巖石爆破破碎機(jī)理(課時)詳解課件

5巖石爆破破碎機(jī)理5.2爆炸作用下巖石的破壞過程分析一、巖石爆破破碎機(jī)理的假設(shè)1.爆生氣體膨脹作用假設(shè)（1）原理圖12/24/20221圖5-1爆炸生成氣體的膨脹作用

5巖石爆破破碎機(jī)理5.2爆炸作用下巖石的破壞過程分析12/112/24/20222（2）理論要點(diǎn)

1）高溫高壓氣體產(chǎn)物是巖石破裂的主要動力；2）巖石的破壞形式主要是剪切破壞。

3）破碎的巖石是在爆生氣體膨脹推動下沿徑向拋出，而形成倒錐形的爆破漏斗。

（3）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

黑火藥對巖石進(jìn)行爆破漏斗試驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的均勻分布、朝向自由面方向發(fā)展的輻射狀裂隙。

12/17/20222（2）理論要點(diǎn)212/24/202232.爆炸應(yīng)力波反射拉伸作用假設(shè)

（1）理論要點(diǎn)

1）巖石的破裂主要是巖體中爆炸應(yīng)力波在自由面反射后，形成反射拉伸波而破壞的；

2）巖石的破壞形式主要是拉伸破壞。（2）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

1）霍普金生桿件試驗(yàn)；2）松香板件爆破試驗(yàn)。

12/17/202232.爆炸應(yīng)力波反射拉伸作用假設(shè)3圖5-2不同藥量的巖石桿件爆破實(shí)驗(yàn)

圖5-3板件爆破試驗(yàn)1-小孔；2-破碎區(qū)；3-拉伸區(qū)；4-振動區(qū)12/24/20224圖5-2不同藥量的巖石桿件爆破實(shí)驗(yàn)圖5-3板件爆破試驗(yàn)43.爆生氣體和應(yīng)力波綜合作用假設(shè)理論要點(diǎn)：（1）爆生氣體和爆炸應(yīng)力波都對巖石破壞都起了作用，不能絕對分開，是兩種作用綜合的結(jié)果。（2）應(yīng)力波和爆生氣體由于速度的差異，巖體內(nèi)最初裂隙是由沖擊波或應(yīng)力波造成的，爆生氣體然后楔入裂隙，使裂隙進(jìn)一步得到擴(kuò)展，達(dá)到巖體破壞的目的。12/24/202253.爆生氣體和應(yīng)力波綜合作用假設(shè)12/17/202255二、單個藥包的爆破作用1.單個藥包爆破的內(nèi)部作用（1）定義當(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，這種爆破作用叫做爆破的內(nèi)部作用。（2）巖石的破壞特征原理圖如圖5-4所示，巖石的破壞可分三個區(qū)：12/24/20226二、單個藥包的爆破作用12/17/20226612/24/20227圖5-4球形藥包在巖體內(nèi)的爆破作用1-擴(kuò)大空腔；2-壓碎區(qū)；3-破裂區(qū)；4-震動區(qū)12/17/20227圖5-4球形藥包在巖體內(nèi)的爆破作用71）壓碎區(qū)裝藥空間的巖壁在炸藥爆炸后，受到爆轟波的強(qiáng)烈壓縮，一方面使裝藥空間擴(kuò)大，形成擴(kuò)大的空腔；另一方面空腔巖壁由于受到強(qiáng)烈壓縮而形成一圈破碎帶，這個擴(kuò)大的空腔和破碎帶統(tǒng)稱為壓碎區(qū)，又叫粉碎區(qū)。12/24/202281）壓碎區(qū)12/17/2022882）破裂區(qū)①徑向裂隙的形成

應(yīng)力波通過壓碎區(qū)后，其強(qiáng)度低于巖石的動抗壓強(qiáng)度，已不能引起巖石的壓碎破壞，但仍能引起巖石的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生徑向位移，從而使空腔巖體出現(xiàn)切向拉伸應(yīng)力，當(dāng)拉伸應(yīng)力值高于此處巖石動抗拉強(qiáng)度時，便會產(chǎn)生徑向裂隙。12/24/202292）破裂區(qū)12/17/202299②環(huán)狀裂隙的形成

