巖石爆破原理與方法本章主要內(nèi)容：?巖石的物理力學(xué)性質(zhì)?巖石中的爆炸應(yīng)力波?巖石爆破破碎原理?爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗原理?裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法?

炮孔的堵塞?毫秒爆破?影響炸藥爆破效果的因素西安科技

大學(xué)

建筑工程

學(xué)院爆

破

工

程

爆

破

工

程Blasting

Engineering巖石爆破原理與方法第一節(jié)

巖石的物理力學(xué)性質(zhì)1.

概述a

為使爆破效果良好，需要了解巖石的物理力學(xué)性質(zhì)；

b

巖石組成特點(diǎn)：巖石性質(zhì)決定其組成的結(jié)構(gòu)；c

巖體與巖石(巖塊)：

巖石各向異性、節(jié)理特性；d

爆破應(yīng)有效的利用巖石特性。2

巖石的物理性質(zhì)(1)容重

(表觀密度)

：分天然、干、飽和三種容重，巖

石單位體積

(包括巖石中的孔隙體積)

的重量稱(chēng)為巖

石的容重。西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院γ

=W

/

VBlasting

Engineering巖石爆破原理與方法爆

破

工

程(2)

密度：巖石單位實(shí)體體積

(不包括巖石中的孔隙體積)的質(zhì)量，ρr

=

m

/

Vs

。(3)

相對(duì)密度

(比重)

：巖石的比重指巖石固體部分的重量與4

0C時(shí)同體積純水的重量之比。Gr

=

WV

/(Vsγw

)(4)

孔隙率與孔隙比：a

孔隙比(e

)

:指巖石中的孔隙體積與巖石實(shí)體

體積之比，計(jì)算式為:

e

=

(V

?

V

)

/

V

b

空隙率(

n)：指巖石中的隙

積與巖石

總體積之比，計(jì)算式為：

n

=

(V

?

Vs

)

/

V(5)

軟化系數(shù)：表示巖石抗風(fēng)化能力的指標(biāo)，定義為巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度與干燥狀態(tài)下的單軸抗壓

強(qiáng)度的比值計(jì)算式為：η

=

Gcs

/

Gc

。體s孔s西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石的物理力學(xué)性質(zhì)爆

破

工

程第一節(jié)3

巖石的力學(xué)性質(zhì)(1)

巖石的變形特性a

彈性、塑性、粘性b

全應(yīng)力與應(yīng)變曲線：見(jiàn)圖3-1。圖3-1典型巖石的全應(yīng)力應(yīng)變曲線西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石的物理力學(xué)性質(zhì)爆

破

工

程第一節(jié)d

巖石彈性轉(zhuǎn)化：同一種巖石，由于所加外力的類(lèi)型、大小和特性不同，也可具有不同的變形性質(zhì)。在分析巖石破碎問(wèn)題時(shí)，須首先根據(jù)破壞載荷的性質(zhì)和破碎條件，確定巖石

的變形性質(zhì)和合理的巖石模型。Blasting

Engineering

第一節(jié)

巖石的物理力學(xué)性質(zhì)c

應(yīng)力應(yīng)變曲線分類(lèi)(6類(lèi))圖3-2不同巖石的應(yīng)力應(yīng)變曲線西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程三軸壓縮強(qiáng)度>單軸壓縮強(qiáng)度>剪切強(qiáng)度>單軸拉伸強(qiáng)度>三軸拉伸強(qiáng)度。b

不同載荷下的破壞形式：見(jiàn)圖3-

4。c

影響強(qiáng)度的因素：巖石自身的結(jié)構(gòu)組成、加載條件、圍

壓、加載速率。e

彈性模量分類(lèi)分為初始彈性模量(通常所說(shuō)的彈性模量系指初始彈性模量)，割線彈性模量和切線

彈性模量，見(jiàn)圖3-3

。圖3-3巖石彈性模量的表示方法

1—初始彈性模量；2—割線彈性模量；3—切線彈性模量(2)巖石的強(qiáng)度特性a

各種強(qiáng)度關(guān)系：Blasting

Engineering

第一節(jié)

巖石的物理力學(xué)性質(zhì)西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程圖3-4不同載荷條件下巖石的不同破壞形式a—單軸壓縮下的縱向破裂；b—剪切破壞；c—多重剪切破壞；d—拉伸破壞；e—線載荷引起的拉伸破壞d

強(qiáng)度理論最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則Mises準(zhǔn)則：莫爾強(qiáng)度準(zhǔn)則：(σ

1

?σ

2

)2

+(σ

2

?σ

3

)2

+(σ

3

?σ

1

)2

=2σt

2Blasting

Engineering

第一節(jié)

巖石的物理力學(xué)性質(zhì)Griffith強(qiáng)度準(zhǔn)則：當(dāng)

σ1

+

3σ3

>0時(shí)(σ

1?

σ

3)

8

(σ

1

+

σ

3

)=

σ

t22西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院τ

=σtg?

