為拉應(yīng)力，隨著至最小抵抗線的距離超過(guò)某一極限值后， 變?yōu)閴簯?yīng)力。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)5.2 單個(gè)藥包及成組的爆破作用一、單個(gè)藥包爆破的內(nèi)部作用 (無(wú)限均勻巖石介質(zhì)中的爆破作用)1. 定義藥包爆炸后，只在巖石內(nèi)部產(chǎn)生破壞和變形，而地表(自由面)不出現(xiàn)明顯破壞，這種作用稱為(chn wi)爆破的內(nèi)部作用。概念要點(diǎn)：巖石內(nèi)部有破壞，地表未破壞。基本假定

8、 ：藥包是球形的； 藥包放在無(wú)限介質(zhì)中； 介質(zhì)是均勻的各向同性。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)2.巖石的破壞特征藥室被擴(kuò)大，形成一個(gè)空腔(kn qin)；產(chǎn)生了徑向、環(huán)向裂隙,以及剪切裂隙；距藥包較遠(yuǎn)處，巖石完好無(wú)損。爆破的內(nèi)部作用徑向(jn xin)裂隙環(huán)向裂隙空腔巖石完好無(wú)損5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)3.巖石破壞(phui)的原因 藥室擴(kuò)大為空腔的原因巖石被壓縮，形成一個(gè)(y )空腔。沖擊強(qiáng)度大于巖石動(dòng)抗壓強(qiáng)度藥室?guī)r壁受到強(qiáng)烈沖擊爆轟波(沖擊波)+高溫高壓爆生氣體炸藥爆炸原因：爆轟波（沖擊波）和高壓爆轟氣體對(duì)藥室?guī)r壁產(chǎn)生了強(qiáng)烈沖擊（壓縮）。5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)產(chǎn)生

9、徑向(jn xin)裂隙的原因藥室?guī)r壁受到強(qiáng)烈(qin li)沖擊爆轟波(沖擊波)+高壓爆轟氣體炸藥爆炸空腔在巖石中形成壓應(yīng)力波(徑向壓應(yīng)力)切向拉應(yīng)力巖石開裂徑向裂隙原因:徑向壓應(yīng)力(壓縮)引起切向拉應(yīng)力(拉伸)。下巖石受到徑向壓縮 產(chǎn)生徑向位移5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)返回(fnhu)切向拉應(yīng)力(yngl)徑向壓應(yīng)力巖石徑向位移徑向裂隙巖石開裂5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)產(chǎn)生環(huán)向裂隙(li x)的原因徑向(jn xin)壓應(yīng)力巖石受到徑向壓縮巖石儲(chǔ)存部分彈性變形能解除壓應(yīng)力彈性變形能釋放,引起巖石質(zhì)點(diǎn)向心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生徑向位移(外內(nèi)，拉應(yīng)變)徑向拉應(yīng)力原因:彈性變形能釋放(卸載波)產(chǎn)生了徑

10、向拉應(yīng)力。徑向裂隙巖石開裂環(huán)向裂隙下5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)返回(fnhu)徑向(jn xin)拉應(yīng)力巖石開裂環(huán)向裂隙5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)產(chǎn)生剪切裂隙的原因在徑向裂隙和環(huán)向裂隙形成的同時(shí),巖石還受到徑向應(yīng)應(yīng)力和切向應(yīng)力的的共同作用,進(jìn)而產(chǎn)生剪切裂隙。如下圖所示。4. 巖石的分區(qū)根據(jù)巖石的破壞特征，由內(nèi)向外，可將巖石大致分為三個(gè)區(qū)： 壓縮（粉碎）區(qū)（近區(qū)）形成的空腔稱為壓縮區(qū)。說(shuō)明：a.壓縮區(qū)又稱為粉碎區(qū)；b.壓縮區(qū)消耗了大部分爆炸(bozh)能量。下5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)壓縮(y su)區(qū)炸藥包返回(fnhu)R1= (27)R0壓縮區(qū)范圍很小,其半徑5 巖

