岩石的破碎理论

岩石的破碎理论第一页，共三十七页，2022年，8月28日第一节概述

工程爆破在国民经济建设中应用广泛，近年来我国已进行过装药量在千吨和万吨以上的土石方爆破多次，解决了许多工程建设中的难题。工程爆破已从露天爆破、地下工程爆破，发展到拆除爆破和特种爆破技术。可以认为，现代爆破技术已深入应用到我国国民经济的各个部门，并取得了可喜的成就。第二页，共三十七页，2022年，8月28日(1)爆炸现象物质发生急剧变化，瞬间放出大量能量，对周围介质做功，使之发生破坏，同时可能伴随声光、热效应的现象，称为爆炸。一、爆炸现象及其分类第三页，共三十七页，2022年，8月28日

(2)爆炸的分类。根据爆炸产生的原出和特点，爆炸现象可分为三类：

物理爆炸，爆炸时仅发生物态的急剧变化，物质的化学成分不改变，如蒸汽锅炉爆炸或汽车轮胎爆炸等；核爆炸，由某些物质的原子核发生裂变或聚变引起的爆炸，如原子弹、氢弹爆炸；

化学爆炸，爆炸时不仅发生物态变化，而且物质的化学成分也发生变化，如炸药爆炸。第四页，共三十七页，2022年，8月28日二、爆炸的主要特性

炸药，在外界能量作用下，自身进行高速的化学反应，同时产生大量的高温高压气体和热量，的物质。(1)具有相对稳定性和化学爆炸性。当炸药未受外界能量作用时，常温下处于相对稳定状态，但是，受到外界能量作用，就打破了原来的平衡结构，经化学反应转化为爆炸。(2)在微小的体积中蕴藏有巨大的能量。单位质量的炸药爆炸时放出的热量要比单位质量的煤燃烧时放出的热量要小，在极短的时间(0.1~1ms)内单位容积的炸药爆炸比单位容积的煤慢慢燃烧放出的热量大数百万倍，即炸药具有很高的能量密度。第五页，共三十七页，2022年，8月28日(3)能够依靠自身的氧实现爆炸反应。炸药主要由碳、氢、氧、氮四种元素组成，它爆炸时不需要外界供氧，只靠自身的氧就可以进行爆炸反应。第六页，共三十七页，2022年，8月28日放热性、化学反应速度快、生成气体产物(1)反应的放热性。炸药爆炸过程放出大量热量是对周围介质做功的能源，放热不足或吸热反应都不能形成爆炸。(2)化学反应速度快。炸药爆炸反应是由冲击波激起的，其爆炸速度可达每秒数千米，在反应区内炸药变成爆炸气体的时间只需几微秒。爆炸过程的高速性决定了炸药能在极短时间内释放出大量能量，单位体积内的热量很高，从而具有很大的威力。这是爆炸反应区别于其他化学反应的一个显著特点。三、炸药爆炸的三要素第七页，共三十七页，2022年，8月28日

(3)生成气体产物。爆炸生成的气体是做功的介质，反应生成大量的气体，而且气体在高温高压状态下迅速膨胀对外做功，这是炸药能量转化的过程。

炸药爆炸的三要素是相互联系的，放出的热使温度上升，促使反应加快；反过来，高速反应又促使产生大量的气体和放出热量，气体的压力和温度急剧上升。所以高温、高压、高速是炸药爆炸的重要特点。第八页，共三十七页，2022年，8月28日