+C?

σ3

=

σt爆

破

工

程：4

巖石的可爆性(1)定義：巖石的可爆性是指巖石對(duì)爆破破壞的抵抗能力或巖石爆破破壞的難易程度。(2)

可爆性分級(jí)：根據(jù)巖石可爆性的定量指標(biāo)，將巖石劃分為爆破破壞難易的等級(jí)稱(chēng)為巖石的可爆性分級(jí)，它是爆破工程中進(jìn)行方案選擇、定額編制和爆破參數(shù)確定等爆破設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。(3)

可爆性表示：a

巖石堅(jiān)固性系數(shù)：優(yōu)點(diǎn)是抓住了巖石抵抗各種破壞方式能力趨于一致，表示：b

波速表示:優(yōu)點(diǎn)是波速測(cè)定簡(jiǎn)便，測(cè)值準(zhǔn)確，且有明確的理論概念，便于理論計(jì)算等。c

波阻抗表示:定義為巖石中的彈性波速度與巖石表觀容

重的乘積，反映應(yīng)力波使巖石質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)巖石的阻力。Blasting

Engineering

第一節(jié)

巖石的物理力學(xué)性質(zhì)西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院f

=Qc

/10爆

破

工

程1

巖石中的爆炸載荷初始值

a

幾個(gè)概念：如果炸藥充滿(mǎn)整個(gè)藥室空間，不留有任何空隙，則稱(chēng)為偶

合裝藥。如果裝入藥室的炸藥包(卷)與藥室壁之間留有一

定的空隙，則稱(chēng)為不偶合裝藥。第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波a

定義(概念)：

爆炸在巖體中所激起的應(yīng)力擾動(dòng)的傳播稱(chēng)

為爆炸應(yīng)力波。b

分類(lèi)及特點(diǎn)：分為

沖擊波、彈塑性應(yīng)力波、彈性應(yīng)力波和西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破原理與方法地震波。爆

破

工

程不耦合系數(shù)：

kd

=

db

/

dc裝藥系數(shù)：lL

=lc/lb如果裝藥的長(zhǎng)度小于其直徑的4倍，則稱(chēng)為集中裝藥或球

形裝藥或點(diǎn)裝藥；否則稱(chēng)為延長(zhǎng)裝藥或柱狀裝藥或線裝藥；距離較近的成排柱狀裝藥稱(chēng)為平面裝藥或面裝藥?；蚋鶕?jù)聲學(xué)近似理論

得到初始?jí)毫Γ簆2

=

pC

(2)

不耦合裝藥的爆炸荷載：三點(diǎn)假定：絕熱膨脹；忽略間隙內(nèi)空氣的存在；爆轟產(chǎn)物開(kāi)始膨脹時(shí)的壓力按平均爆轟壓計(jì)算。藥室壁受到的沖擊壓力柱狀裝藥受到的沖擊壓力(1)

耦合裝藥的初始爆炸荷載：Blasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波

1+N

p2

=

pC

1

+

Nρ0

D

/

ρr0D22

=

ρ

0

D

1

2

?

?

n6666666336西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院P2

=

ρ

0

D

1

2

?

n33

ρ0

D

N

=

ρ1

(D

+u1

)透射壓力為爆

破

工

程其中P和裝藥條件，圖3-8為沖擊載荷作用下巖石的典型變形曲線。b

波速：

c

=

=

c

分四種情況：用圖3-9表示d

沖擊波衰減規(guī)律：

P

=σr

=P2

r

?α

對(duì)沖擊波，α

≈3或α

=2+μ/(1?μ)2

巖石中的沖擊波a

沖擊波形成取決于巖石性質(zhì)、炸藥特性Blasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波圖3-8沖擊載荷作用下巖石的變形特性西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破。

工

程

=

=P

?P0e

?e

0

=(P

+P0

)(V

0

?V

)?????????f

狀態(tài)方程：g

沖擊波的作用范圍：Blasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波p

=

?

1

44西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院r

=rb

[1+(D0

?D)/B]e

其他參數(shù)：爆

破

工

程3

巖石中的應(yīng)力波(1)

應(yīng)力波參數(shù)(參數(shù)主要包括應(yīng)力峰值、作用

時(shí)間ts

、應(yīng)力波沖量I0和應(yīng)力波比能e0等。)a

峰值(不斷衰減

)：σr

=

p2

/

r

αmaxmax特點(diǎn)：應(yīng)力上升時(shí)間比應(yīng)力下降時(shí)間短，應(yīng)力波衰減較慢，作用范圍較大。Blasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院σ9max

