第四章岩石爆破基本理论课件

安徽能源技术学校

矿山爆破二0一二年四月7/22/20231第六章岩石爆破基本理论主要内容第六章岩石爆破理论

6.1岩石爆破破坏基本理论

6.2装药量计算原理6.3影响爆破作用的主要因素：7/22/20232第六章岩石爆破基本理论爆炸生成气体产物的膨胀作用

爆生气体膨胀作用理论爆炸应力波反射拉抻作用理论爆生气体和应力波综合作用理论第一节岩石爆破破坏基本理论（1）

7/22/20233第六章岩石爆破基本理论反射拉应力波破坏作用爆生气体膨胀作用理论爆炸应力波反射拉抻作用理论爆生气体和应力波综合作用理论(a)入射压力波波前；(b)反射拉应力波波前岩石爆破破坏基本理论（2）

7/22/20234第六章岩石爆破基本理论爆生气体膨胀作用理论爆炸应力波反射拉抻作用理论爆生气体和应力波综合作用理论岩石爆破破坏基本理论（3）

爆生气体和应力波综合作用理论的实质：

哈努卡耶夫把岩石按波阻抗值分为三类：(1)

第一类岩石属于高阻抗岩石。其波阻抗为15~25MPa·s/m.这类岩石的破坏，主要取决于应力波，包括入射波和反射波。(2)

第二类岩石属于中阻抗岩石。其波阻抗为5~15MPa·s/m。这类岩石的破坏,主要是入射应力波和爆生气体综合作用的结果(3)

第三类岩石属于低阻抗岩石。其波阻抗小于5MPa·s/m。这类岩石的破坏，以爆生气体形成的破坏为主。岩体内最初裂隙的形成是由冲击波或应力波造成的，随后爆生气体渗入裂隙并在准静态压力作用下，使应力波形成的裂隙进一步扩展。爆生气体膨胀的准静态能量，是破碎岩石的主要能源。

7/22/20235第六章岩石爆破基本理论

爆炸应力波反射拉抻作用理论

的试验基础

水泥板的爆轰破坏1—空气冲击波波阵面；2—水泥板中冲击波波阵面；3—水泥板岩石杆件的爆破

板件爆破试验1—装药孔2—破碎区3—拉裂区4—震动区

7/22/20236第六章岩石爆破基本理论第二节单个药包爆破作用爆破的内部作用1—径向裂隙2—环向裂隙rc－药包半径；Rc－粉碎区半径；Rp－破裂区半径内部作用

（1）粉碎区（压缩区）（2）裂隙区（破裂区）径向裂隙和环向裂隙的形成原理径向压缩引起的切向拉伸

7/22/20237第六章岩石爆破基本理论3爆破破岩机理（３）震动区破裂区以外的岩石中，由于应力波引起的应力状态和爆轰气体压力建立起的准静应力场均不足以使岩石破坏，只能引起岩石质点作弹性震动，直到弹性震动波的能量被岩石完全吸收为止，这个区域叫弹性震动区或地震区。在震动区，由于地震波的作用，有可能引起地面或地下建筑物的破裂、倒塌，或导致路堑边坡滑坡，隧道冒顶，片帮等灾害。7/22/20238第六章岩石爆破基本理论3爆破破岩机理6.2.2爆破漏斗

（1）爆破漏斗几何要素

自由面（freeface）是指被爆破的介质与空气接触的面，又叫临空面,如图中AB面。

最小抵抗线W（minimumburden）是指药包中心距自由面的最短距离。爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的主导方向。当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。在自由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，这个坑称为爆破漏斗。7/22/20239第六章岩石爆破基本理论3爆破破岩机理

爆破漏斗半径r（craterradius）是指形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。常用r表示爆破漏斗半径。

爆破漏斗作用半径R，又叫破裂半径，是指从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。下图中的R表示爆破漏斗破裂半径。爆破漏斗深度H

。爆破漏斗顶点至自由面的最短距离叫爆破漏斗深度。图中的H表示爆破漏斗深度。爆破漏斗可见深度h。爆破漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离叫爆破漏斗可见深度。如图中的h表示。爆破漏斗张开角θ

，即爆破漏斗的顶角，如图中的θ表示。7/22/202310第六章岩石爆破基本理论爆破漏斗

爆破作用指数n：它是爆破漏斗半径r和最小抵抗线W的比值，即：爆破作用指数（craterindex）7/22/202311第六章岩石爆破基本理论dcba标准抛掷爆破漏斗

