#MAw￡嚴(yán)*iwrif'X/2.0>m>ln0wi=0.8-L0(a)(b)3)<d>5.4.2多排成組藥包齊發(fā)爆破應(yīng)力情況更為復(fù)雜，巖體受力的實際效應(yīng)是多重應(yīng)力疊加的結(jié)果。這種多重應(yīng)力疊加，一方面造成極高的應(yīng)力狀態(tài)，有利于改善爆破碎效果；同時由于是多排的齊發(fā)爆破，只有第一排具有兩具自由面，因此后排爆破受到很大的鉗制作用，而會惡化爆破效果。所以，多排齊發(fā)爆破得不到實際使用，但采用微差爆破技術(shù)改變了自由面情況，使多排爆破享有單排爆破的條件，不僅進(jìn)一步改善了爆破效果，還極大的提高了爆破效率。5.5能量平衡原理與裝藥量計算5.5.4裝藥量計算爆破破碎巖石需用炸藥。炸藥太少，不足以將巖石破碎；太大，又造成浪費和增大危險。因此，藥量計算成為爆破技術(shù)中極為重要的問題。目前，這個問題的解決不是很完滿，至今仍主要是從實踐得到大致范圍，再用理論推導(dǎo)來解釋、提煉上升為數(shù)學(xué)公式，再返回實踐去檢驗和完善，因此得到的多是經(jīng)驗公式和一些試驗回歸方程，即仍主要處在摸索的階段。我們從最早的思維來看藥量計算的設(shè)計思想：要將一定體積的巖石從巖體上爆破下來，并達(dá)到所要求的破碎度。因此，首先應(yīng)將巖塊從巖體中分離出來，其次將其破碎到要求的破碎度，所以，爆破能需要往分離和破碎這兩個方向分配。根據(jù)這個思路我們以巖石爆破的基本單元爆破漏斗的形成為例，推導(dǎo)藥量計算公式：設(shè)：所需總藥量為Q,應(yīng)為兩個分量之和：Q=Q]+Q2。①將漏斗塊體從巖體中分離出來形成爆破漏斗，顯然所需藥量同漏斗的表面積成正比：將漏斗塊體破碎，所需藥量與塊體體積成正比：Q=C--n-r2w223式中：C'、C'為單位破壞能系數(shù)。12為了簡化問題，當(dāng)爆破作用指數(shù)n=l時，r=w,貝9：Q=C'?兀-w、2-w=CW2ii1?W3=C2W3可見：Q1與表征漏斗表面積的W2,成正比；Q2與表征漏斗體積的W3,成正比(W3——近似等于n=1時的爆破漏斗體積)。故：Q=C]W2+C2W3=表面分量+體積分量(5-9)實際上,爆破還常常要將巖石拋移一定距離。在其他條件不變得情況下,拋移距離和埋置深度,即跟w有關(guān)，wT(J),拋移J(T)o可見炸藥的拋移分量是w的函數(shù)，按上式指數(shù)遞增，設(shè)想為C3W4,即：Q=C]W2+C2W3+C3W4=表面(分離)分量+體積(破碎)分量+拋移分量(5-10)在一般巖土工程爆破中，巖塊破碎所消耗的爆破能，遠(yuǎn)大于巖塊分離和拋移所消耗能量，即巖體爆破破壞能耗以破碎分量為主，即近似地認(rèn)為爆破藥量同爆破的巖石體積成正比：Q~C2W3，得到爆破藥量計算的“體積公式”。事實上，將C2的考慮大一點，即包含分離、拋移分量常數(shù)在里面，則可以認(rèn)為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量藥成正比，即：Q「KW3式中：Q標(biāo)一實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)n=1時的裝藥量；K—n=1時的單位巖體用藥量；W—最小抵抗線。