1、2022-6-4第五章 岩石爆破理论1主要内容主要内容第五章第五章 岩石爆破理论岩石爆破理论 2022-6-4第五章 岩石爆破理论2爆生气体膨胀作用理论爆生气体膨胀作用理论 爆炸应力波反射拉抻爆炸应力波反射拉抻作用理论作用理论 爆生气体和应力波综合爆生气体和应力波综合作用理论作用理论 第一节第一节 岩石爆破破坏基本理论岩石爆破破坏基本理论 药包爆炸时，产生大量的高温高压气体，这些爆药包爆炸时，产生大量的高温高压气体，这些爆炸气体产物迅速膨胀并以极高的压力作用于药包周围炸气体产物迅速膨胀并以极高的压力作用于药包周围的岩壁上，形成压应力场。当岩石的抗拉强度低于压的岩壁上，形成压应力场。当岩石的抗拉
2、强度低于压应力在切向衍生的拉应力时，将产生径向裂隙。应力在切向衍生的拉应力时，将产生径向裂隙。 作用于岩壁上的压力引起岩石质点的径向位移，作用于岩壁上的压力引起岩石质点的径向位移，由于作用力的不等引起径向位移的不等，导致在岩石由于作用力的不等引起径向位移的不等，导致在岩石中形成剪切应力。当这种剪切应力超过岩石的抗剪强中形成剪切应力。当这种剪切应力超过岩石的抗剪强度时，岩石就会产生剪切破坏。当爆轰气体的压力足度时，岩石就会产生剪切破坏。当爆轰气体的压力足够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动。够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动。2022-6-4第五章 岩石爆破理论3爆生气体膨胀作
3、用理论爆生气体膨胀作用理论 爆炸应力波反射拉抻爆炸应力波反射拉抻作用理论作用理论 爆生气体和应力波综合爆生气体和应力波综合作用理论作用理论 爆轰波冲击和压缩着药包周围的岩壁，在岩壁中激爆轰波冲击和压缩着药包周围的岩壁，在岩壁中激发形成冲击波并很快衰减为应力波。发形成冲击波并很快衰减为应力波。 此应力波在周围此应力波在周围岩体内形成裂隙的同时向前传播，当应力波传到自由面岩体内形成裂隙的同时向前传播，当应力波传到自由面时，产生反射拉应力波。当拉应力波的强度超过自由面时，产生反射拉应力波。当拉应力波的强度超过自由面处岩石的动态抗拉强度时，从自由面开始向爆源方向产处岩石的动态抗拉强度时，从自由面开始向
4、爆源方向产生拉伸片裂破坏，直至拉伸波的强度低于岩石的动态抗生拉伸片裂破坏，直至拉伸波的强度低于岩石的动态抗拉强度处时停止。拉强度处时停止。 应力波作用学说只考虑了拉应力波在自由面的反射应力波作用学说只考虑了拉应力波在自由面的反射作用，不仅忽视了爆轰气体的作用，而且也忽视了压应作用，不仅忽视了爆轰气体的作用，而且也忽视了压应力的作用，对拉应力和压应力的环向作用也未予考虑。力的作用，对拉应力和压应力的环向作用也未予考虑。实际上爆破漏斗主要以由里向外的爆破作用为主。实际上爆破漏斗主要以由里向外的爆破作用为主。2022-6-4第五章 岩石爆破理论4 爆炸应力波反射拉抻作用理论爆炸应力波反射拉抻作用理论
5、 (爆破的外部作用爆破的外部作用-霍金逊效应霍金逊效应) 水泥板的爆轰破坏水泥板的爆轰破坏1空气冲击波波阵面；2水泥板中冲击波波阵面；3水泥板岩石杆件的爆破岩石杆件的爆破 板件爆破试验板件爆破试验1装药孔 2破碎区 3拉裂区4震动区 2022-6-4第五章 岩石爆破理论5爆生气体膨胀作用理论爆生气体膨胀作用理论 爆炸应力波反射拉抻爆炸应力波反射拉抻作用理论作用理论 爆生气体和应力波综合爆生气体和应力波综合作用理论作用理论 爆轰波波阵面的压力和传播速度大大高于爆爆轰波波阵面的压力和传播速度大大高于爆轰气体产物的压力和传播速度。轰气体产物的压力和传播速度。 爆轰波首先作用爆轰波首先作用于药包周围的