=

bσr

maxσ9max

=

μ

/(1?μ)σr

max爆

破

工

程圖3-10所示為炮孔柱狀裝藥爆破時(shí)，巖石內(nèi)引起爆炸應(yīng)力波的應(yīng)力峰值隨時(shí)間的變化，(a

)為爆炸近區(qū)，(b)為距爆源較遠(yuǎn)處，從圖中可歸納出以下幾點(diǎn)：Blasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波圖3-10柱狀裝藥在炮孔周?chē)鷰r石中引起的應(yīng)力波a—炮孔近處的應(yīng)力波形；b—較遠(yuǎn)處的應(yīng)力波形西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程①近炮眼處切向拉應(yīng)力幅值幾乎與徑向壓應(yīng)力幅值 (絕對(duì)值)一樣大，但隨傳播距離增大，前者衰減比后者快；②無(wú)論是徑向方向，還是切向方向，最初出現(xiàn)的都是壓應(yīng)力，而后轉(zhuǎn)變成為拉應(yīng)力，但在近炮孔處，

徑向方向以壓應(yīng)力為主，切向方向以拉應(yīng)力為主；③隨距離增大，徑向方向壓應(yīng)力和拉應(yīng)力的幅值比值減小，而切向方向該比值則增大；④徑向壓應(yīng)力幅值與切向拉應(yīng)力幅值不在同一時(shí)刻出現(xiàn)，前者較早，后者較晚。根據(jù)徑向應(yīng)力是壓應(yīng)力，還是拉應(yīng)力，相應(yīng)地將

應(yīng)力波稱(chēng)為壓縮波和拉伸波。Blasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程c

比沖量、比沖能：

應(yīng)力波通過(guò)時(shí)，經(jīng)單位面積傳給巖石的沖量和能量稱(chēng)為比沖量I0和比能量e0

，即：b

作用時(shí)間:應(yīng)力上升時(shí)間與下降時(shí)間之和稱(chēng)為應(yīng)力波的作用時(shí)間。d

應(yīng)力與質(zhì)點(diǎn)速度的關(guān)系：

根據(jù)動(dòng)量守恒得到：tr

=

1.2

r

(

2

?

μ)

Q

0.05

/

K,

ts

=

8.43

r

(

2

?

μ)

Q

0.2

/

KBlasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波??σ

=

ρr0cp

up?τ

=

ρr0cs

use0

=σ

r

(t)u

r

(t)dtss西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院I0

=

σr

(t)dtss爆

破

工

程(2)應(yīng)力波參數(shù)與巖石動(dòng)理學(xué)參數(shù)的關(guān)系應(yīng)力波速度的大小取決于應(yīng)力波的性質(zhì)和巖石的物

理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，是巖石孔隙率、彈性模量、結(jié)構(gòu)完整性等的綜合反應(yīng)。利用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的巖石(巖體)內(nèi)的縱波與橫波速度，可以計(jì)算出巖石的動(dòng)態(tài)彈性模量和動(dòng)態(tài)泊松比等性質(zhì)參數(shù)：??μd

=(Cp

2

?2Cs

2

)?[2(Cp

2

?Cs

2

)]?E

=

=

2C

2

ρ

(1

+

μ

)??λd

=ρr

(Cp

2

?2Cs

2

)?ddddddddddddddsdrsd1??1Blasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波

(

C

2

?

4Cs

2

/

3)sCp2西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程?(3)

應(yīng)力波反射a

邊界條件：在邊界面的兩側(cè)，其應(yīng)力狀態(tài)必須相等；垂直于邊界面方向的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度必須相等，用公式表示：σI

+

(?σR

)

=

σT

u

I

+u

R

=u

T

c

意義：它對(duì)研究巖體爆破過(guò)程中應(yīng)力波的彌散損失，根據(jù)不同的巖性選擇炸藥的品種和分析自由面對(duì)提高爆

破效果都具有指導(dǎo)性的作用，公式還說(shuō)明反射應(yīng)力波和透射應(yīng)力波的大小是交界面兩側(cè)巖石特性阻抗的函數(shù)。Blasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波??

2ρr02cp2

??σT

=

??

ρr02cp2

+ρr01cp1

??σI??

ρr02cp2?

ρr01cp1??σ

=

??

ρr02cp2

+ρr01cp1

??σRRRRRRRRRRRRRRRRIIR西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院b

計(jì)算公式：爆

破

工

程Blasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程圖3-12縱波在巖石界面上的反射與透射Blasting

Engineering

第二節(jié)

巖石中的爆炸應(yīng)力波圖3-11三角形波在自由面的反射過(guò)程西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程第三節(jié)

巖石爆破破碎原理1

巖石爆破破壞原理的幾種假說(shuō)

(1)

應(yīng)力波反射拉伸作用理論理論認(rèn)為巖石的破壞主要是由于巖體中爆炸應(yīng)力波在自由面反射后形成反射拉伸波的作用，巖石的破壞形式是拉應(yīng)

力大于巖石的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生的，巖石是被拉斷的。見(jiàn)圖3-

13

、3-14

。圖3-13巖石桿件的爆破(霍布金森效應(yīng))試驗(yàn)西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破原理與方法爆