標(biāo)n的增大或減小，在其他條件不變的情況下，受藥量的支配；或作用指數(shù)的改變對應(yīng)著藥量的改變，所以對應(yīng)其他情況下爆破的藥量計算，按下列公式進(jìn)行：Q=f(n)KW3[f(n)—爆破作用指數(shù)函數(shù)]顯然：f(n)>1,加強(qiáng)拋擲；f(n)<1，減弱拋擲；f(n)=1,標(biāo)準(zhǔn)拋擲。具體確定f(n)的方法很多，其中較常用：f(n)=0.4+0.6n3—Q=(0.4+0.6n3)KW3此式可作拋擲爆破藥量計算的通式，尤其用于加強(qiáng)拋擲爆破藥量計算，更為接近實際。對于松動爆破，經(jīng)驗公式：Q松=(0.33-。出)kw3更為適用。上述是以爆破漏斗為例進(jìn)行的分析，對其他爆破情況也有類似的關(guān)系：對一定巖石，破碎每立方米所需平均裝藥量是一個定值，稱單位炸藥消耗量q。爆破用藥量與破碎巖石的體積所成正比：Q=q?V這是目前應(yīng)用最多，最基本的藥量計算公式，尤其在礦山是巖體破碎為主，主要使用該公式。在其他工程爆破中，這也是藥量計算的基本指導(dǎo)公式。5.5.5單位巖石炸藥消耗量對特定巖石進(jìn)行爆破時，爆破每單位體積的巖石和所需要的炸藥量是一個定值，這個定植稱為單位巖石炸藥消耗量，通常用q來表示。其確定主要有以下幾個途徑：查表。可從各種經(jīng)驗數(shù)據(jù)表格中查出。但此時多以2號巖石炸藥為標(biāo)準(zhǔn)或參照，若使用其他炸藥，則應(yīng)乘以炸藥換算系數(shù)e(見表5-1,pl63.)。工程類比法。參照條件相近工程的單位用藥量系數(shù)確定q值。試驗法。做爆破漏斗試驗確定。選擇與爆區(qū)地質(zhì)條件相近的平坦地形，一般取最小抵抗線W=1?3m,集中藥包進(jìn)行實際爆破。爆后根據(jù)最小抵抗線W、裝藥量Q以及爆后實測的爆破漏斗底圓半徑r,計算n值并由式(5-39)計算q值。試驗應(yīng)進(jìn)行3次以上，并根據(jù)各次的試驗結(jié)果選取接近標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗的裝藥量。試驗是繁復(fù)的，但對于一些重大的工程是必不可少的。目前，工程上常以2號巖石炸藥作為標(biāo)準(zhǔn)炸藥，規(guī)定2號巖石炸藥的e=1,并以其做功能力320mL或猛度12mm作為標(biāo)準(zhǔn)，其他炸藥品種根據(jù)以下兩式：eb=320/所換算炸藥的做功能力值；或em=12/所換算炸藥的猛度值求算e值。也可按上述兩式的平均值求算e值，即e=(eb+em)/2,常用炸藥的換算系數(shù)e值見表5-1中(p163)。5.6影響爆破作用的主要因素5.6.1炸藥性能的影響影響爆破作用的主要炸藥性能參數(shù)：炸藥密度p、爆速D、炸藥波阻抗pc、爆轟壓力PH、爆炸壓力P、爆炸氣體體積V及爆炸能量利用率n等。、這里著重講三個因素：爆轟壓力PH的影響我們知道，PHff沖擊波壓力值T，以應(yīng)力波形式傳播的爆轟能量T；在巖石中應(yīng)力T，破壞應(yīng)變f,就越有利于改善破碎效果。這對高波阻抗巖尤為明顯，但太高會造過粉碎，浪費爆炸能，而惡化破碎效果；尤其對低波阻抗巖石PH太高，無益于對巖石的破碎。爆炸壓力P的影響P的作用時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)地大于ph的作用時間，這使在應(yīng)力波作用下所形成的裂隙，能較長時間地受爆生氣體的尖楔作用，而得到大大地擴(kuò)展和延伸，對于低波阻抗巖石這形式的破壞甚至居于主要地位。