當(dāng)爆炸壓應(yīng)力波通過破裂區(qū)時，由于巖石受到強(qiáng)烈的壓縮而儲蓄了一部分彈性變形能。當(dāng)壓應(yīng)力波通過后，這部分能量就會釋放出來，從而引起巖石質(zhì)點(diǎn)的向心運(yùn)動而產(chǎn)生徑向拉伸應(yīng)力。如果這個拉伸應(yīng)力值高于巖石動抗拉強(qiáng)度，就會在巖石中產(chǎn)生環(huán)狀裂隙（即巖石出現(xiàn)卸載拉伸斷裂）。12/24/202210②環(huán)狀裂隙的形成12/17/20221010③爆生氣體的作用

炸藥爆炸后產(chǎn)生的大量爆生氣體，一方面對徑向裂隙產(chǎn)生氣楔作用，促使徑向裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展；同時它同樣強(qiáng)烈壓縮周圍巖石，隨著壓力的降低，也會產(chǎn)生卸載拉伸，使環(huán)向裂隙得到進(jìn)一步擴(kuò)展。因此，裂隙區(qū)的巖石在爆轟波和爆轟氣體共同作用下，就形成相互交錯的徑向裂隙和環(huán)狀裂隙，并將此區(qū)域內(nèi)的巖石分割成大大小小的碎塊。12/24/202211③爆生氣體的作用12/17/202211113）震動區(qū)①在破裂區(qū)外圍的巖石中，爆炸能量由于經(jīng)壓碎區(qū)和破裂區(qū)的消耗和衰減，剩余的能量不能造成巖石的破壞，而只能引起它的彈性震動，把這個區(qū)域叫做震動區(qū)。②這部分能量雖然不能使巖石介質(zhì)產(chǎn)生破壞，但它傳播的距離遠(yuǎn)、影響大，可使巖石介質(zhì)內(nèi)或附近的建構(gòu)物產(chǎn)生明顯的破壞，因此，這部分能量也是爆破施工時，應(yīng)盡量消除的負(fù)面效應(yīng)之一。12/24/2022123）震動區(qū)12/17/202212122.單個藥包爆破的外部作用（1）定義藥包在半無限巖體內(nèi)爆炸，其最小抵抗線小于臨界抵抗線時，爆破效應(yīng)除產(chǎn)生內(nèi)部破壞作用以外，還會在地表產(chǎn)生破壞作用，形成凹坑，這種作用叫做爆破的外部作用。（2）巖體破壞特征

12/24/2022132.單個藥包爆破的外部作用12/17/20221313

1）反射拉伸應(yīng)力波造成自由面巖石片落12/24/202214圖5-6沖擊波反射拉伸階段1）反射拉伸應(yīng)力波造成自由面巖石片落12/17/20221142）反射拉伸波促進(jìn)了徑向裂紋的延伸

圖5-7反射拉伸波促進(jìn)徑向裂隙的延伸

12/24/2022152）反射拉伸波促進(jìn)了徑向裂紋的延伸圖5-7反射拉伸波促153）自由面改變了巖石中的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場

自由面的存在改變了爆生氣體膨脹壓力形成的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場的應(yīng)力分布和應(yīng)力值的大小，使巖石更容易在自由面方向受到剪切破壞。爆破后的巖石在爆生氣體的作用下，沿自由面方向移動和拋出，形成爆破漏斗。

12/24/2022163）自由面改變了巖石中的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場12/17/202216165.3爆破漏斗及利文斯頓爆破漏斗理論一、爆破漏斗1.爆破漏斗的形成過程圖5-8爆破漏斗形成過程示意圖

12/24/2022175.3爆破漏斗及利文斯頓爆破漏斗理論圖5-8爆破漏斗形成過17（1）壓碎區(qū)形成

1）炸藥爆炸產(chǎn)生的高溫和高壓，形成強(qiáng)烈的沖擊波；2）強(qiáng)烈的沖擊波作用在藥包周圍的巖壁上，使藥包附近一定范圍內(nèi)的巖石或被擠壓，或被擊碎成粉粒，形成壓碎區(qū)(近區(qū))。12/24/202218（1）壓碎區(qū)形成12/17/20221818（2）破裂區(qū)的形成1）徑向裂隙的形成①在應(yīng)力波的作用下，使巖石質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生徑向位移，在構(gòu)成徑向壓應(yīng)力場和切向拉應(yīng)力場。當(dāng)切向拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時，該處巖石被拉斷，形成與粉碎區(qū)貫通的徑向裂隙；②高壓爆生氣體膨脹作用在對周圍巖石產(chǎn)生強(qiáng)烈壓縮的同時，也對已形成的徑向裂隙產(chǎn)生氣楔作用，促進(jìn)了徑向裂隙的擴(kuò)展；12/24/202219（2）破裂區(qū)的形成12/17/202219192）環(huán)向裂隙的形成

