巖石爆破理論課件

2023/7/22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單個藥包爆破作用5.3延長裝藥爆破作用5.4成組藥包爆破時巖石破壞特征5.5炸藥起爆能量平衡原理與裝藥量計算5.6影響爆破作用的主要因素：2023/7/22第五章巖石爆破理論2爆炸生成氣體產(chǎn)物的膨脹作用

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)力波綜合作用理論第一節(jié)巖石爆破破壞基本理論（1）

2023/7/22第五章巖石爆破理論3反射拉應(yīng)力波破壞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(a)入射壓力波波前；(b)反射拉應(yīng)力波波前

巖石爆破破壞基本理論（2）

2023/7/22第五章巖石爆破理論4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

巖石爆破破壞基本理論（3）

爆生氣體和應(yīng)力波綜合作用理論的實質(zhì)：

哈努卡耶夫把巖石按波阻抗值分為三類：(1)

第一類巖石屬于高阻抗巖石。其波阻抗為15~25MPa·s/m.這類巖石的破壞，主要取決于應(yīng)力波，包括入射波和反射波。(2)

第二類巖石屬于中阻抗巖石。其波阻抗為5~15MPa·s/m。這類巖石的破壞,主要是入射應(yīng)力波和爆生氣體綜合作用的結(jié)果(3)

第三類巖石屬于低阻抗巖石。其波阻抗小于5MPa·s/m。這類巖石的破壞，以爆生氣體形成的破壞為主。

巖體內(nèi)最初裂隙的形成是由沖擊波或應(yīng)力波造成的，隨后爆生氣體滲入裂隙并在準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用下，使應(yīng)力波形成的裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展。爆生氣體膨脹的準(zhǔn)靜態(tài)能量，是破碎巖石的主要能源。

2023/7/22第五章巖石爆破理論5

爆炸應(yīng)力波反射拉抻作用理論

的試驗基礎(chǔ)

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1—裝藥孔2—破碎區(qū)3—拉裂區(qū)4—震動區(qū)

2023/7/22第五章巖石爆破理論6

第二節(jié)單個藥包爆破作用爆破的內(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

2023/7/22第五章巖石爆破理論7

單個藥包爆破外部作用（1）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)力波合成的過程；B—巖石表面片落過程2023/7/22第五章巖石爆破理論8

單個藥包爆破外部作用（2）外部作用（2）反射拉伸波引起徑向裂隙的延伸

反射拉伸波對徑向裂隙的影響2023/7/22第五章巖石爆破理論9主應(yīng)力

1和

2

的作用方向

單個藥包爆破外部作用（3）外部作用（3）自由面影響下的應(yīng)力場分析

巖體中任一點(diǎn)A的應(yīng)力分析拉伸應(yīng)力

2達(dá)到極大值時

1和

2的方向

2023/7/22第五章巖石爆破理論10炸藥在巖石中爆破的破壞過程

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

對應(yīng)力波反射引起自由面處的巖石片落。B第二階段2023/7/22第五章巖石爆破理論11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卸載引起的巖石內(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；2023/7/22第五章巖石爆破理論12爆破漏斗爆破作用指數(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)（craterindex）2023/7/22第五章巖石爆破理論13dcba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)松動爆破漏斗）

松動爆破漏斗

n>1.00.75<n<1.0n=1.0n<0.75爆破漏斗的基本形式2023/7/22第五章巖石爆破理論14第三節(jié)延長裝藥爆破作用裝藥垂直自由面的爆破漏斗裝藥傾斜自由面的爆破漏斗裝藥平行自由面的爆破漏斗

當(dāng)藥包的長度和它橫載面的直徑（或最大邊長）之比值大于某一值時，叫做延長藥包。

延長藥包（extendedcharge）2023/7/22第五章巖石爆破理論15第四節(jié)成組藥包爆破時巖石破壞特征

當(dāng)相鄰兩藥包齊發(fā)爆破時，在沿炮孔連心線上的應(yīng)力得到加強(qiáng)，而在炮孔連心線中段兩側(cè)附近則出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)。

相鄰炮孔應(yīng)力波相遇疊加相鄰炮孔中心連線上準(zhǔn)靜態(tài)拉應(yīng)力分析

（a）單個A孔產(chǎn)生的切向伴生拉應(yīng)力

（b）單個B孔產(chǎn)生的切向伴生拉應(yīng)力（c）兩孔合成的切向伴生拉應(yīng)力2023/7/22第五章巖石爆破理論16應(yīng)力降低的分析多排成組藥包的齊發(fā)爆破效果不好，得不到實際使用。應(yīng)力降低的分析圖2023/7/22第五章巖石爆破理論17

第五節(jié)能量平衡原理與裝藥量計算

外部藥包效應(yīng)相似法則體積法則2023/7/22第五章巖石爆破理論18

能量平衡原理與裝藥量計算（2）

體積法則相似法則

在一定的炸藥和巖石條件下，爆落的土石方體積同所用的裝藥量成正比，即：

Q=KV

如果藥包是集中藥包,標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破時爆破作用指數(shù)n的值為1，即：r=W所以，爆破漏斗體積的大小為：標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破的裝藥量可以認(rèn)為是：于是：f(n)為爆破作用指數(shù)函數(shù)（functionofcraterindex）

