岩土爆破理论-sjsppt.ppt

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1、利文斯顿理论应用（露天爆破试验）,确定临界深度Le（试验：不同深度起爆定量Q药包）计算弹性变形系数Eb（公式：Le=EbQ1/3）确定最佳深度比 0最佳药量Q 0（试验：不同深度起爆不同量Q药包）最佳药包深度公式其他钻爆参数,Lj=0Eb(Q0)1/3,岩石爆破理论,第二讲,主要内容,6.其他形式爆破漏斗及爆破波动特性7.装药量计算公式8.影响爆破效果的因素,(1)柱状装药垂直自由面柱状药包可看成由多个连续集中药包组成的。孔口：加强抛掷爆破漏斗；中间：标准抛掷爆破和减弱抛掷爆破漏斗;孔底：松动爆破；会留有残孔。,6.其他形式爆破漏斗,A柱状药包产生的爆破漏斗,总的漏斗形状就是这些漏斗的外部轮廓

2、线，大致为喇叭形；孔底破坏弱，爆后会留有残孔。,6.其他形式爆破漏斗,(2)柱状装药平行自由面常存在两个自由面，爆破效果比一个自由面的情况好。常见于隧道掘进爆破及露天台阶爆破。只需爆破松动，将岩体从原岩中分离出来即可，不需要产生大量的抛掷。,6.其他形式爆破漏斗,(3)柱状装药倾斜于自由面介于垂直和平行之间,6.其他形式爆破漏斗,炮孔密集(临近)系数 m：为相邻炮孔的间距a与最小抵抗线W(或排距)的比值,即m=a/W炮孔密集系数对爆破漏斗形状的影响当m2，即a2W时，形成两个爆破漏斗。,B 相邻药包爆破漏斗,6.其他形式爆破漏斗,当1m2，即Wa2W时，形成一个爆破漏斗，但药包之间底部破碎不充

3、分。,当0.8m1，即0.8WaW时，形成一个爆破漏斗，漏斗底部平坦，漏斗体积最大。,6.其他形式爆破漏斗,当m0.8，即a 0.8W 时，形成一个爆破漏斗，大部分能量用于抛掷岩石，漏斗体积反而减小。,6.其他形式爆破漏斗,球形药包在水平方向的延伸叠加,C 水平延长药包,6.其他形式爆破漏斗,6.爆破波动效应,目前，岩土工程爆破中，精确计算装药量问题未得到解决。工程中结合实践经验依据经验公式，确定装药量。体积公式是最常用的一种经验公式，其依据为：爆破相似法则：布若伯格根据实验结果指出，均质岩石中爆破，当装药体积按比例增大时，岩石爆破破碎的体积也将按比例增大。,7 装药量计算公式,基本公式Q=k

4、2W2+k3W3+k4W41克服张力形成断裂面所需能量2介质体积变形所需能量3克服重力场所需能量瑞典 兰格福尔斯：一般岩石的松动爆破Q=0.07W2+0.35W3+0.004W4,Q=k2W2+k3W3+k4W41克服张力形成断裂面所需能量2介质体积变形所需能量3克服重力场所需能量0.1m16%W20:第一项18%,1mW20m:第一、三项可忽略Q=k3W3,体积公式的计算原理：根据爆破相似法则，在一定炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积与所用的装药量成正比。通用体积公式：Q=qV 式中：Q 装药量，kg;q 单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3;V 被爆落的岩石体积，m3。,7 装药量计算公式

5、,集中药包药量计算公式根据体积公式计算原理，单个集中药包标准抛掷爆破装药量可按：QbkbV 计算。式中：Qb装药量，kg；kb标准抛掷爆破单炸药单耗，kg/m3;V 标准抛掷爆破漏斗体积，m3,7 装药量计算公式,上式中：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，所以：,7 装药量计算公式,这样得到集中药包标准抛掷爆破装药量计算公式：,7 装药量计算公式,QbkbV=kbW3,集中药包非标准抛掷爆破装药量岩石性质、炸药品种、药包埋深不变时，改变标准抛掷爆破装药量，形成以下2种非标准抛掷爆破:装药量标准抛掷爆破时，n 1，为加强抛掷爆破。,7 装药量计算公式,可见

6、非标准抛掷爆破装药量是爆破作用指数n的函数，可用以下通式表示：标准抛掷爆破：f(n)1.0；减弱抛掷或松动爆破：f(n)1。,7 装药量计算公式,Q=f(n)kbW3,f(n)函数形式：具体有多种，各派学者观点不一，我国工程界应用较广是前苏联学者鲍列斯阔夫经验公式：,7 装药量计算公式,f(n)=0.40.6n3,鲍列斯阔夫公式适用抛掷爆破装药量计算，将f(n)代换到集中药包抛掷爆破装药量通式 Q=f(n)kbW3 中得：,7 装药量计算公式,Qp=(0.40.6n3)kbW3,用上式计算加强抛掷爆破装药量时，结果与实际情况接近。但W25m时，该式计算装药量偏小，应乘以修正系数,7 装药量计算