缓慢分解

燃烧

爆炸(1)缓慢分解。炸药在常温条件下，若不受其他外界能量作用，常以缓速进行分解反应，环境温度越高，分解越显著。其特点是：炸药内各点温度相同；在全部炸药内反应同时进行，没有集中的反应区；分解时可以吸热，也可以放热，决定于炸药的类型和环境温度。(2)爆燃。炸药的快速燃烧称为爆燃，燃速一般为每秒几米，最高只能达每秒数百米。爆燃属热传导过程。四、炸药化学变化的形式第九页，共三十七页，2022年，8月28日(3)爆轰。爆轰波(炸药内部传播的冲击波)以恒定速度传播的爆炸称为爆轰，它是爆炸的一种特殊形式。爆速可达2000~9000m／s。炸药的上述三种化学变化形式，在一定条件下，都是能够相互转化的，缓慢分解可发展为燃烧、爆炸；反之，爆炸也可转化为燃烧。第十页，共三十七页，2022年，8月28日第二节爆炸理论与炸药一、炸药的起爆与传爆

激发炸药爆炸的过程称为起爆，使炸药活化发生爆炸反应所需的活化能称为起爆能或初始冲能。例如，在地下工程爆破中利用雷管的爆炸冲能，首先在炸药某些局部造成热点，在热点处的炸药首先发生热分解，同时放出热量，放出的热量又促使炸药的分解速度迅速增加。如果炸药中形成热点数目足够多，且尺寸又足够大，热点的温度升高到爆发点后，炸药便在这些点被激发并发生爆炸，并进一步扩展。第十一页，共三十七页，2022年，8月28日（一）殉爆在某处炸药爆炸时，通过在某种惰性介质(如空气)中产生的冲击波，引起另一处炸药爆炸的现象称为殉爆。在炸药生产、储存和运输过程中，必须防止炸药发生殉爆，以确保安全。但在工程爆破中，则必须保证炮眼内相邻药卷完全殉爆，以防止产生半爆不爆，降低爆破效果。炸药殉爆的难易程度决定于炸药对冲击波作用的感度，通常用殉爆距离表示。其定义是在装有雷管的主炸药包爆炸时，能使相隔一定距离的另一向种药包百分之百也爆炸的最大距离称殉爆距离，百分之百不爆炸的最小距离称殉爆安全距离。第十二页，共三十七页，2022年，8月28日

殉爆距离一般可通过实验来确定。试验时，将同一种炸药的两个药卷沿轴线隔一定距离平放在坚实的沙土上，其中一个药卷装有雷管作为主动药卷，另一个药卷作被动药卷，然后引爆。根据形成的炸坑以及有无残留的炸药和药卷来判断殉爆情况。通过一系列实验，找出相邻药卷能殉爆的最大距离。第十三页，共三十七页，2022年，8月28日(二)传爆地下工程爆破都用雷管的起爆能来起爆炸药，雷管的作用仅在于使它临近的局部炸药分子爆炸。至于整个药包能否完全爆炸，则取决于炸药爆炸的稳定传播。也就是说，炸药的爆轰是冲击波在炸药中传播而引起的，而在冲击波作用下快速化学反应所释放出的能量又支持了冲击波的传播，使其波速保持恒定而不衰减。这种伴随有化学反应的冲击波，称为爆轰波，其波速称为爆速。爆速是衡量炸药质量的重要指标，它反映了炸药爆轰的性能。第十四页，共三十七页，2022年，8月28日

1．影响稳定爆轰的主要因素

药卷直径

炸药密度起爆冲能其他因素(1)药卷直径。炸药爆轰所产生的能量并未全部用于传爆，有一部分径向逸散到药卷周围产生空气冲击波或应力波。药卷直径越小，逸散出去的这部分能量所占的比例越大。因此，当药卷直径小到一定程度时，就完全不能传爆，这时的直径称为临界直径。将药卷直径自临界直径逐渐增大，爆速也逐渐提高，最后达到了稳定值。此后，药卷直径再增大，爆速也不会提高，这时的直径称为极限直径。第十五页，共三十七页，2022年，8月28日一些猛炸药的临界直径仅为几毫米，而铵梯炸药随其成分不同临界直径差别很大，一般认为药卷直径小于25mm，爆速就急剧降低，传爆不良，2号岩石铵梯炸药临界直径小于15mm就产生熄爆。但现用32mm或35mm药卷，还远未达到它的极限直径，所以增大药卷直径能使爆速提高，爆炸性能更良好。第十六页，共三十七页，2022年，8月28日(2)炸药密度。密度增加，则爆轰压力也增高，爆轰也更加稳定。对单质炸药而言确实如此，但混合炸药常有一个最佳密度，超过之后爆速则要降低，最终发生“压死”的熄爆现象，与其相对应的密度称为临界密度。与最大爆速相对应的装药密度称为最佳密度(极限密度)。同一种炸药的最佳密度是一个定值，它随炸药颗粒大小与级配、混合均匀程度、含水率大小、药卷直径及外壳约束条件等因素的变化而变化。第十七页，共三十七页，2022年，8月28日