破

工

程圖3-14板件爆破試驗(yàn)1—裝藥孔；2—破碎區(qū)；3—拉斷區(qū)；4—震動(dòng)區(qū)西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破破碎原理爆

破

工

程第三節(jié)1

巖石爆破破壞原理的幾種假說(shuō)(2)爆生氣體膨脹作用理論見(jiàn)圖3-15

。理論認(rèn)為，炸藥爆炸引起巖石破壞，主要是高

溫高壓氣體產(chǎn)物對(duì)巖石膨脹做功的結(jié)果，見(jiàn)圖3-15

。(3)

爆生氣體和應(yīng)力波綜合作用理論理論認(rèn)為，實(shí)際爆破中，爆生氣體膨脹和爆炸應(yīng)力波都對(duì)巖石破壞起作用，不能絕對(duì)分開(kāi)，而應(yīng)是兩種作用綜合的結(jié)

果，因而加強(qiáng)了巖石破碎效果。其實(shí)質(zhì)，可以認(rèn)為是巖體內(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。西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破破碎原理爆

破

工

程第三節(jié)圖3-15爆炸生成氣體產(chǎn)物的膨脹作用西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破破碎原理爆

破

工

程第三節(jié)2

爆炸的內(nèi)部作用a

最小抵抗線裝：

藥中心距自由面的垂直距離稱(chēng)為最小

抵

抗線

(簡(jiǎn)稱(chēng)最小抵抗)。b

內(nèi)部作用：若其最小抵抗超過(guò)某一臨界值(稱(chēng)為臨界抵

抗線)，則裝藥爆炸后，在自由面上不會(huì)看到爆破的跡象，也就是爆破作用只發(fā)生在巖體的內(nèi)部，未能達(dá)到自由面。裝藥的這種作用稱(chēng)為內(nèi)部作用。發(fā)生這種作用的裝藥稱(chēng)為藥壺裝藥。巖石類(lèi)型阻抗值(MPa·

s/m)破壞原因取決高阻抗巖石15~25入射應(yīng)力波，包括入射、反射波。中阻抗巖石5~15入射應(yīng)力波和爆生氣體綜合作用低阻抗巖石小于5爆生氣體a

巖石的波阻抗分類(lèi)：見(jiàn)下表。西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破破碎原理爆

破

工

程第三節(jié)c

按照巖石的破壞特征，見(jiàn)圖3-16

。大致可將它分為四個(gè)區(qū)

域：擴(kuò)大的炮孔孔腔、壓碎區(qū)、破裂區(qū)和震動(dòng)區(qū)。(a)(b)圖3-16無(wú)限巖石中炸藥的爆破作用a—有機(jī)玻璃模擬爆破試驗(yàn)結(jié)果；b—無(wú)限巖石中的爆破破壞分區(qū)1—擴(kuò)大空腔；2—壓碎區(qū)；

3—裂隙區(qū)；4—震動(dòng)區(qū)RK—空腔半徑；RC—壓碎區(qū)半徑；RP—裂隙區(qū)半徑西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破破碎原理爆

破

工

程第三節(jié)(2)破裂區(qū)

(破壞區(qū))：不能直接壓碎巖石。然而它可使壓碎區(qū)外層的巖石遭到強(qiáng)烈的徑向壓縮，使巖石的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生徑向

位移，因而導(dǎo)致外圍巖石層中產(chǎn)生徑向擴(kuò)張和切向拉伸應(yīng)。(1)壓碎區(qū)

(壓縮區(qū))：這個(gè)區(qū)是指直接與藥包接觸的巖石，

堅(jiān)硬巖石被壓碎；可壓縮性比較大的軟巖

(如塑性巖石、土壤和頁(yè)巖等)則被壓縮成壓縮空洞，并且在空洞表層形成堅(jiān)a

按應(yīng)力波作用計(jì)算：

R

p

=

(bp

2

/

σ

t

)

?

r

b

b

按爆生氣體準(zhǔn)靜壓作用計(jì)算：Rp

=

(p0

/

σt

)1

/

2

rbα/11

/

α實(shí)的壓實(shí)層。a

壓碎區(qū)半徑：b

空腔半徑：Rc

=(0.2ρr0cp

2

/σc

)Rb21西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Rb

=4

pm

/σ0

?rbBlasting

Engineering巖石爆破破碎原理爆

破

工

程第三節(jié)力(3)彈性震動(dòng)區(qū)只能引起巖石質(zhì)點(diǎn)作彈性振動(dòng)，直到彈性振動(dòng)波的能

量被巖石完全吸收為止，這個(gè)區(qū)域叫彈性震動(dòng)區(qū)或地

震區(qū)。彈性震動(dòng)區(qū)的范圍可按下式估算：3

爆炸的外部作用當(dāng)將藥包埋置在靠近地表的巖石中時(shí)，藥包爆炸，除產(chǎn)生內(nèi)部的破壞作用外，還會(huì)產(chǎn)生外部破壞作用，造成地表附近的巖石破壞，這些破壞可從以下幾個(gè)方面來(lái)解釋。Rs