11、石爆破基本原理共九十四頁(yè) 破裂區(qū)（中區(qū)）產(chǎn)生徑向、環(huán)向裂隙(li x)的巖石范圍,稱為破裂區(qū)。巖石的爆破破壞主要為破裂區(qū)。 震動(dòng)區(qū)（遠(yuǎn)區(qū)）破裂區(qū)以外的巖石范圍，稱為震動(dòng)區(qū)。特點(diǎn)：巖石不會(huì)發(fā)生破壞，但會(huì)發(fā)生彈性變形。爆炸應(yīng)力波衰減為地震波。下5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)環(huán)向裂隙(li x)徑向(jn xin)裂隙返回炸藥包壓縮區(qū)R2= (8150)R0破裂區(qū)的半徑破壞區(qū)5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)在學(xué)習(xí)爆破的內(nèi)部作用時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 拉力(ll)破巖。 爆破過(guò)程中，當(dāng)裂隙與空腔貫通后，爆生氣體會(huì)迅速膨脹，產(chǎn)生“氣楔作用”，使原有裂隙繼續(xù)向前擴(kuò)展和進(jìn)一步張開。5 巖石(ynsh

12、)爆破基本原理共九十四頁(yè)二、單個(gè)藥包爆破的外部作用 (半無(wú)限巖石介質(zhì)中的爆破作用) 1.定義藥包爆炸后，地表(自由面)出現(xiàn)了明顯破壞的爆破作用，稱為爆破的外部作用。2.爆破外部作用下巖石破壞的特征出現(xiàn)(貫穿)裂隙、形成爆坑、出現(xiàn)飛石(fi sh)。3.爆破外部作用下巖石破壞的原因也就是藥包在自由面附近爆炸時(shí)，巖石是怎樣破壞的。又稱自由面的破壞作用。 5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(1)反射拉應(yīng)力(yngl)波引起自由面巖石破壞(片落)即由霍布金森效應(yīng)引起的破壞。當(dāng)入射壓應(yīng)力波傳播到自由面時(shí)，一部分或全部反射回來(lái)成為同傳播方向正好相反的拉應(yīng)力波，拉應(yīng)力超過(guò)巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，發(fā)生片落現(xiàn)

13、象。這種效應(yīng)叫做霍布金森(Hopkinson)效應(yīng)?；舨冀鹕?Hopkinson)效應(yīng)的破碎機(jī)理5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)a.應(yīng)力波的合成入射壓應(yīng)力波與反射(fnsh)拉應(yīng)力波疊加后合成拉應(yīng)力波。如下圖所示5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)b.巖石表面片落過(guò)程如下(rxi)圖所示。圖a:巖體中傳播的壓應(yīng)力波；圖b：第1次片落；圖c：第2次片落；圖d：片落終止。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(2) 反射拉應(yīng)力波引起徑向(jn xin)裂隙的延伸反射(fnsh)拉伸波對(duì)徑向裂隙的影響5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)-反射拉應(yīng)力(yngl)波的傳播方向與裂隙方向的夾

14、角。= 900時(shí)；拉伸效果最好； 00900時(shí)，徑向裂隙擴(kuò)展和延伸；= 00時(shí)；徑向裂隙重新閉合，不利于裂隙的延伸。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(3)自由面改變了巖石中的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)爆生氣(shng q)體膨脹壓力在炮孔周圍形成的應(yīng)力場(chǎng)，稱為準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)。巖石質(zhì)點(diǎn)速度在自由面方向上最大，不同方向上位移阻力不等剪切應(yīng)力剪切破壞巖石。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)三、爆破漏斗1.定義靠近地表埋置的炸藥爆炸時(shí)，使附近巖石破壞，并將部分(b fen)破碎了的巖石向上或兩側(cè)拋擲，在地表形成一個(gè)漏斗形狀（倒圓錐形）的爆坑，這個(gè)坑就稱為爆破漏斗。如下圖所示。5 巖石(ynsh)爆破

