《工程爆破理论》PPT课件.ppt

工程爆破理论,工程爆破技术人员培训班讲义,前 言,一.目的1.掌握工程爆破理论的基本概念2.掌握工程爆破理论分析方法3.考试会答有关类似的试题二.解决应用中的问题1.一般土岩的浅眼工程爆破问题2.洞室大爆破问题3.深孔工程爆破问题4.地下工程开挖与掘进爆破问题5.矿山爆破问题,三 学习好工程爆破理论树立全面的科学观1.能量守恒的基本观念：（1）岩石爆破：炸药的能量与岩石破碎需要能量的关系（2）拆除爆破：炸药的能量与结构破坏需要能量的关系（3）有效的炸药能量工程所需的岩石破碎状态和结构破坏程度的能量，工程技术人员研究的核心,2、工程爆破理论与技术的关联性（1）任何一个参数、一个公式和一种工程爆破技术、爆破施工方法都是相关联的，能有“举一反三，触类旁通”效果。（2）洞室大爆破深孔等级爆破浅眼爆破爆破雕刻爆破粉碎结石，突出体现了炸药能量在爆破对象中的“合理分布”原理，还可称爆破能力控制力原理。3、工程技术人员的应掌握的工程知识,（1）地质岩土方面的知识，充分了解岩土的特性（密度、拉压强度、弹性系数、含水率、节理走向、地形等）。（2）工程结构知识，充分了解混凝土、钢筋混岗凝土、砖墙、石料等技术材料的性能。（3）民用爆破器材的基本知识，对爆炸品和传爆材料，起爆器材性能（4）安全技术知识，有安全技术设计、安全评价、评估，安全监理的技术知识、安全管理的能力。,4 岩石爆破理论研究的内容（1）爆轰理论的研究（2）岩石特性（3）炸药能量的转换与传递（4）岩石动态断裂与破坏（5）计算机仿真与数值模拟,第一章工程爆破原理,第一节 炸药量与岩石破碎体积 成比例理论 一 标准药包的抛掷计算原理 Q=qV(1-1)其中：Q炸药量（kg)q单位体积岩石的炸药量（kg/m3)V爆破漏斗体积（m3)（11）傻瓜公式,n=r/w,爆破作用指数的概念：n=r/w是漏斗半径与最小抵抗线的比值，是描述爆破松动程度的概念。爆破松动程度的划分：n=1 标准抛掷；1n0.75减弱抛掷或加强松动；n0.75,V=r2w/3 标准抛掷爆破条件下：r=w Q-标准抛掷装药量(kg)W-最小抵抗线(m)Q=qw3-著名的豪泽(Hauser)公式,分析说明 1.药包的重量与岩石的体积成正比 2.单耗不随最小抵抗线变化而变化 3.该理论在 介质松散、黏结不良状态下合适；在W与决定单位炸药消耗量时的最小抵抗线相差不大时才适用。4.实际上炸药能克服介质的重量、抗剪力、惯性力等;结论分析(3)是不准确的,但作为一般工程技术人员理解和结合工程实践经验进行炸药量估算是合适的。,二 考虑岩石松动程度的爆破药量计算 Q=f(n)qw3(1-3)f(n)爆破作用指数函数；n爆破作用指数；有关学者根据试验得出公式：f(n)=(1+n2)1/2-0.41)3(1-4)前苏联的学者确认的公式：f(n)=0.4+0.6n3(1-5),从（1-4）（1-5）来看，没有考虑装药深度对药量的影响。当装药深度大于1520米时公式误差比较大。三、考虑装药深度的计算 当增加装药深度时，不仅被破碎的介质体积增加，而且消耗于抬高每立方米介质体积的能量也一定增加。,土质：W大于20米时 Q=f(n)qw3(w/20)1/2（16）岩石：W大于15米时 Q=f(n)qw3(w/15)1/2（17）著名的波克罗夫斯基公式,分析 说明1、以上公式主要是计算了爆破时的参数，没有说明爆破时的物理现象和岩石受何作用力而破坏；2、计算时未考虑岩石物理性质。该公式在广大工程技术人员中广泛使用，仍是爆破装药计算的基本公式。3、以下理论公式仍是洞室大爆破的设计计算基础。