控制爆破基本原理课件

控制爆破的特点1、爆破对象和材质多种多样2、爆破区周围环境复杂3、爆破技术比常规爆破要复杂第一页第二页，共100页。控制爆破的定义根据工程要求和爆破环境、规模、对象等具体条件，通过精心设计、施工与防护等技术措施，严格控制炸药爆炸能量的释放过程和介质的破碎过程，既要达到预期的爆破效果，又要将爆破的影响范围和危害作用严格地控制在允许限度之内，这种对爆破效果和爆破效应同时加以控制的爆破。称控制爆破。第二页第三页，共100页。爆破对象爆区环境工程要求爆破设计设计原理？第三页第四页，共100页。基本原理自然科学和社会科学中具有普遍意义的基本规律。是在大量观察、实践的基础上，经过归纳、概括而得出的。既能指导实践，又必须经受实践的检验。第四页第五页，共100页。2.1等能原理根据被爆破物状况、环境条件及工程要求，优选爆破参数，正确计算每个炮孔内的装药量，以使每个炮孔内炸药爆炸释放出的能量与该孔周围介质达到预期爆破效果所需的能量相等，而无多余的能量造成爆破危害。这一原理称为等能原理。第五页第六页，共100页。2.1等能原理公式公式表述

ηE=BE=B/ηE——炸药爆炸释放出的能量；η——能量利用率B——介质破碎所需要的能量。

炸药爆炸对介质的破坏过程十分复杂，因此，迄今为止还没有能在理论上研究清楚。计算机技术的发展，对某种介质爆炸破坏时的部分能量在理论上估算是可能的，但是达到精确的定量计算则是十分困难。第六页第七页，共100页。2.2装药量计算—公式的导出

假定重为Q的药包埋在w深处爆炸后形成一个半径为r的爆破漏斗。如下图所示。第七页第八页，共100页。可以是不同的药包形状第八页第九页，共100页。1.2.1公式的导出

W=ConstantQ↑→r↑，n=r/W，→n↑→装药量Q是爆破作用指数f(n)的函数.函数f(n)在标准爆破漏斗时fs(n)应为1第九页第十页，共100页。2.2.1公式的导出

漏斗形状n=ConstantQ↑→W↑、r↑→Q是W的函数。Q=fs(W)由上述两点，每孔装药量是爆破作用指数n和最小抵抗线W的函数:Q=f(n).fs(W)为一般形式的药量计算公式与经验无关第十页第十一页，共100页。2.2.1公式的导出对于一般工程爆破，有f(n)=0.4+0.6n3f(w)=k2W2+k3w3+k4w4

K2W2─炸药克服介质粘结力形成断裂面所需能量；K3W3─使介质破碎所需能量；K4W4─使介质重心移动一定距离所需能量。

第十一页第十二页，共100页。2.2.1公式的导出

Q=(0.4+0.6n3)

(k2w2+k3w3+k4w4)兰格弗尔斯使用狄纳米特35%N.G炸药，在花岗岩中进行梯段钻孔标准松动爆破(n=1)时其药量计算公式为：Q=70w2+350w3+4w4

引入比装药量，即破碎单位体积介质所需要的炸药用量:q=Q/w3=70/w+350+4w第十二页第十三页，共100页。Q=70w2+350w3+4w4

q=Q/w3=70/w+350+4w画出w-q曲线

第十三页第十四页，共100页。2.2.1公式的导出当

1.4m＜W＜15m时，q≈400g在台阶爆破和W＜15m的硐室爆破中计算装药量公式：

Q=qW3=qVq=Q/w3=70/w+350+4w第十四页第十五页，共100页。2.2.1公式的导出当W≥15m时

q=Q/w3=70/w+350+4w70/w=70/15=4.7＜5g，W≥15m的爆破，忽略70/w，采用

K3W3+K4W4

公式计算药量。我国爆破界，在计算Q时常用体积公式，而岩石的抛掷问题则用爆破作用指数f(n)

表示。第十五页第十六页，共100页。2.2.1公式的导出当w≤1.4m时

q=Q/w3=70/w+350+4w第三项4W≤5.6g对比装药量的贡献不大，去掉。随着

w的降低，炸药单耗急剧增加，上式的第一项起重要作用。药量计算的面积体积公式：

Q=k2W2+k3w3第十六页第十七页，共100页。第十七页第十八页，共100页。2.2.2面积体积公式Q=k2W2+k3W3

w只是表达被爆破体几何尺寸的一个特征尺寸。如梯段爆破中的台阶高度H和孔距a，可用H/W和a/W来表示。同理，W2和W3

也可用被爆破体的剪切面积A和破碎体积V来表征。再将式中的K2和K3分别用q1和q2

来代替，则药量计算公式变成下式:Q=(q1A+q2V).f第十八页第十九页，共100页。2.2.2面积体积公式

Q=(q1A+q2V).fQ—单孔装药量，(g);A—被爆破体的剪切面积，(m2);V—被爆破体的破碎体积，(m3);q1—面积系数，(g/m2);q2—体积系数，(g/m3);f—自由面系数。第十九页第二十页，共100页。自由面对炸药单耗的影响炸药单耗~0.1kg/m3炸药单耗~0.5kg/m3炸药单耗~1.0kg/m3第二十页第二十一页，共100页。⑴自由面系数的确定