15、基本原理共九十四頁(yè)2.爆破漏斗的形成過(guò)程炸藥包爆炸后，首先，爆轟波（沖擊波）和高溫高壓爆生氣體驟然膨脹(png zhng)對(duì)藥室?guī)r壁產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊（壓縮）粉碎壓縮區(qū)(a)炸藥(zhyo)爆炸形成的應(yīng)力場(chǎng)； (b)粉碎壓縮區(qū)5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)隨后，產(chǎn)生的爆炸沖擊波（壓應(yīng)力(yngl)波）徑向壓縮巖體而產(chǎn)生位移，引起巖體切向拉伸徑向裂隙；當(dāng)壓應(yīng)力波達(dá)到地表面時(shí)，反射生成拉應(yīng)力波 地表面出現(xiàn)了（片落）飛片；而受壓處于高應(yīng)力狀態(tài)的巖體此時(shí)出現(xiàn)卸載，在巖體內(nèi)產(chǎn)生極大的拉伸應(yīng)力 形成了大量環(huán)狀裂隙；(c)破裂(pli)區(qū)(d)破裂區(qū)和片落區(qū)（自由面處）5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)之后，具有高溫

16、高壓的爆炸(bozh)氣體沿著已有裂隙膨脹擴(kuò)展，當(dāng)裂隙伸展達(dá)到（或接近）地表時(shí)，使巖石表面鼓起、破碎， 爆炸氣體將部分已破碎的巖石拋出，最終形成倒圓錐形的凹坑，從而形成爆破漏斗。(f)巖石(ynsh)被拋擲(e)地表鼓起(g)爆破漏斗5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)3.爆破漏斗的幾何(j h)參數(shù)(1)最小抵抗線W (2)爆破(bop)漏斗底圓半徑r (3)爆破作用半徑R (4)爆破漏斗深度H(5)爆破漏斗可見(jiàn)深度h (6)爆破漏斗張開角說(shuō)明：(1)、(2)、(3)稱為爆破漏斗三要素。5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)4.爆破作用指數(shù)n爆破漏斗(ludu)底圓半徑 r 與最小抵抗線 W 的比值，即爆

17、破作用半徑（又叫破裂(pli)半徑）的計(jì)算說(shuō)明：爆破作用半徑表示藥包爆破作用在自由面上可以達(dá)到的最大程度。5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)5.爆破漏斗的分類根據(jù) n 值不同(b tn)，（球狀藥包產(chǎn)生的）爆破漏斗可分為以下四種形式： (1) 標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗n=1r =W=905 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(2) 加強(qiáng)(jiqing)拋擲爆破漏斗n1 rW90n3時(shí)，爆炸能量消耗在拋擲上，增加藥量，破壞范圍增大不明顯，故已無(wú)實(shí)際意義了。加強(qiáng)拋擲爆破漏斗的n取值:1n3，露天(ltin)拋擲大爆破或定向拋擲爆破常用此形式，一般取n =1.22.5說(shuō)明：5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)(3

18、) 減弱拋擲(加強(qiáng)松動(dòng)(sngdng) 爆破漏斗井巷掘進(jìn)(jujn)爆破常用這種形式。0.75 n1rW 905 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)(4) 松動(dòng)爆破(bop)漏斗說(shuō)明: n= 0.75時(shí)，巖石被破壞(phui)、松動(dòng)，但不拋出坑外，不形成可見(jiàn)的爆破漏斗，故工程中常取 n 0.75。 n 0.75時(shí)，出現(xiàn)不連續(xù)破壞，不形成爆破漏斗0.3 n 0.75rW 905 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)6.柱狀藥包產(chǎn)生的爆破漏斗(1)柱狀裝藥垂直自由面,如右圖柱狀藥包可看成由多個(gè)連續(xù)集中藥包組成的?？卓冢杭訌?qiáng)拋擲爆破漏斗；中間：標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破和減弱拋擲爆破漏斗;孔底：松動(dòng)爆破；會(huì)留有殘孔?？偟穆┒沸螤?

19、xngzhun)就是這些漏斗的外部輪廓線，大致為喇叭形；孔底破壞弱，爆后會(huì)留有殘孔。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(2)柱狀裝藥平行自由面,如右圖。常存在兩個(gè)自由面，爆破效果比一個(gè)自由面的情況好。常見(jiàn)于隧道掘進(jìn)爆破及露天臺(tái)階爆破。只需爆破松動(dòng)，將巖體從原巖中分離出來(lái)即可，不需要產(chǎn)生(chnshng)大量的拋擲。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(3)柱狀裝藥傾斜(qngxi)于自由面,如右圖介于垂直和平行之間。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)7.炮孔密集(臨近)系數(shù) m 對(duì)爆破漏斗形狀的影響(1)定義m為相鄰炮孔的間距a與最小抵抗(dkng)線W(或排距)的比值,