=(1.5~2.0)3西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破破碎原理爆

破

工

程第三節(jié)(1)反射拉應(yīng)力造成巖石破壞由于巖石的抗拉強(qiáng)度很低，很容易被拉斷。隨反射拉波的傳播，巖體將從自由面開(kāi)始，向巖體內(nèi)部形成片落破壞塊，參見(jiàn)圖3-13

、3-14。(2)反射拉應(yīng)力引起徑向裂隙延伸反射拉伸波同徑向裂隙尖端處的應(yīng)力場(chǎng)相互疊

加，可使徑向裂隙大大地向前延伸。裂隙延伸的情況與反射應(yīng)力波方向和裂隙方向的交角9有關(guān)，如圖3-17所示。西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破破碎原理爆

破

工

程第三節(jié)圖3-17反射拉伸波對(duì)徑向裂紋形成的影響西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破破碎原理爆

破

工

程第三節(jié)(3)

自由面改變了巖石中的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)自由面的存在改變了巖石由爆生氣體膨脹壓力形成的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)中的應(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，圖3-18

。結(jié)論：巖石的爆破破碎、破裂是爆炸應(yīng)力波的壓縮、拉伸、剪切和爆生氣體的膨脹、擠壓、致裂和拋擲等共同作用的結(jié)果。西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院圖3-18巖石的破壞在自由面方向加強(qiáng)Blasting

Engineering巖石爆破破碎原理爆

破

工

程第三節(jié)第四節(jié)爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗理論1

爆破漏斗：巖石中形成一漏斗狀的炸坑，見(jiàn)圖3-

19。(1)爆破漏斗的幾何要素(只有兩個(gè)獨(dú)立)a

最小抵抗線W：藥包中心到自由面的垂直距離，即藥包的埋置深度。b

爆破漏斗半徑r

：即爆破漏斗的底圓半徑。c

爆破作用半徑R：也叫做破裂半徑，即自藥包中心到爆破漏斗底圓圓周上任一點(diǎn)的距離。西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破原理與方法爆

破

工

程圖3-19爆破漏斗的形成條件示意圖a—表面無(wú)破壞；b—表面破裂；c—表面鼓包；d—松動(dòng)漏斗；e—拋擲漏斗Blasting

Engineering

第四節(jié)

爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗理論西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程d

爆破漏斗深度W：自爆破漏斗尖頂至自由面的最短距離，即最小抵抗線。e

爆破漏斗的可見(jiàn)深度h：自爆破漏斗中巖堆表面最低洼點(diǎn)到自由面最短距離。爆破漏斗的幾何要素如圖3-20所示圖3-20爆破漏斗的幾何要素W—最小抵抗線；9—爆破漏斗張開(kāi)角；r—爆破漏斗半徑；L—爆堆寬度，R—爆破

漏斗作用半徑；H—爆堆高度；h—可見(jiàn)爆破漏斗高度。Blasting

Engineering

第四節(jié)

爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗理論西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程9(2)爆破漏斗分類(lèi)根據(jù)爆破作用指數(shù)n值的不同，分為：標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗n=1

、加強(qiáng)拋擲漏斗n>1

、減弱拋擲(加強(qiáng)松動(dòng))爆破

漏斗0.75<n<1

、松動(dòng)爆破漏斗n

≈0.75，如圖3-21。圖3-21爆破漏斗的基本形式a—松動(dòng)爆破漏斗；b—減弱拋擲漏斗；c—標(biāo)準(zhǔn)拋擲漏斗；d—加強(qiáng)拋擲漏斗Blasting

Engineering

第四節(jié)

爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗理論西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程(3)

形成標(biāo)準(zhǔn)爆破漏斗的力學(xué)條件表述為：漏斗邊緣處入射波產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力與反射拉伸波產(chǎn)生的徑向拉應(yīng)力之和等于巖石的抗拉強(qiáng)度，即Blasting

Engineering

第四節(jié)

爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗理論西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院QθI

+

Q

rR

=

Q

t

爆

破

工

程(4)延長(zhǎng)裝藥產(chǎn)生的爆破漏斗圖3-23所示，把延長(zhǎng)藥包看成由一系列集中藥包組成

；這些集中藥包形成爆破漏斗的輪廓線構(gòu)成延長(zhǎng)藥包的爆破漏斗。如果延長(zhǎng)裝藥平行于自由面，爆破效果要比一個(gè)自由面的情況好，為實(shí)現(xiàn)露天爆破后孔底平坦，炮孔深度應(yīng)加深以超深深度。(5)多藥包同時(shí)爆破時(shí)的爆破漏斗概念：

裝藥密集系數(shù)：多炮孔爆破時(shí)，裝藥的臨近

(密集系數(shù))

，也稱(chēng)炮孔臨近(密集)系數(shù)，是影響爆破效果的重要因素。裝藥臨近系數(shù)m定義為相鄰炮孔的Blasting

Engineering

第四節(jié)

爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗理論間距a與最小抵抗線W的比值。西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院圖3-23裝藥垂直自由面的爆破漏斗爆

破

工

程a

多藥包同時(shí)爆破原理

優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)力疊加，其切向拉應(yīng)力加強(qiáng)；反射拉伸應(yīng)力疊加。缺點(diǎn)：相鄰兩炮孔連線中點(diǎn)

以外的區(qū)域，由于疊加應(yīng)力波的相互抵銷(xiāo)，形成應(yīng)力降低區(qū)，

見(jiàn)圖3-26

、3-27

、3-28

、3-29

。圖3-26相鄰炮孔應(yīng)力波相遇疊加3-28

反射拉伸波在兩相鄰炮孔間的疊加Blasting

Engineering

第四節(jié)

爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗理論圖3-29相鄰炮孔同時(shí)起爆時(shí)應(yīng)力降低區(qū)的形成圖3-27相鄰炮孔中心連線上準(zhǔn)靜態(tài)拉應(yīng)力分布西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程2

利文斯頓的爆破漏斗理論

a

四個(gè)能量帶：彈性變形帶：爆破作用僅限于巖石內(nèi)部，巖石表面不出現(xiàn)破

壞，表面巖石只產(chǎn)生彈性變形，爆破后巖石恢復(fù)原狀。沖

擊破壞帶、破碎帶和空爆帶。沖擊破裂帶：表面巖石將呈現(xiàn)出破壞、鼓包、拋擲等，進(jìn)而形成爆破漏斗，爆破漏斗體積將隨炸藥的埋深減少而增

大。破碎帶：表面巖石將更加破碎，爆破漏斗體積隨炸藥埋深

的減小而減小。圖3-30裝藥密集系數(shù)對(duì)爆破漏斗形狀的影響b

裝藥密集系數(shù)的合理取值：見(jiàn)圖3-30。Blasting

Engineering

第四節(jié)

爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗理論西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程空爆帶當(dāng)炸藥埋深很小時(shí)，表面巖石得以過(guò)渡破碎，并遠(yuǎn)距離拋擲

。b利文斯頓爆破漏斗的特性：V/Q、W/Q1/3

、r/Q1/3

、?=W/

Wc

的關(guān)系。c

應(yīng)用:

對(duì)比炸藥性能、評(píng)價(jià)巖石可爆性、爆破漏斗試驗(yàn)d

推廣：雷德帕提出，將球狀集中藥包看成點(diǎn)藥包，單孔柱狀長(zhǎng)條形藥包看成線藥包，成排孔柱狀長(zhǎng)條形藥包看成面

藥包(圖3-31)，并根據(jù)幾何相似和量綱原理，找出三者之間的相關(guān)關(guān)系。Blasting

Engineering

第四節(jié)

爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗理論圖3-31不同裝藥類(lèi)型的幾何圖a-點(diǎn)藥包；b-線藥包；c-面藥包西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程(b)(c)(a)c

適用于各種類(lèi)型拋擲爆破裝藥量：

Qp

=f

(n)qW

3鮑列斯夫的經(jīng)驗(yàn)公式：

f

(n)

=

0.4

+

0.6n松動(dòng)爆破漏斗的裝藥量：

Qs

=

(0.33

~

0.55)qW

柱狀裝藥

：Q

=f

(n)qWj

3多藥包爆破的裝藥量抵抗線相同，

單個(gè)炮孔裝藥量：Q

=

f

(n)qaWl

=

f

(n)qmW

l

抵抗線不同

：

Qi

=

f

(n)qWi

lmi(i+1)d

q

值考慮多方面的影響因素綜合確定2223333Qb

=qW32

裝藥量計(jì)算原理a

爆破的裝藥有三部分組成，將巖體分離、破碎、拋移的耗能，即

Q

=C

1

W

2

+C

2

W

3

+C

3

W

4

b

標(biāo)準(zhǔn)爆破體積和裝藥量(豪賽爾公式)適用于標(biāo)準(zhǔn)拋擲，爆破作用指數(shù)n=1，即r=W

：Blasting

Engineering

第四節(jié)

爆破漏斗及利文斯頓的爆破漏斗理論西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院V

=

πr

2

W

≈

W

3爆

破

工

程第五節(jié)裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法1

裝藥結(jié)構(gòu)(1)

定義：裝藥在炮孔

(眼)

內(nèi)的安置方式稱(chēng)為裝藥結(jié)構(gòu)，它是影響爆破效果的重要因素。(2)

形式：耦合

(不留間隙)

、不耦合

(留有間

隙)

、連續(xù)

(不留間隔)

、間隔裝藥

(由炮泥、

木墊或空氣柱隔開(kāi))

，見(jiàn)圖3-34。西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破原理與方法爆

破

工

程圖3-34裝藥結(jié)構(gòu)a—偶合裝藥；b—不偶合裝藥；c—連續(xù)裝藥；d—間隔裝藥Blasting

Engineering

第五節(jié)

裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程(3)

空氣柱間隔裝藥的作用原理：見(jiàn)圖3-35

。a

降低了作用在炮眼壁上的沖擊壓力峰值。

b

增加了應(yīng)力波作用時(shí)間。c

增大了應(yīng)力波傳給巖石的沖量，而且比沖量沿炮孔分布

較均勻，這是以上兩點(diǎn)帶來(lái)的結(jié)果。圖3-35連續(xù)裝藥與空氣柱間隔裝藥

激起應(yīng)力波波形的對(duì)比Blasting

Engineering

第五節(jié)

裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程(4)

合理的空氣柱長(zhǎng)度合理確定空氣柱長(zhǎng)度與裝藥長(zhǎng)度的比值，能達(dá)到調(diào)

整應(yīng)力波參數(shù)，提高炸藥的量的有效利用和改善爆破

效果的目的。(5)

應(yīng)用注意事項(xiàng)空氣柱長(zhǎng)度超過(guò)3.5~4m，應(yīng)采用多段間隔裝藥；不

偶合裝藥要避免炸藥爆炸間隙效；空氣柱間隔裝藥應(yīng)保證各段裝藥的可靠起爆等事項(xiàng)。Blasting

Engineering

第五節(jié)

裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程2

起爆方法

a

概念起爆點(diǎn)：裝藥采用雷管起爆時(shí)，雷管所在位置稱(chēng)為起

爆點(diǎn)。正向起爆、反向起爆、雙向起爆

單點(diǎn)起爆時(shí)，若起

爆點(diǎn)置于裝藥頂端

(靠近炮孔口的裝藥端)，爆轟波

傳向孔底，這種起爆方式稱(chēng)為正向起爆；若起爆點(diǎn)置于裝藥底端，爆轟波傳向孔口則為反響起爆；若起爆點(diǎn)位于裝藥長(zhǎng)度中間，雷管聚能穴朝向孔底，則稱(chēng)雙

向起爆或中間起爆。b

起爆點(diǎn)位置和爆轟方向?qū)r石破碎過(guò)程的影響如圖3-36

、3-37所示

。Blasting

Engineering

第五節(jié)

裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程圖3-36正、反向起爆時(shí)應(yīng)力波在巖石內(nèi)的傳播情況及在臺(tái)階低線處的應(yīng)力狀態(tài)a—反向起爆，D/cp＞1；b—反向起爆，D/cp

≤1；c—正向起爆，D/cp＞1；d—正向起爆，D/cp

≤11—入射波，2—反射波Blasting

Engineering

第五節(jié)

裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程c

有關(guān)規(guī)定《煤礦安全規(guī)程》(2003年版)規(guī)定：在有瓦斯的工作面實(shí)

施毫秒爆破時(shí)，若采用反向起爆，則必須采取相應(yīng)的安全

措施?！侗瓢踩?guī)程》(2004版)對(duì)含瓦斯巖石或煤層條件下，爆破能否采用反向起爆及采用反向起爆的安全

性卻沒(méi)有明確的規(guī)定。圖3-37正、反向起爆時(shí)的炸藥爆轟及應(yīng)力波傳播a—正向起爆，D/cp

≤1；b—正向起爆，D/cp＞1；c—反向起爆，D/cp

≤1；d—反向西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法爆

破

工

程第五節(jié)第六節(jié)

炮孔的堵塞(1)炮泥：用來(lái)封閉炮孔的材料統(tǒng)稱(chēng)為炮泥。裝藥爆炸時(shí)炮

泥運(yùn)動(dòng)速度的變化。(2)堵孔目的：保證炸藥充分反應(yīng)；降低爆生氣體逸出自由面的溫度和壓力；影響爆炸應(yīng)力波的參數(shù)；在有沼氣的工作面內(nèi)阻止灼熱固體顆粒

(例如雷管殼碎片等)從炮孔內(nèi)

飛出的作用。(3)炮泥運(yùn)動(dòng)具有以下規(guī)律炮泥運(yùn)動(dòng)不是在所有截面同時(shí)發(fā)生的；在不同區(qū)段上，炮泥運(yùn)動(dòng)具有不同的規(guī)律；離裝藥較遠(yuǎn)或近炮孔口的一段炮泥，從運(yùn)動(dòng)開(kāi)始，其速度一直在增長(zhǎng)，超過(guò)一定時(shí)間后，其運(yùn)動(dòng)速度將大于下段炮泥的迅動(dòng)速度。見(jiàn)圖3-38西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破原理與方法爆

破

工

程圖3-38裝藥爆炸時(shí)炮泥運(yùn)動(dòng)速度的變化1—上段炮泥；2—中段炮泥；3—下段炮泥Blasting

Engineering

第六節(jié)

炮孔的堵塞西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程(4)