,Q=f(n)qw3 其中：q为标准单耗对于 对于标准抛掷爆破 f(n)=1 加强抛掷爆破 f(n)1 减弱抛掷爆破f(n)1 比较通用的f(n)公式：f(n)=0.4+0.6n3 计算公式简单，目前仍在使用,第二节利文斯顿漏斗理论,利文斯顿爆破漏斗理论是美国科罗拉多矿业学院C.W 利文斯顿50年代提出，根据大量的漏斗实验，用V/Q-曲线（单位炸药量的爆破体积-深度比曲线）作为变量，比较科学地建立了爆破漏斗的几何形态，形成比较完善的爆破理论，成为实用爆破理论的鼻祖。,一、基本观点 1、炸药的能量分配给岩石和空气的方式；2、能量传递的过程不仅与炸药有关也与岩石特性有关。3、炸药释放的能量与炸药量成正比。炸药能量的释放速度是炸药速度的函数，而炸药传给岩石的能量又是时间的函数。,二、对岩石破坏的分类,埋深,岩石表面,药包埋深与效果,漏斗,临界,内部,爆破漏斗的几何参数 自由面：被爆破的岩体与空气接触的面（或称临空面）；最小抵抗线W：自药包中心到自由面的最短距离（是爆破作用岩石最先移动的部位）；爆破漏斗半径 r:漏斗的底圆半径；爆破作用半径R：药包中心到漏斗底圆圆周上任一点的距离（或称破裂半径）；爆破漏斗的可视深度h：自爆破漏斗中岩体岩堆表面最低点到自由面的最短距离；爆破漏斗张开角：爆破漏斗的顶角。,爆破范围的划分 根据不同药包对地表的产生效果将爆破范围分成四个带：（1）弹性变形带（2）冲击破裂带（3）破碎带（4）空腔带 炸药埋深足够深，形成内部作用药包，岩层表面没有任何变形，形成药包至表面的弹性变形带。,随着埋深减少或药量增加，出现岩层表面破坏。刚开始破坏的深度称临界深度，此时的药量成为临界药量。此条件为弹性变形的上限。在临界弹性状态有如下三种破坏形式：（1）冲击破坏对脆性岩石而言；（2）剪切式破坏对塑性岩石而言；（3）碎化疏松式破坏对松散无内聚力岩石而言；了解以上三种形态，对不同岩性可控制其破坏形式。,随着埋深减小或药量的增加，爆破漏斗逐渐形成，体积逐渐增大，当达到最大值时，冲击破坏的上限与爆破时炸药能量利用的最有效点相吻合。此时的埋深为最佳埋深，相对应的炸药量为最佳药量。当药包埋深继续减小，爆破能量超出最佳破坏效应的 能量，此时岩石的破坏可划分为破碎带或空爆带。,三、C.W.爆破漏斗试验与V/Q-曲线,0.4,0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0,35 30 20 10,V/Q,V/Q-曲线,Ly/Le,怎样读懂上图的曲线？V爆破漏斗的体积；Q装药量；V/Q单位炸药量所爆破下来的岩块体积；Ly任意炸药深度；Le临界深度；=Ly/Le 炸药埋深与临界深度的比值；同一次岩性试验，Q、Le是常数不变，纵坐标仅单位比例变化；横坐标仅为单位长度变化。上图 曲线是固定曲线。,四、利文斯顿的弹性变形方程 前提条件：岩石是在临界深度时才 开始破坏。弹性方程式为：Le=E(Q)1/3（18）其中：Le药包临界深度（m)E 弹性变形系数；Q 药包重量（kg);,若取：=Ly/Le（即深度比）Ly=E(Q)1/3（19）其中：Ly药包埋深（m），（1-9）式为一般方程。,最大岩石破碎量和冲击式破坏上限时有关最佳埋深的关系式：Lj=0 E(Q0)1/3（110）其中：Lj最佳埋深（m)0最佳深度比 Q0最佳药包重量（kg)此时药包的大部分能量用于岩石破碎过程，少量用于无用功。（如振动、噪声等）,五、利文斯顿理论在露天矿的应用（一）一般优化设计计算步骤 1.通过在不同深度起爆定量药包试验，确定Le,利用(1-8)求出E。2.通过不同深度起爆不同药量的药包，求出单位炸药达到最大破碎量的深度比，求出0。