6、岩壁上，在岩石中激发形成冲击波于药包周围的岩壁上，在岩石中激发形成冲击波并很快衰减为应力波。冲击波在药包附近的岩石并很快衰减为应力波。冲击波在药包附近的岩石中产生中产生“压碎压碎”现象，应力波在压碎区域之外产现象，应力波在压碎区域之外产生径向裂隙。生径向裂隙。 随后，爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎随后，爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎的岩石，爆轰气体的岩石，爆轰气体“楔入楔入”在应力波作用下产生在应力波作用下产生的裂隙中，使之继续向前延伸和进一步张开。当的裂隙中，使之继续向前延伸和进一步张开。当爆轰气体的压力足够大时，爆轰气体将推动破碎爆轰气体的压力足够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷
7、运动。岩块作径向抛掷运动。2022-6-4第五章 岩石爆破理论6当药包在岩体中的埋置深度很大，当药包在岩体中的埋置深度很大，其爆破作用达不到自由面时，这种其爆破作用达不到自由面时，这种情况下的爆破作用叫作爆破的内部情况下的爆破作用叫作爆破的内部作用，相当于单个药包在无限介质作用，相当于单个药包在无限介质中的爆破作用。中的爆破作用。 第二节第二节 单个药包爆破作用单个药包爆破作用2022-6-4第五章 岩石爆破理论7爆破的内部作用爆破的内部作用1径向裂隙 2环向裂隙Rc药包半径；Rp粉碎区半径；Rc破裂区半径 （1）粉碎区粉碎区（2）裂隙区裂隙区径向裂隙和环向裂隙的形成原理径向裂隙和环向裂隙的形
8、成原理 径向压缩引起的切向拉伸径向压缩引起的切向拉伸 （3）震动区震动区2022-6-4第五章 岩石爆破理论8 当单个药包在岩体中的埋置当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察到自由面深度不大时，可以观察到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。这种情况下的爆破作用叫现象。这种情况下的爆破作用叫爆破的外部作用。爆破的外部作用。2022-6-4第五章 岩石爆破理论9（1 1）反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落）反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落 霍普金森效应的破碎机理霍普金森效应的破碎机理A应力波合成的过程；B岩石表面片落过程2022-6-4第五章 岩石爆破理论1
9、0反反 射射 拉拉 伸伸 波波 对对 径径 向向 裂裂 隙隙 的的 影影 响响2022-6-4第五章 岩石爆破理论11炸药在岩石中爆破的破坏过程炸药在岩石中爆破的破坏过程 炸药爆炸炸药爆炸后冲击波径后冲击波径向压缩阶段向压缩阶段. . 爆炸气体膨胀，爆炸气体膨胀，岩石受爆炸气体超岩石受爆炸气体超压力的影响，在拉压力的影响，在拉伸应力和气楔的双伸应力和气楔的双重作用下，径向初重作用下，径向初始裂隙迅速扩大。始裂隙迅速扩大。 2022-6-4第五章 岩石爆破理论12炸药在岩石中爆破的破坏模式炸药在岩石中爆破的破坏模式 12径向裂隙作用径向裂隙作用 ；3卸载引起的岩石内部环状裂隙作用；卸载引起的岩石
10、内部环状裂隙作用； 5爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。 4反射拉伸引起的反射拉伸引起的“片落片落”和引起径向裂隙的延伸；和引起径向裂隙的延伸；炮孔周围岩石的压碎作用；炮孔周围岩石的压碎作用； 2022-6-4第五章 岩石爆破理论13爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，称为爆破漏斗。坑，称为爆破漏斗。2022-6-4第五章 岩石爆破理论14 爆破漏斗的几何要素爆破漏斗的几何要素自由面：自由面：被爆破的介质与空气接触的面，又叫被爆破的介质与空气接触的面，又叫临空面临空面。 最小抵抗线：最小抵
