現(xiàn)代爆破技術(shù)課件第五章-巖石爆破理論

1、主要內(nèi)容第五章 巖石爆破理論 5.1 巖石爆破破壞基本理論 5.2 單個(gè)藥包爆破作用 5.3 成組藥包爆破時(shí)巖石破壞特征 5.4 裝藥量計(jì)算 5.5 影響爆破作用的主要因素10/2/20221第五章 巖石爆破理論主要內(nèi)容第五章 巖石爆破理論 5.1 巖石爆破破壞基本理論爆生氣體膨脹作用理論 爆炸應(yīng)力波反射拉抻作用理論 爆生氣體和應(yīng)力波綜合作用理論 第一節(jié) 巖石爆破破壞基本理論 藥包爆炸時(shí)，產(chǎn)生大量的高溫高壓氣體，這些爆炸氣體產(chǎn)物迅速膨脹并以極高的壓力作用于藥包周圍的巖壁上，形成壓應(yīng)力場(chǎng)。當(dāng)巖石的抗拉強(qiáng)度低于壓應(yīng)力在切向衍生的拉應(yīng)力時(shí)，將產(chǎn)生徑向裂隙。 作用于巖壁上的壓力引起巖石質(zhì)點(diǎn)的徑向位移，

2、由于作用力的不等引起徑向位移的不等，導(dǎo)致在巖石中形成剪切應(yīng)力。當(dāng)這種剪切應(yīng)力超過(guò)巖石的抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖石就會(huì)產(chǎn)生剪切破壞。當(dāng)爆轟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)。10/2/20222第五章 巖石爆破理論爆生氣體膨脹作用理論 爆炸應(yīng)力波反射拉抻爆生氣體和應(yīng)力波爆生氣體膨脹作用理論 爆炸應(yīng)力波反射拉抻作用理論 爆生氣體和應(yīng)力波綜合作用理論 爆轟波沖擊和壓縮著藥包周圍的巖壁，在巖壁中激發(fā)形成沖擊波并很快衰減為應(yīng)力波。 此應(yīng)力波在周圍巖體內(nèi)形成裂隙的同時(shí)向前傳播，當(dāng)應(yīng)力波傳到自由面時(shí)，產(chǎn)生反射拉應(yīng)力波。當(dāng)拉應(yīng)力波的強(qiáng)度超過(guò)自由面處巖石的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度時(shí)，從自由面開始向爆源方向產(chǎn)生拉

3、伸片裂破壞，直至拉伸波的強(qiáng)度低于巖石的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度處時(shí)停止。 應(yīng)力波作用學(xué)說(shuō)只考慮了拉應(yīng)力波在自由面的反射作用，不僅忽視了爆轟氣體的作用，而且也忽視了壓應(yīng)力的作用，對(duì)拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的環(huán)向作用也未予考慮。實(shí)際上爆破漏斗主要以由里向外的爆破作用為主。10/2/20223第五章 巖石爆破理論爆生氣體膨脹作用理論 爆炸應(yīng)力波反射拉抻爆生氣體和應(yīng)力波 爆炸應(yīng)力波反射拉抻作用理論 (爆破的外部作用-霍金遜效應(yīng)) 水泥板的爆轟破壞1空氣沖擊波波陣面；2水泥板中沖擊波波陣面；3水泥板巖石桿件的爆破 板件爆破試驗(yàn)1裝藥孔 2破碎區(qū) 3拉裂區(qū)4震動(dòng)區(qū) 10/2/20224第五章 巖石爆破理論 爆炸應(yīng)力波反射拉抻作

4、用理論 (爆破的外部作用-爆生氣體膨脹作用理論 爆炸應(yīng)力波反射拉抻作用理論 爆生氣體和應(yīng)力波綜合作用理論 爆轟波波陣面的壓力和傳播速度大大高于爆轟氣體產(chǎn)物的壓力和傳播速度。 爆轟波首先作用于藥包周圍的巖壁上，在巖石中激發(fā)形成沖擊波并很快衰減為應(yīng)力波。沖擊波在藥包附近的巖石中產(chǎn)生“壓碎”現(xiàn)象，應(yīng)力波在壓碎區(qū)域之外產(chǎn)生徑向裂隙。 隨后，爆轟氣體產(chǎn)物繼續(xù)壓縮被沖擊波壓碎的巖石，爆轟氣體“楔入”在應(yīng)力波作用下產(chǎn)生的裂隙中，使之繼續(xù)向前延伸和進(jìn)一步張開。當(dāng)爆轟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)。10/2/20225第五章 巖石爆破理論爆生氣體膨脹作用理論 爆炸應(yīng)力波反射拉抻爆生氣體