3.利用以上求出的两个参数可用来确定生产规模的最佳台阶几何尺寸。利用（1-10）式，可计算出任何药包的临界深度。以上讨论的内容与论点均是基于 一个自由面的单孔漏斗的试验研究成果。,0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0,V/Q,空爆带,空爆,过渡深度,碎化带,最佳,临界深度,优化带,V/Q-关系图,（图1-2）,（二）考虑露天台阶爆破两个或多个自由面的条件的计算方法 台阶爆破的几个概念 1.炸药能量受控的三个主要方向:水平方向、垂直方向、孔间方向；2.爆破岩石移动的方向：水平方向而不是垂直方向。3.台阶底盘抵抗线与最小抵抗线区别，解决底盘抵抗线大于最小抵抗线的问题。,抵抗线,超深,孔间距,孔深,dc,台阶眉线,台阶眉线,H,S,V,阶段下部平盘,台阶立体图,依受控方向释放能量大小所确定的深度比,图1-3,图1-4,实际爆破过程中，希望岩石向水平方向移动，可令V=0 H0,从而达到目的。在孔间方向的爆破能量相互作用加强，一般 S都大于0。在炸药和岩石特性给定条件下，已知E和0 可进行如下计算：1、已知E、0 值；孔径和装药密度；2、超深为定值；3、经验或试验确定V、H和S值；4、设抵抗线W（m）；5、用W=HE（Q）1/3,6、已知每米炮孔的装药量，可计算药柱高度；7、利用通用方程可计算药包中心到地表面的距离；8、孔深=Ly+1/2药柱高；9、堵塞高度=孔深-药柱高；10、利用公式计算药包临界深度；11、台阶高度=孔深-超深；12、利用一般方程可计算孔间距；13、依据岩石体积和装药量，计算单耗。以上内容是深孔台阶爆破的理论基础（光面和预裂爆破原理出外）。,六 利文斯顿理论在地下矿中的应用,在地下工程中将顶板作为自由面,在药包爆炸过程中,形成倒漏斗的全新的爆破漏斗概念:落矿原理说明 1.重力和摩擦力作为岩体松动和下落的能量一部分,并没有消耗爆破能;2.增大爆破漏斗的几何尺寸;3.形成稳定的新的自由面;,倒漏斗爆破施工法,上巷道顶板,上巷道底板,下巷道顶板,下巷道底板,炮孔,矿 渣,漏 斗,地下挤压爆破漏斗示意图,漏斗A,漏斗B,漏斗C,漏斗布置示意图,爆后轮廓,柱体爆破单元漏斗形式,药包,抵抗线,孔间距/2,上巷道底面,下巷道顶面,下巷道底面,倒漏斗,药包,岩渣,正打孔,倒打孔,倒爆破漏斗采矿形式示意图,VCR法：垂直后退采矿法 优点；采矿结构简单、采切量小、作业条件好、安全、崩矿质量高，产量高和成本低。步骤：（1）在矿体中钻一个或多个大直径炮孔；（2）装近似于球形的药包。埋深使其爆破后形成最优的爆破漏斗效果。,（3）药爆爆炸时，借助于气体压力破碎岩石形成倒漏斗。（4）从矿房中运出漏斗的破碎矿石。用途：采矿、地下挤压爆破、采空区处理、地下病害处理等。,七、爆破漏斗理论的拓展 1.点线面药包的内在联系 美国的雷德帕思在球型药包实验的基础上，进行了长柱药包实验，大大扩展了利文思顿理论的应用范围。理论基础:(1)球型集中药包-点药包 即球形药包（球形药室、集中药室）球形药量用Q表示。单孔柱状药包-线药包；多排柱状药包-面药包；分析原理：几何相似和量纲原理,（1）点药包：量纲方程：Ld=Ld 3/Q1/3Q1/3 量纲深度比：d=Ld 3/Q1/3式中：d点药包的深度比（m/kg1/3)Ld点药包的埋深（m)Q点药包的药量（kg),(2)线药包 量纲方程：Lx=L3/Q1/2Q/L 1/2 量纲表示线药包深度比 Z=L3/Q1/2（3）面药包 量纲方程：Lm=L 3/QQ/L2 量纲表示面药包深度比 m=L3/Q 根据量纲分析存在如下关系：d3=x2=m的关系,上式说明:点、线、面的装药量是等效的。