巖體在壓縮應(yīng)力波和爆生氣體的作用下，巖石積蓄了大量的彈性變形。隨后，由于卸載作用轉(zhuǎn)變?yōu)樾遁d波，形成向爆源方向傳播的徑向拉應(yīng)力場。當(dāng)此拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時，巖石就會被拉斷，形成環(huán)向裂隙。

在徑向裂隙與環(huán)向裂隙的共同作用下，巖石被切割、破碎，構(gòu)成了破裂區(qū)(中區(qū)）。12/24/2022202）環(huán)向裂隙的形成12/17/20222020（3）片落區(qū)的形成

應(yīng)力波傳播到自由面時，使巖石產(chǎn)生反射拉伸，若該拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時，表面的巖石被拉斷形成片落區(qū)。（4）爆破漏斗的形成

在埋深適當(dāng)?shù)那闆r下，壓碎區(qū)、破裂區(qū)和片落區(qū)相連接，形成連續(xù)性破壞。最后在爆生氣體膨脹作用下，將最小抵抗線方向的巖石鼓起、拋擲，最終形成倒錐形的凹坑。

12/24/202221（3）片落區(qū)的形成12/17/202221212.爆破漏斗的幾何參數(shù)（1）爆破漏斗圖5-9爆破漏斗

12/24/2022222.爆破漏斗的幾何參數(shù)圖5-9爆破漏斗12/17/20222（2）參數(shù)

1）最小抵抗線W裝藥中心到自由面的垂直距離。

2）爆破漏斗半徑r爆破漏斗底圓中心到該圓邊上任意點(diǎn)的距離。

3）爆破作用半徑R藥包中心到爆破漏斗底圓圓周上任意一點(diǎn)距離。

12/24/202223（2）參數(shù)12/17/20222323

4）爆破漏斗張開角θ5）可見深度H6）爆破作用指數(shù)爆破作用指數(shù)n：是指爆破漏斗半徑r與最小抵抗線W的比值，即：12/24/202224（5-19）4）爆破漏斗張開角θ12/17/202224（5-1243.爆破漏斗的基本形式

（1）標(biāo)推拋擲爆破漏斗（2）加強(qiáng)拋擲爆破漏斗（3）減弱拋擲爆破(加強(qiáng)松動)漏斗（4）松動爆破漏斗12/24/2022253.爆破漏斗的基本形式12/17/20222525二、利文斯頓爆破漏斗理論1.利文斯頓爆破漏斗理論的實(shí)質(zhì)（1）傳遞給巖石能量大小的相關(guān)因素巖石性質(zhì)、炸藥性能、藥包質(zhì)量、炸藥埋置深度和起爆方式。（2）爆破后炸藥能量分配1）巖石的彈性變形；2）巖石的破碎和破裂；3）巖石的拋擲；4）空氣沖擊波和對氣體做功。