20、即m= a/W(2)炮孔密集系數(shù)對(duì)爆破漏斗形狀的影響當(dāng)m2，即a2W時(shí)，形成兩個(gè)爆破漏斗。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)當(dāng)1m2，即Wa2W時(shí)，形成一個(gè)(y )爆破漏斗，但藥包之間底部破碎不充分。 當(dāng)0.8m1，即0.8WaW時(shí)，形成一個(gè)爆破漏斗，漏斗底部平坦(pngtn)，漏斗體積最大。5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè) 當(dāng)m0.8，即a 0.8W 時(shí)，形成一個(gè)爆破漏斗(ludu)，大部分能量用于拋擲巖石，漏斗體積反而減小。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)四、利文斯頓爆破漏斗理論1.利文斯頓爆破漏斗理論的核心內(nèi)容該理論認(rèn)為：炸藥在巖體中爆炸時(shí)，傳給巖石(ynsh)能量的多少

21、與速度，取決于巖石性質(zhì)、炸藥性能、藥包重量(大小)、藥包埋置深度等因素。該理論以能量平衡為準(zhǔn)則(基礎(chǔ))。藥包放出(fn ch)的能量巖石吸收的能量平衡狀態(tài)（臨界狀態(tài)）5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)藥包放出(fn ch)的能量巖石(ynsh)吸收的能量巖石被破壞，被拋擲出去藥包放出的能量巖石吸收的能量巖體只呈彈性變形，不破壞5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)2.幾個(gè)基本概念(1) 臨界(ln ji)埋深（臨界(ln ji)抵抗線）Wc是指不出現(xiàn)爆破漏斗的藥包的最小埋置深度。臨界埋深Wc與炸藥量Q的關(guān)系如下：這是利文斯頓爆破漏斗理論的一般公式。說(shuō)明：Eb意義：在一定裝藥量Q條件下，巖石表面開始破裂時(shí)，

22、巖石可能吸收的最大爆炸能量。Eb與巖石性質(zhì)和炸藥性能(xngnng)有關(guān)。5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)(2)深度(shnd)比是指藥包的埋置深度W與臨界埋深WC之比。即5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(3)最佳埋深W0和最佳深度(shnd)比0最佳埋深W0，又稱最適宜埋深是指爆破漏斗體積最大的藥包埋置深度。 最佳(zu ji)深度比0：說(shuō)明:a. 對(duì)脆性巖石,00.5,塑性巖石,01; b. 通過(guò)調(diào)整藥包埋深(最小抵抗線),來(lái)調(diào)整或平衡炸藥爆炸能量的分配比例,從而實(shí)現(xiàn)最佳的爆破效果.所以5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)(4) 轉(zhuǎn)折深度(轉(zhuǎn)折埋深) Wz轉(zhuǎn)拆深度(轉(zhuǎn)拆埋深) Wz是指炸

23、藥爆炸后，傳給空氣的爆炸能與巖石吸收(xshu)的爆炸能相等的藥包的埋置深度。3.巖石變形和破壞的類型利文斯頓根據(jù)巖石爆破破壞效果和能量平衡關(guān)系，將巖石爆破時(shí)的變形和破壞形態(tài)分為四種類型。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(1) 彈性變形帶范圍:WWc 即藥包埋置深度臨界埋置深度。特點(diǎn)：炸藥爆炸的全部能量被巖石吸收。爆破后巖石表面(biomin)不出現(xiàn)破壞，只產(chǎn)生彈性變形，巖石能恢復(fù)原狀，不形成爆破漏斗。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(2) 沖擊破裂帶范圍：W0 W Wc特點(diǎn)： 炸藥爆炸放出的能量巖石吸收(xshu)的能量。 地表巖石破裂，隆起(鼓包)，拋擲，形成爆破漏斗。