巖石內(nèi)應(yīng)力波參數(shù)的因素

a

堵塞的影響見(jiàn)圖3-39

，堵塞增加了爆轟氣體膨脹作用在孔壁上的

壓力和延長(zhǎng)了壓力作用的時(shí)

間。從而提高了它對(duì)巖石的

脹裂和拋移作用。b

炮泥的影響若沒(méi)有炮泥，裝藥與大氣

直接接觸，氣體壓力就會(huì)很

快由最大值下降到大氣壓；當(dāng)裝有炮泥，又沒(méi)有裂隙與自由面相通時(shí)，氣體壓力下降較慢，從而能夠增加壓力

作用時(shí)間和傳給巖石的比沖

量。圖3-40無(wú)炮泥和有炮泥時(shí)得應(yīng)力波形1—無(wú)炮泥；2—粘土；3—砂；4—三袋水泡泥；5—碎石；6—兩袋水泡泥和其它材料風(fēng)口Blasting

Engineering

第六節(jié)

炮孔的堵塞圖3-39堵塞對(duì)炮孔內(nèi)壓力的影響a—有堵塞；b—無(wú)堵塞西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程(5)

合理的炮泥材料瓦斯的工作面內(nèi)，可以采用聚乙烯塑料袋裝的水炮泥。但采用水炮泥時(shí)，仍需用聲阻抗比水大的其它材料封堵孔口(或采用兩個(gè)以上的水炮泥)。(6)

合理堵塞長(zhǎng)度方法是使炮泥全長(zhǎng)卸載的時(shí)間應(yīng)大于爆炸氣體壓力在裝藥全長(zhǎng)卸載的時(shí)間，即：

2l/c

≥l/

c

根據(jù)炸藥爆轟流體動(dòng)力學(xué)理論算出c0=D/2，代換后得：(7)

有關(guān)規(guī)定：我國(guó)《爆破安全規(guī)程》和《煤礦安全規(guī)程》都規(guī)定，在有瓦斯的條件下，爆破作業(yè)必須用炮泥堵塞炮孔，而且堵塞長(zhǎng)度不能小于一定值。Blasting

Engineering

第六節(jié)

炮孔的堵塞西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院s

c

ps

/Dl

≥l

c爆

破

工

程s

ps

c

0第七節(jié)

毫秒爆破1

概念及優(yōu)點(diǎn)a概念：利用毫秒雷管或其它毫秒延期引爆裝

置，實(shí)現(xiàn)裝藥按順序起爆的方法稱(chēng)為毫秒爆破。利用秒延期雷管實(shí)現(xiàn)裝藥按順序起爆的爆破方法稱(chēng)為秒延期爆破。b

優(yōu)點(diǎn)：.增強(qiáng)破碎、減小拋擲作用與拋擲距離；.降低爆破產(chǎn)生的震動(dòng)作用；.可以在有瓦斯的工作面內(nèi)使用。西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院Blasting

Engineering巖石爆破原理與方法爆

破

工

程2

毫秒爆破的破巖原理(1)

應(yīng)力波相互干涉假說(shuō)使相鄰的兩裝藥間隔一定時(shí)間爆炸，比如當(dāng)先期爆炸裝藥在巖體內(nèi)激起壓縮波從自由面反射成拉伸波后，再引爆后爆炸的裝藥，不僅能消除無(wú)應(yīng)力區(qū)，而且能增大

該區(qū)內(nèi)的拉應(yīng)力，圖3-42所示。Blasting

Engineering

第七節(jié)

毫秒爆破西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程圖3-42瞬發(fā)爆破與毫秒爆破時(shí)相鄰裝藥產(chǎn)生應(yīng)力波的比較

a—瞬發(fā)爆破；b—毫秒爆破；1、2—起爆順序Blasting

Engineering

第七節(jié)

毫秒爆破西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程(2)

自由面假說(shuō)毫秒爆破能夠改善巖石的破碎質(zhì)量，是由于先期爆炸裝藥在巖體內(nèi)已造成了某種程度的破壞，形成了一定寬度的裂隙和附加自由面，為后期裝藥爆炸創(chuàng)造了有利的破巖條件。見(jiàn)圖3-43所示。圖3-43臺(tái)階爆破單排炮孔微差起爆

1、2—起爆順序Blasting

Engineering

第七節(jié)

毫秒爆破西安科技大學(xué)建筑工程學(xué)院爆

破

工

程(3)

剩余應(yīng)力假說(shuō)a

先期爆炸激起的爆炸應(yīng)力波在巖體內(nèi)形成動(dòng)態(tài)應(yīng)力場(chǎng)并產(chǎn)生一系列裂縫b其后，巖體承受高壓爆炸氣體的作用，使裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，但隨著爆炸氣體的膨脹，壓力不斷降低；c

后期爆炸裝藥應(yīng)在先期爆炸裝藥產(chǎn)生的靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)尚未消失前起爆，利用先期爆炸裝藥在巖體產(chǎn)