12/24/202226二、利文斯頓爆破漏斗理論12/17/20222626（3）爆破能量的計(jì)算

1）臨界深度當(dāng)巖石條件、炸藥條件一定時，炸藥埋置深度達(dá)到一定深度后，炸藥的爆破作用只限于巖體內(nèi)部作用，此時炸藥埋深的上限。

2）最佳深度

當(dāng)巖石條件、炸藥條件一定時，炸藥埋置深度逐漸減小，爆破漏斗體積達(dá)到最大時，炸藥的埋置深度。

12/24/202227（5-20）

（3）爆破能量的計(jì)算12/17/202227（5-20）272.爆破漏斗特性

根據(jù)利文斯頓爆破漏斗理論，對爆破漏斗進(jìn)行研究，得到如下結(jié)論圖5-11花崗巖爆破漏斗特性曲線

圖5-12鐵燧石爆破漏斗特性曲線

12/24/2022282.爆破漏斗特性圖5-11花崗巖爆破漏斗特性曲線圖5-128圖5-13不同巖石的爆破漏斗特性曲線圖5-14不同炸藥的花崗巖爆破漏斗特性曲線1-花崗巖；2-砂巖；3-泥土巖1-銨油炸藥；2-漿狀炸藥；3-含鋁漿狀炸藥12/24/202229圖5-13不同巖石的爆破漏斗特性曲線圖5-14293.利文斯頓爆破漏斗理論的實(shí)際應(yīng)用（1）改進(jìn)炸藥性能，研制新型炸藥（2）用彈性變性能系數(shù)評價巖石的可爆性（3）爆破漏斗理論在工程爆破中進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)12/24/2022303.利文斯頓爆破漏斗理論的實(shí)際應(yīng)用12/17/202230305.4裝藥量計(jì)算原理一、體積公式

1.體積公式的計(jì)算原理（1）體積公式是布若伯格根據(jù)爆破相似法則得出的；（2）當(dāng)一定炸藥和巖石條件下，爆破破碎巖石的體積與所用的裝藥量成正比。即（5-24）12/24/2022315.4裝藥量計(jì)算原理（5-24）12/17/202231312.集中藥包的藥量計(jì)算（1）集中藥包的標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破

（2）集中藥包的非標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破

式中：——爆破作用指數(shù)函數(shù)；12/24/202232（5-28）（5-29）

2.集中藥包的藥量計(jì)算12/17/202232（5-28）32對于爆破作用指數(shù)函數(shù)，我國工程界應(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。

1）加強(qiáng)拋擲爆破時

2）松動爆破時12/24/202233對于爆破作用指數(shù)函數(shù)，我國工程界應(yīng)用較為廣泛的是前蘇聯(lián)333.柱狀藥包的裝藥量計(jì)算

（1）柱狀藥包垂直于自由面此時的最小抵抗線計(jì)算方法應(yīng)按下式計(jì)算

12/24/202234圖5-15柱狀裝藥垂直于自由面

（5-33）

（5-34）

3.柱狀藥包的裝藥量計(jì)算12/17/202234圖5-1534（2）柱狀藥包平行于自由面1）標(biāo)準(zhǔn)拋擲溝槽爆破2）非標(biāo)準(zhǔn)拋擲溝槽爆破圖5-16柱狀裝藥平行于自由面

（5-35）（5-36）

12/24/202235（2）柱狀藥包平行于自由面圖5-16柱狀裝藥平行于自由面35二、面積公式1.適用范圍預(yù)裂爆破、光面爆破和切割爆破2.計(jì)算公式（5-37）

12/24/202236二、面積公式（5-37）12/17/20223636三、單位炸藥消耗量的確定方法(BE0101-2)

單位炸藥消耗量是指單個集中藥包形成標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗時，爆破每立方巖石所消耗的2號巖石銨梯炸藥的質(zhì)量。1.查表法

注意：查表值一定要和實(shí)際應(yīng)用的炸藥進(jìn)行換算。其中，根據(jù)表5-2選用，根據(jù)表5-3選用。12/24/202237三、單位炸藥消耗量的確定方法(BE0101-2)12/17/372.工程類比法3.采用標(biāo)準(zhǔn)爆破漏斗試驗(yàn)法

試驗(yàn)時由于恰好爆出一個標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗不容易，因此，根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算（5-40）12/24/2022382.工程類比法（5-40）12/17/202238385.5影響爆破作用的主要因素一、炸藥性能對爆破作用的影響1.炸藥密度、爆熱和爆速的影響增大炸藥的爆熱、密度和爆速，都可以提高單位體積炸藥的能量密度。2.爆轟壓力與爆炸壓力的影響12/24/2022395.5影響爆破作用的主要因素12/17/20223939二、巖石條件對爆破作用的影響1.巖石波阻抗的影響2.裂隙和結(jié)構(gòu)面的影響三、自由面對爆破效果的影響

