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1、5 岩石爆破基本原理5.1 爆破破碎原理爆炸能量，使岩体产生变形和破坏。了解爆炸荷载作用下岩体的变形与破坏规律，分析爆破破碎原理，指导爆破设计与施工。便于实现低能耗、高效率破碎岩体的目的，并有效地控制爆破产生的各种危害。爆破破岩原/机理，就是研究岩体在爆炸能作用下发生破碎的原理。一、爆炸作用的基本原理1.爆破破坏作用的基本观点,爆破工程,(1)爆轰气体破坏作用的观点 即爆轰气体膨胀推力作用理论（静作用理论）,5 岩石爆破基本原理,气体膨胀推力,岩石径向位移,地表,距离不等,相邻岩石质点移动速度不等,位移阻力不等,相邻岩石产生剪切应力,岩石破坏,即岩石的破坏主要是由于高温高压的气体产物膨胀做功引
2、起的。膨胀做功如下图所示。,5 岩石爆破基本原理,(2)应力波破坏作用的观点即爆炸应力波反射拉伸作用破坏理论（动作用理论）,爆炸应力波,自由面,拉应力波,岩石破坏,(压应力波),发生反射,即岩石的破坏主要是由于岩体中爆炸应力波在自由面反射后形成的拉应力波引起的。,5 岩石爆破基本原理,(3)应力波和爆轰气体共同作用的破坏观点 即爆轰气体和应力波综合作用理论岩石的破坏是爆生气体和冲击波(应力波)共同作用的结果，它们各自在岩石破坏过程的不同阶段起重要作用，其基本观点如下：首先，冲击波使炮孔壁近区岩石被“压碎”，压碎区以外造成径向裂隙。其次，爆生气体产生“气楔作用”，使裂隙进一步延伸和张开；当爆生气
3、体的压力足够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动，直到能量消耗完。,5 岩石爆破基本原理,说明1:对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆生气体的作用程度是不同的。(1)在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合系数较小的条件下，应力波的破坏作用是主要的；(2)在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条件下，爆生气体的破坏作用是主要的。,5 岩石爆破基本原理,说明2：当仅考虑岩石性质时，则有：高阻抗岩石(c =1525MPa/s)：岩石破坏以应力波为主。中阻抗岩石(c =515MPa/s)：岩石破坏为应力波和爆生气体压力共同作用的结果。低阻抗岩石(c 5MPa/s)：岩石破坏以爆生气体
4、为主。,5 岩石爆破基本原理,2.爆破作用过程(1)应力波的动态作用过程特点：波峰应力值高，传播速度快，作用时间短。(2)爆轰气体的似静压作用过程特点：压力较低，作用时间较长.,炮孔压力时间曲线 t1-药包爆轰反应完成时间t2-爆轰气体产物作用时间图,5 岩石爆破基本原理,3.爆破时岩体内的应力状态（集中药包）(1)应力波在岩体中的传播规律(27)r：冲击波作用区;特点：冲击波强度极大，波峰应力值高，岩石产生塑性变形或粉碎，消耗大部分能量，冲击波急剧衰减。应力衰减与距离三次方成正比。,爆炸应力波及其作用范围r药包半径tH介质状态变化的时间ts介质状态恢复到静止状态的时间,5 岩石爆破基本原理,