(3)起爆冲能。炸药起爆后，并不是一开始就达到了稳定传播状态，通常都要有一段加速过程。起爆能越小，炸药的敏感度越低，这段过程就越长。如果再有其他不利因素影响，就可能造成低速爆炸或终止传爆。实验表明，起爆能的强弱，能使炸药形成差别很大的高爆速或低爆速稳定传播。第十八页，共三十七页，2022年，8月28日(4)其他因素。其他堵如药包外壳的强度、炸药的粒度、变质程度以及填塞质量等，都对炸药能否爆轰有明显的影响。第十九页，共三十七页，2022年，8月28日2．间隙效应深孔爆破，在炮眼内连续多个装入铵梯炸药卷，时常不能全部传爆，总要留下一些残药。实验表明，在空气中都能正常传爆，但在43mm直径的炮眼内装入35mm的2号岩石铵梯炸药，不管放入多少卷，从一端起爆总是只能爆炸5~6卷，最多爆7卷，这种现象称为间隙效应。第二十页，共三十七页，2022年，8月28日一般认为产生间隙效应的原因是：爆轰波在传播过程中，其高温高压爆生气体使其前端间隙中的空气受到强烈压缩，从而在炮眼间隙内产生了超前于爆轰波传播的空气冲击波，药卷在爆轰波达到之前已受到冲击波的强烈压缩，药卷直径缩小而密度增大，导致爆速下降，甚至造成爆轰中断。

解决办法有减小炮眼直径；或在药卷上隔一定距离套上硬纸板做成的隔环；或在药卷中心扎一轴向孔；或隔一定距离用炮泥或黄油糊上加粗药卷直径；或采用水胶及乳化炸药等。第二十一页，共三十七页，2022年，8月28日二、炸药的性能参数炸药爆炸将对周围介质产生强烈的冲击和压缩作用，使其发生变形、破坏和抛掷，这种作用可分为动、静作用两部分。利用炸药爆炸产生的冲击波和应力波造成的破坏作用称动作用；利用爆生气体的膨胀做功造成的破坏或抛掷作用称为静作用。动作用以猛度表示，静作用以爆力表示，二者的共同作用表示炸药的威力。第二十二页，共三十七页，2022年，8月28日(一)猛度