1.應(yīng)力波的反射作用；2.改變巖石的應(yīng)力狀態(tài)及強(qiáng)度極限；3.自由面是巖石的運(yùn)動方向，減小了巖體間的夾制作用。12/24/202240二、巖石條件對爆破作用的影響12/17/20224040四、爆破工藝對爆破作用的影響1.不耦合裝藥對爆破作用的影響（1）降低了爆破作用在孔壁上的沖擊壓力峰值；（2）間隔裝藥增加了應(yīng)力波的作用時間；（3）增大了應(yīng)力波傳給巖石的沖量，使沖量沿炮孔較均勻的分布。12/24/202241四、爆破工藝對爆破作用的影響12/17/202241412.堵塞對爆破效果的影響

（1）保證炸藥充分反應(yīng)，使之產(chǎn)生最大熱量；（2）加強(qiáng)了炮孔中炸藥爆轟時的約束作用，阻止高溫高壓的爆轟氣體過早逸散；（3）阻止灼熱固體顆粒從炮孔飛出，減小了與粉塵和可燃?xì)怏w爆炸的危險，有利于安全。

12/24/2022422.堵塞對爆破效果的影響12/17/202242423.起爆藥包位置對爆破效果的影響

在鉆眼爆破中，根據(jù)起爆點(diǎn)在裝藥中的位置和數(shù)目，將起爆方式分為正向起爆、反向起爆和多點(diǎn)起爆。

（1）概念正向起爆：單點(diǎn)起爆時，如果起爆點(diǎn)位于裝藥靠近炮孔孔口的一端，爆轟波傳播向炮孔底部方向的起爆方式。

12/24/2022433.起爆藥包位置對爆破效果的影響12/17/20224343

反向起爆：單點(diǎn)起爆時，當(dāng)起爆點(diǎn)位于裝藥靠近炮孔孔底的一端，爆轟波從孔底傳至孔口方向的起爆方式。（2）起爆位置不同對爆破效果的影響12/24/202244反向起爆：單點(diǎn)起爆時，當(dāng)起爆點(diǎn)位于裝藥靠近炮孔孔底的一445巖石爆破破碎機(jī)理5.2爆炸作用下巖石的破壞過程分析一、巖石爆破破碎機(jī)理的假設(shè)1.爆生氣體膨脹作用假設(shè)（1）原理圖12/24/202245圖5-1爆炸生成氣體的膨脹作用

5巖石爆破破碎機(jī)理5.2爆炸作用下巖石的破壞過程分析12/4512/24/202246（2）理論要點(diǎn)

1）高溫高壓氣體產(chǎn)物是巖石破裂的主要動力；2）巖石的破壞形式主要是剪切破壞。

3）破碎的巖石是在爆生氣體膨脹推動下沿徑向拋出，而形成倒錐形的爆破漏斗。

（3）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

黑火藥對巖石進(jìn)行爆破漏斗試驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的均勻分布、朝向自由面方向發(fā)展的輻射狀裂隙。

12/17/20222（2）理論要點(diǎn)4612/24/2022472.爆炸應(yīng)力波反射拉伸作用假設(shè)

（1）理論要點(diǎn)

1）巖石的破裂主要是巖體中爆炸應(yīng)力波在自由面反射后，形成反射拉伸波而破壞的；

2）巖石的破壞形式主要是拉伸破壞。（2）實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

1）霍普金生桿件試驗(yàn)；2）松香板件爆破試驗(yàn)。

12/17/202232.爆炸應(yīng)力波反射拉伸作用假設(shè)47圖5-2不同藥量的巖石桿件爆破實(shí)驗(yàn)