炸藥爆炸能量利用率n的影響炸藥為爆破破碎巖石提高能源，顯然提高炸藥能量利用率，能更有效地破碎巖石，改善爆破效果。為此，首先應(yīng)清楚爆破過程中炸藥爆炸能量的分配情況。若不考慮炸藥的熱化學(xué)損失，其能量主要分配在以下方面：形成壓縮區(qū)。即在藥包周圍附近區(qū)域巖石產(chǎn)生強(qiáng)烈的壓縮變形和粉碎破壞；分離、破碎巖體?？朔r石內(nèi)聚力與摩接力，將巖石的巖體中分離出來，破碎成碎塊；推移，拋擲破碎巖塊。產(chǎn)地震效應(yīng)、空氣沖擊波及響聲效應(yīng)等。對于一般工程爆破或礦山爆破而言，第②項是我們的目的，而其他能耗都是在作無用功，因此提高n就是要增大用于破碎巖體的能耗②的比率，而降低其他項①、③、④的比率。5.6.2自由面對爆破作用的影響巖石與空氣的交界面就是自由面，也是最典型的自由面，除此之外巖石與液體的交界面，巖石與松散介質(zhì)的交界面，以及二種不同性質(zhì)巖石的交界面等等都可以視為自由面。自由面是產(chǎn)生應(yīng)力波反射拉伸的條件，反射拉伸波有利于巖石的破碎；同時，自由面是巖石破壞阻力減小面，巖石爆破更易在自由面方向發(fā)生破裂、破碎和移動；此外，自由面在存在改變了巖石應(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，比遠(yuǎn)離自由面巖石的強(qiáng)度減少幾倍甚至十幾倍。因此，一定在程度范圍自由面越大、越多，巖石的夾制作用越小，爆破效果越好。一般，裝藥量計算公式是以單自由面來考慮的，因此現(xiàn)場裝藥量計算，還應(yīng)考慮自由面數(shù)量的影響。炸藥消耗量與自由面數(shù)目的關(guān)系：自由面數(shù)目123456相對單位藥耗量14/53/51/22/51/45.6.3炸藥與巖石匹配關(guān)系對爆破作用的影響5.6.3.1波阻抗匹配炸藥的波阻抗值越接近巖石的波阻抗值，爆炸能的傳播效率越高，在巖石中引起的應(yīng)變值或破壞效應(yīng)也越大。因此，為了改善爆破效果，必須根據(jù)巖石的波阻抗來選用炸藥品種，使它們各自的波阻抗能夠很好地相互匹配。（2）空氣間隙裝藥就是在裝藥中，在炸藥與孔壁間預(yù)留有空氣間隙。常用的有兩種結(jié)構(gòu)：1）炮孔軸向留空氣間隙

這種裝藥結(jié)構(gòu)簡單，炮孔長度上藥量分布相對均勻，爆破塊度減小和均勻，炸藥單耗減小，多用于深孔崩礦。2）沿藥包周邊留環(huán)狀間隙這種裝藥比較均勻地降低炮孔壁上所受的峰值壓力，有助于保護(hù)孔壁不受徑向裂隙的破壞，這種結(jié)構(gòu)多用于預(yù)裂爆破，光面爆破等控制爆破中?？諝忾g隙為什么能改善爆破效果？其作用機(jī)理？（見圖7-19,P.136）1）孔壁沖擊應(yīng)力峰值降低孔內(nèi)留有環(huán)狀間隙稱為不耦合裝藥，炸藥爆炸能直接作用在空氣上，再由空氣傳播給巖石。使作用在孔壁上的沖擊波應(yīng)力峰值嚴(yán)重衰減，也即孔壁所受沖擊壓力大幅降低，從而減少了藥包周圍附近區(qū)域巖石的塑性變形和過粉碎，也即降低了壓縮區(qū)或粉碎區(qū)的以耗。