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1、 武武 汉汉 理理 工工 大大 学学*1第五章 岩石爆破理论主要内容第五章 岩石爆破理论 5.1 岩石爆破破坏基本理论 5.2 单个药包爆破作用 5.3 延长装药爆破作用 5.4 成组药包爆破时岩石破坏特征 5.5 炸药起爆能量平衡原理与装药量计算 5.6 影响爆破作用的主要因素 ：Date2第五章 岩石爆破理论爆炸生成气体产物的膨胀作用 爆生气体膨胀作用理论 爆炸应力波反射拉抻 作用理论 爆生气体和应力波综合 作用理论 第一节 岩石爆破破坏基本理论（1） Date3第五章 岩石爆破理论反射拉应力波破坏作用 爆生气体膨胀作用理论 爆炸应力波反射拉抻 作用理论 爆生气体和应力波综合 作用理论 (
2、a)入射压力波波前；(b)反射拉应力波波前岩石爆破破坏基本理论（2） Date4第五章 岩石爆破理论爆生气体膨胀作用理论 爆炸应力波反射拉抻 作用理论 爆生气体和应力波综合 作用理论 岩石爆破破坏基本理论（3） 爆生气体和应力波综合作用理论的实质：哈努卡耶夫把岩石按波阻抗值分为三类：(1) 第一类岩石属于高阻抗岩石。其波阻抗为1525MPas/m .这类岩石的破坏，主要取决于应力波，包括入射波和反射波。 (2) 第二类岩石属于中阻抗岩石。其波阻抗为515MPas/m。这类岩石的破坏,主要是入射应力波和爆生气体综合作用的结果(3) 第三类岩石属于低阻抗岩石。其波阻抗小于5MPas/m。这类岩石的
3、破坏，以爆生气体形成的破坏为主。岩体内最初裂隙的形成是由冲击波或应力波造成的，随后 爆生气体渗入裂隙并在准静态压力作用下，使应力波形成的裂 隙进一步扩展。爆生气体膨胀的准静态能量，是破碎岩石的主 要能源。 Date5第五章 岩石爆破理论爆炸应力波反射拉抻作用理论的试验基础水泥板的爆轰破坏 1空气冲击波波阵面； 2水泥板中冲击波波阵面； 3水泥板岩石杆件的爆破 板件爆破试验 1装药孔 2破碎区 3拉裂区 4震动区 Date6第五章 岩石爆破理论第二节 单个药包爆破作用爆破的内部作用 1径向裂隙 2环向裂隙 Rc药包半径；Rp粉碎区半径；Rc破裂区半径内 部 作 用（1）粉碎区（压缩区） （2）裂
4、隙区（破裂区）径向裂隙和环向裂隙的形成原理 径向压缩引起的切向拉伸 Date7第五章 岩石爆破理论单个药包爆破外部作用（1）外 部 作 用（1）反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落霍普金森效应的破碎机理 A应力波合成的过程；B岩石表面片落过程Date8第五章 岩石爆破理论单个药包爆破外部作用（2）外 部 作 用（2）反射拉伸波引起径向裂隙的延伸 反 射 拉 伸 波 对 径 向 裂 隙 的 影 响Date9第五章 岩石爆破理论主应力 1和 2 的作用方向 单个药包爆破外部作用（3）外 部 作 用（3）自由面影响下的应力场分析 岩体中任一点A的应力分析拉伸应力 2达到极大值时 1和 2的方向 Dat
5、e10第五章 岩石爆破理论炸药在岩石中爆破的破坏过程炸药爆炸 后冲击波径 向压缩阶段. A A第一阶段第一阶段 爆炸气体膨胀， 岩石受爆炸气体超 压力的影响，在拉 伸应力和气楔的双 重作用下，径向初 始裂隙迅速扩大。 C C第三阶段第三阶段对应力波 反射引起自 由面处的岩 石片落。 B B第二阶段第二阶段Date11第五章 岩石爆破理论炸药在岩石中爆破的破坏模式 主要的主要的 五种破五种破 坏模式坏模式12径向裂隙作用 ；3卸载引起的岩石内部环状裂隙作用； 5爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。 4反射拉伸引起的“片落”和引起径向裂隙的延伸；炮孔周围岩石的压碎作用； Date12第五章 岩石爆破理