圖5-3板件爆破試驗(yàn)1-小孔；2-破碎區(qū)；3-拉伸區(qū)；4-振動區(qū)12/24/202248圖5-2不同藥量的巖石桿件爆破實(shí)驗(yàn)圖5-3板件爆破試驗(yàn)483.爆生氣體和應(yīng)力波綜合作用假設(shè)理論要點(diǎn)：（1）爆生氣體和爆炸應(yīng)力波都對巖石破壞都起了作用，不能絕對分開，是兩種作用綜合的結(jié)果。（2）應(yīng)力波和爆生氣體由于速度的差異，巖體內(nèi)最初裂隙是由沖擊波或應(yīng)力波造成的，爆生氣體然后楔入裂隙，使裂隙進(jìn)一步得到擴(kuò)展，達(dá)到巖體破壞的目的。12/24/2022493.爆生氣體和應(yīng)力波綜合作用假設(shè)12/17/2022549二、單個藥包的爆破作用1.單個藥包爆破的內(nèi)部作用（1）定義當(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，這種爆破作用叫做爆破的內(nèi)部作用。（2）巖石的破壞特征原理圖如圖5-4所示，巖石的破壞可分三個區(qū)：12/24/202250二、單個藥包的爆破作用12/17/202265012/24/202251圖5-4球形藥包在巖體內(nèi)的爆破作用1-擴(kuò)大空腔；2-壓碎區(qū)；3-破裂區(qū)；4-震動區(qū)12/17/20227圖5-4球形藥包在巖體內(nèi)的爆破作用511）壓碎區(qū)裝藥空間的巖壁在炸藥爆炸后，受到爆轟波的強(qiáng)烈壓縮，一方面使裝藥空間擴(kuò)大，形成擴(kuò)大的空腔；另一方面空腔巖壁由于受到強(qiáng)烈壓縮而形成一圈破碎帶，這個擴(kuò)大的空腔和破碎帶統(tǒng)稱為壓碎區(qū)，又叫粉碎區(qū)。12/24/2022521）壓碎區(qū)12/17/20228522）破裂區(qū)①徑向裂隙的形成

應(yīng)力波通過壓碎區(qū)后，其強(qiáng)度低于巖石的動抗壓強(qiáng)度，已不能引起巖石的壓碎破壞，但仍能引起巖石的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生徑向位移，從而使空腔巖體出現(xiàn)切向拉伸應(yīng)力，當(dāng)拉伸應(yīng)力值高于此處巖石動抗拉強(qiáng)度時，便會產(chǎn)生徑向裂隙。12/24/2022532）破裂區(qū)12/17/2022953②環(huán)狀裂隙的形成

當(dāng)爆炸壓應(yīng)力波通過破裂區(qū)時，由于巖石受到強(qiáng)烈的壓縮而儲蓄了一部分彈性變形能。當(dāng)壓應(yīng)力波通過后，這部分能量就會釋放出來，從而引起巖石質(zhì)點(diǎn)的向心運(yùn)動而產(chǎn)生徑向拉伸應(yīng)力。如果這個拉伸應(yīng)力值高于巖石動抗拉強(qiáng)度，就會在巖石中產(chǎn)生環(huán)狀裂隙（即巖石出現(xiàn)卸載拉伸斷裂）。12/24/202254②環(huán)狀裂隙的形成12/17/20221054③爆生氣體的作用

炸藥爆炸后產(chǎn)生的大量爆生氣體，一方面對徑向裂隙產(chǎn)生氣楔作用，促使徑向裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展；同時它同樣強(qiáng)烈壓縮周圍巖石，隨著壓力的降低，也會產(chǎn)生卸載拉伸，使環(huán)向裂隙得到進(jìn)一步擴(kuò)展。因此，裂隙區(qū)的巖石在爆轟波和爆轟氣體共同作用下，就形成相互交錯的徑向裂隙和環(huán)狀裂隙，并將此區(qū)域內(nèi)的巖石分割成大大小小的碎塊。12/24/202255③爆生氣體的作用12/17/202211553）震動區(qū)①在破裂區(qū)外圍的巖石中，爆炸能量由于經(jīng)壓碎區(qū)和破裂區(qū)的消耗和衰減，剩余的能量不能造成巖石的破壞，而只能引起它的彈性震動，把這個區(qū)域叫做震動區(qū)。②這部分能量雖然不能使巖石介質(zhì)產(chǎn)生破壞，但它傳播的距離遠(yuǎn)、影響大，可使巖石介質(zhì)內(nèi)或附近的建構(gòu)物產(chǎn)生明顯的破壞，因此，這部分能量也是爆破施工時，應(yīng)盡量消除的負(fù)面效應(yīng)之一。12/24/2022563）震動區(qū)12/17/202212562.單個藥包爆破的外部作用（1）定義藥包在半無限巖體內(nèi)爆炸，其最小抵抗線小于臨界抵抗線時，爆破效應(yīng)除產(chǎn)生內(nèi)部破壞作用以外，還會在地表產(chǎn)生破壞作用，形成凹坑，這種作用叫做爆破的外部作用。（2）巖體破壞特征