,s,Q（药量）,Q/L,L,s,L,L,Q/L2,s,a球型,b 线形,c 板型,单位长度药量,单位面积药量,量纲分析方法的用途：1、柱状药包换算成球状药包：Q2=KQ1Q1炮孔装药量；Q2等效集中装药量；K等值药量系数。当药包长径比为10时K=0.72、利用求得的等效集中药包利用相似定律可计算现场的最佳埋深。,2、爆破漏斗理论后期成果,土耳其的比尔金，1993年在石灰石矿进行实验，得出以下成果。（1）漏斗张开角与抵抗线关系 特点：张开角随最小抵抗线增大而减小；当W=3.5m时，张开角不成形。=180-21.63W-漏斗张开角；W-最小抵抗线；,漏斗张开角与抵抗线关系曲线图,200,150,100,50,0,1 2 3 4,漏斗张开角（。）,最小抵抗线W（m),（2）岩石爆破体积与最小抵抗线关系 爆破岩石量随最小抵抗线增加而增加；存在一个最佳抵抗线。W0=33.7d,150,100,50,0,1 2 3 4,破岩体积（立方米）,最小抵抗线W（m),(3)抛掷距离与抵抗线关系 T=32.06-3.96W,30,20,10,0,1 2 3 4,平均抛距,（m),最小抵抗线W（m),（4）爆破块度与最小抵抗线 实验表明岩体的薄弱程度对块度有很大影响。但块度与抵抗线有明显的线性关系。K50=0.192W-0.062,0.5,1.0,1.5,1 2 3 4,K50(m),最小抵抗线（m),块度和平均节理有关,八、对利氏爆破漏斗理论的评价,1、爆破漏斗理论基础是大量爆破漏斗实验和能量平衡原则；2、漏斗的形状用单位药量的爆破体积和深度比曲线表示。充分反映了爆破效果与炸药能和岩石性质有关，反映能量传递实质，更科学化。3、除了爆破源附近的粉碎层以外，岩体相当部分是由自由面拉断，并用静力学解释，尽管解释不充分，但是它是以后冲击波拉伸理论的基础。4、倒爆破漏斗理论大大促进采矿方法的发展；5、爆破漏斗理论仅对爆破结果进行了定量的描述，没有涉及岩石爆破过程，爆破机理，仍属于实用爆破学范围。,柴俭 13908052559,第二章 冲击波拉伸破坏理论,第一节 基本观点 炸药在岩石中爆轰时，生成高温、高压、高速冲击波猛烈冲击周围岩石，在岩石中强度引起强烈的应力波。刚开始释放时它的强度远远超过了岩石的动抗压强度，引起周围的过度破碎。当压缩应力波通过压碎带后，继续传波但强度大大下降，不能直接引起岩石的压破碎。当达到自由面时反射成拉应力波，虽然拉应力比较小但达到了岩石的抗拉强度，岩石拉断。表现为“折断”、“片落”、“分离”等现象。逐渐形成爆破漏斗范围内的完全拉裂。,作用的机理：1.入射波和反射波，反复作用自由面；2.爆炸的气体只限于岩石的辅助破碎与岩石的移动。坚持以上观点的代表人物：日本的日野熊雄。,一、基本概念解释岩石中的爆炸应力波概念：炸药在岩石和与其相关联的固体介质中爆炸引起应力扰动的传播称为爆炸应力波。关键词：炸药 岩石 爆炸 传播1、按传播途径分类体积波和面波，体积波分为纵波和横波体积波：在介质内部传播的应力波 表面波:沿介质内外表面传播的应力波,传波方向,质点运动方向,压,拉,压,纵波(P波)传播示意图,压缩波,稀疏,压缩波与稀疏波的概念,压缩波:使岩石受压,稀疏波:使岩石受拉,交变拉压变化使岩石破坏,纵波(P波)的特点:传播方向与质点运动方向一致,可引起岩石拉压破坏,可在可在固体.液体.气体内传播.,横波(S波)传播示意图,传播方向,质点振动方向,横波特点:传播方向与质点振动方向垂直,可引起介质剪切破坏,只在固体内传播.,模拟体积波的横波与纵波,F,F,F,胶皮,受力特点:纵波以拉压为主 横波以剪切为主,X,Y,面波:瑞利波和勒夫波,瑞利波(R)特点:在表面传播与纵波相似,不产生剪切破坏,象水中投石波浪一样由近及远传播.