第一部分爆破作用基本原理

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1、第一部分 爆破作用基本原理第一章 炸药爆炸与爆破工程1.1 炸药爆炸的基本要素炸药在能作用下可能发生3种基本形式的化学反应 ，即热分解、燃烧和爆炸。 热分解：炸药在常温下或受热作用时，会发生缓 慢的分解并放出热量，这就是热分解。炸药热分 解的速度随温度的升高而加快。所以在贮存炸药 时要注意通风，保持常温，防止炸药因温度过高 导致分解加快而引起爆炸事故。 燃烧：炸药在火焰或热作用下可能引起燃烧。燃 烧的速度一般比较慢，但当燃烧生成的气体或热 量不能及时排出时，可能导致爆炸。因此，当遇 到炸药燃烧时，切不可采用砂土覆盖去灭火。1.1 炸药爆炸的基本要素爆炸：当炸药受到足够大的外能作用时，会发生 猛

2、烈的化学反应，引起炸药爆炸。爆炸反应传播 速度保持在稳定值时的化学反应称为爆轰。这时 炸药的能量释放最充分、最集中。 上述三种反应形式不是相互独立的，在一定的条 件下，可以相互转化。如当炸药失火时，应设法 控制温升和热能积聚，以免转化为爆炸，造成事 故。使用炸药时，要给予足够的外能，防止出现 不稳定爆炸，造成爆燃和息爆事故。1.1 炸药爆炸的基本要素炸药爆炸是化学爆炸的一种。化学爆炸与 物理爆炸（如锅炉爆炸、轮胎爆炸等）的 共同点是：在发生爆炸处，周围的压力突 跃升高，因而在空气中同时拌有声响效应 。它们不同点是：物理爆炸在爆炸前后， 物质的性质及化学成分没有改变；而化学 爆炸，如炸药、瓦斯、

3、煤尘、鞭炮等的爆 炸，在爆炸前后物质的性质及化学成分发 生改变。1.1 炸药爆炸的基本要素炸药爆炸具有以下个基本要素：）化学反应 过程大量放热。放热是炸药爆炸得以自动高速进 行的必要条件，也是炸药爆炸对外力作功的动力 。一般常用工业炸药爆炸时，每放出的热量 大于。）化学反应速度极快。这是区 别于一般化学反应的显著特点。一般工业炸药爆 炸的反应速度大于。）化学反应过 程生成大量气体。炸药爆炸所产生的气体产物， 是爆炸作功的媒介。工业炸药爆炸时生成气体量 在左右。. 爆破工程的主要特征l我们知道，炸药是一种蕴藏着巨大能量的物质， 球形药包爆炸时，所释放的能量有数百万 焦耳。利用炸药的爆炸能量对介质

4、作功，可以完 成预定工程目标的作业。l爆破工程，作为人类改造自然的有力工具，有以 下点主要特征：）具有特定的工程对象和目 标要求。任何一个爆破工程项目，都有确定的爆 破对象和范围，以及对爆破效果（质量）、安全 、工期及主要技术经济指标等的要求。. 爆破工程的主要特征l）均应进行工程设计和施工作业。任何一个爆破工程项 目，都应在调研、勘测以及可行性研究的基础上进行技术 设计和施工组织设计，施工作业应严格依据设计文件实施 。）药包爆炸过程及所产生的效应必须是可控的。这是 炸药作为能源用于工程的基本要求，不仅要做到严格按照 设计要求的方式、时序实现对药包起爆，并保证准爆，而 且应做到有效地控制爆破产

5、生的有害效应，保证环境的安 全。）项目密切结合工程实际，爆破效果通过实践评价 检验。任何一个爆破工程项目，都有各自不同的客观环境 和施工条件，无论是爆破设计，还是施工都必须密切结合 工程实际，针对性地选择方案、参数、技术和安全措施， 才能取得良好的爆破效果。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l爆破破碎机理:当埋置在距地面很深处的药包爆炸时， 在地面没有显现出爆破作用，这时药包的爆破作用只 局限在地面以下，称为爆破的内部作用。l通常按岩石破坏的特征，可将爆破作用范围内的岩石 划分为3个圈：即压缩圈、破裂圈和振动圈。l在压缩圈内，由于岩石直接受到药包爆炸的巨大压力 和高温作用，如果岩石是可塑的，就

