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1、 重庆大学资源及环境工程学院井巷与爆破工程总复习 重庆大学资源及环境工程学院绪 论 为采矿或者其他目的在地下开掘的井筒、巷道和硐室等工程，总称为井巷工程。在煤矿行业中，井巷工程主要包括：矿山建设工程、矿井生产准备工程、矿井延伸工程、矿井辅助工程。 重庆大学资源及环境工程学院第一章 岩石工程及其工程分级 岩石：是在地质作用下产生的，由一种或多种矿物以一定的规律组成的自然集合体。 矿物：具有一定化学成分和物理性质的自然元素和天然化合物。 岩石的相对密度：岩石固体实体积的质量与同体积水在4摄氏度时质量之比。 岩石的孔隙度：是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积与试件总体积之比。 重庆大学资源及环境工程学
2、院第一章 岩石工程及其工程分级 岩石的水理性质 岩石与水相互作用时所表现的性质称为岩石的水理性，对矿山工程岩体稳定性有很大影响的主要指标为：吸水率、透水性、溶蚀性、软化性、膨胀性、崩解性等。 1）岩石的吸水率w： 岩石试件在大气压力下吸入水的质量g与试件烘干质量G之比。 重庆大学资源及环境工程学院第一章 岩石工程及其工程分级2）岩石的透水性 岩石的渗透性是指岩石在一定的水压力作用下，水穿透岩石的能力。它反映了岩石中孔隙的大小、方向及其相互连通的程度。其大小用渗透系数K衡量。一般认为岩石中的渗流符合达西定律。3）岩石的溶蚀性 由于水的化学作用把岩石中的某些组成物质带走的现象称为溶蚀。 重庆大学资
3、源及环境工程学院第一章 岩石工程及其工程分级4）岩石的软化性 岩石浸水后强度降低的性质，称为软化性，用软化系数k表示。 k定义为水饱和岩石试件的单向抗压强度(Rb)与干燥试件的单向抗压强度(Rc)的比值，即时，为软化性弱、抗水抗风化性和抗冻性强的岩石； 时，为工程地质性质较差的岩石。 重庆大学资源及环境工程学院第一章 岩石工程及其工程分级5）岩石的膨胀性和崩解性 岩石膨胀性和崩解性是松软岩石所表现出的特征，膨胀性表现为软研浸水后体积增大和相应的引起压力增大的性能，后者是指软研浸水后发生解体的现象。 岩石膨胀性可由膨胀应力和膨胀率表示，岩石遇水反应，随时间变化会产生体积增大现象，使试件体积保持不
4、变所需要的压力称为膨胀应力，增大后体积与原体积之比称为岩石膨胀率。 岩石的崩解性用耐崩解指数表示，它是指岩石试件在承受干燥和湿润的两个标准循环之后，岩石试件对软化和崩解作用表现出的抵抗能力。 重庆大学资源及环境工程学院第一章 岩石工程及其工程分级 岩石的碎胀性 岩石破碎以后的体积将比整体状态下增大的性质称为岩石的碎胀性，用碎胀系数k来表示。 碎胀系数K：岩石破碎后的总体积V1与原岩破碎前整体状态下的体积V之比。即： 残余碎胀系数K：岩石破碎后经过压实的总体积V1 与原岩破碎前整体状态下的体积V之比。 重庆大学资源及环境工程学院第一章 岩石工程及其工程分级单轴荷载作用下岩石应力-应变曲线及其特征
5、-OA段：裂隙在密闭合阶段 曲线斜率逐渐增大，应力应变曲线呈上凹型，为岩石原始裂隙孔隙受压后逐渐闭合所致，对于致密性岩石此阶段很小。-AB段：线弹性阶段 曲线近似直线，曲线斜率近似为常数，该阶段卸荷后变形能完全恢复。B点对应应力称为弹性极限或屈服应力，B点称为屈服点。 重庆大学资源及环境工程学院第一章 岩石工程及其工程分级-BC段：破裂发展阶段 曲线呈下凹型，曲线斜率逐渐缩小；此阶段内局部破损逐渐增大而导致岩石强度达到极限C点，C对应应力为极限抗压强度。-CD段：软化阶段 此阶段内岩石试件虽然发生破坏，但是整体仍具有一定的抵抗能力，岩石破裂继续发展，直至到达D点岩石完全破坏，D点应力称为残余强
6、度。 重庆大学资源及环境工程学院第一章 岩石工程及其工程分级 岩石的硬度 岩石的硬度泛指岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力，分为静压入硬度和回弹硬度。（1）静压入硬度： 采用底面积为15mm2的圆柱形平底压模压入岩石试件，该岩石产生脆性破坏或屈服时的强度，作为岩石的硬度指标。（2）回弹硬度： 以重物落于岩石表面后回弹高度来表示，常用回弹仪即施米特锤。 重庆大学资源及环境工程学院第一章 岩石工程及其工程分级 普氏分级法 普罗托奇雅克诺夫于1926年提出用“坚固性”作为岩石工程分级的依据，即用一个综合性指标坚固性系数f来表示岩石破坏的相对难易程度。RC岩石的单向抗压强度（MPa） 重庆大学资源及环境工