5、和應(yīng)力波當(dāng)藥包在巖體中的埋置深度很大，其爆破作用達(dá)不到自由面時(shí)，這種情況下的爆破作用叫作爆破的內(nèi)部作用，相當(dāng)于單個(gè)藥包在無(wú)限介質(zhì)中的爆破作用。 第二節(jié) 單個(gè)藥包爆破作用內(nèi) 部 作 用10/2/20226第五章 巖石爆破理論當(dāng)藥包在巖體中的埋置深度很大，其爆破作用達(dá)不到自由面時(shí)，這種爆破的內(nèi)部作用1徑向裂隙 2環(huán)向裂隙Rc藥包半徑；Rp粉碎區(qū)半徑；Rc破裂區(qū)半徑內(nèi) 部 作 用 （1）粉碎區(qū)（壓縮區(qū)）（2）裂隙區(qū)（破裂區(qū)）徑向裂隙和環(huán)向裂隙的形成原理 徑向壓縮引起的切向拉伸 （3）震動(dòng)區(qū)10/2/20227第五章 巖石爆破理論爆破的內(nèi)部作用內(nèi) 部 作 用 （1）粉碎區(qū)（壓縮區(qū)）（2 當(dāng)單個(gè)藥包在巖

6、體中的埋置深度不大時(shí)，可以觀察到自由面上出現(xiàn)了巖體開裂、鼓起或拋擲現(xiàn)象。這種情況下的爆破作用叫爆破的外部作用。外 部 作 用10/2/20228第五章 巖石爆破理論 當(dāng)單個(gè)藥包在巖體中的埋置深度不大時(shí)，可以觀察到外 部 作 用（1）反射拉伸波引起自由面附近巖石的片落 霍普金森效應(yīng)的破碎機(jī)理A應(yīng)力波合成的過(guò)程；B巖石表面片落過(guò)程10/2/20229第五章 巖石爆破理論外 部 作 用（1）反射拉伸波引起自由面附近巖石的片落 霍普（2）反射拉伸波引起徑向裂隙的延伸 反 射 拉 伸 波 對(duì) 徑 向 裂 隙 的 影 響外 部 作 用10/2/202210第五章 巖石爆破理論（2）反射拉伸波引起徑向裂隙的

7、延伸 反 射 拉 伸 波 對(duì) 炸藥在巖石中爆破的破壞過(guò)程 炸藥爆炸后沖擊波徑向壓縮階段. A第一階段 爆炸氣體膨脹，巖石受爆炸氣體超壓力的影響，在拉伸應(yīng)力和氣楔的雙重作用下，徑向初始裂隙迅速擴(kuò)大。 C第三階段 對(duì)應(yīng)力波反射引起自由面處的巖石片落。 B第二階段10/2/202211第五章 巖石爆破理論炸藥在巖石中爆破的破壞過(guò)程 炸藥爆炸后沖擊波徑向壓縮階炸藥在巖石中爆破的破壞模式 主要的五種破壞模式12徑向裂隙作用 ；3載卸引起的巖石內(nèi)部環(huán)狀裂隙作用； 5爆炸氣體擴(kuò)展應(yīng)力波所產(chǎn)生的裂隙。 4反射拉伸引起的“片落”和引起徑向裂隙的延伸；炮孔周圍巖石的壓碎作用； 徑向裂隙作用 ；炮孔周圍巖石的壓碎作

8、用； 10/2/202212第五章 巖石爆破理論炸藥在巖石中爆破的破壞模式 主要的五種破壞模式12徑向裂隙作爆破漏斗爆破的外部作用，其特點(diǎn)是在自由面上形成了一個(gè)倒圓錐形爆坑，稱為爆破漏斗。10/2/202213第五章 巖石爆破理論爆破漏斗爆破的外部作用，其特點(diǎn)是在自由面上形成了一個(gè)倒圓錐形 爆破漏斗的幾何要素自由面：被爆破的介質(zhì)與空氣接觸的面，又叫臨空面。 最小抵抗線：藥包中心距自由面的最短距離。爆破時(shí)，最小抵抗線方向的巖石最容易破壞，它是爆破作用和巖石拋擲的主導(dǎo)方向。 （W）爆破漏斗半徑：形成倒錐形爆破漏斗的底圓半徑。（r ）爆破漏斗破裂半徑：從藥包中心到爆破漏斗底圓圓周上任一點(diǎn)的距離。 （

9、R）爆破漏斗深度：爆破漏斗頂點(diǎn)至自由面的最短距離。 （H）爆破漏斗可見(jiàn)深度：爆破漏斗中碴堆表面最低點(diǎn)到自由面的最短距離。 （h ）爆破漏斗張開角：爆破漏斗的頂角。（ ）10/2/202214第五章 巖石爆破理論 爆破漏斗的幾何要素9/28/202214第五章 巖石最小抵抗線方向 破碎和拋擲、堆積的主導(dǎo)方向。 各 種 爆 破 方 法 的 最 小 抵 抗 線 10/2/202215第五章 巖石爆破理論最小抵抗線方向 破碎和拋擲、堆積的主導(dǎo)方向。 各 種爆破作用指數(shù)n ：它是爆破漏斗半徑r和最小抵抗線W的比值，即：爆破作用指數(shù)爆破漏斗的基本形式 10/2/202216第五章 巖石爆破理論爆破作用指數(shù)