5、(8150)r：应力波作用区;特点：冲击波压应力波，波阵面上的状态参数变化比较平缓；波速等于岩石中的声速。由于压应力波的作用，岩石处于非弹性状态，可导致岩石的破坏或残余变形。应力衰减与距离二次方成正比。,爆炸应力波及其作用范围r药包半径tH介质状态变化的时间ts介质状态恢复到静止状态的时间,5 岩石爆破基本原理,150r：弹性振动区;特点：应力波地震波。地震波只能引起岩石质点的弹性振动，而不能使岩石产生破坏；应力衰减与距离呈线性关系。,爆炸应力波及其作用范围r药包半径tH介质状态变化的时间ts介质状态恢复到静止状态的时间,5 岩石爆破基本原理,(2)应力波在岩体中引起的应力状态某点应力状态：直
6、达纵波、直达横波，纵波反射生成的反射纵波和反射横波，横波反射生成的反射纵波和反射横波等的动应力叠加而成。,波到达A点的应力分析,5 岩石爆破基本原理,自由面附近岩体中各点的主应力1和2的方向如下左图所示。由于岩石抗拉强度很小，在拉应力的作用下容易产生裂隙，所以爆破裂隙受2的控制，是围绕最小抵抗线为对称轴分布的喇叭形，如下右图所示。,5 岩石爆破基本原理,(3) 爆轰气体压力下岩体的应力状态爆轰气体引起的1常为压应力，而2不常为拉应力，随着至最小抵抗线的距离超过某一极限值后， 变为压应力。,5 岩石爆破基本原理,5.2 单个药包及成组的爆破作用一、单个药包爆破的内部作用 (无限均匀岩石介质中的爆
7、破作用)1. 定义药包爆炸后，只在岩石内部产生破坏和变形，而地表(自由面)不出现明显破坏，这种作用称为爆破的内部作用。概念要点：岩石内部有破坏，地表未破坏。基本假定 ：药包是球形的； 药包放在无限介质中； 介质是均匀的各向同性。,5 岩石爆破基本原理,2.岩石的破坏特征药室被扩大，形成一个空腔；产生了径向、环向裂隙,以及剪切裂隙；距药包较远处，岩石完好无损。,爆破的内部作用,径向裂隙,环向裂隙,空腔,岩石完好无损,5 岩石爆破基本原理,3.岩石破坏的原因 药室扩大为空腔的原因,岩石被压缩，形成一个空腔。,冲击强度大于岩石动抗压强度,药室岩壁受到强烈冲击,爆轰波(冲击波)+高温高压爆生气体,炸药
8、爆炸,原因：爆轰波（冲击波）和高压爆轰气体对药室岩壁产生了强烈冲击（压缩）。,5 岩石爆破基本原理,产生径向裂隙的原因,药室岩壁受到强烈冲击,爆轰波(冲击波)+高压爆轰气体,炸药爆炸,空腔,在岩石中形成压应力波(径向压应力),切向拉应力,岩石开裂,径向裂隙,原因:径向压应力(压缩)引起切向拉应力(拉伸)。,下,岩石受到径向压缩, 产生径向位移,5 岩石爆破基本原理,返回,切向拉应力,径向压应力,岩石径向位移,5 岩石爆破基本原理,产生环向裂隙的原因,径向压应力,岩石受到径向压缩,岩石储存部分弹性变形能,解除压应力,弹性变形能释放,引起岩石质点向心运动,产生径向位移(外内，拉应变),径向拉应力,
9、原因:弹性变形能释放(卸载波)产生了径向拉应力。,径向裂隙,岩石开裂,环向裂隙,下,5 岩石爆破基本原理,返回,径向拉应力,岩石开裂,环向裂隙,5 岩石爆破基本原理,产生剪切裂隙的原因在径向裂隙和环向裂隙形成的同时,岩石还受到径向应应力和切向应力的的共同作用,进而产生剪切裂隙。如下图所示。4. 岩石的分区根据岩石的破坏特征，由内向外，可将岩石大致分为三个区： 压缩（粉碎）区（近区）形成的空腔称为压缩区。说明：a.压缩区又称为粉碎区；b.压缩区消耗了大部分爆炸能量。,下,5 岩石爆破基本原理,压缩区,炸药包,返回,5 岩石爆破基本原理, 破裂区（中区）产生径向、环向裂隙的岩石范围,称为破裂区。岩