6、会遭受压缩而形 成空腔；如果岩石是脆性的，就会遭受到粉碎。压缩 圈的范围很小，其半径一般不超过药包半径的23倍 。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l破裂圈围绕在压缩圈以外的一圈岩石，虽然受到的爆 炸作用力较压缩圈中的岩石小很多，但岩石受到结构 性破坏，生成纵横交错的裂隙，岩体被割裂成块，此 范围叫做破裂圈。破裂圈的范围大约为药包半径的 810倍。l振动圈在破裂圈以外的范围内，爆破作用力已衰减到 不能使岩石的结构产生破坏，而只能引起岩石颗粒产 生弹性振动，这一圈叫做振动圈。振动圈的范围很大 ，直到爆破作用力完全被岩土所吸收时为止。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l临空面：通常是指被爆岩石与空

7、气的交界面，即对爆 破作用能发生影响并在爆破时能使岩石移动的那个岩 面为临空面（亦称自由面）。l临空面的存在是爆破工程破岩所必须具备的条件，没 有临空面就谈不上破碎岩石的效果。临空面条件不同 ，对爆破的作用和爆破的效果也不一样，临空面越多 ，爆破破岩越容易，爆破效果也越好。当岩石性质、 炸药品种相同时，随着临空面的增多，爆破单位体积 的岩石所耗用的炸药量（简称炸药单耗）将明显降低 。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l最小抵抗线（W）：爆破工程中，通常将药包中心到 最近自由面的距离，称为最小抵抗线。最小抵抗线是 爆破工程设计中的重要参数，由于它代表了爆破时岩 石阻力最小的方向，所以在此方向上岩

8、石运动速度最 高，爆作用最集中。因此，最小抵抗线是爆破作用的 主导方向，也是抛掷作用的主导方向。l爆破漏斗：将球形药包埋置在一个水平临空面下的岩 体中爆破时，如果埋置深度合适，则爆破后将会在岩 体中由药包中心到临空面形成一个倒圆锥体的爆破坑 ，这个坑就叫做爆破漏斗。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l爆破漏斗要素：1）爆破漏斗半径r，表示在临空面上 爆破破坏范围的大小；2）最小抵抗线W，在临空面为 水平的情况下，它就是药包的埋置深度；3）漏斗破 裂半径R，爆破漏斗的侧边线长，表示爆破作用在岩 体中的破坏范围；4）漏斗可见半径P，药包爆破后， 一部分岩块被抛掷到漏斗以外，一部分又回落到漏斗 内，

9、形成一个可见漏斗。从临空面到漏斗内岩块堆积 表面的最大深度，叫做漏斗可见深度。5）漏斗张开 角，即爆破漏斗的锥角，它表示漏斗的张开程度。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l爆破作用指数n：在岩石性质和爆破条件一定，当装 药量不变而改变药包的埋置深度，或药包埋置深度固 定不变而改变装药量时，都可发现爆破漏斗的尺寸和 爆破作用性质发生变化。这种变化可用爆破漏斗半径r 与最小抵抗线W的比值来表征，此比值为爆破作用指 数，用n表示，即n=r/W。l当n发生变化时，爆破的作用性质，爆破漏斗的大小 ，岩块的抛掷量和抛掷距离都将发生变化。所以，根 据n 不同，可将爆破作用性质和爆破漏斗进行分类： 即标准抛掷

10、爆破、加强抛掷爆破、加强松动爆破、松 动爆破。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l标准抛掷爆破漏斗：当爆破作用指数n=1时，药包爆 破后即可形成标准抛掷爆破漏斗坑，即漏斗半径r等于 最小抵抗线W，漏斗张开角等于90，此时，漏斗中 的岩石不仅全部被破碎，而且有相当数量的岩块被抛 掷到漏斗外，出现了明显的漏斗坑。形成这种标准抛 掷爆破漏斗的爆破作用，称为标准抛掷爆破。l加强抛掷爆破漏斗：当1n3时，药包爆破后，所 形成的漏斗半径r大于最小抵抗线W，漏斗张开角也大 于90，漏斗中的大部分岩块将被抛掷到漏斗以外， 这种漏斗称为加强抛掷爆破漏斗，其爆破作用叫作加 强抛掷爆破。1.3 单个药包在介质中的爆

11、破作用l减弱抛掷（或称加强松动）爆破漏斗：当0.75n1 时，药包爆破所形成的漏斗半径r小于抵抗线W，漏 斗张开角也小于90，漏斗范围的岩石遭受到破坏， 而且有少部分岩块被抛掷到漏斗外，出现深度不大的 漏斗坑。这种漏斗称为减弱抛掷漏斗或加强松动爆破 漏斗。其爆破作用叫作减弱抛掷爆破或加强松动爆破 。l松动爆破漏斗：当爆破作用指数在0.40.75范围内时 ，药包爆破后基本上没有抛掷作用，地表上只见到鼓 包现象，面看不到爆破漏斗坑，漏斗范围内的岩石破 碎，这种漏斗称为松动爆破漏斗，其爆破作用叫作松 动爆破。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l由上述可见，爆破作用指数n表征着爆破作用的性质 ，因此在