10、n ：它是爆破漏斗半徑r和最小抵抗線W的比值，即dcba標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗 加強(qiáng)拋擲爆破漏斗 減弱拋擲爆破漏斗（也稱加強(qiáng)松動(dòng)爆破漏斗） 松動(dòng)爆破漏斗 n 1.00.75 n 1.0n = 1.0n 2時(shí)(即a2W)，炮眼間距a過(guò)大，兩裝藥各自形成單獨(dú)的爆破漏斗。n=2時(shí)，兩裝藥各自形成的爆破漏斗剛好相連(假設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)漏斗)。2n1時(shí)，兩裝藥合成一個(gè)爆破漏斗，但往往兩裝藥之間底部破碎不夠充分。n=0.81時(shí)，兩裝藥爆破后合成一個(gè)爆破漏斗，底部平坦，此時(shí)漏斗體積最大。n2時(shí)(即a2W)，炮眼間距a過(guò)大，兩裝藥各自形成單獨(dú)的 目前，在巖土工程爆破中，精確計(jì)算裝藥量(charge quantity)的問(wèn)題

11、尚未得到十分圓滿的解決。工程技術(shù)人員更多的是在各種經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定裝藥量。其中，體積公式是裝藥量計(jì)算中最為常用的一種經(jīng)驗(yàn)公式。 第四節(jié) 裝藥量計(jì)算 10/2/202221第五章 巖石爆破理論 目前，在巖土工程爆破中，精確計(jì)算裝藥量( 一、體積公式的計(jì)算原理 在一定的炸藥和巖石條件下，爆落的土石方體積與所用的裝藥量成正比。這就是體積公式的計(jì)算原理。體積公式的形式為： Q=kV 式中： Q 裝藥量，kg ; k 單位體積巖石的炸藥消耗量，kg/m3 ; V 被爆落的巖石體積，m3 。10/2/202222第五章 巖石爆破理論 一、體積公式的計(jì)算原理9/28/202222第五章 巖

12、 二、集中藥包的藥量計(jì)算 1.集中藥包（concentrated charge）的標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破:根據(jù)體積公式的計(jì)算原理，對(duì)于采用單個(gè)集中藥包進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破，其裝藥量可按照下式來(lái)計(jì)算： QbkbV10/2/202223第五章 巖石爆破理論 二、集中藥包的藥量計(jì)算9/28/202223第五章 巖 Qb 形成標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗的裝藥量，kg； kb 標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破單位用藥量系數(shù)。單個(gè)集中藥包形成標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗（n=1）時(shí)，爆破每1m3巖石或土壤所消耗的2號(hào)巖石銨梯炸藥的質(zhì)量，簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)單位用藥量系數(shù)。 V 標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗的體積，m3。QbkbV10/2/202224第五章 巖石爆破理論 Qb 形成

13、標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗的裝藥量，kg；Qb式中V值的大小為：式中： r 爆破漏斗底圓半徑，m； W 最小抵抗線；m。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗， ，即rW ， 集中藥包的標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破裝藥量計(jì)算公式為 QbkbW310/2/202225第五章 巖石爆破理論式中V值的大小為： 集中藥包的標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破裝藥量計(jì)算公式為 2. 集中藥包的非標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破 在巖石性質(zhì)、炸藥品種和藥包埋置深度都不變動(dòng)的情況下，改變標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破的裝藥量，就形成了非標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破。當(dāng)裝藥量小于標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破的裝藥量時(shí)，形成的爆破漏斗底圓半徑變小， n 1，為加強(qiáng)拋擲爆破。10/2/202226第五章 巖石爆破理論 2. 集中藥包的非標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破

14、9/28/20222 可見(jiàn)非標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破的裝藥量是爆破作用指數(shù)n的函數(shù)，因此可以把不同爆破作用的裝藥量用下面的計(jì)算通式來(lái)表示： Q = f(n)kbW3 式中：f(n) 爆破作用指數(shù)函數(shù)10/2/202227第五章 巖石爆破理論 可見(jiàn)非標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破的裝藥量是爆破作用指數(shù)n的函數(shù) 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破f(n)1.0，減弱拋擲爆破或松動(dòng)爆破f(n)1。 f(n)具體的函數(shù)形式有多種，各派學(xué)者的觀點(diǎn)不一，我國(guó)工程界應(yīng)用較為廣泛的是前蘇聯(lián)學(xué)者鮑列斯闊夫提出的經(jīng)驗(yàn)公式： f(n) = 0.40.6n3Qp= (0.40.6n3)kbW3適用于集中藥包拋擲爆破裝藥量的計(jì)算10/2/202228第五章 巖石爆破