10、石的爆破破坏主要为破裂区。 震动区（远区）破裂区以外的岩石范围，称为震动区。特点：岩石不会发生破坏，但会发生弹性变形。爆炸应力波衰减为地震波。,下,5 岩石爆破基本原理,环向裂隙,径向裂隙,返回,炸药包,压缩区,R2= (8150)R0,破裂区的半径,破坏区,5 岩石爆破基本原理,在学习爆破的内部作用时，应注意以下几点： 拉力破岩。 爆破过程中，当裂隙与空腔贯通后，爆生气体会迅速膨胀，产生“气楔作用”，使原有裂隙继续向前扩展和进一步张开。,5 岩石爆破基本原理,二、单个药包爆破的外部作用 (半无限岩石介质中的爆破作用) 1.定义药包爆炸后，地表(自由面)出现了明显破坏的爆破作用，称为爆破的外部
11、作用。2.爆破外部作用下岩石破坏的特征出现(贯穿)裂隙、形成爆坑、出现飞石。3.爆破外部作用下岩石破坏的原因也就是药包在自由面附近爆炸时，岩石是怎样破坏的。又称自由面的破坏作用。,5 岩石爆破基本原理,(1)反射拉应力波引起自由面岩石破坏(片落)即由霍布金森效应引起的破坏。当入射压应力波传播到自由面时，一部分或全部反射回来成为同传播方向正好相反的拉应力波，拉应力超过岩石的抗拉强度时，发生片落现象。这种效应叫做霍布金森(Hopkinson)效应。霍布金森(Hopkinson)效应的破碎机理,5 岩石爆破基本原理,a.应力波的合成入射压应力波与反射拉应力波叠加后合成拉应力波。如下图所示,5 岩石爆
12、破基本原理,b.岩石表面片落过程如下图所示。图a:岩体中传播的压应力波；图b：第1次片落；图c：第2次片落；图d：片落终止。,5 岩石爆破基本原理,(2) 反射拉应力波引起径向裂隙的延伸,反射拉伸波对径向裂隙的影响,5 岩石爆破基本原理,-反射拉应力波的传播方向与裂隙方向的夹角。= 900时；拉伸效果最好； 00900时，径向裂隙扩展和延伸；= 00时；径向裂隙重新闭合，不利于裂隙的延伸。,5 岩石爆破基本原理,(3)自由面改变了岩石中的准静态应力场爆生气体膨胀压力在炮孔周围形成的应力场，称为准静态应力场。岩石质点速度在自由面方向上最大，不同方向上位移阻力不等剪切应力剪切破坏岩石。,5 岩石爆
13、破基本原理,三、爆破漏斗1.定义靠近地表埋置的炸药爆炸时，使附近岩石破坏，并将部分破碎了的岩石向上或两侧抛掷，在地表形成一个漏斗形状（倒圆锥形）的爆坑，这个坑就称为爆破漏斗。如下图所示。,5 岩石爆破基本原理,2.爆破漏斗的形成过程炸药包爆炸后，首先，爆轰波（冲击波）和高温高压爆生气体骤然膨胀对药室岩壁产生强烈冲击（压缩）粉碎压缩区,(a)炸药爆炸形成的应力场； (b)粉碎压缩区,5 岩石爆破基本原理,随后，产生的爆炸冲击波（压应力波）径向压缩岩体而产生位移，引起岩体切向拉伸径向裂隙；当压应力波达到地表面时，反射生成拉应力波 地表面出现了（片落）飞片；而受压处于高应力状态的岩体此时出现卸载，在
14、岩体内产生极大的拉伸应力 形成了大量环状裂隙；,(c)破裂区,(d)破裂区和片落区（自由面处）,5 岩石爆破基本原理,之后，具有高温高压的爆炸气体沿着已有裂隙膨胀扩展，当裂隙伸展达到（或接近）地表时，使岩石表面鼓起、破碎， 爆炸气体将部分已破碎的岩石抛出，最终形成倒圆锥形的凹坑，从而形成爆破漏斗。,(f)岩石被抛掷,(e)地表鼓起,(g)爆破漏斗,5 岩石爆破基本原理,3.爆破漏斗的几何参数,(1)最小抵抗线W (2)爆破漏斗底圆半径r (3)爆破作用半径R,(4)爆破漏斗深度H(5)爆破漏斗可见深度h (6)爆破漏斗张开角,说明：(1)、(2)、(3)称为爆破漏斗三要素。,5 岩石爆破基本原