6、论爆破漏斗 爆破作用指数n ：它是爆破漏斗半径r和最小抵抗线W的比值，即：爆破作用 指数（crater index）Date13第五章 岩石爆破理论dcba标准抛掷爆破漏斗 加强抛掷爆破漏斗 减弱抛掷爆破漏斗 （也称加强松动爆破漏斗） 松动爆破漏斗 n 1.00.75 n 1.0n = 1.0n 0.75爆破漏斗的基本形式 Date14第五章 岩石爆破理论第三节 延长装药爆破作用 装药垂直自由面的爆破漏斗装药倾斜自由面的爆破漏斗装药平行自由面的爆破漏斗当药包的长度和它横载面的直径（或 最大边长）之比值 大于某一值时，叫 做延长药包。 延长药 包（extended charge）Date15第五
7、章 岩石爆破理论第四节 成组药包爆破时岩石破坏特征 当相邻两药包齐发爆破时，在沿炮孔连心线上的应力得到加强，而在 炮孔连心线中段两侧附近则出现应力降低区。 相邻炮孔应力波相遇叠加 相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析 （a）单个A孔产生的切向伴生拉应力（b）单个B孔产生的切向伴生拉应力 （c）两孔合成的切向伴生拉应力 Date16第五章 岩石爆破理论应力降低的分析多排成组药包的齐发爆破效果不好，得不到实际使用。应 力 降 低 的 分 析 图Date17第五章 岩石爆破理论第五节 能量平衡原理与装药量计算外 部 药 包 效 应 相似法则体积法则Date18第五章 岩石爆破理论能量平衡原理与装药量计
8、算（2）体积法则相似法则在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积同所用的装药量 成正比，即： Q=KV 如果药包是集中药包,标准抛掷爆破时爆破作用指数n的值为1， 即 ： r=W所以，爆破漏斗体积的大小为：标准抛掷爆破的装药量可以认为是：于是：f(n)为爆破作用指数函数（function of crater index） Date19第五章 岩石爆破理论利文斯顿爆破漏斗理论 利 文 斯 顿 爆 破 漏 斗 示 意 图利文斯顿将岩石爆破时的变形和破坏形态分为四种类型：（1）弹性变形 （4）空气中爆炸 （2）冲击破坏 （3）碎化破坏 相关名词解释：临界深度 ，最适宜深度 ，转折深度。 Date2
9、0第五章 岩石爆破理论集中药包装药量计算 鲍列斯阔夫提出的经验公式（适用于抛掷爆破装药量的计算 ）： 集中药包抛掷爆破装药量的计算通式： 松动爆破的装药量公式可以表示为： Date21第五章 岩石爆破理论延长药包装药量计算 AB延长药包垂直于自由面 延长药包平行于自由面 Date22第五章 岩石爆破理论单位炸药的耗药量 Kb 指单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n=1）时，爆破每1m3岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的质量，称作标准抛掷爆破单位用药量系数，简称标准单位用药量系数。Ks 则是指单个集中药包形成松动爆破漏斗时（一般n0.75），爆破每1m3岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的质量
10、，称作 松动爆破单位用药量系数。需要强调的符号含义：Date23第五章 岩石爆破理论Kb与Ks的选取 A 查表B 工程类比C 试验对于普通的岩土 爆破工程， Kb 和Ks的值可由相 关表格中查出； 采用标准抛掷爆 破漏斗试验确定 Kb 的值。参照条件相近工 程的单位用药量 系数确定Kb和 Ks的值；标准抛掷爆破漏斗试验中Kb的计算：Date24第五章 岩石爆破理论群药包的单位耗药量 上页所提到的 Kb 与 Ks都只是单个集中药包爆破时装药量与所爆落岩体体积之间的一个关系系数。 当群药包共同作用时，群药包的总装药量与群药包一次爆落的岩体总体积的比值称为单位耗药量，简称炸药单耗，用字母q来表示，即