15、理論 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破f(n)1.0，減弱 上式計(jì)算加強(qiáng)拋擲爆破的裝藥量時(shí)，結(jié)果與實(shí)際情況比較接近。但是，當(dāng)最小抵抗線W大于25m時(shí)，計(jì)算出來(lái)的裝藥量偏小，應(yīng)乘以修正系數(shù) Qp= (0.40.6n3)kbW3 10/2/202229第五章 巖石爆破理論 上式計(jì)算加強(qiáng)拋擲爆破的裝藥量時(shí)，結(jié)果與 集中藥包松動(dòng)爆破的裝藥量可按下式計(jì)算： Qs= ksW3 式中： Qs集中藥包形成松動(dòng)爆破的裝藥量，kg； ks 松動(dòng)爆破的單位用藥量系數(shù)， Ks 則是指單個(gè)集中藥包形成松動(dòng)爆破漏斗時(shí)（一般n0.75)，爆破每1m3巖石或土壤所消耗的2號(hào)巖石銨梯炸藥的質(zhì)量，kg/m3 ; 10/2/202230第五章 巖

16、石爆破理論 集中藥包松動(dòng)爆破的裝藥量可按下式計(jì)算：9/28/202 工程經(jīng)驗(yàn)表明，ks與kb之間存在著以下關(guān)系： ksf(n)kb kb 即集中藥包松動(dòng)爆破的單位用藥量約為標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破單位用藥量的三分之一到二分之一。松動(dòng)爆破的裝藥量公式可以表示為： Qs= （0.330.5）kbW310/2/202231第五章 巖石爆破理論 工程經(jīng)驗(yàn)表明，ks與kb之間存在著以下關(guān)系：9/ 三、延長(zhǎng)藥包的藥量計(jì)算 延長(zhǎng)藥包（extended charge）是在工程爆破中應(yīng)用最為廣泛的藥包。如炮眼爆破法和深孔爆破法中使用的柱狀藥包(column charge)以及峒室爆破法中使用的條形藥包（linear cha

17、rge）都屬于延長(zhǎng)藥包。10/2/202232第五章 巖石爆破理論 三、延長(zhǎng)藥包的藥量計(jì)算9/28/202232第五章 巖 延長(zhǎng)藥包是相對(duì)于集中藥包而言的，當(dāng)藥包的長(zhǎng)度和它橫截面的直徑（或最大邊長(zhǎng)）之比值 大于某一值時(shí)，叫做延長(zhǎng)藥包。 值大小的規(guī)定目前尚未統(tǒng)一。就圓柱形裝藥而言，通常當(dāng) 4時(shí)，即視為延長(zhǎng)藥包。 實(shí)際上，要真正起到延長(zhǎng)藥包的作用，藥包的長(zhǎng)度要超過(guò)藥包直徑17倍以上。10/2/202233第五章 巖石爆破理論 延長(zhǎng)藥包是相對(duì)于集中藥包而言的，當(dāng)藥包的 1. 延長(zhǎng)藥包垂直于自由面 掘進(jìn)隧道時(shí)，炮眼爆破法的柱狀裝藥就是延長(zhǎng)藥包垂直于自由面的一種形式。這種情況下炸藥爆炸時(shí)易受到巖體的夾制

18、作用，但一般仍能形成倒圓錐的漏斗，只是易殘留炮窩。 計(jì)算裝藥量時(shí)，仍可按體積公式來(lái)計(jì)算。10/2/202234第五章 巖石爆破理論 1. 延長(zhǎng)藥包垂直于自由面9/28/202234第 Q=kbf(n)W3式中：Q-裝藥量，kg； W-最小抵抗線，m；l2- 堵塞長(zhǎng)度，m；l1- 裝藥長(zhǎng)度,m。 柱狀裝藥垂直10/2/202235第五章 巖石爆破理論 Q=kbf(n)W3l2- 堵塞長(zhǎng)度，m； 需要說(shuō)明的是，在淺眼爆破中，由于鑿巖機(jī)所鉆的眼徑較小，炮眼內(nèi)往往容納不下計(jì)算所得的裝藥量。在這種情況下，需要多打炮眼以容納計(jì)算的藥量。10/2/202236第五章 巖石爆破理論 需要說(shuō)明的是，在淺眼爆破中

19、，由于鑿巖機(jī)所計(jì)算總用藥量Q的公式為：式中：Q個(gè)爆破循環(huán)的總用藥量，kg; q爆破每立方米巖石所需炸藥的消耗量，kg/m3 ； 隧道爆破設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算每掘進(jìn)循環(huán)的總裝藥量，然后根據(jù)斷面尺寸和循環(huán)進(jìn)尺確定單孔裝藥量。10/2/202237第五章 巖石爆破理論計(jì)算總用藥量Q的公式為： 隧道爆破設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算每掘進(jìn)循 上頁(yè)所提到的 Kb 與 Ks都只是單個(gè)集中藥包爆破時(shí)裝藥量與所爆落巖體體積之間的一個(gè)關(guān)系系數(shù)。 當(dāng)群藥包共同作用時(shí)，群藥包的總裝藥量與群藥包一次爆落的巖體總體積的比值稱為單位耗藥量，簡(jiǎn)稱炸藥單耗，用字母q來(lái)表示，即： 炸藥單耗10/2/202238第五章 巖石爆破理論 上頁(yè)所提到的 Kb

