第三章爆破破岩机理第二部分

第四节装药量计算原理

合理地确定炸药用量和炮孔位置，起爆顺序同样都是爆破设计和施工中的重要内容，他直接影响着爆破效果，爆破工程成本和爆破安全等。由于爆破过程的复杂性和瞬时性，迄今为止，尚未有一个理性的装药量计算公式，工程技术人员更多的是在各种经验公式的基础上，结合实践经验确定装药量。其中，体积公式是装药量计算中最为常用的一种经验公式。

一、体积公式的计算原理在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积与所用的装药量成正比。这就是体积公式的计算原理。体积公式的形式为：

Q=k·V（3-18）

式中：Q—装药量，kg; k—单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3; V—被爆落的岩石体积，m3

。

二、集中药包的药量计算

1.集中药包（concentratedcharge）的标准抛掷爆破:根据体积公式的计算原理，对于采用单个集中药包进行的标准抛掷爆破，其装药量可按照下式来计算：

Qb＝kb·V（3-19）

式中：

Qb—形成标准抛掷爆破漏斗的装药量，kg；

kb—形成标准抛掷爆破漏斗的单位体积岩石的炸药消耗量，一般称为标准抛掷爆破单位用药量系数，kg/m3; V—标准抛掷爆破漏斗的体积，m3。式（3-21）中V值的大小为： （3-20）式中：r—爆破漏斗底圆半径，m；

W—最小抵抗线；m。对于标准抛掷爆破漏斗，，即r＝W，所以(3-21)数学是科学研究的重要手段

将（3-21）式代入（3-19）式，得

Qb＝kb·W3(3-22)

式（3-22）即集中药包的标准抛掷爆破装药量计算公式。

2.集中药包的非标准抛掷爆破 在岩石性质、炸药品种和药包埋置深度都不变动的情况下，改变标准抛掷爆破的装药量，就形成了非标准抛掷爆破。当装药量小于标准抛掷爆破的装药量时，形成的爆破漏斗底圆半径变小，n<1，为减弱抛掷爆破或松动爆破；当装药量大于标准抛掷爆破的装药量时，形成的爆破漏斗底圆半径变大，n>1，为加强抛掷爆破。(1)平坦地面的抛掷爆破实践证明，n值与药包重量的变化关系是函数关系，各国爆破工作者曾提出了多种多样的计算公式，俄国常用的计算公式为： （3－23）式中是鲍列斯科夫的经验公式。必须说明鲍列斯科夫公式仅适用于平坦地面的药包重量计算。

f(n)=0.4＋0.6n3(3-24)

鲍列斯阔夫公式适用于抛掷爆破装药量的计算，将（3-24）式代入（3-23）式，得到集中药包抛掷爆破装药量的计算通式：

Qb­=(0.4＋0.6n3)kbW3(3-25)

应用(3-25)式计算加强抛掷爆破的装药量时，结果与实际情况比较接近。但是，当最小抵抗线W大于25m时，用（3-25）式计算出来的装药量偏小，应乘以修正系数

Qp­=(0.4＋0.6n3)kbW3

(3-26)(2)平坦地面松动爆破药量计算集中药包松动爆破的装药量可按下式计算：

Qs=ksW3(3-27)

式中:Qs—集中药包形成松动爆破的装药量，kg；

ks—集中药包形成松动爆破的单位体积岩石的炸药消耗量，一般称为松动爆破的单位用药量系数，kg/m3;

关于松动药包计算公式，同样需要根据上述三种情况去讨论：①正常松动药包药量计算国外规定三分之一的标准抛掷爆破k值系数为标准松动的单位用药量系数，即（3－28）经验表明：按上式计算的药量爆破后的松动效果不佳，药量偏小，要达到良好的爆破效果，以（3-31）较为适合，此式称为正常松动药包药量的计算公式，一般情况下正常松动爆破的单位耗药量应在0.5Kg／m3左右。②减弱松动爆破减弱松动药包，它应该比最大内部作用药包大，而比正常松动计算药量小，即（3－32)

从上式可以看出，计算的结果，药包重量可以差3倍之多，在工程应用时，必须根据工程的设计目的，通过试验去选取合适的单位用药系数。在试验条件不具备时，可以按照计算结果的实际单位耗药量来校核和控制该系数的选择范围。例如，控制爆破的单位耗药量，不宜大于0.2～0.3kg/m3。一般情况下，正常松动爆破的单位耗药量，应0.5Kg／m3左右。③加强松动爆破加强松动药包，大多用于揭开矿山覆盖层或比较完整的石方松动爆破工程。不言而喻，它的药量要比正常松动爆破还要多，这样使在爆破后得到比较破碎的块度，便于挖装机械的施工作业。因此加强松动药包重量的计算公式中，其单位用药量系数一般要在0.44～1.0这个范围内去选择，即：（3－33）根据鮑列斯科夫公式，当单位用药量系数大于0.44Kg／m3时，或者，至少n=0.75，即f(n)=0.65时，就会出现可见的抛掷爆破漏斗，这意味着有一定数量的土或岩石被抛到爆破漏斗界限以外，所以称为加强松动爆破。一般可以根据f(n)数值来判断爆破类型。内部作用药包：f(n)≤0～0.2最大内部作用药包：f(n)＝0.125～0.2在斜坡地面，特别是地面自然坡度大于30度时，公式的计算结果与实际爆破效果有很大的差别，需要对鲍列斯科夫经验公式进行修正。