24、 W爆破漏斗體積V。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(3)破碎帶范圍： Wz W W0特點(diǎn)： 炸藥爆炸放出的能量巖石吸收的能量。 地表巖石更加破碎，巖塊拋擲距離、空氣沖擊波和聲響(shngxing)均增大。 WV。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(4)空爆帶范圍：W Wz特點(diǎn)： 傳給空氣的爆炸能巖石(ynsh)吸收的爆炸能。 地表巖石過(guò)度破碎，遠(yuǎn)距離拋擲、形成強(qiáng)烈的空氣沖擊波。 WV。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)從以上分析可以看出，炸藥的爆炸能量是主要消耗于四個(gè)方面：巖石的彈性(tnxng)變形；巖石的破碎和破裂；巖石的拋移、飛散；聲響、地震和空氣沖擊波。5

25、巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)4.利文斯頓爆破漏斗的應(yīng)用(1) 對(duì)比(dub)炸藥的性能測(cè)炸藥的爆力。試驗(yàn)條件：同一巖石(土)，同一藥量，同一埋深，不同炸藥。V大爆力大，炸藥(zhyo)做功能力大V小爆力小，炸藥做功能力小5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)(2) 用彈性變形(bin xng)能系數(shù)評(píng)價(jià)巖石的可爆性條件：同一炸藥，同一藥量，不同巖石。取Q=1kg，則： Eb Wc 巖石(ynsh)難爆。 巖石易爆Eb Wc5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)(3) 爆破漏斗理論在工程爆破中的應(yīng)用最佳埋深最小抵抗線。 通過(guò)單藥包爆破漏斗試驗(yàn)(shyn)，求Wc 、Eb 、W0 、0 ; 建立最佳埋深

26、的計(jì)算公式： 5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)例：在某巖石中，通過(guò)爆破試驗(yàn)得知一個(gè)4.5kg重的球狀藥包的最適宜深度為1.5m，臨界埋深為3m。問(wèn)：(1) 應(yīng)變能系數(shù)(xsh)和最適宜深度比各是多少？解：應(yīng)變能系數(shù)值為最佳(zu ji)深度比05 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)(2)450kg重的藥包在該巖石中的最佳(zu ji)埋深是多少？(3)在30m深處埋置藥包進(jìn)行最適宜爆破，藥包重量(zhngling)應(yīng)為多少？5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)五、成組藥包的爆破作用原理 （成組藥包爆破時(shí)巖石破壞的特征）1.單排藥包齊發(fā)爆破原理 （單排成組藥包齊發(fā)爆破時(shí)巖石破壞特征）a.相鄰炮孔連心

27、線上應(yīng)力加強(qiáng)，產(chǎn)生裂縫（隙）;b.連心線中點(diǎn)兩側(cè)出現(xiàn)應(yīng)力降低(jingd)區(qū)，易出現(xiàn)大塊。(1)相鄰炮孔連心線產(chǎn)生裂縫(隙)的原因（機(jī)理）即相鄰炮孔爆破成縫機(jī)理。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)應(yīng)力波理論：形成裂縫是應(yīng)力波疊加的結(jié)果。 爆炸應(yīng)力波相遇(xin y) 應(yīng)力疊加 壓引起的拉得到加強(qiáng),合成為合炮孔相距較近，合巖石動(dòng)抗拉強(qiáng)度產(chǎn)生裂隙(縫), 兩炮孔聯(lián)通。該理論認(rèn)為：最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在連心線中點(diǎn)，故裂隙(li x)首先出現(xiàn)在連心線中點(diǎn)，再向孔壁發(fā)展。5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)應(yīng)力波與爆生氣體綜合(zngh)作用理論認(rèn)為：a.應(yīng)力波作用時(shí)間極短暫，但爆生氣體在炮孔中能維持較長(zhǎng)時(shí)

28、間的高壓狀態(tài)(產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)壓力)。b.準(zhǔn)靜態(tài)壓力炮孔連心線各點(diǎn)上產(chǎn)生切向拉應(yīng)力。該理論論認(rèn)為(rnwi)：炮孔連心線與孔壁的交點(diǎn)處切向拉應(yīng)力最大，故裂隙(縫)首先出現(xiàn)在炮孔壁,再向連線中點(diǎn)發(fā)展，最后貫通。生產(chǎn)實(shí)踐證明：拉伸裂隙是從炮孔向外發(fā)展的。5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)(2)連心線中點(diǎn)兩側(cè)出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)。降低區(qū):應(yīng)力波作用(zuyng)線正交處；產(chǎn)生原因分析如下：原因:相鄰藥包爆炸引起的壓應(yīng)力(yngl)和拉應(yīng)力相互抵消。5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)應(yīng)力降低區(qū)對(duì)爆破效果的影響：易產(chǎn)生大塊。消除應(yīng)力降低區(qū)影響的措施：大孔距小抵抗線技術(shù)，即 適當(dāng)增大炮孔間距。 減小抵抗線。原因：使應(yīng)力降低區(qū)