20、與 Ks都只是單個(gè)集中藥包爆破時(shí)裝藥量 2. 延長(zhǎng)藥包平行于自由面 深孔爆破靠近邊坡炮孔的裝藥和峒室爆破采用的條形藥包都是延長(zhǎng)藥包平行于自由面的具體形式。延長(zhǎng)藥包爆破后形成的爆破漏斗是一個(gè)V形橫截面的爆破溝槽。設(shè)V形溝槽的開口寬度為2r，溝槽深度W，當(dāng)rW 時(shí)， =1，稱為標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破溝槽。 柱狀裝藥平行于自由面10/2/202239第五章 巖石爆破理論 2. 延長(zhǎng)藥包平行于自由面柱狀裝藥平行于自由 Q = kbV=kbr Wl = kbW 2l 對(duì)于形成非標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破溝槽的情況,裝藥量的計(jì)算公式應(yīng)考慮爆破作用指數(shù)n的影響，于是： Q = f(n)kbW2l 式中： Q 延長(zhǎng)藥包的裝藥量，kg

21、； f(n) 與爆破作用指數(shù)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式； W 延長(zhǎng)藥包的最小抵抗線，m； l 延長(zhǎng)藥包的裝藥長(zhǎng)度，m。 10/2/202240第五章 巖石爆破理論 Q = kbV=kbr Wl = k 對(duì)于硐室爆破中使用的條形藥包，裝藥量的計(jì)算公式可以表示為： Qt = f(n)kbW2 式中：Qt - 條形藥包單位長(zhǎng)度裝藥量，kg/m； 式中的f(n)為經(jīng)驗(yàn)公式，形式多樣，各不相同。 10/2/202241第五章 巖石爆破理論 對(duì)于硐室爆破中使用的條形藥包，裝藥量的計(jì)算公式可 我國(guó)使用較多的是原蘇聯(lián)學(xué)者鮑列斯闊夫和阿夫捷也夫提出的經(jīng)驗(yàn)公式： f(n) 鮑列斯闊夫公式阿夫捷也夫公式 f(n) 10/2/2

22、02242第五章 巖石爆破理論 我國(guó)使用較多的是原蘇聯(lián)學(xué)者鮑列斯闊夫和阿上述公式中，n為爆破作用指數(shù)，10/2/202243第五章 巖石爆破理論上述公式中，n為爆破作用指數(shù)，9/28/202243第五章 我國(guó)爆破工程技術(shù)人員也提出了一些f(n)經(jīng)驗(yàn)公式，其中由鐵道科學(xué)研究院提出的公式如下：f(n) 10/2/202244第五章 巖石爆破理論 我國(guó)爆破工程技術(shù)人員也提出了一些f(n)Kb與Ks的選取 A 查表B 工程類比C 試驗(yàn)對(duì)于普通的巖土爆破工程， Kb和Ks的值可由相關(guān)表格中查出； 采用標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗試驗(yàn)確定Kb 的值。參照條件相近工程的單位用藥量系數(shù)確定Kb和Ks的值；標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗

23、試驗(yàn)中Kb的計(jì)算：10/2/202245第五章 巖石爆破理論Kb與Ks的選取 A 查表B 工程類比C 試驗(yàn)對(duì)于普通的巖土第五節(jié) 影響爆破作用的主要因素 影響爆破效果的因素很多，本節(jié)就炸藥性能、地質(zhì)條件、裝藥結(jié)構(gòu)、堵塞以及起爆方式等爆破工程中影響爆破效果的共性問(wèn)題進(jìn)行闡述。10/2/202246第五章 巖石爆破理論第五節(jié) 影響爆破作用的主要因素 影響爆破效果的 一、炸藥性能對(duì)爆破效果的影響 炸藥的密度、爆熱、爆速、作功能力和猛度等性能指標(biāo)，反映了炸藥爆炸時(shí)的作功能力，直接影響炸藥的爆炸效果。目前的爆炸能量利用率只有1020%；研究爆炸能量的分布比率，可以提高能量利用率。增大炸藥的密度和爆熱，可以

24、提高單位體積炸藥的能量密度，同時(shí)提高炸藥的爆速、猛度和作功能力。10/2/202247第五章 巖石爆破理論 一、炸藥性能對(duì)爆破效果的影響9/28/202247 但是品種、型號(hào)一定的工業(yè)炸藥其各項(xiàng)性能指標(biāo)符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，做為工業(yè)炸藥的用戶，工程爆破領(lǐng)域的技術(shù)人員一般不能變動(dòng)這些性能指標(biāo)。 即使象銨油炸藥、水膠炸藥或乳化炸藥這些可以在現(xiàn)場(chǎng)混制的炸藥，過(guò)分提高其爆熱，也會(huì)造成炸藥成本的大幅度提高。 10/2/202248第五章 巖石爆破理論 但是品種、型號(hào)一定的工業(yè)炸藥其各項(xiàng)性能指標(biāo)符合相 另外，工業(yè)炸藥的密度也不能進(jìn)行大幅度的變動(dòng)，例如當(dāng)銨梯炸藥的密度超過(guò)其極限值后，就不能穩(wěn)定爆轟。