15、理,4.爆破作用指数n爆破漏斗底圆半径 r 与最小抵抗线 W 的比值，即,爆破作用半径（又叫破裂半径）的计算,说明：爆破作用半径表示药包爆破作用在自由面上可以达到的最大程度。,5 岩石爆破基本原理,5.爆破漏斗的分类根据 n 值不同，（球状药包产生的）爆破漏斗可分为以下四种形式： (1) 标准抛掷爆破漏斗,n=1r =W=90,5 岩石爆破基本原理,(2) 加强抛掷爆破漏斗,n1 rW90,n3时，爆炸能量消耗在抛掷上，增加药量，破坏范围增大不明显，故已无实际意义了。加强抛掷爆破漏斗的n取值:1n3，露天抛掷大爆破或定向抛掷爆破常用此形式，一般取n =1.22.5,说明：,5 岩石爆破基本原理
16、,(3) 减弱抛掷(加强松动) 爆破漏斗,井巷掘进爆破常用这种形式。,0.75 n1rW 90,5 岩石爆破基本原理,(4) 松动爆破漏斗,说明: n= 0.75时，岩石被破坏、松动，但不抛出坑外，不形成可见的爆破漏斗，故工程中常取 n 0.75。 n 0.75时，出现不连续破坏，不形成爆破漏斗,0.3 n 0.75rW 90,5 岩石爆破基本原理,6.柱状药包产生的爆破漏斗(1)柱状装药垂直自由面,如右图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。总的漏斗形状就是这些漏斗的外部轮廓线，大致为喇叭形；孔底破坏
17、弱，爆后会留有残孔。,5 岩石爆破基本原理,(2)柱状装药平行自由面,如右图。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。,5 岩石爆破基本原理,(3)柱状装药倾斜于自由面,如右图介于垂直和平行之间。,5 岩石爆破基本原理,7.炮孔密集(临近)系数 m 对爆破漏斗形状的影响(1)定义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(2)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。,5 岩石爆破基本原理,当1m2，即Wa2W时，形成一个爆破漏斗，但药包
18、之间底部破碎不充分。, 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。,5 岩石爆破基本原理, 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。,5 岩石爆破基本原理,四、利文斯顿爆破漏斗理论1.利文斯顿爆破漏斗理论的核心内容该理论认为：炸药在岩体中爆炸时，传给岩石能量的多少与速度，取决于岩石性质、炸药性能、药包重量(大小)、药包埋置深度等因素。该理论以能量平衡为准则(基础)。,药包放出的能量,岩石吸收的能量,平衡状态（临界状态）,5 岩石爆破基本原理,药包放出的能量,岩石吸收的能量,岩石被破坏，被抛掷出去,药包放出的
19、能量,岩石吸收的能量,岩体只呈弹性变形，不破坏,5 岩石爆破基本原理,2.几个基本概念(1) 临界埋深（临界抵抗线）Wc是指不出现爆破漏斗的药包的最小埋置深度。临界埋深Wc与炸药量Q的关系如下：,这是利文斯顿爆破漏斗理论的一般公式。说明：Eb意义：在一定装药量Q条件下，岩石表面开始破裂时，岩石可能吸收的最大爆炸能量。Eb与岩石性质和炸药性能有关。,5 岩石爆破基本原理,(2)深度比是指药包的埋置深度W与临界埋深WC之比。即,5 岩石爆破基本原理,(3)最佳埋深W0和最佳深度比0最佳埋深W0，又称最适宜埋深是指爆破漏斗体积最大的药包埋置深度。, 最佳深度比0：,说明:a. 对脆性岩石,00.5,