12、爆破工程中，可通过选择 适宜的n值来控制 爆破作用的性质，从而达到预期的爆破目的。l例如在开山筑坝、矿山露天剥离、开挖路堑和移山平 地等爆破工程中，可采用爆破作用指数n1的加强抛 掷爆破，以便尽可能将破碎后的岩块抛掷到一定的距 离以外，减少搬运工作量。在一定范围内n值愈大， 抛掷方量愈多，抛掷距离也愈远。加强松动和松动爆 破由于装药量较小，爆堆比较集中，几乎不产生飞散 物，因此在爆破工程中，使用比较广泛。对城镇复杂 环境爆破，为防止爆破飞散物及其他危害，常采用 n=0.40.75的松动爆破。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l装药量计算：装药量是爆破工程中一个最重 要的参量。装药量确定的正确与

13、否直接关系到 爆破效果和经济效益。一般来说，装药量的 确定与爆落岩石体积、岩性、临空面状况及 其他爆破条件等各种因素有关，长期以来人 们一直沿用着在生产实践中总结出来的经验 公式体积公式。它的基本原理为：装药 量的大小应与被爆破的岩石体积成正比。公 式为：Q=KV1.3 单个药包在介质中的爆破作用l试验证 明，在岩石性质、炸药品种和药包埋置深度 均相同的情况下，改变装药量Q的大小即可获得爆破 作用指数不同的爆破漏斗。此外，爆破单位体积炸药 消耗量随着爆破作用指数的不同而变化。因此，装药 量可视为爆破作用指数n的函数。故各种不爆破作用 的装药量的计算通式可表示为：Q=K标W3f（n），其 中f（

14、n）=0.4+0.6n3称为爆破作用指数；K为单位用 药量系数或称单耗等。K值在某种意义代表岩石的可 爆性，与岩石的物理力学性质、岩层结构、节理、风 化程度等有关。可通过爆破试验或经验确定。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l在爆破工程应用中，常常根据实际情况采用 合理的药包形状以达到不同的工程目的。药 包形状主要分为以下4类：即集中药包、条形 （延长）药包、平面药包和特定形状药包。l集中药包：这种药包在理论上应是球体，在 工程实际中通常把药包做成正方体或长方体 ，长方体的最长边不超过最短边的4倍。在实 际应用中药室（方形）法、药壶法的药包属 集中药包。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l条形

15、药包；根据施工条件将药包做成长条形，可以是 圆柱状也可以方柱状。通常人们把药包长度大于最短 边或其换算直径4倍时的药包，称为条形药包。在实 际应用中，炮孔法、中深孔法和硐室爆破中的条形药 包都属条形（延长）药包。l平面药包：理想的平面药包一般理解为药包的长度和 宽度比厚度要大得多，利用药包爆炸产生的的平面压 缩波对介质作功，能显著地提高爆炸作用能量的定向 性和密集性。爆炸复合、硬化、压实以及水下大面积 炸礁等，可以看做是平面药包在实际中的应用。1.3 单个药包在介质中的爆破作用l特定形状药包：将炸药做成特定的药包，用 以达到特定的爆破作用。应用最广泛的是聚能 爆破法，把药包外壳的一端加工成圆锥

16、形或 抛物面形的凹穴，使爆轰波按圆锥或抛物线 形凹穴的表面聚集在它的焦点或轴线上，形 成高速射流，击穿与它接触的介质的某一特 定部位。这种药包在军事上用做破甲弹以穿 透坦克的外壳或其他军事目标，在工程上用 来切割金属板材、大块的二次破碎以及在冻 土中穿孔等。.成组药包在介质中的爆破作用v在实际爆破工程中，一般很少采用单个药包爆破，常常要多个药包爆破 才能达到预期的工程目的，研究成组药包的爆破作用原理，对合理确定 爆破参数具有重要意义。v当两个或两个以上药包同时爆破时，在最初几微秒时间内，应力波以同 心球状各自从起爆点向外传播，经过一定时间后，相邻两药包爆破引起 的应力波相遇，并产生相互迭加，其结果在波阵面的切线方向上的拉伸 应力增大，则形成应力增高现象，从面使沿炮孔联线上的岩石首先产生 径向裂隙。炮孔距离愈近，这种裂隙就愈多，但是不能认为炮孔愈近， 爆破效果就愈好，因为炮孔联线上产生裂隙后，爆轰气体很快沿裂隙逸 散，而使其他方向上的径向裂隙得不到足够的发展，从