25、因此，根據(jù)爆破對(duì)象的性質(zhì)，合理選擇炸藥品種并采取適宜的裝藥結(jié)構(gòu)，從而提高炸藥能量的有效利用，是改善爆破效果的有效途徑。 10/2/202249第五章 巖石爆破理論 另外，工業(yè)炸藥的密度也不能進(jìn)行大幅度 爆速是炸藥本身影響其能量有效利用的一個(gè)重要性能指標(biāo)。不同爆速的炸藥，在巖體內(nèi)爆炸激起的沖擊波和應(yīng)力波的參數(shù)不同，從而對(duì)巖石爆破作用及其效果有著明顯的影響。 巖石（或其它介質(zhì)）的密度同巖石（或其它介質(zhì)）縱波速度的乘積，稱為該巖石（或介質(zhì)）的波阻抗(wave impedance)。它的物理意義是：在巖石（或其它介質(zhì)）中引起擾動(dòng)使質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生單位振動(dòng)速度所必需的應(yīng)力。10/2/202250第五章 巖石爆破

26、理論 爆速是炸藥本身影響其能量有效利用的一個(gè)重要性能指 波阻抗大，產(chǎn)生單位振動(dòng)速度所需的應(yīng)力就大；反之，波阻抗小，產(chǎn)生單位振動(dòng)速度所需的應(yīng)力就小。因此，波阻抗反映了巖石（或其它介質(zhì)）對(duì)波傳播的阻尼作用。炸藥的密度與其爆速的乘積稱作炸藥的波阻抗。10/2/202251第五章 巖石爆破理論 波阻抗大，產(chǎn)生單位振動(dòng)速度所需的應(yīng)力就大；反之， 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)炸藥或鑿巖機(jī)釬桿的波阻抗值同巖石的波阻抗值愈接近，炸藥或釬桿傳給巖石的能量就愈多，在巖石中所引起的破碎程度也愈大。從能量觀點(diǎn)來(lái)看，為提高炸藥能量的有效利用，炸藥的波阻抗應(yīng)盡可能與所爆破巖石的波阻抗相匹配。因此，巖石的波阻抗愈高，所選用炸藥的密度和爆速

27、應(yīng)愈大。 10/2/202252第五章 巖石爆破理論 實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)炸藥或鑿巖機(jī)釬桿的波阻抗值介質(zhì)1介質(zhì)210/2/202253第五章 巖石爆破理論介質(zhì)1介質(zhì)29/28/202253第五章 巖石爆破理論反射與透射與介質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系、反射與透射只與兩種介質(zhì)的波阻抗有關(guān)。、當(dāng)波阻抗相等時(shí)，能量傳遞為100%，全部透射、最佳匹配。、當(dāng)介質(zhì)2的波阻抗為零時(shí)，全部反射，壓力波反射為拉波，稱為反射拉伸波。此為自由面情況，對(duì)巖石破碎很有意義。、當(dāng)介質(zhì)2的阻抗遠(yuǎn)大于介質(zhì)1的阻抗時(shí)，反射波仍為壓縮波，此為固定端情況。、當(dāng)介質(zhì)1的阻抗遠(yuǎn)大于介質(zhì)2的阻抗時(shí)，如釬頭鑿巖時(shí)的情況，釬頭的阻抗約為巖石的5倍。入射壓波有2/3

28、反射為拉伸波、入射壓波有1/3透射為壓縮波。此時(shí)相當(dāng)于自由面和固定端之間，即鑿巖時(shí)的一般情況。10/2/202254第五章 巖石爆破理論反射與透射與介質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系、反射與透射只與兩種介質(zhì)的波阻抗 二、地質(zhì)條件對(duì)爆破效果的影響 露天工程爆破的實(shí)踐證明，爆破效果的好壞，在很大程度上取決于爆區(qū)地質(zhì)條件的好壞以及爆破設(shè)計(jì)是否充分考慮到地質(zhì)條件與爆破作用之間的的關(guān)系。 地形地質(zhì)條件對(duì)爆破效果、爆破安全及爆破后巖體穩(wěn)定性的影響，涉及地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)諸方面。10/2/202255第五章 巖石爆破理論 二、地質(zhì)條件對(duì)爆破效果的影響9/28/202255第 1. 自由面對(duì)爆破效果的影響 在爆破工程

29、中自由面的作用是非常重要的。有了自由面，爆破后的巖石才能向這個(gè)面破壞和移動(dòng)。增加自由面的個(gè)數(shù)，可以在明顯改善爆破效果的同時(shí)，顯著地降低炸藥消耗量。合理地利用地形條件或人為地創(chuàng)造自由面，往往可以達(dá)到事半功倍的效果。10/2/202256第五章 巖石爆破理論 1. 自由面對(duì)爆破效果的影響9/28/2自由面的數(shù)目對(duì)爆破效果的影響10/2/202257第五章 巖石爆破理論自由面的數(shù)目對(duì)爆破效果的影響9/28/202257第五章 巖炮 孔 與 自 由 面 相 關(guān) 位 置 對(duì) 爆 破 的 影 響（a）垂直布置炮眼（b）傾斜布置炮眼（c）自由面在炮孔下方（d）自由面在炮孔上方10/2/202258第五章 巖