12/24/2022572.單個藥包爆破的外部作用12/17/20221357

1）反射拉伸應(yīng)力波造成自由面巖石片落12/24/202258圖5-6沖擊波反射拉伸階段1）反射拉伸應(yīng)力波造成自由面巖石片落12/17/20221582）反射拉伸波促進(jìn)了徑向裂紋的延伸

圖5-7反射拉伸波促進(jìn)徑向裂隙的延伸

12/24/2022592）反射拉伸波促進(jìn)了徑向裂紋的延伸圖5-7反射拉伸波促593）自由面改變了巖石中的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場

自由面的存在改變了爆生氣體膨脹壓力形成的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場的應(yīng)力分布和應(yīng)力值的大小，使巖石更容易在自由面方向受到剪切破壞。爆破后的巖石在爆生氣體的作用下，沿自由面方向移動和拋出，形成爆破漏斗。

12/24/2022603）自由面改變了巖石中的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場12/17/202216605.3爆破漏斗及利文斯頓爆破漏斗理論一、爆破漏斗1.爆破漏斗的形成過程圖5-8爆破漏斗形成過程示意圖

12/24/2022615.3爆破漏斗及利文斯頓爆破漏斗理論圖5-8爆破漏斗形成過61（1）壓碎區(qū)形成

1）炸藥爆炸產(chǎn)生的高溫和高壓，形成強(qiáng)烈的沖擊波；2）強(qiáng)烈的沖擊波作用在藥包周圍的巖壁上，使藥包附近一定范圍內(nèi)的巖石或被擠壓，或被擊碎成粉粒，形成壓碎區(qū)(近區(qū))。12/24/202262（1）壓碎區(qū)形成12/17/20221862（2）破裂區(qū)的形成1）徑向裂隙的形成①在應(yīng)力波的作用下，使巖石質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生徑向位移，在構(gòu)成徑向壓應(yīng)力場和切向拉應(yīng)力場。當(dāng)切向拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時，該處巖石被拉斷，形成與粉碎區(qū)貫通的徑向裂隙；②高壓爆生氣體膨脹作用在對周圍巖石產(chǎn)生強(qiáng)烈壓縮的同時，也對已形成的徑向裂隙產(chǎn)生氣楔作用，促進(jìn)了徑向裂隙的擴(kuò)展；12/24/202263（2）破裂區(qū)的形成12/17/202219632）環(huán)向裂隙的形成

巖體在壓縮應(yīng)力波和爆生氣體的作用下，巖石積蓄了大量的彈性變形。隨后，由于卸載作用轉(zhuǎn)變?yōu)樾遁d波，形成向爆源方向傳播的徑向拉應(yīng)力場。當(dāng)此拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時，巖石就會被拉斷，形成環(huán)向裂隙。

在徑向裂隙與環(huán)向裂隙的共同作用下，巖石被切割、破碎，構(gòu)成了破裂區(qū)(中區(qū)）。12/24/2022642）環(huán)向裂隙的形成12/17/20222064（3）片落區(qū)的形成

應(yīng)力波傳播到自由面時，使巖石產(chǎn)生反射拉伸，若該拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時，表面的巖石被拉斷形成片落區(qū)。（4）爆破漏斗的形成

在埋深適當(dāng)?shù)那闆r下，壓碎區(qū)、破裂區(qū)和片落區(qū)相連接，形成連續(xù)性破壞。最后在爆生氣體膨脹作用下，將最小抵抗線方向的巖石鼓起、拋擲，最終形成倒錐形的凹坑。

12/24/202265（3）片落區(qū)的形成12/17/202221652.爆破漏斗的幾何參數(shù)（1）爆破漏斗圖5-9爆破漏斗

12/24/2022662.爆破漏斗的幾何參數(shù)圖5-9爆破漏斗12/17/20266（2）參數(shù)

1）最小抵抗線W裝藥中心到自由面的垂直距離。

2）爆破漏斗半徑r爆破漏斗底圓中心到該圓邊上任意點(diǎn)的距離。

3）爆破作用半徑R藥包中心到爆破漏斗底圓圓周上任意一點(diǎn)距離。

12/24/202267（2）參數(shù)12/17/20222367

4）爆破漏斗張開角θ5）可見深度H6）爆破作用指數(shù)爆破作用指數(shù)n：是指爆破漏斗半徑r與最小抵抗線W的比值，即：12/24/202268（5-19）4）爆破漏斗張開角θ12/17/202224（5-1683.爆破漏斗的基本形式