与体波的纵波相对应.勒夫波特点:在介质表面与传播方向成横向的振动.与体波的横波相对应.根据实验研究:辐射的震源的能量为100,则纵波占7%,横波26%;表面波占67%.,2.按传播介质变形性质应力波分类 弹性波黏弹性波塑性波冲击波,符合虎克定律弹性介质,非线性弹性体 屈服阶段,塑性体介质超过弹性极限,适应小扰动的介质 超声速传播,冲击载荷与冲击波参数,冲击载荷的特征1 加载体与受载体相互作用力状态2 相互作用的受力状态是不均匀的3 动态过程冲击波参数：冲击波压力、冲击波速度、介质运动速度、内能和压缩比,第二节 日野冲击波拉伸破坏理论 1、爆破的主要特征（1）爆破产生的漏斗通常留有残孔；h/w1 h爆破漏斗深度（m);W装药中心到自由面距离（m)(2)齐爆效果比单孔爆破效果之和好；（3）具有两个自由面的效果比一个自由效果好；（4）爆破时，破坏从自由面向装药中心推进，破坏呈规则的板状。,2、爆破作用的几个阶段（1）炸药的爆轰 炸药爆炸后，使炸药周围的岩层介质粉碎，出现范围狭小的粉碎层；半径用rc表示。（2）自由面受入射波和反射波，使岩石受拉，产生破坏。（3）爆轰气体的膨胀作用使岩石进一步粉碎、移动、地表震动。,3、冲击波性质（1）爆轰压力 用固体炸药的流体力学的热力学理论计算：PD=DVWS PD爆轰压力-炸药的比重 DV-爆轰速度 WS-爆轰生成的气体流速,（2）固体内冲击波,依据质量守恒定律：0U=（U-v)动量守恒定律：P-P0=（0U）v 能量守恒定律：E-E0=（P+P0）（-0）/2 0根据爆破岩石的条件，简化以上公式：P1=0Uv1 1/0=U/(U-v1)E=P1(V0-V1)=v12/2,岩石的状态方程 高压流体动力区:爆源附近压力数百万帕至十万帕;采用格留乃孙状态方程和泰特状态方程.弹塑性固体区:距离爆源较远的十万帕以下的区域;采用盖帽模型和动力盖帽模型.简便的泰特状态方程:P1=A(1/0)n-1 其中:A、n是与材料有关的参数，通过实验确定。参见教材P180 公式与参数结论是相同的。,（4）冲击波参数的计算花岗石的兰金-雨贡纽方程如下:E-E0=(P+P0)(V0-V)/2 P=f1(1-V/V0)2+2/3f2(1-V/V0)2/(V0-V)f1=0.456106 f2=0.178107计算的结果如下表:,冲击波阵面参数,冲击波压力与比容积的 关系,0.1 0.2 0.3 0.4 0.5,20,16,12,8,4,0,(10000MPa),P,比容积V(cm3/g),几点说明,以花岗岩为例：花岗岩中的声速：4960m/s压缩比：0.971 压缩百分比29同样条件水的压缩百分比45弱冲击特点，冲击压力低，波面收缩小；采用声学的冲击波近似说明是可行的。在固体内传播衰减很快，采用声学近似说明有使用价值。,4、冲击波压力随距离而衰减日野根据漏斗实验总结冲击波压力衰减公式：P=4067（a/r）2.5（MPa）其中：a-球形药室的半径；r-计算点到药室中心的距离；岩石的抗压强度（Pc）不是常数，经研究它是与加压方向成直角的侧压Pi的函数。花岗岩Pc=166+5.5 Pi 砂岩 Pc=48+8.6Pi,取花岗岩抗压强度的最低值166MPa.经过计算：Dc=r/a=3.606 从计算结果分析，粉碎圈半径为装药半径的.6倍以下；、反射波拉断岩石 反射波不能拉断自由面的深度为临界深度Le;Le=rc(Pc/Pt)1/2.5 r02=d2+R2 根据爆破破坏条件：Pt=Pc(rc/r0)2.5计算爆破漏斗的参数,式中：PC-岩石抗压强度Pt-岩石抗拉强度r-粉碎圈半径 一般情况下：爆炸产生的应力波遇到两种介质的界面时，即发生反射，由于岩石抗拉强度远远低于抗压强度，靠近界面的岩石首先被拉断。