图3-5斜坡地面爆破漏斗示意图(3)斜坡地面的抛掷爆破根据实际统计爆破漏斗上破裂线R/为：（3－34）式中：β是与地面自然坡度α有关的系数，在土质、松软岩、次坚岩的地质条件下：

而在坚硬石质或完整岩体的斜坡地面上：

β值实际上是斜坡地面漏斗体积的增大系数，因为平坦地面的爆破漏斗体积，而斜坡地面的爆破漏斗体积为：令为斜坡地面爆破漏斗体积的增量函数，则可推导出与地面坡度的关系式。（软岩）

（硬岩）如果注意到爆破漏斗体积增量函数的作用后，要使在选定的爆破作用指数n值条件下，爆破漏斗体积不变，药包重量Q的计算公式就应该加入的因素，即：

（硬岩）（软岩）第五节爆破参数的意义和选择kb是指单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n＝1）时，爆破每一立方米岩石或土壤所消耗的炸药的质量，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。1.单位用药量系数kb和ksks则是指单个集中药包形成松动爆破漏斗时（一般0<n<0.75），爆破每一立方米岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的重量，称作松动爆破单位用药量系数。

选择kb或ks时，应考虑多方面的影响因素来加以确定，主要有以下几个途径：⑴查表⑵采用工程类比的方法，参照条件相近工程的单位用药量系数确定kb或ks的值。

⑶采用标准抛掷爆破漏斗试验确定kb。理论上讲，形成标准抛掷爆破漏斗的装药量Q与其所爆落的岩体体积之比即为kb的值。⑷根据岩石容重确定⑸实地取样，根据岩石普氏系数确定。另有：采用延长药包爆破的炮眼法爆破（浅眼爆破、深孔爆破），最小抵抗线W则是从药包长度的中心到距该中心最近临空面的最短距离[图3-8（b）]。

有区别哦2.最小抵抗线W 对于采用集中药包的爆破方法，最小抵抗线W是从药包中心到地面或临空面的的最短距离[图3-8（a）]；图3-8各种爆破方法的最小抵抗线最小抵抗线选择原则：根据爆破现场的实际情况（设备、环境、开采高度和爆破要求）尽可能选择较大的抵抗线。n值是表示爆破漏斗大小的一个重要指标，通过n值，我们可以判断爆破工程的性质。同时，也是分析爆破的效果和经济效益的重要依据。为了获得良好的爆破效果，在选择n值时，可参考以下原则：

三、爆破作用指数n值减弱松动药包：f(n)≤0.2～0.44正常松动药包：f(n)＝0.44加强松动药包：f(n)≤0.44～0.64减弱抛掷药包：f(n)≤0.64～1.0标准抛掷药包：f(n)＝1.0加强抛掷药包：f(n)＞1.0四、药包间距a两个药包之间合理的距离，应该是爆破后形成的沟堑，不但抛掷后的可见部分是平直的，还要求基底部分O1O2也是平直的。图3-5合理的药包间距示意图（1）经验公式在相邻两药包的W，n等计算参数相等时

（3－44）

当两个相邻药包W，n等参数不相等时：

（3－45）

(2)半经验，半理论公式有人认为，药包间的合理间距应是标准抛掷爆破漏斗的最小抵抗线W，在不标准时，可以通过该药包的标准当量关系，换算药包间距，即，由此得：

（3－46）(3)按照流体动力学理论计算值

按照流体动力学理论，认为药包在土岩等均匀介质中爆破时，临空面上各质点的速度与它距药包中心的R的3次方成反比例关系，即，其中A为药包重量为定量时的常系数。在最小抵抗线与临空面交汇处的质点速度应为，距离此到药包间距各点的速度，可用叠加方式求算。在药包间距中心，即a/2处的速度应是：通过上述关系，可以求出与药包的爆破作用指数无关的最佳间距为：