（1）標(biāo)推拋擲爆破漏斗（2）加強(qiáng)拋擲爆破漏斗（3）減弱拋擲爆破(加強(qiáng)松動)漏斗（4）松動爆破漏斗12/24/2022693.爆破漏斗的基本形式12/17/20222569二、利文斯頓爆破漏斗理論1.利文斯頓爆破漏斗理論的實(shí)質(zhì)（1）傳遞給巖石能量大小的相關(guān)因素巖石性質(zhì)、炸藥性能、藥包質(zhì)量、炸藥埋置深度和起爆方式。（2）爆破后炸藥能量分配1）巖石的彈性變形；2）巖石的破碎和破裂；3）巖石的拋擲；4）空氣沖擊波和對氣體做功。

12/24/202270二、利文斯頓爆破漏斗理論12/17/20222670（3）爆破能量的計(jì)算

1）臨界深度當(dāng)巖石條件、炸藥條件一定時，炸藥埋置深度達(dá)到一定深度后，炸藥的爆破作用只限于巖體內(nèi)部作用，此時炸藥埋深的上限。

2）最佳深度

當(dāng)巖石條件、炸藥條件一定時，炸藥埋置深度逐漸減小，爆破漏斗體積達(dá)到最大時，炸藥的埋置深度。

12/24/202271（5-20）

（3）爆破能量的計(jì)算12/17/202227（5-20）712.爆破漏斗特性

根據(jù)利文斯頓爆破漏斗理論，對爆破漏斗進(jìn)行研究，得到如下結(jié)論圖5-11花崗巖爆破漏斗特性曲線

圖5-12鐵燧石爆破漏斗特性曲線

12/24/2022722.爆破漏斗特性圖5-11花崗巖爆破漏斗特性曲線圖5-172圖5-13不同巖石的爆破漏斗特性曲線圖5-14不同炸藥的花崗巖爆破漏斗特性曲線1-花崗巖；2-砂巖；3-泥土巖1-銨油炸藥；2-漿狀炸藥；3-含鋁漿狀炸藥12/24/202273圖5-13不同巖石的爆破漏斗特性曲線圖5-14733.利文斯頓爆破漏斗理論的實(shí)際應(yīng)用（1）改進(jìn)炸藥性能，研制新型炸藥（2）用彈性變性能系數(shù)評價巖石的可爆性（3）爆破漏斗理論在工程爆破中進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)12/24/2022743.利文斯頓爆破漏斗理論的實(shí)際應(yīng)用12/17/202230745.4裝藥量計(jì)算原理一、體積公式

1.體積公式的計(jì)算原理（1）體積公式是布若伯格根據(jù)爆破相似法則得出的；（2）當(dāng)一定炸藥和巖石條件下，爆破破碎巖石的體積與所用的裝藥量成正比。即（5-24）12/24/2022755.4裝藥量計(jì)算原理（5-24）12/17/202231752.集中藥包的藥量計(jì)算（1）集中藥包的標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破

（2）集中藥包的非標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破

式中：——爆破作用指數(shù)函數(shù)；12/24/202276（5-28）（5-29）

2.集中藥包的藥量計(jì)算12/17/202232（5-28）76對于爆破作用指數(shù)函數(shù)，我國工程界應(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。

1）加強(qiáng)拋擲爆破時

2）松動爆破時12/24/202277對于爆破作用指數(shù)函數(shù)，我國工程界應(yīng)用較為廣泛的是前蘇聯(lián)773.柱狀藥包的裝藥量計(jì)算

（1）柱狀藥包垂直于自由面此時的最小抵抗線計(jì)算方法應(yīng)按下式計(jì)算

12/24/202278圖5-15柱狀裝藥垂直于自由面

（5-33）

（5-34）

3.柱狀藥包的裝藥量計(jì)算12/17/202234圖5-1578（2）柱狀藥包平行于自由面1）標(biāo)準(zhǔn)拋擲溝槽爆破2）非標(biāo)準(zhǔn)拋擲溝槽爆破圖5-16柱狀裝藥平行于自由面

（5-35）（5-36）

12/24/202279（2）柱狀藥包平行于自由面圖5-16柱狀裝藥平行于自由面79二、面積公式1.適用范