20、塑性岩石,01; b. 通过调整药包埋深(最小抵抗线),来调整或平衡炸药爆炸能量的分配比例,从而实现最佳的爆破效果.,所以,5 岩石爆破基本原理,(4) 转折深度(转折埋深) Wz转拆深度(转拆埋深) Wz是指炸药爆炸后，传给空气的爆炸能与岩石吸收的爆炸能相等的药包的埋置深度。3.岩石变形和破坏的类型利文斯顿根据岩石爆破破坏效果和能量平衡关系，将岩石爆破时的变形和破坏形态分为四种类型。,5 岩石爆破基本原理,(1) 弹性变形带范围:WWc 即药包埋置深度临界埋置深度。特点：炸药爆炸的全部能量被岩石吸收。爆破后岩石表面不出现破坏，只产生弹性变形，岩石能恢复原状，不形成爆破漏斗。,5 岩石爆破基本
21、原理,(2) 冲击破裂带范围：W0 W Wc特点： 炸药爆炸放出的能量岩石吸收的能量。 地表岩石破裂，隆起(鼓包)，抛掷，形成爆破漏斗。 W爆破漏斗体积V。,5 岩石爆破基本原理,(3)破碎带范围： Wz W W0特点： 炸药爆炸放出的能量岩石吸收的能量。 地表岩石更加破碎，岩块抛掷距离、空气冲击波和声响均增大。 WV。,5 岩石爆破基本原理,(4)空爆带范围：W Wz特点： 传给空气的爆炸能岩石吸收的爆炸能。 地表岩石过度破碎，远距离抛掷、形成强烈的空气冲击波。 WV。,5 岩石爆破基本原理,从以上分析可以看出，炸药的爆炸能量是主要消耗于四个方面：岩石的弹性变形；岩石的破碎和破裂；岩石的抛移
22、、飞散；声响、地震和空气冲击波。,5 岩石爆破基本原理,4.利文斯顿爆破漏斗的应用(1) 对比炸药的性能测炸药的爆力。试验条件：同一岩石(土)，同一药量，同一埋深，不同炸药。,V大爆力大，炸药做功能力大,V小爆力小，炸药做功能力小,5 岩石爆破基本原理,(2) 用弹性变形能系数评价岩石的可爆性条件：同一炸药，同一药量，不同岩石。取Q=1kg，则：,Eb Wc, 岩石难爆。, 岩石易爆,Eb Wc,5 岩石爆破基本原理,(3) 爆破漏斗理论在工程爆破中的应用最佳埋深最小抵抗线。 通过单药包爆破漏斗试验，求Wc 、Eb 、W0 、0 ; 建立最佳埋深的计算公式：,5 岩石爆破基本原理,例：在某岩石
23、中，通过爆破试验得知一个4.5kg重的球状药包的最适宜深度为1.5m，临界埋深为3m。问：(1) 应变能系数和最适宜深度比各是多少？解：应变能系数值为,最佳深度比0,5 岩石爆破基本原理,(2)450kg重的药包在该岩石中的最佳埋深是多少？,(3)在30m深处埋置药包进行最适宜爆破，药包重量应为多少？,5 岩石爆破基本原理,五、成组药包的爆破作用原理 （成组药包爆破时岩石破坏的特征）1.单排药包齐发爆破原理 （单排成组药包齐发爆破时岩石破坏特征）a.相邻炮孔连心线上应力加强，产生裂缝（隙）;b.连心线中点两侧出现应力降低区，易出现大块。(1)相邻炮孔连心线产生裂缝(隙)的原因（机理）即相邻炮孔
24、爆破成缝机理。,5 岩石爆破基本原理,应力波理论：形成裂缝是应力波叠加的结果。 爆炸应力波相遇 应力叠加 压引起的拉得到加强,合成为合炮孔相距较近，合岩石动抗拉强度产生裂隙(缝), 两炮孔联通。,该理论认为：最大拉应力出现在连心线中点，故裂隙首先出现在连心线中点，再向孔壁发展。,5 岩石爆破基本原理,应力波与爆生气体综合作用理论认为：a.应力波作用时间极短暂，但爆生气体在炮孔中能维持较长时间的高压状态(产生准静态压力)。b.准静态压力炮孔连心线各点上产生切向拉应力。,该理论论认为：炮孔连心线与孔壁的交点处切向拉应力最大，故裂隙(缝)首先出现在炮孔壁,再向连线中点发展，最后贯通。,生产实践证明：