图3-6临空面速度分布示意图

五、排间距b

实际取：（3－44）实际爆破中采用宽孔距小排距六、药包邻近系数药包的邻近系数m是用来判定相邻两药包间距离关系的系数，正常的接近系数是：（3－48）

不难看出，工程设计的实际结果，需要用邻近系数m去校核各药包之间的距离是否合于要求，m的数值大了，表明药包间距过大，反之，药包间距小了，这时如果重新调整药包位置有困难，便需要在药包重量计算公式中加入m，以调整它们的药量，即（3-49）

第六节影响爆破效果的因素

影响爆破效果的因素很多，本节就炸药性能、地质条件、爆破技术（装药结构、堵塞以及起爆方式）等爆破工程中影响爆破效果的共性问题进行阐述。后面的章节中还将对影响爆破效果的其它一些因素进行论述。

3.1炸药性能对爆破效果的影响 炸药的性能包括物理性能、热化学参数和爆炸性能。其中，直接影响爆破作用及其效果的是炸药密度、爆热和爆速。正是它们进而有影响了爆轰压力、爆炸压力、爆炸作用时间以及炸药热化学爆炸能量利用率。炸药密度、爆热和爆速破碎岩石主要依靠炸药爆炸释放出来的能量。增加炸药的爆热和密度，可以提高单位体积炸药的能量密度；反之，必然导致炸药能量密度的降低，增加钻孔的工作量和成本。提高炸药的热化学参数，增大密度，采用高威力炸药是提高爆破作用的有效途径。

爆速也是炸药性能的主要参数之一，不同爆速的炸药，在岩石中爆炸可产生不同的应力波参数，从而对岩石的爆破作用及效果有着明显的影响。

爆速是炸药本身影响其能量有效利用的一个重要性能指标。不同爆速的炸药，在岩体内爆炸激起的冲击波和应力波的参数不同，从而对岩石爆破作用及其效果有着明显的影响。

岩石（或其它介质）的密度同岩石（或其它介质）纵波速度的乘积，称为该岩石（或介质）的波阻抗(waveimpedance)。它的物理意义是：在岩石（或其它介质）中引起扰动使质点产生单位振动速度所必需的应力。爆轰波爆轰压力是指炸药爆轰时爆轰波波阵面中的C－J面所测得的压力，当爆轰波传到炮孔孔壁上时，在孔壁的岩石中会激发成强烈的冲击波和应力波。一般来说，爆轰压力越大，在岩石中激起冲击波初始峰值眼里和引起的应力以及应变也越大，越有利于岩石的破裂。二般？？？爆轰压力与炸药密度的一次方和爆速平方成正比关系。所以在爆破坚硬致密的岩石时，以选用密度大和爆速较高的炸药为宜。

爆炸压力爆炸压力又称炮孔压力，它是爆轰气体产物膨胀作用在孔壁上的压力。在爆破破碎过程中爆炸压力对岩石起胀裂、推移和抛掷作用，一般说来，爆炸压力越高，说明爆轰产物中含有能量大，对岩石的胀裂、推移和抛掷作用越强烈。爆炸压力的大小取决于炸药爆热、爆温和爆轰气体的体积。爆炸压力作用时间除与炸药本身的性能有关以外，还与炮孔堵塞质量有关因此在工程爆破中除了针对岩石性能和爆破目的，选用性能相适应的炸药品种以外，还应注意堵塞质量。炸药能量利用率炸药在岩石中爆炸时所释放出的能量，通过爆炸应力波和爆轰气体膨胀压力的方式传递给岩石，使岩石破碎。抛掷爆破时，有用功占总能量5～7％，松动爆破时，能量利用率不超过20％。如果不考虑炸药爆炸时的热化学损失，炸药爆炸时能量分配包括：克服岩体中的凝聚力使岩体粉碎和破碎；使爆破范围内的岩石从母岩体中分离出来；将破碎后岩块推移和抛掷；形成爆破地震波、空气冲击波、噪声和爆破飞石。采取措施：根据岩石性质来合理选择炸药的品种；合理确定爆破参数；选择合理的装药结构和药包起爆顺序；保证堵塞质量等。3.2岩石特性对爆破作用的影响

岩石特性包括：岩石的物理、力学性质，岩石动载特性，地质条件等。从某种意义上将，岩石特性对爆破作用的影响就是岩石的特性对应力波传播的影响。岩石种类和岩石密度一般来说，岩石的密度和完整性程度越高，波速越大，反之则越小。岩石密度在0.47～3.32克/立方厘米，岩石纵波波速在1.8～7.2千米/秒范围内，呈线性分布。结构面对应力波的影响何为结构面？