加强抛掷爆破漏斗

减弱抛掷爆破漏斗（也称加强松动爆破漏斗）

松动爆破漏斗

n>1.00.75<n<1.0n=1.0n<0.75爆破漏斗的基本形式

7/22/202312第六章岩石爆破基本理论3爆破破岩机理目前，在岩土工程爆破中，精确计算装药量(chargequantity)的问题尚未得到十分圆满的解决。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。第三节装药量计算原理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

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。7/22/202313第六章岩石爆破基本理论①集中药包标准抛掷爆破标准抛掷爆破漏斗体积

根据标准抛掷爆破漏斗的定义

标准抛掷爆破装药量可以认为是：7/22/202314第六章岩石爆破基本理论3爆破破岩机理集中药包非标准抛掷爆破装药量计算公式为：鲍列斯科夫经验公式代入：7/22/202315第六章岩石爆破基本理论应用上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，上式计算出来的装药量偏小，应乘以修正系数集中药包松动爆破的装药量公式可以表示为：

即集中药包松动爆破的单位用药量约为标准抛掷爆破单位用药量的三分之一到二分之一。7/22/202316第六章岩石爆破基本理论延长装药药量计算

当药包的长度和它横载面的直径（或最大边长）之比值大于某一值时，叫做延长药包。

延长药包（extendedcharge）延长药包是在工程爆破中应用最为广泛的药包。如炮眼爆破法和深孔爆破法中使用的柱状药包以及峒室爆破法中使用的条形药包都属于延长药包。7/22/202317第六章岩石爆破基本理论单位炸药的耗药量

Kb指单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n=1）时，爆破每1m3岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的质量，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。

Ks则是指单个集中药包形成松动爆破漏斗时（一般n<0.75），爆破每1m3岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的质量，称作松动爆破单位用药量系数。需要强调的符号含义：7/22/202318第六章岩石爆破基本理论Kb与Ks的选取

A查表B工程类比C试验对于普通的岩土爆破工程，Kb和Ks的值可由相关表格中查出；

采用标准抛掷爆破漏斗试验确定Kb

的值。参照条件相近工程的单位用药量系数确定Kb和Ks的值；标准抛掷爆破漏斗试验中Kb的计算：7/22/202319第六章岩石爆破基本理论群药包的单位耗药量

上页所提到的

Kb与

Ks都只是单个集中药包爆破时装药量与所爆落岩体体积之间的一个关系系数。

当群药包共同作用时，群药包的总装药量与群药包一次爆落的岩体总体积的比值称为单位耗药量，简称炸药单耗，用字母q来表示，即：

炸药单耗7/22/202320第六章岩石爆破基本理论炸药性能对爆破效果的影响 炸药的密度、爆热、爆速、作功能力和猛度等性能指标，反映了炸药爆炸时的作功能力，直接影响炸药的爆炸效果。增大炸药的密度和爆热，可以提高单位体积炸药的能量密度，同时提高炸药的爆速、猛度和作功能力。3爆破破岩机理7/22/202321第六章岩石爆破基本理论

但是品种、型号一定的工业炸药其各项性能指标符合相应的国家标准或行业标准，做为工业炸药的用户，工程爆破领域的技术人员一般不能变动这些性能指标。即使象铵油炸药、水胶炸药或乳化炸药这些可以在现场混制的炸药，过分提高其爆热，也会造成炸药成本的大幅度提高。

3爆破破岩机理7/22/202322第六章岩石爆破基本理论

另外，工业炸药的密度也不能进行大幅度的变动，例如当铵梯炸药的密度超过其极限值后，就不能稳定爆轰。因此，根据爆破对象的性质，合理选择炸药品种并采取适宜的装药结构，从而提高炸药能量的有效利用，是改善爆破效果的有效途径。

3爆破破岩机理7/22/202323第六章岩石爆破基本理论

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。

3爆破破岩机理7/22/202324第六章岩石爆破基本理论(1)自由面对爆破效果的影响在爆破工程中自由面的作用是非常重要的。有了自由面，爆破后的岩石才能向这个面破坏和移动。增加自由面的个数，可以在明显改善爆破效果的同时，显著地降低炸药消耗量。合理地利用地形条件或人为地创造自由面，往往可以达到事半功倍的效果。3爆破破岩机理地质条件对爆破效果的影响7/22/202325第六章岩石爆破基本理论自由面在爆破中的作用归纳有三点：

①反射应力波。

当爆炸应力波遇到自由面时发生反射，压缩应力波变为拉伸波，引起岩的片落和径向裂隙的延伸。②

改变岩石应力状态及强度极限。

在无限介质中，岩石处于三向应力状态，而自由面附近的岩石则处于单向或双向应力状态。故自由面附近的岩石强度接近岩石单轴抗拉或抗压强度,比在无限介质中承受爆破作用时相应的强度减少几倍甚至十几倍。③