2023/7/22第五章巖石爆破理論19利文斯頓爆破漏斗理論

利文斯頓爆破漏斗示意圖利文斯頓將巖石爆破時的變形和破壞形態(tài)分為四種類型：（1）彈性變形（4）空氣中爆炸（2）沖擊破壞（3）碎化破壞相關(guān)名詞解釋：臨界深度，最適宜深度，轉(zhuǎn)折深度。2023/7/22第五章巖石爆破理論20集中藥包裝藥量計算

鮑列斯闊夫提出的經(jīng)驗公式（適用于拋擲爆破裝藥量的計算

）：集中藥包拋擲爆破裝藥量的計算通式：松動爆破的裝藥量公式可以表示為：2023/7/22第五章巖石爆破理論21延長藥包裝藥量計算

AB延長藥包垂直于自由面

延長藥包平行于自由面

2023/7/22第五章巖石爆破理論22單位炸藥的耗藥量

Kb指單個集中藥包形成標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗（n=1）時，爆破每1m3巖石或土壤所消耗的2號巖石銨梯炸藥的質(zhì)量，稱作標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破單位用藥量系數(shù)，簡稱標(biāo)準(zhǔn)單位用藥量系數(shù)。

Ks則是指單個集中藥包形成松動爆破漏斗時（一般n<0.75），爆破每1m3巖石或土壤所消耗的2號巖石銨梯炸藥的質(zhì)量，稱作松動爆破單位用藥量系數(shù)。需要強(qiáng)調(diào)的符號含義：2023/7/22第五章巖石爆破理論23Kb與Ks的選取

A查表B工程類比C試驗對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)拋擲爆破漏斗試驗中Kb的計算：2023/7/22第五章巖石爆破理論24群藥包的單位耗藥量

上頁所提到的

Kb與

Ks都只是單個集中藥包爆破時裝藥量與所爆落巖體體積之間的一個關(guān)系系數(shù)。

當(dāng)群藥包共同作用時，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，簡稱炸藥單耗，用字母q來表示，即：

炸藥單耗2023/7/22第五章巖石爆破理論25

最小抵抗線原理（1）

最小抵抗線方向——

最小抵抗線原理——破碎和拋擲、堆積的主導(dǎo)方向。

拋擲、堆積同最小抵抗線的關(guān)系。

各種爆破方法的最小抵抗線2023/7/22第五章巖石爆破理論26

最小抵抗線原理（2）

適于集中拋擲堆積的凹形地形改變最小抵抗線的輔助藥包2023/7/22第五章巖石爆破理論27

最小抵抗線原理（3）

藥包位置與起爆順序?qū)ψ钚〉挚咕€方向的影響最小抵抗線的指向是巖石破碎、拋擲和產(chǎn)生飛石的主導(dǎo)方向.應(yīng)特別注意該方向的選擇和安全防護(hù)。施工時應(yīng)認(rèn)真測量核實最小抵抗線W的大小和指向。由于裝藥量Q與W的3次冪有關(guān),W值的錯誤測算往往會導(dǎo)致嚴(yán)重的爆破事故。2023/7/22第五章巖石爆破理論28毫秒爆破作用理論

它是利用毫秒雷管（millIseconcondMS）或其他毫秒延期引爆裝置，將同一網(wǎng)路的裝藥分組，以毫秒級的時間間隔進(jìn)行順序起爆的方法。毫秒爆破（MSblasting）毫秒爆破又稱微差爆破或毫秒微差爆破.2023/7/22第五章巖石爆破理論29毫秒爆破作用機(jī)理CBA3.

剩余應(yīng)力疊加2.

形成新的自由面1.

應(yīng)力波相互干涉DE4.

巖塊碰撞輔助破碎5.

毫秒爆破的減振作用2023/7/22第五章巖石爆破理論301）我國長沙礦冶研究院提出的公式：

△t=(20~40)Wo/f2）U.Langefors（蘭格弗斯）等人的瑞典經(jīng)驗公式：

△t=3.3KW3）前蘇聯(lián)礦山部門的公式：

△t=KW(24–f)毫秒間隔時間計算原理A按應(yīng)力波干涉計算B按形成新的自由面計算C按地震效應(yīng)最小的原則確定D依經(jīng)驗公式計算2023/7/22第五章巖石爆破理論31第六節(jié)影響爆破作用的主要因素

密度、爆熱和爆速爆轟壓力、爆炸壓力

炸藥爆炸能量利用率ABC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爆轟波波陣面（C-J面）上的壓力。區(qū)分:爆轟壓力爆炸壓力2023/7/22第五章巖石爆破理論32

自由面在爆破中的作用

①反射應(yīng)力波。

當(dāng)爆炸應(yīng)力波遇到自由面時發(fā)生反射，壓縮應(yīng)力波變?yōu)槔觳?，引起巖的片落和徑向裂隙的延伸。②

改變巖石應(yīng)力狀態(tài)及強(qiáng)度極限。

在無限介質(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,比在無限介質(zhì)中承受爆破作用時相應(yīng)的強(qiáng)度減少幾倍甚至十幾倍。③

自由面是最小抵抗線方向，應(yīng)力波低達(dá)自由面后，在自由面附近的介質(zhì)運(yùn)動因阻力減小而加速，隨后而到的爆炸氣體進(jìn)一步向自由面方向運(yùn)動，形成鼓包,最后破碎、拋擲。2023/7/22第五章巖石爆破理論33自由面大小方向和位置對爆破作用的影響

自由面數(shù)對爆破效果的影響炮孔與自由面相關(guān)位置對爆破的影響（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