11、抗线：药包中心距自由面的最短距离。爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易药包中心距自由面的最短距离。爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的主导方向主导方向。 （WW）爆破漏斗半径：爆破漏斗半径：形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。（形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。（r r ）爆破漏斗破裂半径：爆破漏斗破裂半径：从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。 （R R）爆破漏斗深度：爆破漏斗深度：爆破漏斗顶点至自由面的最短距离。爆破漏斗顶点至自由面的最短距离。 （H H）爆破漏斗可见深度：爆破漏斗可见深度：爆破
12、漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离。爆破漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离。 （h h ）爆破漏斗张开角：爆破漏斗张开角：爆破漏斗的顶角。（爆破漏斗的顶角。（ ）2022-6-4第五章 岩石爆破理论15最小抵抗线方向最小抵抗线方向 破碎和抛掷、堆积的主导方向。 各各 种种 爆爆 破破 方方 法法 的的 最最 小小 抵抵 抗抗 线线 2022-6-4第五章 岩石爆破理论16爆破作用指数爆破作用指数n n ：它是爆破漏斗半径爆破漏斗半径r r和最小抵抗线最小抵抗线W W的比值，即：爆破作用爆破作用指数指数Wrn 爆破漏斗的基本形式爆破漏斗的基本形式 2022-6-4第五章 岩石爆破理论17
13、dcba标准抛掷爆破漏斗 加强抛掷爆破漏斗 减弱抛掷爆破漏斗（也称加强松动爆破漏斗） 松动爆破漏斗 n 1.00.75 n 1.0n = 1.0n 2时(即a2W)，炮眼间距a过大，两装药各自形成单独的爆破漏斗。m=2时，两装药各自形成的爆破漏斗刚好相连(假设为标准漏斗)。m1时，两装药合成一个爆破漏斗，但往往两装药之间底部破碎不够充分。m=0.81时，两装药爆破后合成一个爆破漏斗，底部平坦，此时漏斗体积最大。m0.8时，两装药距离过近，大部分能量用于抛掷岩石，漏斗体积反而减小。2022-6-4第五章 岩石爆破理论21 目前，在岩土工程爆破中，精确计算装药量(charge quantity)的
14、问题尚未得到十分圆满的解决。工程技术人员更多的是在各种经验公式的基础上，结合实践经验确定装药量。其中， 2022-6-4第五章 岩石爆破理论22 一、体积公式的计算原理一、体积公式的计算原理 在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积与所用的装药量成正比。这就是体积公式的计算原理。体积公式的形式为： Q=kV 式中： Q 装药量，kg ; k 单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3 ; V 被爆落的岩石体积，m3 。2022-6-4第五章 岩石爆破理论23 二、集中药包的药量计算二、集中药包的药量计算 1.（concentrated charge）的标准抛掷爆破:根据体积公式的计算原理，对于采用
15、单个集中药包进行的标准抛掷爆破，其装药量可按照下式来计算： QbkbV2022-6-4第五章 岩石爆破理论24 Qb 形成标准抛掷爆破漏斗的装药量，kg； kb 标准抛掷爆破单位用药量系数。标准抛掷爆破单位用药量系数。单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n=1n=1）时，爆破每1m3岩石或土壤所消耗的，简称标准单位用标准单位用药量系数药量系数。 V 标准抛掷爆破漏斗的体积，m3。QbkbV2022-6-4第五章 岩石爆破理论25式中V值的大小为：式中： r 爆破漏斗底圆半径，m； W 最小抵抗线；m。对于标准抛掷爆破漏斗， ，即rW ， VrW132nrW1VWWWWW3310472333. 集