2）爆破作用時間延長一方面沖擊波峰值壓力的降低，使其能量轉(zhuǎn)化為應(yīng)力波能量，延長了應(yīng)力波作用時間；另一方面爆炸壓力峰值的衰減又轉(zhuǎn)化為貯存在空氣間隙中的能量，使空氣間隙起著一種彈簧的作用，爆轟結(jié)束后，受壓空氣將大量貯存能量釋放出來，增強(qiáng)破巖能力和延長了作功時間，即增強(qiáng)了破壞區(qū)的作用能力。當(dāng)兩段裝藥間有空氣柱時，裝藥爆炸時，首先在空氣柱內(nèi)激起相向空氣沖擊波，并在空習(xí)氣柱中心發(fā)生碰換，使壓力增高，同時產(chǎn)生反射沖擊波向相反方向傳播，其后又發(fā)生反射和碰撞，炮孔內(nèi)空氣沖擊波往返傳播，發(fā)生多次碰換，增加了沖擊壓力和激起應(yīng)力波的作用時間。3）爆炸能在空間分布更為合理空氣間隙裝，改善了空間的藥量分布使藥量在空間分布相對更為均勻合理，從而提高了爆炸能的有效利用率。（3）藥包的幾何形狀藥包的幾何形狀用藥包長度L和藥包直徑d的比值表示，藥包長度大于直徑4?6倍（L/d=4?6）屬于長條藥包、柱狀藥包或直列裝藥，否則屬于集中藥包、集團(tuán)裝藥，甚至可視為球狀藥包。球狀藥包的爆轟波作用方向和爆轟氣體產(chǎn)物作用方向一致，都是從爆轟中心向四周傳播的，這有利于改善巖石的破效果，降低單位炸藥耗量。（4）不耦合裝藥用不偶合系數(shù)來表征，所謂不偶系數(shù)，是指炮孔直徑與藥包直徑的比值，它反映了藥包在炮孔中與炮孔壁的接觸情況，其值＞1最小值=1,表示炮孔直徑與藥包直徑相等，藥包完全填滿整個炮孔斷面,這時藥包的爆轟可以直接作用在巖石上去，而不經(jīng)過藥包和孔壁間通常存在的空氣間隙。這樣就使能量傳播時的無效損耗得以避免；相反，不偶合系數(shù)增大，藥包直徑V炮孔直徑，藥包爆炸應(yīng)力波從空氣再到巖石將發(fā)生衰減，爆炸壓力也將隨不偶合系數(shù)的增大而降低，直接的破巖能力降低。7.5.3爆破方法對爆破作用的影響(1)堵塞影響裸露藥包爆破時，爆轟氣體速迅擴(kuò)散，此時巖石的破碎主要是爆轟波作用破碎了緊貼炸藥的那部分巖石，因此要利用爆轟氣體的破壞作用，需有良好的堵塞，堵塞材料一般采用炮泥，其作用是：阻止爆炸氣體過早地從炮孔內(nèi)排出，使更多的熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，以提高炸藥的有效破碎能；保證炸藥充分反應(yīng)，使之放出最大熱量和減少有害氣體的生成量；阻止熾熱顆粒從孔內(nèi)飛出，降低爆炸氣體的溫度和空氣沖擊波的能量，這對煤礦防止煤塵和互斯爆破極為重要。總之，良好的堵塞，能提高爆破作用改善爆破效果。一般說來，填塞長度1'應(yīng)隨最小抵抗線W和炮孔直徑d的增大而增大。填塞的卸載時間應(yīng)大于爆炸氣體在整個裝藥全長上的作用時間。一般堵塞長度為最小抵抗線長度的0.8?1.2倍。起爆順序的影響成組藥包爆破時，每個藥包的最小抵抗線W都是計算或預(yù)估的，設(shè)計藥包藥量應(yīng)與之相適應(yīng)。起爆順序設(shè)計要考慮：先起爆的藥包，為后續(xù)起爆的創(chuàng)造新的自由面；否則這先后順序一旦搞錯，或有事故發(fā)生，使應(yīng)爆未爆，就會使后續(xù)爆破的實際Wf,而導(dǎo)致爆破效果惡化，產(chǎn)生嚴(yán)重的大塊、“后沖”，甚至“沖天炮”之類的事故。起爆藥包位置的影響起爆藥包放在什么位置，決定藥包爆轟波傳播方向和應(yīng)力波以及巖石破裂發(fā)展的方向。通常根據(jù)起爆藥包放在孔口和孔底分為正向起爆和反向起爆。TOC\o"1-5"