,、爆轰气体膨胀功（1）能量的分配：在固体中由于压缩率比较低，冲击波消耗的能量比较小。根据花岗岩实验结果：有效能量25%用于产生冲击波；75%为气体膨胀能。（2）岩石的运动：Ex=Ax+Lx Ex气体膨胀所做的功；Ax平衡外压所做的功；Lx岩体移动的动能；,（）说明爆破作用的第一阶段即冲击波作用阶段，爆破作用时间很短当药包埋深米时，作用时间ms;体膨胀过程约ms以上第一阶段爆破冲击波使爆破漏斗内的岩石破断，第二阶段，爆破气体膨胀使岩体进一步破碎和移动,对冲击波拉伸破坏理论的评述,、意义 利用冲击波的理论推导了爆破漏斗的几何尺寸与药量、爆轰压力、岩石抗拉强度的关系；阐述了爆破作用的两个阶段；自由面受拉伸破坏的原理被世人认可。2、不足 许多问题该理论还不能解释,（1）比较小的冲击波能量占炸药能很小部分（3%），要将岩石完全破碎令人难以理解。（2）根据实验爆破药量足够大时才会出现片落现象。（3）裸漏药包破碎岩石，充分说明爆胀气体对岩石破碎的作用；（4）根据破碎时间分析，冲击波传到自由面，再返回全部历程不超过几毫秒，岩石的裂隙不可能充分发育。一般自由面岩石开始移动的时间为上述时间的1520倍。（5）在压碎带和片裂带之间，存在非破碎带，用冲击波机理解释不清。,爆破作用范围,自由面,压缩波,药包半径a1,粉碎圈半径rc,h,r,d,k,稀疏波,抵抗线,入射波,反射波,入射反射拉压相互作用使岩石破坏,不破坏处为临界状态,第三章 爆炸气体膨胀压破坏理论,第一节 基本观点 爆炸气体膨胀压力是引起岩石拉伸破坏的主要原因.依据有二:1、岩石发生破碎的时间是在爆炸气体作用的时间内；2、炸药中的冲击波能量只占炸药总能量的（515）%。该理论的代表人物：瑞典学者，兰格福斯。,第二节 兰格福斯论点,1966年岩石爆破现代技术全面论述一、初始裂隙形成时间 炮孔内炸药爆炸后几个毫秒之内释放大量爆能破碎有限岩石，产生爆破效果：产生气体：炮孔内压力达104MPa 单位内能量：25000MW 爆速：25006000m/s,产生的冲击波：冲击波传播速度30005000m/s,直径40mm的炮孔：粉碎层约20mm;爆炸产生的径向裂纹在切向应力作用扩展，最后扩展到1米范围。裂隙在几分之一毫秒内完成。,压拉应力相互作用时间曲线,1 2 3 4,0,+,r,r=2r0,r=r0,t,a 冲击波反射前的切应力,+,1 2 3 4 5,孔内压力,反射前,(r),反射后,(r),t,b、冲击波引起的径向应力,在炮孔附近即：r=r0 r=2 r0 拉伸应力大于压应力，岩石的拉应力小于岩石的压应力。初始的径向裂缝是由拉应力作用产生。二、自由面附近的拉断破坏 1、爆炸后由于压碎和塑性变形，孔径扩大原来的2倍；随着冲击波的消失，裂隙反复收缩、闭合，扩展裂缝。2、在临近自由面爆破时，压缩波遇到自由面时反射成拉伸波。反复作用发生裂缝。这种拉伸波在岩石爆破中起次要作用。只有在单位药量比较大时才能产生岩石片落。,三、岩石的破碎过程 1、冲击波作用的结果：径向裂缝和发生岩石破裂阶段；2、松动破坏岩石的大部分能量来自爆炸气体；根据计算冲击波占炸药总能量5%15%；高威力炸药冲击波能量占9%；在冲击波传递过程中损失2/3；爆破漏斗中冲击波能量占3%。3、岩石破碎的第三和最后阶段是在爆炸气体压力作用下，缓慢破碎过程。达到破碎和移动的目的。