25、拉伸裂隙是从炮孔向外发展的。,5 岩石爆破基本原理,(2)连心线中点两侧出现应力降低区。降低区:应力波作用线正交处；产生原因分析如下：,原因:相邻药包爆炸引起的压应力和拉应力相互抵消。,5 岩石爆破基本原理,应力降低区对爆破效果的影响：易产生大块。消除应力降低区影响的措施：大孔距小抵抗线技术，即 适当增大炮孔间距。 减小抵抗线。原因：使应力降低区落在岩石之外的空气中，在岩石中避免出现应力相互抵消作用，减少大块的产生，从而改善爆破效果。,5 岩石爆破基本原理,2.多排药包齐发爆破原理(1)爆炸应力波相互叠加,造成应力极高的状态；(2)第1排炮孔有2个自由面，爆破条件好；后排炮孔仅1个自由面，受到
26、较大夹制作用，影响爆破效果。综合以上分析，多排成组药包齐发爆破效果不佳，实际很少应用，一般被微差爆破所代替。,5 岩石爆破基本原理,六、装药量计算的基本原理和方法1.体积公式计算原理在一定的炸药和岩石条件下，装药量与爆破岩石(漏斗)的体积成正比。Q= kV2.装药量计算的基本方法(1)硐室爆破的药量计算方法标准抛掷爆破的药量(球状药包、单自由面),5 岩石爆破基本原理,抛掷爆破装药量计算的通用公式(球状药包),松动爆破(球状药包),若岩石可炸性好，取下限值；若岩石可炸性差，取上限值。(2)其他爆破药量计算公式,此公式称为鲍列斯阔夫经验公式。,5 岩石爆破基本原理,5 岩石爆破基本原理,例题：一
27、埋置深度为2米的药包，爆破后得到直径为8米的爆破漏斗。（1）求爆破作用指数，并指出属何种类型的爆破；如果炸药单耗为1.2kg/m3，则爆破药量为多少？ （2）如果漏斗直径不变，要求实现减弱抛掷爆破，其深度如何调整？,爆破作用指数,加强抛掷爆破漏斗,爆破装药量,减弱抛掷爆破,3.炸药单耗 k 的确定方法查表法：查表、参考定额或有关资料的数据；类比法：参考相似工程取值；爆破漏斗试验法：通过标准抛掷爆破漏斗试验求算;试爆法。,5 岩石爆破基本原理,5.3 定向断裂控制爆破原理5.4 微差爆破原量5.5 挤压爆破原理5.6 聚能装药爆破原理,5 岩石爆破基本原理,5.7 影响爆破效果的因素一、炸药性能
28、的影响1.炸药的密度、爆热、爆容和爆速 密度：反映单位体积炸药的能量密度。 爆热及爆容：一定程度上反映了炸药爆力。 爆速：一定程度上反映了炸药猛度。2.爆轰压力炸药的爆轰压力是影响岩石爆破效果的重要因素之一，尤其是对于坚韧密实岩石更是如此。,5 岩石爆破基本原理,(1)爆轰压力越高，激起的冲击波压力值也越高，以应力波形式传播的爆轰能量就越多，在岩石中可造成较高的应力和应变，有利于改善破碎效果。(2)爆轰压力越高，爆破效果并不是越好。 过高的爆轰压力将造成药包周围近区岩石的过度粉碎而消耗较多的爆炸能，以致使近区以外岩石的破坏效果较差，且其传播时间越短，常在岩石破碎未完成之前即告结束。(3)爆轰压
29、力以能满足应力波强度使岩石破裂即可。,5 岩石爆破基本原理,3.爆炸压力（爆压或炮孔压力）(1)爆压是指爆轰气体的胀膨压力，它对岩石具有胀膨致裂、推移和抛掷的作用。(2)爆压越高，说明爆轰气体产物中含有的能量越大，对岩石的胀膨致裂、推移和抛掷的作用越强。(3)爆炸压力比爆轰压力的作用时间长。(4)对于较软的岩石，爆炸压力对改善爆破效果显得非常重要。因为裂隙在较低的应力作用下就开始出现，然后在较长时间的爆炸气体的胀膨压力作用下裂隙继续扩展与延伸，这样能量的分配更加合理。,5 岩石爆破基本原理,二、炸药波阻抗与岩石波阻抗匹配的影响它是影响爆炸能向岩石传递效率的因素之一。(1)波阻抗：介质中声速同该