7、公式,集中药包松动爆破装药量：根据体积计算公式：Qs=ksW3 式中：Qs装药量，kg；ks 集中药包松动爆破单耗，称为松动爆破单位用药量系数，kg/m3;,7 装药量计算公式,7 装药量计算公式,经验表明：ks与kb之间存在着：ks f(n)kb kb 即集中药包松动爆破单位用药量约为标准抛掷爆破单位用药量的。松动爆破装药量可表示为：,Qs=（0.330.5）kbW3,延长药包药量计算概念：相对集中药包而言，当药包长度和截面直径或最大边长之比 大于某值时，叫延长药包。大小规定尚未统一，圆柱形装药而言，通常 68，即视为延长药包。实际上，真正起到延长药包作用，药包长度要超过药包直径17倍以上。

8、,7 装药量计算公式,延长药包（extended charge）是工程爆破应用最广泛的药包。如：孔眼爆破中的：柱状药包；峒室爆破中：条形药包（linear charge）。,7 装药量计算公式,延长药包垂直于自由面 延长药包垂直于自由面的爆破，实际上是一个自由面条件下的密集炮眼群爆破。如：隧道掘进的柱状装药。此时，炸药爆炸受到岩体夹制作用大，但仍能形成漏斗，只是易残留炮窝。计算装药量，仍可按体积公式原则。,7 装药量计算公式,7 装药量计算公式,前述装药量计算公式：Q=kbf(n)W3，式中：,W=,需说明的是，对于浅眼爆破，由于凿岩机眼径小，炮眼内往往容纳不下由上式计算所得的装药量。这种情况

9、下，需要多打炮眼以容纳计算的药量。,延长药包平行于自由面台阶深孔爆破，就是该形式。爆破后形成的爆破漏斗是一“V”形横截面沟槽。,7 装药量计算公式,设V形沟槽开口宽度为2r，沟槽深度W，当rW，=1，称为标准抛掷爆破沟槽。,Q=kbV=kb r W l=kbW 2l 即：Q=kbW2 l 同理，非标准抛掷爆破沟槽的装药量计算，考虑爆破作 用指数n影响，于是：Q=f(n)kbW2l,7 装药量计算公式,硐室爆破中条形药包 Qt=f(n)kbW2l/l=f(n)kbW2 式中：Qt-条形药包单位长度装药量，kg/m；f(n)与爆破作用指数相关的经验公式。,7 装药量计算公式,峒室爆破f(n)我国使

10、用较多的是原苏联学者提出经验公式：,f(n),鲍列斯阔夫公式：,阿夫捷也夫公式：,f(n),7 装药量计算公式,上述公式中，n为爆破作用指数，其它参数如下：,我国铁道科学研究院提出f(n)经验公式:,f(n),7 装药量计算公式,计算公式中相关爆破参数选择,标准抛掷爆破装药量计算：QbkbW3抛掷爆破装药量计算：Qp=(0.40.6n3)kbW3松动爆破装药量计算：Qs=ksW3,7 装药量计算公式,一、单位用药量系数kb、kskb:单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n=1），爆破1m3岩石消耗的2号岩石炸药重量，称标准抛掷爆破单位用药量系数，简称标准单位用药量系数。,7 装药量计算公式,ks

11、:单个集中药包形成松动爆破漏斗时（0n0.75），爆破1m3岩石所消耗2号岩石铵梯炸药重量，称松动爆破单位用药量系数。,概念,7 装药量计算公式,对于同类岩石来讲，kb与ks存在：ksf(n)kb kb 因此，工程实际中常先选择kb再决定ks。,7 装药量计算公式,选择kb或ks时，应考虑多途径综合对比确定：1.查表。对于普通的岩土爆破工程，kb和ks的值可由查表得出。表中都是对2号岩石铵梯炸药而言的，使用其它炸药时应乘以炸药能量换算系数e。,7 装药量计算公式,2.采用工程类比的方法，参照条件相近工程的单位用药量系数确定kb或ks的值。在工程实际中，用这个途径更为现实、可靠。3.采用标准抛掷

