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1、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
2、）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
3、管理的能力。,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
4、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
5、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
6、 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
7、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）
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、； 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
14、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/Q1/3Q