11、： 炸药单 耗Date25第五章 岩石爆破理论最小抵抗线原理（1） 最小抵抗线方向 最小抵抗线原理 破碎和抛掷、堆积的主导方向。 抛掷、堆积同最小抵抗线的关系。 各 种 爆 破 方 法 的 最 小 抵 抗 线 Date26第五章 岩石爆破理论最小抵抗线原理（2） 适于集中抛掷堆积的凹形地形 改变最小抵抗线的辅助药包Date27第五章 岩石爆破理论最小抵抗线原理（3） 药包位置与起爆顺序对最小抵抗线方向的影响 最小抵抗线的指向是岩石破碎、抛掷和产生飞石的主导方向.应特别注意该方向的选择和安全防护。施工时应认真测量核实最小抵抗线 W 的大小和指向。由于装药量 Q与W 的3次幂有关,W 值的错误测算
12、往往会导致严重的爆破事故。Date28第五章 岩石爆破理论毫秒爆破作用理论 它是利用毫秒雷管（millIseconcond MS）或其他毫秒延期引爆装置，将同一网路的装药分组，以毫秒级的时间间隔进行顺序起爆的方法。毫秒爆 破（MS blasting）毫秒爆破又称微差爆破或毫秒微差爆破.Date29第五章 岩石爆破理论毫秒爆破作用机理CBA3. 剩余应力叠加2. 形成新的自由面 1. 应力波相互干涉DE4. 岩块碰撞辅助破碎 5. 毫秒爆破的减振作用 Date30第五章 岩石爆破理论1）我国长沙矿冶研究院提出的公式：t = (2040)Wo /f 2）U. Langefors（兰格弗斯）等人的瑞
13、 典经验公式 ：t = 3.3KW 3）前苏联矿山部门的公式：t =KW(24 f)毫秒间隔时间计算原理AA 按应力波干涉计算 BB 按形成新的自由面计算 C C按地震效应最小的原则确定 DD依经验公式计算Date31第五章 岩石爆破理论第六节 影响爆破作用的主要因素 密度、爆热和爆速密度、爆热和爆速 爆轰压力、爆炸压力爆轰压力、爆炸压力 炸药爆炸能量利用率炸药爆炸能量利用率 ABC炸药完成爆炸反应以后，爆轰气体产物膨胀作用在炮孔壁上的压力。炸药完成爆炸反应以后，爆轰气体产物膨胀作用在炮孔壁上的压力。 爆轰压力是指炸药爆炸时爆轰波波阵面（爆轰压力是指炸药爆炸时爆轰波波阵面（C-JC-J面）上的
14、压力。面）上的压力。 区分:爆轰压 力爆炸压力Date32第五章 岩石爆破理论自由面在爆破中的作用 反射应力波。当爆炸应力波遇到自由面时发生反射，压缩应力波变为拉伸波，引起 岩的片落和径向裂隙的延伸。 改变岩石应力状态及强度极限。在无限介质中，岩石处于三向应力状态，而自由面附近的岩石则处于单向或双向应力状态。故自由面附近的岩石强度接近岩石单轴抗拉或抗压强度,比在无限介质中承受爆破作用时相应的强度减少几倍甚至十几倍。 自由面是最小抵抗线方向，应力波低达自由面后，在自由面附近的介质运 动因阻力减小而加速，随后而到的爆炸气体进一步向自由面方向运动，形成鼓 包,最后破碎、抛掷。Date33第五章 岩石
15、爆破理论自由面大小方向和位置对爆破作用的影响 自 由 面 数 对 爆 破 效 果 的 影 响炮 孔 与 自 由 面 相 关 位 置 对 爆 破 的 影 响 （a）垂直布置炮眼（b）倾斜布置炮眼（c）自由面在炮孔下方（d）自由面在炮孔上方 Date34第五章 岩石爆破理论炸药与岩石匹配关系及对爆破作用的影响岩石（或其他介质）的密度同岩石（或其他介质）纵波速度的乘积。 波阻抗（wave impedance）间隔装药 不耦合装药连续装药 耦合装药 装 药 结 构药包与孔壁的不耦合程度常用不耦合系数来表示： Rd 降低了作用在炮孔壁上的冲击压力峰值。 增加了应力波作用时间。 增大了应力波传给岩石的冲量
16、，而且比冲量沿炮孔分布较均匀。Date35第五章 岩石爆破理论爆破工艺对爆破作用的影响 炮孔堵塞的作用： （1） 保证炸药充分反应，使之放出最大热量和减少有毒气体生成量.（2） 降低爆生气体逸出自由面的温度和压力，提高炸药的热效率 ，使更多的热量转变为机械功。（3） 在有瓦斯的工作面内，除降低爆炸气体逸出自由面的温度和压 力外，炮泥还起着阻止灼热固体颗粒（例如雷管壳碎片等）从 炮孔内飞出的作用，提高爆破安全性。Date36第五章 岩石爆破理论起爆方法 正向起爆反向起爆并敷装药（superposition charge） 两种固有爆速不同的爆炸材料并排敷设.（2）导爆索并敷起爆（1）正向起爆（explosio