12、爆破漏斗试验确定kb。理论上，形成标准抛掷爆破漏斗的装药量Q与其所爆落的岩体体积之比即为kb。,7 装药量计算公式,需要指出的是：kb和ks都只是单个集中药包爆破时装药量与所爆体积之间的关系系数。群药包共同作用时，总装药量与一次爆落岩体总体积比值称为单位耗药量，简称炸药单耗，用字母q来表示，即：,q,7 装药量计算公式,只有单个集中药包爆破时，kb或ks才与q相等。单位耗药量q也是一个经济指标，可用来衡量爆破工程的经济效益，是爆破工程预算的重要指标之一。,7 装药量计算公式,7 装药量计算公式,二、最小抵抗线W不同爆破方式最小抵抗线W不同硐室爆破、药壶法爆破等集中药包爆破：药包中心到临空面的最

13、短距离；,延长药包爆破：药包长度中心到临空面的最短距离。,7 装药量计算公式,三、爆破作用指数nn是表示爆破漏斗大小、形状，进而判断工程爆破性质的重要指标，也是分析爆破效果的重要依据。是无量纲参数；为获得良好爆破效果，选择n时，参考以下原则：,7 装药量计算公式,对抛掷爆破，n可根据地形坡度大小选取：20 n=1.752.0 2030 n=1.51.75 3045 n=1.251.5 4560 n=1.01.25 60 n=0.751.0,7 装药量计算公式,多排药包爆破，后排药包n值应比前排大0.25，以克服前排药包爆破产生的阻力。但任何情况下，抛掷和扬弃爆破n都不应大于3。因为n3后，对抛

14、掷爆破效果影响不大。,7 装药量计算公式,松动爆破n值 松动爆破不出现可见爆破漏斗，多数情况下松动爆破 n 小，不直接用n值计算松动爆破药量。工程中一般借用爆破作用指数函数f(n)计算松动爆破装药量。,7 装药量计算公式,不同类型松动爆破f(n)值:最大内部作用药包 f(n)=0.1250.2；减弱松动药包 f(n)=0.20.44；正常松动药包 f(n)=0.44；加强松动药包 f(n)=0.440.64；,7 装药量计算公式,影响爆破效果因素很多，归纳为3大类：地质条件；炸药性能；爆破参数与技术。主要就炸药性能、地质条件、装药结构、堵塞、起爆方式等影响共性问题阐述。,8 影响爆破效果的因素

15、,一、炸药性能对爆破效果影响炸药密度、爆热、爆速、爆力、猛度等性能指标，反映了炸药爆炸时的作功能力，直接影响炸药的爆炸效果。通过改变炸药性能方式，可改变爆破效果。,8 影响爆破效果的因素,但一定品种、型号的炸药出厂后，性能指标基本不能变动。即使铵油、水胶、乳化等可现场混制炸药，也不能随意改变其性质，否则会造成安全隐患或成本提高。比如提高上述炸药爆热，会造成炸药成本大幅提高；当铵梯炸药的密度超过其极限值后，就不能稳定爆轰等。,8 影响爆破效果的因素,因此，根据爆破对象性质，以提高炸药能量利用率，是改善爆破效果有效途径。,8 影响爆破效果的因素,合理选择炸药品种、采取适当装药结构，,煤矿许用铵梯炸

16、药,2号岩石炸药,岩石膨化硝铵炸药,炸药性能指标中 是炸药影响自身能量利用率的一个重要性能指标。不同爆速炸药，对岩石爆破作用及效果有明显不同。,8 影响爆破效果的因素,爆速,与爆速相关的阻抗匹配问题岩石波阻抗(wave impedance)：物理意义：质点产生振动单位时间所需应力。其反映介质对波传播阻尼作用。波阻抗大，所需应力大；波阻抗小，应力就小。炸药波阻抗：炸药密度与爆速乘积。,8 影响爆破效果的因素,实验表明：炸药波阻抗同岩石愈接近，传给岩石能量就愈多，在岩石中所引起的破碎程度也愈大。因此，为提高炸药能量的有效利用，炸药波阻抗应与岩石波阻抗相匹配。岩石波阻抗愈高，要求炸药密度和爆速愈大。

17、,8 影响爆破效果的因素,二、地质条件对爆破效果影响实践证明，爆破效果很大程度取决地质条件。国内外爆破学者、技术人员逐步认识到爆破与地质学科结合重要性。出现爆破工程地质新研究方向。开展爆破与地质关系、依据地质条件定量、科学确定爆破参量等相关研究内容。,8 影响爆破效果的因素,爆破工程地质着重研究：地形地质条件对爆破效果、安全、爆后岩体稳定性影响。涉及地形、岩性、地质构造、水文地质诸方面。,8 影响爆破效果的因素,1.自由面对爆破效果影响自由面是爆破后岩块破坏与抛出的主方向面。增加自由面个数，著降低炸药消耗量、改善爆破效果，。合理利用地形条件或地创造自由面，可达到事半功倍效果。,8 影响爆破效果