16、中药包的标准抛掷爆破装药量计算公式为 QbkbW32022-6-4第五章 岩石爆破理论26 在岩石性质、炸药品种和药包埋置深度都不变动的情况下，改变标准抛掷爆破的装药量，就形成了非标准抛掷爆破。当装药量小于标准抛掷爆破的装药量时，形成的爆破漏斗底圆半径变小， n 1，为加强抛掷爆破。2022-6-4第五章 岩石爆破理论27 可见非标准抛掷爆破的装药量是爆破作用指数n的函数，因此可以把不同爆破作用的装药量用下面的计算通式来表示： 式中：f(n) 爆破作用指数函数2022-6-4第五章 岩石爆破理论28 对于标准抛掷爆破f(n)1.0，减弱抛掷爆破或松动爆破f(n)1。 f(n)具体的函数形式有多
17、种，各派学者的观点不一，我国工程界应用较为广泛的是提出的经验公式： 适用于集中药包抛掷爆破装药量的计算2022-6-4第五章 岩石爆破理论29 上式计算加强抛掷爆破的装药量时，结果与实际情况比较接近。但是，当最小抵抗线时，计算出来的装药量偏小，应乘以修正系数 Qp= (0.40.6n3)kbW3 1252525WWmWm/2022-6-4第五章 岩石爆破理论30 的装药量可按下式计算： Qs= ksW3 式中： Qs集中药包形成松动爆破的装药量，kg； ， Ks 2022-6-4第五章 岩石爆破理论31 工程经验表明，ks与kb之间存在着以下关系： ksf(n)kb kb 即集中药包松动爆破的
18、单位用药量约为标准抛掷爆破单位用药量的三分之一到二分之一。松动爆破的装药量公式可以表示为： Qs= （0.330.5）kbW313122022-6-4第五章 岩石爆破理论32Kb与与Ks的选取的选取 A 查表查表B 工程类比工程类比C 试验试验对于普通的岩土爆破工程， Kb和Ks的值可由相关表格中查出； 采用标准抛掷爆破漏斗试验确定Kb 的值。参照条件相近工程的单位用药量系数确定Kb和Ks的值；33)6 . 04 . 0(WnQkb标准抛掷爆破漏斗试验中标准抛掷爆破漏斗试验中Kb的计算：的计算：2022-6-4第五章 岩石爆破理论33 三、延长药包的药量计算三、延长药包的药量计算 延长药包（e
19、xtended charge）是在工程爆破中应用最为广泛的药包。如炮眼爆破法和深孔爆破法中使用的柱状药包(column charge)以及峒室爆破法中使用的条形药包（linear charge）都属于延长药包。2022-6-4第五章 岩石爆破理论34 延长药包是相对于集中药包而言的，当药包的长度和它横截面的直径（或最大边长）之比值 大于某一值时，叫做延长药包。 值大小的规定目前尚未统一。就圆柱形装药而言，通常当 4时，即视为延长药包。 实际上，要真正起到延长药包的作用，药包的长度要超过药包直径17倍以上。2022-6-4第五章 岩石爆破理论35 1. 延长药包垂直于自由面 掘进隧道时，炮眼爆破
20、法的柱状装药就是延长药包垂直于自由面的一种形式。这种情况下炸药爆炸时易受到岩体的夹制作用，但一般仍能形成倒圆锥的漏斗，。 计算装药量时，仍可按体积公式来计算。2022-6-4第五章 岩石爆破理论36 Q=kbf(n)W3式中：Q-装药量，kg； W-最小抵抗线，m；l2- 堵塞长度，m；l1- 装药长度,m。 柱状装药垂直21rW2rW2022-6-4第五章 岩石爆破理论37 需要说明的是，在浅眼爆破中，由于凿岩机所钻的眼径较小，炮眼内往往容纳不下计算所得的装药量。在这种情况下，需要多打炮眼以容纳计算的药量。2022-6-4第五章 岩石爆破理论38 2. 深孔爆破靠近边坡炮孔的装药和峒室爆破采