,径向裂缝,压应力波,渗透到裂隙带的气体,气体膨胀爆破理论总结,炸药在岩石中爆炸作用,使岩石破碎分为三个阶段:第一阶段:爆轰波的高压作用,炮孔孔壁粉碎并开始膨胀;第二阶段:压应力波从炮孔开始向外传播,其传播速度等于岩石中声速,当其从自由面返回时,便在自由面和炮孔之间产生拉应力,拉应力大于岩石的抗拉强度,岩石发生破碎,此是正确设计应该满足的.第三阶段:爆轰气体在高压作用下进入裂隙,造成裂隙扩展.形成岩石的破碎与移动.,炮孔膨胀与时间关系,0 0.1 0.2 0.4 1 2 3 5,1,2,4,6,8,10,1,2,3,V/V0,t(ms),V-为膨胀后的炮孔体积;V0-膨胀前的炮孔体积,从曲线分析可看如下几点:第一阶段，初始冲击波导致岩石破碎，炮孔体积膨胀到初始体积的2倍，保持0.10.4ms体积不变。第二阶段，除自然裂隙外，新裂隙大多是炮孔周围的压应力场和它在自由面反射所形成的拉应力场交替作用形成。爆轰体积膨胀，使岩石体积达到原来体积的4倍，岩石开始破碎。第三阶段，岩石开始破碎并开始移动。,柴俭 13908052559,C,B,A,ua,ub,uc,压缩波,稀疏波,岩石自由面,岩石自由面的变化,第四章 影响爆破的因素,影响爆破作用的因素：炸药性能、岩石特性、爆破条件和爆破工艺一、炸药部分1、炸药密度、爆热和爆速：提高炸药的密度和爆热可提高单位能量密度，可改变装药参数，高能炸药是提高爆破作用效果的必然方向。爆速是影响应力波的主要参数。对爆破的破碎效果有较大影响。,2、爆轰压力 爆轰压力与炸药密度和爆速的平方成正比。爆轰压力大破碎岩石充分，对于坚硬岩石更是如此。若爆轰压力过高会导致与岩石作用时间过短，卸能过快，影响破碎，会出现大块。一般是在坚硬致密的岩石爆破时选用爆轰压力大炸药。3、爆炸压力 爆炸压力又称炮孔压力，它是爆轰气体产生的压力，压力越高说明用于岩体胀裂、推移、抛掷的作用越大。爆炸压力的大小不仅与炸药的品种有关还与装药结构、堵塞质量有关。,4、炸药能量的利用 根据研究表明：一般抛掷爆破炸药能量用于岩石破碎的能量57，松动爆破用于岩石破碎的不超过20。一般情况过度破碎、超过设计的岩石移动、飞石、震动、噪声、冲击波、烟雾等均属无用功。怎样提高炸药利用率的途径：精益求精的控制爆破设计。,二 岩石特性岩石的特性包括：岩石物理特性、力学特性、岩石动载特性、地质地形条件1、岩石的完整性与密度越高，波速越大、反之越小。2、结构面对应力的传播有很大影响，应力波经过结构面反射，使应力波衰减块。3、节理与走向改变爆破岩石破碎移动形态,三、炸药与岩石的匹配 岩石的波阻抗:岩石的密度与纵波在该岩石中的传播速度的乘积。反映了应力波在岩石中传播的能力。一般认为炸药的波阻抗与岩石的波阻抗相匹配时，能量传递比较充分，有力岩石吸收炸药能，爆破效果好。对于坚硬岩石选用爆速、爆压比较大的炸药；中等坚硬岩石选用中等爆速和威力的炸药；软塑性岩石选爆速和爆压比较低的炸药。,四、药包与孔壁的耦合 D/r=1 耦合装药 D/r1 不耦合装药,五、自由面或称临空面临空面的作用：1、反射引力波；2、改变岩石的应力状态及强度极限；3、抵抗线方向4、炸药爆炸影响自由面范围越大，爆破范围越大,六、装药结构 间隔装药和连续装药两种间隔装药的特点：1、能合理分配炸药能量，提高炸药能量的利用；2、增加应力波作用时间，降低孔壁的峰值压力；3、分散了炸药能量,七、堵塞作用：1、封闭炸药能量，防治泄能；2、堵塞长度可改变装药结构；3、防治爆炸灼热颗粒溢出，防治安全事故八、起爆药包位置正向传爆、反向传爆、多点传爆反向传爆特点：1、提高爆炸应力作用；2、增加了应力波的动压和爆轰气体静压时间；3、增加了孔底的爆破作用。,