29、落在巖石之外的空氣中，在巖石中避免出現(xiàn)應(yīng)力相互抵消作用，減少大塊的產(chǎn)生，從而(cng r)改善爆破效果。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)2.多排藥包齊發(fā)爆破原理(1)爆炸應(yīng)力波相互疊加,造成應(yīng)力極高的狀態(tài)；(2)第1排炮孔有2個(gè)自由面，爆破條件好；后排炮孔僅1個(gè)自由面，受到較大夾制作用，影響爆破效果。綜合以上分析，多排成組藥包齊發(fā)爆破效果不佳，實(shí)際(shj)很少應(yīng)用，一般被微差爆破所代替。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)六、裝藥量計(jì)算的基本原理和方法1.體積公式計(jì)算原理在一定的炸藥和巖石條件下，裝藥量與爆破巖石(漏斗)的體積成正比。Q= kV2.裝藥量計(jì)算的基本(jbn)方

30、法(1)硐室爆破的藥量計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破的藥量(球狀藥包、單自由面)5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)拋擲爆破(bop)裝藥量計(jì)算的通用公式(球狀藥包)松動(dòng)(sngdng)爆破(球狀藥包)若巖石可炸性好，取下限值；若巖石可炸性差，取上限值。(2)其他爆破藥量計(jì)算公式此公式稱為鮑列斯闊夫經(jīng)驗(yàn)公式。5 巖石爆破基本原理共九十四頁(yè)5 巖石(ynsh)爆破基本原理例題：一埋置深度為2米的藥包，爆破后得到直徑為8米的爆破漏斗。（1）求爆破作用指數(shù)，并指出屬何種類型(lixng)的爆破；如果炸藥單耗為1.2kg/m3，則爆破藥量為多少？ （2）如果漏斗直徑不變，要求實(shí)現(xiàn)減弱拋擲爆破，其深度如何調(diào)

31、整？ 爆破作用指數(shù)加強(qiáng)拋擲爆破漏斗爆破裝藥量減弱拋擲爆破共九十四頁(yè)3.炸藥單耗 k 的確定方法查表法：查表、參考(cnko)定額或有關(guān)資料的數(shù)據(jù)；類比法：參考相似工程取值；爆破漏斗試驗(yàn)法：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗試驗(yàn)求算;試爆法。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)5.3 定向斷裂(dun li)控制爆破原理5.4 微差爆破原量5.5 擠壓爆破原理5.6 聚能裝藥爆破原理5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)5.7 影響爆破效果的因素一、炸藥性能的影響1.炸藥的密度、爆熱、爆容和爆速 密度：反映單位體積炸藥的能量密度。 爆熱及爆容：一定程度上反映了炸藥爆力。 爆速：一定程度上反映了炸藥猛

32、度。2.爆轟壓力炸藥的爆轟壓力是影響巖石爆破效果的重要因素之一，尤其是對(duì)于(duy)堅(jiān)韌密實(shí)巖石更是如此。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(1)爆轟壓力越高，激起的沖擊波壓力值也越高，以應(yīng)力波形式傳播的爆轟能量就越多，在巖石中可造成較高的應(yīng)力和應(yīng)變(yngbin)，有利于改善破碎效果。(2)爆轟壓力越高，爆破效果并不是越好。 過(guò)高的爆轟壓力將造成藥包周圍近區(qū)巖石的過(guò)度粉碎而消耗較多的爆炸能，以致使近區(qū)以外巖石的破壞效果較差，且其傳播時(shí)間越短，常在巖石破碎未完成之前即告結(jié)束。(3)爆轟壓力以能滿足應(yīng)力波強(qiáng)度使巖石破裂即可。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)3.爆炸壓力(yl)（