21、用的条形药包都是延长药包平行于自由面的具体形式。延长药包爆破后形成的爆破漏斗是一个V形横截面的爆破沟槽。设V形沟槽的开口宽度为2r，沟槽深度W，当rW 时， =1，称为标准抛掷爆破沟槽。 nrW21rW2rW2022-6-4第五章 岩石爆破理论39 Q = kbV=kbr Wl = kbW 2l 对于形成非标准抛掷爆破沟槽的情况,装药量的计算公式应考虑爆破作用指数n的影响，于是： Q = f(n)kbW2l 式中： Q 延长药包的装药量，kg； f(n) 与爆破作用指数有关的经验公式； W 延长药包的最小抵抗线，m； l 延长药包的装药长度，m。 2022-6-4第五章 岩石爆破理论40 对于
22、硐室爆破中使用的条形药包，装药量的计算公式可以表示为： Qt = f(n)kbW2 式中：Qt - 条形药包单位长度装药量，kg/m； 式中的f(n)为经验公式，形式多样，各不相同。 Ql2022-6-4第五章 岩石爆破理论41 我国使用较多的是原苏联学者鲍列斯阔夫和阿夫捷也夫提出的经验公式： 040605513.()nnf(n) 鲍列斯阔夫公式阿夫捷也夫公式 2 040613( .)nnf(n) 2022-6-4第五章 岩石爆破理论42上述公式中，n为爆破作用指数，1252525WWmWm/125250 003225WWmWmW.()2022-6-4第五章 岩石爆破理论43 我国爆破工程技术
23、人员也提出了一些f(n)经验公式，其中由铁道科学研究院提出的公式如下：nn122f(n) nnnn101112111313.2022-6-4第五章 岩石爆破理论44计算总用药量Q的公式为：式中：Q个爆破循环的总用药量，kg; q爆破每立方米岩石所需炸药的消耗量，kg/m3 ； qVQ 上页所提到的上页所提到的 Kb 与与 Ks都只是单个集中药包爆破时装药量与所爆落岩体体积之间的一个都只是单个集中药包爆破时装药量与所爆落岩体体积之间的一个关系系数。关系系数。 当群药包共同作用时，群药包的总装药量与群药包一次爆落的岩体当群药包共同作用时，群药包的总装药量与群药包一次爆落的岩体总体积的比值称为总体积
24、的比值称为单位耗药量单位耗药量，简称，简称炸药单耗炸药单耗，用字母，用字母q来表示，即：来表示，即： 炸药单炸药单耗耗VQq2022-6-4第五章 岩石爆破理论45利文斯顿漏斗理论是以能量平衡为基础能量平衡为基础的岩石爆破破碎的爆破漏斗理论。炸药包在介质中爆炸时传给介质的能量多少和速度，取决于岩石性质、炸药性能，药包大小和药包埋岩石性质、炸药性能，药包大小和药包埋置深度置深度。2022-6-4第五章 岩石爆破理论46药包的种类和重量不变，当药包埋置深度减小药包的种类和重量不变，当药包埋置深度减小到某一临界值时，地表岩石开始发生明显破坏，脆到某一临界值时，地表岩石开始发生明显破坏，脆性岩石将片落
25、，塑性岩石将隆起，这个药包埋置深性岩石将片落，塑性岩石将隆起，这个药包埋置深度临界值称为度临界值称为临界深度临界深度LnLn。) 17(3QELnE-应变能系数应变能系数2022-6-4第五章 岩石爆破理论47药包重量一定，使爆破漏斗体积最大的药药包重量一定，使爆破漏斗体积最大的药包埋置深度称为包埋置深度称为最适宜深度最适宜深度W W0 0。与与之比称为之比称为最适宜深最适宜深度比度比0。)37(00nLW通过漏斗实验求出通过漏斗实验求出E及及0，则当药量，则当药量Q已已知时，可以求出最适宜深度知时，可以求出最适宜深度W0。)57(300QEW2022-6-4第五章 岩石爆破理论48药包重量不
26、变，药包埋置深度比最适宜药包重量不变，药包埋置深度比最适宜深度小时，爆破漏斗体积内的岩石更为破碎，深度小时，爆破漏斗体积内的岩石更为破碎，抛掷明显，空气冲击波和响声更大。传播给抛掷明显，空气冲击波和响声更大。传播给大气的爆炸能开始超过岩石吸收的爆炸能时大气的爆炸能开始超过岩石吸收的爆炸能时的埋置深度称为转折深度。的埋置深度称为转折深度。2022-6-4第五章 岩石爆破理论49药包重量保持不变，埋置深度小于转折药包重量保持不变，埋置深度小于转折深度时，岩石破碎，抛掷，声响更厉害，爆深度时，岩石破碎，抛掷，声响更厉害，爆炸能传给空气的比率大，岩石吸收的能量小。炸能传给空气的比率大，岩石吸收的能量小