30、石爆破理論炮 孔 與 自 由 面 相 關(guān) 位 置 對(duì) 爆 破 的 影 自由面在爆破中的作用 反射應(yīng)力波。 當(dāng)爆炸應(yīng)力波遇到自由面時(shí)發(fā)生反射，壓縮應(yīng)力波變?yōu)槔觳ǎ?巖的片落和徑向裂隙的延伸。 改變巖石應(yīng)力狀態(tài)及強(qiáng)度極限。 在無(wú)限介質(zhì)中，巖石處于三向應(yīng)力狀態(tài)，而自由面附近的巖石則處于 單向或雙向應(yīng)力狀態(tài)。故自由面附近的巖石強(qiáng)度接近巖石單軸抗拉或抗壓 強(qiáng)度,比在無(wú)限介質(zhì)中承受爆破作用時(shí)相應(yīng)的強(qiáng)度減少幾倍甚至十幾倍。 自由面是最小抵抗線方向，應(yīng)力波低達(dá)自由面后，在自由面附近介質(zhì)的運(yùn) 動(dòng)因阻力減小而加速，隨后而到的爆炸氣體進(jìn)一步向自由面方向運(yùn)動(dòng)，形 成鼓 包,最后破碎、拋擲。10/2/202259

31、第五章 巖石爆破理論 自由面在爆破中的作用 反射應(yīng)力波。9/28/20225 2. 斷層對(duì)爆破效果的影響 實(shí)踐證明，在藥包爆破作用范圍內(nèi)的斷層（fault）或大裂隙能影響爆破漏斗的大小和形狀，從而減少或增加爆破方量，使爆破不能達(dá)到預(yù)定的拋擲效果甚至引起爆破安全事故。因此，在布置藥包時(shí)，應(yīng)查明爆區(qū)斷層的性質(zhì)、產(chǎn)狀和分布情況，以便結(jié)合工程要求盡可能避免其影響。 10/2/202260第五章 巖石爆破理論 2. 斷層對(duì)爆破效果的影響9/28/2 圖a中的藥包布置在斷層的破碎帶中。當(dāng)斷層內(nèi)的破碎物膠結(jié)不好時(shí)，爆炸氣體將從斷層破碎帶沖出，造成沖炮并使爆破漏斗變小。圖b中的藥包位于斷層的下面。爆破后，爆區(qū)

32、上部斷層上盤的巖體將失去支撐，在重力的作用下順斷層面下滑，從而使爆破方量增大，甚至造成原設(shè)計(jì)爆破影響范圍之外的建筑物損壞。 圖a 藥包布置在斷層中 圖b藥包布置在斷層下10/2/202261第五章 巖石爆破理論 圖a中的藥包布置在斷層的破碎帶中。當(dāng)斷層 3. 溶洞對(duì)爆破效果的影響 在巖溶地區(qū)進(jìn)行大爆破時(shí)，地下溶洞對(duì)爆破效果的影響不容忽視。溶洞能改變最小抵抗線的大小和方向，從而影響裝藥的拋擲方向和拋擲方量。爆區(qū)內(nèi)小而分散的溶洞和溶蝕溝縫，能吸收爆炸能量或造成爆破漏氣，造成爆破不勻，產(chǎn)生大塊。10/2/202262第五章 巖石爆破理論 3. 溶洞對(duì)爆破效果的影響9/28/ 溶洞還可以誘發(fā)沖炮、塌方

33、和陷落，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爆破安全事故。對(duì)于深孔爆破，地下溶洞會(huì)使炮孔容藥量突然增大，產(chǎn)生異常拋擲和飛石。危險(xiǎn)！10/2/202263第五章 巖石爆破理論 溶洞還可以誘發(fā)沖炮、塌方和陷落，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爆破圖4-12 溶洞對(duì)拋擲方向的影響 圖4-13 溶洞對(duì)深孔爆破的影響 10/2/202264第五章 巖石爆破理論圖4-12 溶洞對(duì)拋擲方向的影響 三、裝藥結(jié)構(gòu)對(duì)爆破效果的影響 炸藥在被爆介質(zhì)內(nèi)的安置方式稱為裝藥結(jié)構(gòu)。這里著重討論炮眼爆破法中裝藥結(jié)構(gòu)對(duì)爆破效果的影響。根據(jù)炮眼內(nèi)藥卷與炮眼、藥卷與藥卷之間的關(guān)系，炮眼爆破法中的裝藥結(jié)構(gòu)可以分為以下幾種： 10/2/202265第五章 巖石爆破理論 三、裝藥