33、爆壓或炮孔壓力(yl)）(1)爆壓是指爆轟氣體的脹膨壓力，它對(duì)巖石具有脹膨致裂、推移和拋擲的作用。(2)爆壓越高，說(shuō)明爆轟氣體產(chǎn)物中含有的能量越大，對(duì)巖石的脹膨致裂、推移和拋擲的作用越強(qiáng)。(3)爆炸壓力比爆轟壓力的作用時(shí)間長(zhǎng)。(4)對(duì)于較軟的巖石，爆炸壓力對(duì)改善爆破效果顯得非常重要。因?yàn)榱严对谳^低的應(yīng)力作用下就開始出現(xiàn)，然后在較長(zhǎng)時(shí)間的爆炸氣體的脹膨壓力作用下裂隙繼續(xù)擴(kuò)展與延伸，這樣能量的分配更加合理。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)二、炸藥(zhyo)波阻抗與巖石波阻抗匹配的影響它是影響爆炸能向巖石傳遞效率的因素之一。(1)波阻抗：介質(zhì)中聲速同該介質(zhì)的密度的乘積。(2)實(shí)驗(yàn)表明：炸

34、藥的波阻抗值越接近巖石的波阻抗值，則爆炸能量的傳遞效率越高，因而在巖石中引起的應(yīng)變值越大。(3)對(duì)于堅(jiān)硬致密的巖石，引起它破壞的應(yīng)變值較大，故應(yīng)選用波阻抗較大的炸藥；相反，對(duì)于軟巖，應(yīng)選用波阻抗較小的炸藥為宜。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)三、工程地質(zhì)條件的影響四、爆破設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量1.堵塞的影響堵塞的作用主要有：(1)改善爆轟條件，保證炸藥充分反應(yīng)，防止不完全爆轟,使炸藥爆炸釋放出最大能量和減少有毒氣體生成量;(2)阻止高溫、高壓的爆轟氣體過(guò)早地泄漏到大氣中，延長(zhǎng)爆轟氣體作用時(shí)間,提高(t go)爆炸能量的利用率; (3)防止因灼熱固體顆粒(如雷管殼碎片等)從炮孔中飛出而引起瓦斯

35、爆炸。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)2.裝藥結(jié)構(gòu)對(duì)爆破效果的影響(yngxing)(1)裝藥結(jié)構(gòu)分類從軸向分：連續(xù)裝藥、間隔裝藥(分段裝藥)從徑向分：耦合裝藥、不耦合裝藥5 巖石(ynsh)爆破基本原理1炸藥；2炮眼壁；3藥卷(a) 耦合裝藥；(b)、(c) 不耦合裝藥 共九十四頁(yè)(2)耦合裝藥對(duì)爆破效果的影響耦合裝藥時(shí)，爆炸能的傳遞效率與波阻抗有關(guān)：波阻抗相匹配，則傳遞效率高。孔壁產(chǎn)生較大的峰值壓力,在巖石中引起較大應(yīng)變值.沖擊壓力過(guò)高，在巖體中激起沖擊波，產(chǎn)生壓碎圈,使炮孔附近的巖石過(guò)度破碎，消耗了大量(dling)能量，從而影響壓碎圈以外巖石的破碎效果。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)(3)不耦合裝藥對(duì)爆破效果的影響爆炸能作用過(guò)程沖擊波 間隙空氣(kngq) 炮孔壁藥包和孔壁這間存在空氣間隙，藥包爆轟的沖擊波效應(yīng)就要削弱很多，這一規(guī)律被利用在控制爆破上。不耦合系數(shù)KdKd =孔徑藥徑炮孔壓力與不耦合系數(shù)Kd的關(guān)系如下圖所示。5 巖石(ynsh)爆破基本原理共九十四頁(yè)實(shí)驗(yàn)表明(biomng):藥包爆炸直接作用在孔壁上的動(dòng)壓應(yīng)力隨著不耦合系數(shù)的增加而降低，見(jiàn)下圖。6 露天鉆孔(zun kn)爆破共九十四頁(yè)當(dāng)Kd增加到一定值時(shí)，孔壁上的壓應(yīng)力(yngl)等于或小于巖石的極限抗壓強(qiáng)度，則孔壁的巖石只能由壓應(yīng)力 引起的拉應(yīng)力 來(lái)破壞。如下圖所