18、的因素,例如：在其它条件相同时，图b所爆下体积约为图a 2倍。,2.断层对爆破效果的影响实践证明，爆破作用范围内断层或大裂隙能影响爆破漏斗的大小和形状，使爆破不能达到预定抛掷效果甚至引起爆破安全事故。因此，布置药包时，应查明爆区断层性质、产状和分布情况，尽可能避免其影响。,8 影响爆破效果的因素,药包布置在断层中 药包布置在断层下 1-药室；F-断层；R1-实际下破裂线；R2-设计下破裂线；R1-实际上破裂线；R2-设计上破裂线,3.溶洞对爆破效果影响岩溶地区进行大爆破时：溶洞改变最小抵抗线大小和方向，影响抛掷方向和方量；吸收爆炸能量或造成爆破漏气，造成爆破不匀，产生大块。深孔爆破，地下溶洞会

19、使炮孔容药量突然增大，产生异常抛掷和飞石。,8 影响爆破效果的因素,溶洞对抛掷方向的影响 溶洞对深孔爆破的影响,三、装药结构对爆破效果影响装药结构：炸药在炮眼内放置方式。根据炮眼内药卷与炮眼、药卷与药卷关系，装药结构有以下几种形式：,8 影响爆破效果的因素,药卷与炮眼径向关系偶合装药：药卷与炮眼无径向间隙，如散装药。不偶合装药：药卷与炮眼有径向间隙，间隙内可以是空气或其它缓冲材料，如水、砂等。,8 影响爆破效果的因素,炮孔直径与装药直径之比称为不偶合系数(decoupling index)。偶合装药或散装药(bulk loading)：装药直径即炮眼直径，不偶合系数为1。不偶合装药：装药直径指

20、药卷直径(cartridge diameter)。,药卷与药卷炮眼内轴向关系连续装药（continuos charge）：药卷与药卷在炮眼轴向紧密接触。间隔装药（spaced charge）：药卷之间在炮眼轴向存在一定长度空隙，空隙内可以是空气、炮泥、木垫或其它材料。,(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,理论研究和实践证明，在一定岩石和炸药条件下，不偶合、空气间隔装药有下列优点：（1）增加炸药用于破碎或抛掷岩石能量比例，提高炸药能量的有效利用率。（2）改善岩石破碎均匀度，降低大块率。,8

21、 影响爆破效果的因素,（3）降低炸药消耗量。（4）有效保护爆破形成的新自由面。这种装药结构,特别是不偶合装药结构在光面、预裂爆破中得到广泛应用。,四、堵塞对爆破效果影响堵塞目的：保证炸药充分反应，防止炸药不完全爆轰；防止高温高压气体过早从炮眼逸出，提高炸药能量有效利用率。,8 影响爆破效果的因素,右图可看出，有、无堵塞条件下，爆炸作用对孔壁初始冲击压力没很大影响，但堵塞增大爆轰气体对孔壁压力和作用时间，大大提高了对岩石破碎和抛掷作用。,堵塞对爆破作用的影响 a-有堵塞；b-无堵塞,五、起爆方式对爆破效果影响起爆雷管或药柱在装药中的位置称为起爆点(initiation point)。炮眼爆破中，

22、根据起爆点在装药中位置和数目，分为：正向起爆、反向起爆、和多点起爆。,8 影响爆破效果的因素,单起爆点位于装药靠近炮眼口一端，爆轰波传向眼底，称为正向起爆。单起爆点置于眼底一端，爆轰波传向眼口，就称为反向起爆。同一炮眼内设置1个以上起爆点，称为多点起爆。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。,试验表明，起爆方式是影响爆破效果重要因素相同条件下，反向起爆可以提高炮眼利用率，降低岩石夹制作用，降低大块率。炮眼较深，起爆间隔时间较长、炮眼间距较小情况下，反向起爆可以消除：被邻近炮眼内的装药爆破“压死（dead pressed）”或“提前炸开”现象。,反向起爆不足：如需要长脚线雷管，装药比较麻烦；有水深孔中起爆药包容易受潮；装药操作危险性增加，机械装药时静电效应可能引起早爆（prematare explosion）等。,无论是正向、还是反向起爆，岩体内应力分布都不均匀，相邻炮眼分别采用正、反向起爆，能改善这种状况。多点起爆，由于爆轰波发生叠加，可增大爆炸应力波参数（应力峰值、应力波作用时间、冲量）从而提高岩石破碎度。,