自由面是最小抵抗线方向，应力波低达自由面后，在自由面附近的介质运动因阻力减小而加速，随后而到的爆炸气体进一步向自由面方向运动，形成鼓包,最后破碎、抛掷。7/22/202326第六章岩石爆破基本理论(2)断层对爆破效果的影响实践证明，在药包爆破作用范围内的断层（fault）或大裂隙能影响爆破漏斗的大小和形状，从而减少或增加爆破方量，使爆破不能达到预定的抛掷效果甚至引起爆破安全事故。因此，在布置药包时，应查明爆区断层的性质、产状和分布情况，以便结合工程要求尽可能避免其影响。3爆破破岩机理7/22/202327第六章岩石爆破基本理论

图3-32中的药包布置在断层的破碎带中。当断层内的破碎物胶结不好时，爆炸气体将从断层破碎带冲出，造成冲炮并使爆破漏斗变小。图3-33中的药包位于断层的下面。爆破后，爆区上部断层上盘的岩体将失去支撑，在重力的作用下顺断层面下滑，从而使爆破方量增大，甚至造成原设计爆破影响范围之外的建筑物损坏。

3爆破破岩机理7/22/202328第六章岩石爆破基本理论图3-32药包布置在断层中图3-33药包布置在断层下1-药室；F-断层；R2-实际下破裂线R1-设计下破裂线；R‘2-实际上破裂线R‘1-设计上破裂线3爆破破岩机理7/22/202329第六章岩石爆破基本理论

(3)溶洞对爆破效果的影响 在岩溶地区进行大爆破时，地下溶洞对爆破效果的影响不容忽视。溶洞能改变最小抵抗线的大小和方向，从而影响装药的抛掷方向和抛掷方量（图3-34）。爆区内小而分散的溶洞和溶蚀沟缝，能吸收爆炸能量或造成爆破漏气，造成爆破不匀，产生大块。3爆破破岩机理7/22/202330第六章岩石爆破基本理论图3-34溶洞对抛掷方向的影响图3-35溶洞对深孔爆破的影响

3爆破破岩机理7/22/202331第六章岩石爆破基本理论

实验表明，当炸药或凿岩机钎杆的波阻抗值同岩石的波阻抗值愈接近，炸药或钎杆传给岩石的能量就愈多，在岩石中所引起的破碎程度也愈大。从能量观点来看，为提高炸药能量的有效利用，炸药的波阻抗应尽可能与所爆破岩石的波阻抗相匹配。因此，岩石的波阻抗愈高，所选用炸药的密度和爆速应愈大。

3爆破破岩机理炸药与岩石匹配关系对爆破效果的影响7/22/202332第六章岩石爆破基本理论（1）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：3爆破破岩机理施工方法对爆破效果的影响7/22/202333第六章岩石爆破基本理论图3-36装药结构(a)耦合装药；(b)不耦合装药；(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/导爆索；8-绑绳3爆破破岩机理7/22/202334第六章岩石爆破基本理论

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3-36（a）]，如散装药。不耦合装药(decouplingcharge)：药卷与炮眼在径向有间隙，间隙内可以是空气或其它缓冲材料[图3-36（b）]，如水、砂等。3爆破破岩机理7/22/202335第六章岩石爆破基本理论

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3-36（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3-36（d）]。3爆破破岩机理7/22/202336第六章岩石爆破基本理论

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3爆破破岩机理7/22/202337第六章岩石爆破基本理论炮孔堵塞的作用：

（1）保证炸药充分反应，使之放出最大热量和减少有毒气体生成量.（2）

降低爆生气体逸出自由面的温度和压力，提高炸药的热效 率，使更多的热量转变为机械功。（3）

在有瓦斯的工作面内，除降低爆炸气体逸出自由面的温度和压 力外，炮泥还起着阻止灼热固体颗粒（例如雷管壳碎片等）从 炮孔内飞出的作用，提高爆破安全性。（2）堵塞对爆破效果的影响7/22/202338第六章岩石爆破基本理论

图3-37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。3爆破破岩机理7/22/202339第六章岩石爆破基本理论图3-37堵塞对爆破作用的影响a-有堵塞；b-无堵塞3爆破破岩机理7/22/202340第六章岩石爆破基本理论（3）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)。3爆破破岩机理7/22/202341第六章岩石爆破基本理论

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。反之，当起爆点置于装药靠近眼底的一端，爆轰波传向眼口，就称为反向起爆。当在同一炮眼内设置一个以上的起爆点时，称为多点起爆。沿装药全长敷设导爆索起爆，是多点起爆的一个极端形式，相当于无穷多个起爆点。

3爆破破岩机理7/22/202342第六章岩石爆破基本理论