27、。炸药爆炸的能量消耗在岩石的弹性变形，炸药爆炸的能量消耗在岩石的弹性变形，岩石的破碎，岩块的抛散，响声、地震和空气岩石的破碎，岩块的抛散，响声、地震和空气冲击波。能量的分布与药包量和深度而变化。冲击波。能量的分布与药包量和深度而变化。2022-6-4第五章 岩石爆破理论50 影响爆破效果的因素很多，本节就等爆破工程中影响爆破效果的共性问题进行阐述。2022-6-4第五章 岩石爆破理论51 炸药的密度密度、爆热、爆速、作功能力和猛度爆热、爆速、作功能力和猛度等等性能指标，反映了炸药爆炸时的作功能力，直接影响炸药的爆炸效果。；研究爆炸能量的分布比率，可以提高能量利用率。增大炸药的密度和爆热，可以提
28、高单位体积炸药的能量密度，同时提高炸药的爆速、猛度和作功能力。2022-6-4第五章 岩石爆破理论52 但是品种、型号一定的工业炸药其各项性能指标符合相应的国家标准或行业标准，做为工业炸药的用户， 即使象铵油炸药、水胶炸药或乳化炸药这些可以在现场混制的炸药，过分提高其爆热，也会造成炸药成本的大幅度提高。 2022-6-4第五章 岩石爆破理论53 另外，工业炸药的密度也不能进行大幅度的变动，例如当铵梯炸药的密度超过其极限值后，就不能稳定爆轰。因此，根据爆破对象的性质， 2022-6-4第五章 岩石爆破理论54 是炸药本身影响其能量有效利用的一个重要性能指标。不同爆速的炸药，在岩体内爆炸激起的冲击
29、波和应力波的参数不同，从而对岩石爆破作用及其效果有着明显的影响。 岩石（或其它介质）的密度同岩石（或其它介质）纵波速度的乘积，称为该岩石（或介质）的波阻抗(wave impedance)。2022-6-4第五章 岩石爆破理论55 波阻抗大，产生单位振动速度所需的应力就大；反之，波阻抗小，产生单位振动速度所需的应力就小。因此，波阻抗反映了岩石（或其它介质）对波传播的阻尼作用。2022-6-4第五章 岩石爆破理论56 实验表明，当炸药或凿岩机钎杆的波阻抗值同岩石的波阻抗值愈接近，炸药或钎杆传给岩石的能量就愈多，在岩石中所引起的破碎程度也愈大。从能量观点来看，为提高炸药能量的有效利用，炸药炸药的波阻
30、抗应尽可能与所爆破岩石的波阻抗相匹配。的波阻抗应尽可能与所爆破岩石的波阻抗相匹配。因此，岩石的波阻抗愈高，所选用炸药的密度和爆因此，岩石的波阻抗愈高，所选用炸药的密度和爆速应愈大。速应愈大。 2022-6-4第五章 岩石爆破理论57介质介质1 1介质介质2 222,Pc11,Pcrrv,iiv,ttv,2022-6-4第五章 岩石爆破理论58反射与透射与介质性质的关系反射与透射与介质性质的关系、反射与透射只与两种介质的波阻抗有关。、当波阻抗相等时，能量传递为100%，全部透射、最佳匹配。、当介质2的波阻抗为零时，全部反射，压力波反射为拉波，称为反射拉伸波。此为自由面情况，对岩石破碎很有意义。、
31、当介质2的阻抗远大于介质1的阻抗时，反射波仍为压缩波，此为固定端情况。、当介质1的阻抗远大于介质2的阻抗时，如钎头凿岩时的情况，钎头的阻抗约为岩石的5倍。入射压波有2/3反射为拉伸波、入射压波有1/3透射为压缩波。此时相当于自由面和固定端之间，即凿岩时的一般情况。2022-6-4第五章 岩石爆破理论59 露天工程爆破的实践证明，爆破效果的好坏，在很大程度上取决于爆区地质条件的好坏以及爆破设计是否充分考虑到地质条件与爆破作用之间的的关系。 地形地质条件对爆破效果、爆破安全及爆破后岩体稳定性的影响，涉及地形、岩性、地质构造和水文地质诸方面。2022-6-4第五章 岩石爆破理论60 在爆破工程中自由
32、面的作用是非常重要的。有了自由面，爆破后的岩石才能向这个面破坏和移动。增加自由面的个数，可以在明显改善爆破效果的同时，显著地降低炸药消耗量。合理地利用地形条件或人为地创造自由面，往往可以达到事半功倍的效果。2022-6-4第五章 岩石爆破理论61(a)WRR(b)WWRRR2022-6-4第五章 岩石爆破理论62炮炮 孔孔 与与 自自 由由 面面 相相 关关 位位 置置 对对 爆爆 破破 的的 影影 响响（a）垂直布置炮眼（b）倾斜布置炮眼（c）自由面在炮孔下方（d）自由面在炮孔上方2022-6-4第五章 岩石爆破理论63 自由面在爆破中的作用自由面在爆破中的作用 反射应力波。反射应力波。 当