30、介质的密度的乘积。(2)实验表明：炸药的波阻抗值越接近岩石的波阻抗值，则爆炸能量的传递效率越高，因而在岩石中引起的应变值越大。(3)对于坚硬致密的岩石，引起它破坏的应变值较大，故应选用波阻抗较大的炸药；相反，对于软岩，应选用波阻抗较小的炸药为宜。,5 岩石爆破基本原理,三、工程地质条件的影响四、爆破设计与施工质量1.堵塞的影响堵塞的作用主要有：(1)改善爆轰条件，保证炸药充分反应，防止不完全爆轰,使炸药爆炸释放出最大能量和减少有毒气体生成量;(2)阻止高温、高压的爆轰气体过早地泄漏到大气中，延长爆轰气体作用时间,提高爆炸能量的利用率; (3)防止因灼热固体颗粒(如雷管壳碎片等)从炮孔中飞出而引
31、起瓦斯爆炸。,5 岩石爆破基本原理,2.装药结构对爆破效果的影响(1)装药结构分类从轴向分：连续装药、间隔装药(分段装药)从径向分：耦合装药、不耦合装药,5 岩石爆破基本原理,1炸药；2炮眼壁；3药卷(a) 耦合装药；(b)、(c) 不耦合装药,(2)耦合装药对爆破效果的影响耦合装药时，爆炸能的传递效率与波阻抗有关：波阻抗相匹配，则传递效率高。孔壁产生较大的峰值压力,在岩石中引起较大应变值.冲击压力过高，在岩体中激起冲击波，产生压碎圈,使炮孔附近的岩石过度破碎，消耗了大量能量，从而影响压碎圈以外岩石的破碎效果。,5 岩石爆破基本原理,(3)不耦合装药对爆破效果的影响爆炸能作用过程冲击波 间隙空
32、气 炮孔壁药包和孔壁这间存在空气间隙，药包爆轰的冲击波效应就要削弱很多，这一规律被利用在控制爆破上。不耦合系数KdKd =孔径药径炮孔压力与不耦合系数Kd的关系如下图所示。,5 岩石爆破基本原理,实验表明:药包爆炸直接作用在孔壁上的动压应力随着不耦合系数的增加而降低，见下图。,6 露天钻孔爆破,当Kd增加到一定值时，孔壁上的压应力等于或小于岩石的极限抗压强度，则孔壁的岩石只能由压应力 引起的拉应力 来破坏。如下图所示。,径向压应力引起切向拉应力,6 露天钻孔爆破,由以上分析得出：可以通过采用不耦合装药来控制炸药爆炸能量及其作用过程，降低爆炸冲击波的峰值压力（或动压应力），避免在炮孔周围产生压碎
33、区，减弱对原岩体的破坏作用。 合理的不耦合系数应使作用在炮孔壁上的压应力小于孔壁岩石的抗压强度，而在炮孔连心线上产生的切向拉应力大于岩石的抗拉强度。,6 露天钻孔爆破,3.起爆位置的影响(1)正向起爆 即起爆药包靠近炮孔口的装药端，炸药起爆后，爆轰波从孔口向孔底传播。一般是将起爆药包布置在孔口第二个药卷处，这样方便，节省起爆器材。(2)反向起爆 即将起爆药包布置在孔底装药端，炸药起爆后，爆轰波从孔底向孔口传播。一般是将起爆药包布置在孔底第二个药卷处。,6 露天钻孔爆破,(3)中间起爆或双向起爆即将起爆药包布置在药柱的中间，炸药起爆后，爆轰波从中间向孔口和孔底传播。说明：理论上，反向起爆比正向起
34、爆的爆破效果好；露天深孔爆破常采用反向起爆和中间起爆；井巷掘进或坑内回采矿石常采用正向起爆或反向起爆。,6 露天钻孔爆破,4.自由面对爆破效果的影响(1)自由面越大越多，越有利于爆破的破坏作用。自由面多 爆破受到的夹制性小 易爆破 炸药单耗低。(2)自由面的位置对爆破作用有较大影响相同装药条件下,炮孔中的装药在自由面的投影面积越大,越有利于应力波的反射,就越有利于岩石的破坏。,3.8 影响炸药爆破效果的因素,一个自由面时，若药柱垂直自由面，则药柱在自由的投影面积最小，故爆破范围较小。若药柱与自由面斜交，则药柱在自由的投影面积较大，故爆破范围较大。,3.8 影响炸药爆破效果的因素,若药柱在自由面上方，爆破效果较好；若药柱在自由面下方，爆破效果较差。,3.8 影响炸药爆破效果的因素,5.爆破设计与施工质量6.爆破能量的利用率,3.8 影响炸药爆破效果的因素,