岩体内存在的原生的层理、层面及以后在地质作用中形成的断层、节理、劈理、层间错动面等各种类型的地质界面统称结构面。结构面对应力波传播的影响：

①加剧了应力波能量的衰减；

②改变了应力波传播方向。3.3炸药与岩石的相关因素对爆破作用的影响⑴炸药的波阻抗和岩石波阻抗的匹配

⑵药包与孔壁的耦合

①不耦合系数对应变的影响

②不耦合系数对切向最大应力的影响3.4爆破条件、爆破工艺对爆破作用的影响⑴自由面对爆破效果的影响反射应力波；改变岩石的应力状态及强度极限；自由面是最小抵抗线方向。图3-9自由面对爆破效果的影响

⑵装药结构对爆破效果的影响炸药在被爆介质内的安置方式称为装药结构。这里着重讨论炮眼爆破法中装药结构对爆破效果的影响。根据炮眼内药卷与炮眼、药卷与药卷之间的关系，炮眼爆破法中的装药结构可以分为以下几种：

按药卷与炮眼在径向的关系分为耦合装药（couplingcharge）：药卷与炮眼在径向无间隙[图3-14（a）]，如散装药。不耦合装药(decouplingcharge)：药卷与炮眼在径向有间隙，以延长气体对介质的破坏作用时间，间隙内可以是空气或其它缓冲材料[图3-14（b）]，如水、砂等。

按药卷与药卷在炮眼轴向的关系分为连续装药（continuoscharge）：药卷与药卷在炮眼轴向紧密接触[图3-14（c）]。间隔装药（spacedcharge）：药卷（或药卷组）之间在炮眼轴向存在一定长度的空隙，空隙内可以是空气、炮泥、木垫或其它材料[图3-14（d）]。图3-14装药结构(a)偶合装药；(b)不偶合装药；(c)正向连续装药；(d)正向空气间隔装药；(e)反向连续装药

1-炸药；2-炮眼壁；3-药卷；4-雷管；5-炮泥；6-脚线；7-竹条；8-绑绳

耦合装药[或散装药(bulkloading)]时，装药直径即炮眼直径；不耦合装药时，装药直径一般指药卷直径(cartridgediameter)。炮孔直径与装药直径之比称为不耦合系数(decouplingindex)。散装药时，不耦合系数为1。这个概念很重要

理论研究、实验室试验和工程实践证明，在一定的岩石和炸药条件下，采用不耦合装药或空气间隔装药具有下列优点：

1.可以增加炸药用于破碎或抛掷岩石能量的比例，提高炸药能量的有效利用率。

2.改善岩石破碎的均匀度，降低大块率，从而使装岩效率得到提高。

3.降低炸药消耗量。

4.能有效地保护爆破时形成的新自由面。这两种装药结构,特别是不耦合装药结构在光面爆破和预裂爆破中得到广泛的应用。

堵塞（tamping）就是针对不同的爆破方法采用相应的材料，将岩体中通向药室(chamber)的通道填实。堵塞的目的是：保证炸药充分反应，使之产生最大热量，防止炸药不完全爆轰；防止高温高压的爆轰气体过早地从炮眼或导洞中逸出，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药能量的有效利用率，提高爆破安全性。3、堵塞对爆破效果的影响

图3-15表示在有堵塞和无堵塞的炮孔中，压力随时间变化的关系。从图中可以看出，在有堵塞和无堵塞两种条件下，爆炸作用对炮孔壁的初始冲击压力虽然没有很大的影响，但是堵塞却明显增大了爆轰气体作用在孔壁上的压力和压力作用的时间，从而大大提高了它对岩石的破碎和抛掷作用。 不同的爆破方法所使用的堵塞材料、堵塞长度和堵塞方式不完全相同。图3-15堵塞对爆破作用的影响a-有堵塞；b-无堵塞堵塞的作用：1.保证炸药充分反应，使之产生最大热量，防止炸药不完全爆轰。2.减少孔口飞石和降低空气冲击波强度，减少在这两个方面的能量损失，同时增加爆破作业的安全。3.防止高温高压的爆生气体过早地从炮眼中逸出，延长孔内爆炸气体作用时间，增大爆破破碎范围和破碎程度，改善破碎效果，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药能量的利用率。4.在有瓦斯与煤尘爆炸危险的工作面内，除降低爆轰气体逸出自由面的温度和压力外，堵塞用的炮泥还起着阻止灼热固体颗粒（如雷管壳碎片等）从炮眼中飞出的作用。60充填长度对爆破效果的影响太长–大块多太短——飞石和空爆正确岩石爆破理论

4、起爆点位置对爆破效果的影响起爆用的雷管或起爆药柱在装药中的位置称为起爆点(initiationpoint)。在炮眼爆破法中，根据起爆点在装药中的位置和数目，将起爆方式分为正向起爆（collarfiring）、反向起爆（bottomfiring)和多点起爆(multipointpriming)。

单点起爆时，如果起爆点位于装药靠近炮眼口的一端，爆轰波传向眼底，称为正向起爆[图3-14(c)、(d)