炸药的猛度是指炸药爆炸对周围介质的冲击粉碎能力，也就是冲击波的作用强度。一般来说，炸药的密度和爆速越高，猛度也越高，冲击粉碎能力越强。爆破不同性质的岩石，应选用不同猛度的炸药，避免崩下岩块过大，不利于装运。对于中硬岩或软岩选用低猛度炸药，以免对巷道周边围岩破坏严重，不利于光面爆破。第二十三页，共三十七页，2022年，8月28日测定炸药猛度的方法为铅柱压缩法，其实验设备及装置如图所示。起爆后测量铅柱压缩尺寸作为猛度的数据，单位为毫米。第二十四页，共三十七页，2022年，8月28日(二)爆力炸药爆炸时对周围介质做功的能力称为爆力，它是由炸药能量转化而来的。测定炸药爆力的方法常用铅柱扩孔法，试验装置如图所示，起爆后可用量筒向孔内注水测得形容积，从中减去原孔眼体积和雷管扩孔体积，即得炸药的爆力数据，其单位为毫升。第二十五页，共三十七页，2022年，8月28日(三)爆速爆速小于3000m/s，猛度小于10mm的炸药为低威力炸药；爆速大于4000m/s，猛度小于16mm的炸药为高威力炸药；界于二者之间的为中威力炸药。第二十六页，共三十七页，2022年，8月28日如图所示，在药卷上A、B两点并精确量出距离，用直径0.1~0.3mm的漆包线双股权成两根探针(下端剪开不通电)，分别插入A、B处，并连接在爆速仪的导线上。药卷起爆后，探针的漆包线被爆轰波高温烧坏，先后向仪器输入记时开始和终止信号，这段时间由数码管显示出来。将距离除以爆轰波通过它需要的时间，即得爆速值。第二十七页，共三十七页，2022年，8月28日（四）炸药的敏感度炸药起爆的难易程度叫做起爆感度，称为感度。各种炸药的感度相差非常大。炸药感度高低是以激起炸药爆炸反应所需起爆能的多少来衡量的。感度过高，就会给生产、储运和使用过程中造成危险。而使用时，如果炸药感度过低，则会给爆炸造成困难。为正确利用炸药的感度特性，将炸药感度区分为：热感度、机械感度、冲击感度、起爆冲能感度和静电火花感度。第二十八页，共三十七页，2022年，8月28日1.热感度热感度是炸药在热能作用下发生爆炸、燃烧或分解的难易程度。热感度通常分为热安定和火焰感度。（1）热安定热安定是炸药在均匀加热条件下发生爆炸、燃烧和分解的难易程度。热安定通常用炸药的爆发点表示。（2）火焰感度火焰感度是炸药在明火作用下发生爆炸的难易程度。火焰感度的检测是将0.05g炸药试样用导火索点燃，记录能起爆时导火索末端部距试样的距离，若实验6次100％全爆的最大距离叫上限距离，若6次100％全不爆的距离叫下限距离，它表示炸药的安全性。第二十九页，共三十七页，2022年，8月28日2.机械感度机械感度是炸药对冲击、摩擦、挤压等机械作用的敏感度。（1）冲击感度冲击感度常以落锤仪测定，即以10kg落锤自250nun高度自由下落，冲击0.05g炸药试样，重复25次，用25次实验中炸药试样发生爆炸的百分率表示被试炸药的冲击感度。冲击感度很高的起爆药，即用弧形落锤仪检测。第三十页，共三十七页，2022年，8月28日（2）摩擦感度摩擦感度常利用摆式摩擦仪来测定，1500g摆重锤，摆角90°，摩擦0.02g炸药试样，平行试验25次，观察炸药爆炸的百分率。第三十一页，共三十七页，2022年，8月28日3.起爆冲能感度起爆冲能感度又称为爆轰感度或起爆感度。指炸药对爆轰冲击波(即激发冲击波)的敏感程度。地下工程爆破所采用的炸药必须能由8号雷管直接引爆，其爆轰感度常用殉爆距离来表示。例如，硝酸铵非常钝感，对较小的冲击功毫无反应，加热只会平静燃烧，用雷管也不能直接起爆，只有硝酸铵与可燃物或敏化剂混合，才能把它当炸药看待。第三十二页，共三十七页，2022年，8月28日4.静电感度静电感度指炸药对静电的敏感程度。炸药属于绝缘物质，所以在相互摩擦时会发生电子转移，使失去电子的物质带正电，获电子物质带负电，若在生产或压气装药时，不采取安全措施，会产生很高电压(35kV)的静电，当聚集到足够大时，就会放电产生电火花，形成高温高压的离子流，造成引燃或引爆炸药事故。第三十三页，共三十七页，2022年，8月28日

爆轰产物指爆炸瞬间生成的产物，主要有H2O、CO2、CO、氮氧化物等气体，若炸药内含有硫磺、金属粉(铝、镁)或氯时，产物中还