7、程学院第一章 岩石工程及其工程分级 岩石质量指标（RQD）分类 RQD：钻探时将钻孔中直接获取的长度大于10cm的坚硬完整岩芯的累计长度，与钻孔总进尺之比，即：具体分类指标如下： 优质的 RQD90100 良好的 RQD7590 好 的 RQD5075 差 的 RQD 2550 很差的 RQD025 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破气腿凿岩机的工作系统组成：（1）冲击机构（2）转钎机构（3）排粉机构（4）润滑系统液压凿岩机的工作系统组成：（1）冲击机构（2）转钎机构 （3）排粉机构炸药爆炸的基本特征： 1放出大量热 2生成大量气体 3反应过程必须高速进行 重庆大学资源及环境工程学院第
8、二章 钻眼爆破 炸药：在一定条件，能够发生快速的化学反应，放出能量，生成气体产物，显示爆炸效应的化合物或混合物，主要元素C、H、O、N，爆炸过程的实质是H、C被氧化的过程，O是炸药本身所含有，自带氧。 炸药分类： 1）炸药按其组成分类: （1）单质炸药: 如：硝化甘油，梯恩梯。 （2）混合炸药: 如：硝酸铵类炸药、硝化甘油类炸药。 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破 2）炸药按其用途分类: （1）起爆药：如：工业雷管；（2）猛爆药：如：梯恩梯、黑索今等。（3）发射药：如：黑火药。 3）工业炸药案主要化学成份分类（1）硝胺类炸药（2）硝化甘油类炸药（3）芳香族硝基化合物类炸药：如，梯恩梯
9、(TNT)、二硝基甲苯磺酸钠(DNTS)等。（4）液氧炸药 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破4）工业炸药按使用条件分类 第一类：准许在一切地下和露天爆破工程中使用的炸药，包括有瓦斯和矿尘爆炸危险的矿山。 第二类：准许在地下和露天爆破工程中使用的炸药，但不包括有瓦斯和矿尘爆炸危险的矿山。 第三类：只准许在露天爆破工程中使用的炸药。 第一类是安全炸药（煤矿许用炸药）。第二类和第三类是非安全炸药。同时，第一类炸药爆炸时还必须保证不会引起瓦斯和煤尘爆炸。 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破 炸药氧平衡 用来表示炸药内含氧量与充分氧化可燃元素所需氧量之间的关系。常用每克炸药不足或多余的
10、氧的克数来表示。 CaHbNcOd氧平衡计算公式：单质炸药：混合炸药： （1）Kb0时正氧平衡（2）Kb0,时正氧平衡, 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破 爆热 单体质量炸药在定容条件下爆炸时放出的热量，是评价炸药威力的直接标志。爆热的计算基础是盖斯定理。 爆轰波 带有化学反应区的冲击波称为爆轰波。 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破 爆速及其影响因素 冲击波头与其后的化学反应区以相同的速度向前传播，称为爆速。 炸药的理想爆速主要取决于炸药密度、爆轰产物组成和爆热。 爆速除受到炸药本身化学性质、化学反应速度影响外，还受装药直径、装药密度和粒度、装药外壳、起爆冲能等因素影响。装
11、药直径 临界直径：药卷直径越小，通过钻孔壁与药卷孔隙之间逸散的能量所占比例越大，达到一定程度时，就不能完全传爆，此时的药卷直径为临界直径。 极限直径：药卷直径增大，爆速逐渐提高，最后到达稳定值，之后在增大药卷直径，爆速也不会提高，这时的直径为极限直径。 炮孔直径与药包直径的比值称为装药不耦合系数。其值大小与介质、炸药特性等有关。由于药包四周存在空隙，降低了爆炸的峰压，从而降低或避免了过度粉碎岩石，也使爆压作用时间增长，提高了爆破能量利用率。 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破装药密度 单质炸药的爆速随密度的增大而增大，混合炸药在达到最佳密度前，随炸药密度增加，爆速增加，超过最佳密度，随