33、爆炸应力波遇到自由面时发生反射，压缩应力波变为拉伸波，引起当爆炸应力波遇到自由面时发生反射，压缩应力波变为拉伸波，引起 岩的片落和径向裂隙的延伸。岩的片落和径向裂隙的延伸。 改变岩石应力状态及强度极限。改变岩石应力状态及强度极限。 在无限介质中，岩石处于三向应力状态，而自由面附近的岩石则处于在无限介质中，岩石处于三向应力状态，而自由面附近的岩石则处于 单向或双向应力状态。故自由面附近的岩石强度接近岩石单轴抗拉或抗压单向或双向应力状态。故自由面附近的岩石强度接近岩石单轴抗拉或抗压 强度强度,比在无限介质中承受爆破作用时相应的强度减少几倍甚至十几倍。比在无限介质中承受爆破作用时相应的强度减少几倍甚
34、至十几倍。 自由面是最小抵抗线方向，应力波低达自由面后，在自由面附近的介质运自由面是最小抵抗线方向，应力波低达自由面后，在自由面附近的介质运 动因阻力减小而加速，随后而到的爆炸气体进一步向自由面方向运动，形动因阻力减小而加速，随后而到的爆炸气体进一步向自由面方向运动，形 成鼓成鼓 包包,最后破碎、抛掷。最后破碎、抛掷。2022-6-4第五章 岩石爆破理论64 2. 断层对爆破效果的影响 实践证明，在药包爆破作用范围内的断层（fault）或大裂隙能影响爆破漏斗的大小和形状，从而减少或增加爆破方量，使爆破不能达到预定的抛掷效果甚至引起爆破安全事故。因此，在布置药包时，应查明爆区断层的性质、产状和分
35、布情况，以便结合工程要求尽可能避免其影响。 2022-6-4第五章 岩石爆破理论65 图a中的药包布置在断层的破碎带中。当断层内的破碎物胶结不好时，爆炸气体将从断层破碎带冲出，造成冲炮并使爆破漏斗变小。图b中的药包位于断层的下面。爆破后，爆区上部断层上盘的岩体将失去支撑，在重力的作用下顺断层面下滑，从而使爆破方量增大，甚至造成原设计爆破影响范围之外的建筑物损坏。 F1R1R2R1R2RRF图a 药包布置在断层中 图b药包布置在断层下2022-6-4第五章 岩石爆破理论66 3. 溶洞对爆破效果的影响 在岩溶地区进行大爆破时，地下溶洞对爆破效果的影响不容忽视。爆区内小而分散的溶洞和溶蚀沟缝，能吸
36、收爆炸能量或造成爆破漏气，造成爆破不匀，产生大块。炸药溶洞堵塞W 2RR溶洞飞石ww2022-6-4第五章 岩石爆破理论67 溶洞还可以诱发冲炮、塌方和陷落，严重时会造成爆破安全事故。对于深孔爆破，地下溶洞会使炮孔容药量突然增大，产生异常抛掷和飞石。炸药溶洞堵塞W 2RR溶洞飞石ww2022-6-4第五章 岩石爆破理论68炸药溶洞堵塞W2RR溶洞飞石ww图4-12 溶洞对抛掷方向的影响 图4-13 溶洞对深孔爆破的影响 2022-6-4第五章 岩石爆破理论69 这里着重讨论炮眼爆破法中装药结构对爆破效果的影响。根据炮眼内药卷与炮眼、药卷与药卷之间的关系，炮眼爆破法中的装药结构可以分为以下几种：
37、 2022-6-4第五章 岩石爆破理论70 按药卷与炮眼在径向的关系分为 （coupling charge）：药卷与炮眼在径向无间隙，如散装药。 (decoupling charge)：药卷与炮眼在径向有间隙，间隙内可以是空气或其它缓冲材料，如水、砂等。偶合装药时，装药直径即炮眼直径；不偶合装药时，装药直径一般指药卷直径。散装药时，不偶合系数为1。2022-6-4第五章 岩石爆破理论71 按药卷与药卷在炮眼轴向的关系分为 （continuos charge）：药卷与药卷在炮眼轴向紧密接触。 （spaced charge）：药卷（或药卷组）之间在炮眼轴向存在一定长度的空隙，空隙内可以是空气、炮泥