34、結(jié)構(gòu)對(duì)爆破效果的影響9/28/202265第 按藥卷與炮眼在徑向的關(guān)系分為 偶合裝藥（coupling charge）：藥卷與炮眼在徑向無(wú)間隙，如散裝藥。 不偶合裝藥(decoupling charge)：藥卷與炮眼在徑向有間隙，間隙內(nèi)可以是空氣或其它緩沖材料，如水、砂等。偶合裝藥時(shí)，裝藥直徑即炮眼直徑；不偶合裝藥時(shí)，裝藥直徑一般指藥卷直徑。炮孔直徑與裝藥直徑之比稱為不偶合系數(shù)(decoupling index)。散裝藥時(shí)，不偶合系數(shù)為1。這個(gè)概念很重要10/2/202266第五章 巖石爆破理論 按藥卷與炮眼在徑向的關(guān)系分為偶合裝藥時(shí) 按藥卷與藥卷在炮眼軸向的關(guān)系分為 連續(xù)裝藥（continu

35、os charge）：藥卷與藥卷在炮眼軸向緊密接觸。 間隔裝藥（spaced charge）：藥卷（或藥卷組）之間在炮眼軸向存在一定長(zhǎng)度的空隙，空隙內(nèi)可以是空氣、炮泥、木墊或其它材料。 10/2/202267第五章 巖石爆破理論 按藥卷與藥卷在炮眼軸向的關(guān)系分為9/裝藥結(jié)構(gòu)(a)偶合裝藥；(b) 不偶合裝藥；(c) 正向連續(xù)裝藥；(d) 正向空氣間隔裝藥；(e) 反向連續(xù)裝藥 1-炸藥；2-炮眼壁；3-藥卷；4-雷管；5-炮泥； 6-腳線；7-竹條；8-綁繩10/2/202268第五章 巖石爆破理論裝藥結(jié)構(gòu)9/28/202268第五章 巖石爆破理論 空氣間隙可以起緩沖作用，使爆炸壓力較平緩的作

36、用在孔壁上，避免過(guò)度破壞區(qū)的形成，使更多的能量用于巖石的破裂，從而提高能量利用率。 空氣間隙的大小極為重要，露天深孔爆破時(shí)，空氣間隙長(zhǎng)度與藥包長(zhǎng)度的最優(yōu)比值為0.170.4，巖石愈難爆，取值應(yīng)愈小。10/2/202269第五章 巖石爆破理論 空氣間隙可以起緩沖作用，使爆炸壓力較平緩的作用爆炸壓力是指炸藥完成爆炸反應(yīng)以后，爆轟氣體產(chǎn)物膨脹作用在炮孔壁上的壓力。 爆轟壓力是指炸藥爆炸時(shí)爆轟波波陣面（C-J面）上的壓力。 爆轟壓力-爆炸壓力過(guò)高的爆轟壓力，會(huì)造成藥包周圍近區(qū)巖石的過(guò)渡粉碎而消耗較多能量。爆炸壓力比爆轟壓力作用時(shí)間長(zhǎng)得多，t1爆轟反應(yīng)時(shí)間，t2為爆轟氣體產(chǎn)物作用時(shí)間。爆轟反應(yīng)時(shí)間愈大，

37、爆轟時(shí)間短，爆轟壓力高，以應(yīng)力波傳播的爆炸能量就愈多，可能造成近區(qū)巖石過(guò)度粉碎而引起能量的浪費(fèi)。實(shí)際工程中要求爆轟氣體產(chǎn)物的壓力低而作用時(shí)間長(zhǎng)。如使用空氣間隙裝藥。10/2/202270第五章 巖石爆破理論爆炸壓力是指炸藥完成爆炸反應(yīng)以后，爆轟氣體產(chǎn)物膨脹作用在炮孔PP1P2t1t2t211-偶合裝藥；2-不偶合裝藥t1爆轟反應(yīng)時(shí)間，t2為爆轟氣體產(chǎn)物作用時(shí)間。10/2/202271第五章 巖石爆破理論P(yáng)P1P2t1t2t211-偶合裝藥；2-不偶合裝藥t1爆轟在一定的巖石和炸藥條件下，采用不偶合裝藥或空氣間隔裝藥具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1.可以增加炸藥用于破碎或拋擲巖石能量的比例，提高炸藥能量的有效利用率。 2.改善巖石破碎的均勻度，降低大塊率，從而使裝巖效率得到提高。 3.降低炸藥消耗量。 4.能有效地保護(hù)爆破時(shí)形成的新自由面。10/2/202272第五章 巖石爆破理論在一定的巖石和炸藥條件下，采用不偶合裝藥或空氣9/28/20四、堵塞對(duì)爆破效果的影響炮孔堵塞的作用： （1） 保證炸藥充分反應(yīng)，使之放出最大熱量和減少有毒氣體生成量.（2） 降低爆生氣體逸出自由面的溫度和壓力，提高炸藥的熱效率，使更多的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功。（3） 在有瓦斯的工作面內(nèi)，除降低爆炸氣體逸出自由面的溫