12、密度增加有压死现象。装药外壳 在极限直径范围内，增加外壳，限制爆炸产物飞散。当装药直径较小时，增加外壳可以提高爆速，其效果与加大装药直径相同。当装药直径大于极限直径时，外壳的影响就不再起作用。装药粒度 单质炸药粒度越细，会增加爆速，临界直径、极限直径减小。 混合炸药，敏感成分粒度越细，临界直径小，爆速高，钝感成分粒度细临界直径增大，爆速减小，但粒度小到一定程度，临界直径随粒度减小爆速增加。起爆冲能 起爆冲能不会影响炸药的理想爆速，但要使炸药达到稳定爆轰，必须供给炸药足够的起爆能，且激发冲击波速度必须大于炸药的临界爆速。 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破 间隙效应或管道效应： 连续多个
13、混合炸药药卷在空气中都能正常传爆，但在炮眼内如果药卷与炮眼孔壁存在间隙，常常会发生爆轰中断或爆轰转变为燃烧的现象。 炸药的猛度 炸药爆炸瞬间爆轰波和爆轰产物对邻近的局部固体介质的破碎能力，表征炸药的动作用，用铅柱压缩法实验测定。 炸药的爆力 炸药爆力是指爆生气体在高温下膨胀作功破坏周围介质的能力，常用铅铸扩孔法来衡量。 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破 炸药的敏感度 炸药在外界起爆能的作用下，发生爆炸的难易程度，称为炸药的敏感度。1）热感度 炸药在热能作用下引起炸药爆炸的难易程度。包括：加热感度和火焰感度两种。 （1）加热感度：通常用爆发点来表示，用爆发点测定器，炸药温度升高后，自行
14、加速分解，转为爆炸时的温度，称为爆发点。 （2）火焰感度：是炸药在明火(火焰、火星)作用下发生爆炸的难易程度，常以导火索燃烧时喷出的火焰点燃0.5g炸药试样的最大距离来表示。 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破2）机械感度 机械敏感度是炸药对冲击、摩擦、挤压、针刺等机械作用的敏感程度。其中最主要的是冲击感度，常以落锤仪测定。即以10kg落锤自25cm的高度自由下落，冲击位于砧子和冲杆之间的0.05g炸药试样。重复试验：25次，用25次实验中炸药试样发生爆炸的百分数表示该炸药的冲击感度。 3） 爆轰感度 爆轰感度是指炸药对别的炸药爆炸时所产生的爆轰冲击的敏感程度。 （1）单质炸药：通常用
15、起爆它所需要的最小起爆药量来表示。 （2）混合炸药：用殉爆距离来表示。 殉爆：装有雷管的主动药包爆炸时，能使相隔一定距离的另一同种药包发生爆炸的现象。 殉爆距离：装有雷管的主动药包爆炸时，能使相隔一定距离的另一同种药包百分百发生爆炸的最大距离。 殉爆安全距离：装有雷管的主动药包爆炸时，使相隔一定距离的另一同种药包百分百不能发生爆炸的最小距离。 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破 单质猛炸药：梯恩梯、黑索金、太恩 硝铵类炸药：铵梯炸药（硝铵炸药）、铵油炸药 、高威力硝铵炸药 铵梯炸药（硝铵炸药）的组成：氧化剂：硝酸铵（ NH4NO3）提供氧元素；敏化剂：改善炸药性能，增加起爆感度，可燃剂
16、，常用TNT；疏松剂：木粉，使硝酸铵不容易结块，平衡多余的氧；防水剂：在防水品种炸药中加入石蜡、沥青。消焰剂：在煤矿许用炸药中加入适量食盐（NaCl），吸收热量、降低爆温，防止引起瓦斯爆炸。 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破 乳化炸药： 由氧化剂水溶液、燃料油、乳化剂及敏化剂四种基本成分组成。分为：煤矿许用乳化炸药、岩石乳化炸药和露天乳化炸药三类。 起爆材料种类： 雷管、导爆索和继爆管 、导爆管。 电雷管分类： 瞬发电雷管、秒延期雷管、毫秒延期雷管、抗杂散电流电雷管。 最小抵抗线 药包中心到自由面的垂直距离W。 炮眼利用系数 通常把实际爆落深度与炮眼深度之比叫炮眼利用系数。 重庆大学资源及环境工程学院第二章 钻眼爆破 微差爆破机理的几种假说：应力波干涉假说、自由面假说、岩块碰撞假说、残余应力假说。 瓦斯矿井爆破，雷管的总延期时间应在130ms内。 光面爆破 光面爆破的实质，是在井巷掘进断面的轮廓线上，布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药同时起爆，使爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂隙，并沿各炮眼的连线(井巷轮廓线),将岩