38、、木垫或其它材料。 2022-6-4第五章 岩石爆破理论7287(e)(d)2345623456(c)654322321(b)(a)装药结构(a)偶合装药；(b) 不偶合装药；(c) 正向连续装药；(d) 正向空气间隔装药；(e) 反向连续装药 1-炸药；2-炮眼壁；3-药卷；4-雷管；5-炮泥； 6-脚线；7-竹条；8-绑绳2022-6-4第五章 岩石爆破理论732022-6-4第五章 岩石爆破理论74过高的爆轰压力，会造成药包周围近区岩石的过渡粉岩石的过渡粉碎而消耗较多能量碎而消耗较多能量。爆炸压力比爆轰压力作用时间长得多，t1爆轰反应时间，t2为爆轰气体产物作用时间。爆轰反应时间愈大，爆
39、轰时间短，爆轰压力高，以应力波传播的爆炸能量就愈多，可能造成近区岩石过渡粉碎而引起能量的浪费。实际工程中要求爆轰气体产物的压力低而作用时间长。如使用空气间隙装药。2022-6-4第五章 岩石爆破理论75PP1P2t1t2t211-偶合装药；偶合装药；2-不偶合装药不偶合装药t1爆轰反应时间，爆轰反应时间，t2为爆轰气体产物作用时间。为爆轰气体产物作用时间。2022-6-4第五章 岩石爆破理论76在一定的岩石和炸药条件下，采用不偶合装药或空气间隔装药具有下列优点： 2022-6-4第五章 岩石爆破理论77炮孔堵塞的作用炮孔堵塞的作用： （1） 保证炸药充分反应，使之放出最大热量和减少有毒气体生成
40、量保证炸药充分反应，使之放出最大热量和减少有毒气体生成量.（2） 降低爆生气体逸出自由面的温度和压力，提高炸药的热效降低爆生气体逸出自由面的温度和压力，提高炸药的热效率，使更多的热量转变为机械功。率，使更多的热量转变为机械功。（3） 在有瓦斯的工作面内，除降低爆炸气体逸出自由面的温度和压在有瓦斯的工作面内，除降低爆炸气体逸出自由面的温度和压力外，炮泥还起着阻止灼热固体颗粒（例如雷管壳碎片等）从力外，炮泥还起着阻止灼热固体颗粒（例如雷管壳碎片等）从炮孔内飞出的作用，提高爆破安全性。炮孔内飞出的作用，提高爆破安全性。2022-6-4第五章 岩石爆破理论78时间0b炮孔压力a堵塞对爆破作用的影响a-
41、有堵塞；b-无堵塞2022-6-4第五章 岩石爆破理论79 起爆用的雷管或起爆药柱在装药中的位置称为起爆点(initiation point)。在炮眼爆破法中，根据起爆点在装药中的位置和数目，2022-6-4第五章 岩石爆破理论80 单点起爆时，如果起爆点位于装药靠近炮眼口的一端，爆轰波传向眼底，称为正向起爆图 (c)、(d)。反之，当起爆点置于装药靠近眼底的一端，爆轰波传向眼口，就称为反向起爆(e) 。当在同一炮眼内设置一个以上的起爆点时，称为多点起爆。沿装药全长敷设导爆索起爆，是多点起爆的一个极端形式，相当于无穷多个起爆点。 2022-6-4第五章 岩石爆破理论81 试验和经验表明，起爆点
42、位置是影响爆破效果的重要因素。在岩石性质、炸药用量和炮眼深度一定的条件下，与正向起爆相比，反向起爆可以提高炮眼的利用率，降低岩石的夹制作用，降低大块率。在炮眼较深，起爆间隔时间较长以及炮眼间距较小的情况下，反向起爆可以消除采用正向起爆时容易出现的一些情况，如起爆药卷被邻近炮眼内的装药爆破“压死（dead pressed）”或提前炸开的现象。2022-6-4第五章 岩石爆破理论82 与正向起爆相比，反向起爆也有其不足之处。例如，需要长脚线雷管，装药比较麻烦；在有水深孔中起爆药包容易受潮；装药操作的危险性增加，机械化装药时静电效应可能引起早爆（prematare explosion）等。2022-6-4第五章 岩石爆破理论83 无论是正向起爆，还是反向起爆，岩体内的应力分布都是很不均匀的，如果相邻炮眼分别采用正、反向起爆，就能改善这种状况。 采用多点起爆，由于爆轰波发生相互碰撞，可以增大爆炸应力波参数，包括峰值应力，应力波作用时间及其冲量，从而能够提高岩石的破碎度。2022-6-4第五章 岩石爆破理论8487(e)(d)2345623456(c)654322321(b)(a)2022-6-4第五章 岩石爆破理论85正向起爆正向起爆反向起爆反向起爆