自由面数系数f11.1521.0030.8540.75Q=(q1A+q2V).f第二十一页第二十二页，共100页。⑵剪切面积A和破碎体积V

爆破体为方形或矩形:

A

=WH=bH

(m2)

V

=WHa=abH(m3)Q=(q1A+q2V).f第二十二页第二十三页，共100页。⑵剪切面积A和破碎体积V

梁、柱炮孔布置在中心线上:A=BH(m2)

V=BHa(m3)

Q=(q1A+q2V).f第二十三页第二十四页，共100页。⑶体积系数q2Q=(q1A+q2V).f按装药量与被破碎介质的体积成正比来确定。被爆体材质相同、所用炸药相同，q2值是一个常数。砼和钢砼只炸碎砼而不炸断钢筋，两者的q2相同砖砌体强度低于砼，其q2值应该小于砼石砌体的岩石强度较高，相应的q2值应比砼的略大。天然岩石的强度、风化程度、节理裂隙发育程度变化较大，其q2值相应波动较大。W＜1m、采用2号岩石炸药第二十四页第二十五页，共100页。材质q2/g.m-3

适用范围与介质破碎效果砼或钢筋砼150小型条形截面构件，要求严格控制碎块飞出砼150砼体破碎，R在5~10m以内一般布筋的钢砼150砼破碎脱离钢筋,R在5~10m以内布筋粗密的钢砼150砼破碎脱离钢筋,个别碎块散落在10~15m内重型布筋的钢砼150砼破碎，主筋变形,少量碎块飞散在20m内浆砌砖体100砌体塌散，少量飞石散落在10~15m以内浆砌片石或料石200砌体破裂，浆缝炸松,飞石散落在10~15m内天然岩石150~250岩石破碎松动，少量碎块抛落在5~20m以内表2-5体积系数表p24第二十五页第二十六页，共100页。(4)面积系数q1Q=(q1A+q2V).f面积系数的规律：q与W成反比(q=70/W);介质相同，面积系数不是常数，但它与最小抵抗线的乘积接近一个常数C1，

q1W≈C1

或q1≈C1/WC1值与介质的抗拉、抗剪强度有关，与材料的整体性有关;与被控制物的破碎程度、碎块飞散的远近有关，所以C1值有一个波动范围。面积系数q1的确定见下表第二十六页第二十七页，共100页。表2-5面积系数表p24第二十七页第二十八页，共100页。2.2.3体积公式Q=qV

V为被爆破体体积，m3

。q为单位用药量系数，g/m3；q与炸药、材质、爆破效果有关，是W的函数。第二十八页第二十九页，共100页。

壁厚/cmq/g.m-3Q.V-1/g.m-337/1.5块砖2100~25002000~240049/2块砖1350~14501250~135062/2.5块砖880~950840~90075/3块砖640~690600~65089/3.5块砖440~480420~460101/4块砖340~370320~350114/4.5块砖270~300250~280表2-6砖烟囱爆破单位用药量q表p26第二十九页第三十页，共100页。壁厚/cmq/g.cm-3Q.V-1/g.m-3253000~35003000~3500301800~25001500~2300401200~15001000~130050900~1000700~80060660~730530~58070480~530380~42080410~450330~360表2-6钢筋砼烟囱爆破单位用药量q表p26第三十页第三十一页，共100页。其他爆破单位用药量表不同材质的炸药单耗见表2-7（p26~27)

钢筋混凝土梁柱爆破单耗见表2-8(p27)验证：第三十一页第三十二页，共100页。2.3两个药量计算公式的比较Q=(q1A+q2V).fQ=qV

⑴两个公式均是经大量的爆破试验总结出来的经验公式。⑵两者都注意到了，W＜1.4m时，W↓→q↑，公式中用不同方式反映出来。⑶面积体积公式的物理意义较明确，体积公式计算简单方便。第三十二页第三十三页，共100页。2.3

两个药量计算公式的比较⑷设计思想体积公式。设计思想是多打孔少装药，以控制飞石、振动，确保爆破安全。公式中的炸药单耗与材质、自由面数量、最小抵抗线大小和破碎程度有关。面积、体积公式。孔网参数比体积法大，钻孔量较少，爆破成本较前者低。计算较复杂。⑸计算结果是经验公式，有系数，有时用两个公式计算出的结果偏差较大。第三十三页第三十四页，共100页。

2.4控制爆破中药量确定步骤⑴

根据爆区环境、被爆物结构形状、尺寸大小和安全要求，用查表法或工程类比法，初定炸药单耗、计算每孔装药量;⑵

在防护条件下，小规模试爆，根据试爆情况调整并确定炸药单耗和每孔装药量;⑶

爆破条件发生变化，经工程师同意，可调整装药量；工程师也应根据爆破条件随时改变装药量。

⑷爆破后总结提高，积累工程经验。第三十四页第三十五页，共100页。例1钢筋混凝土立柱药量计算正常布筋的钢筋混凝土立柱截面尺寸：0.5m×0.4m孔距：a=0.5m试进行药量计算。解：A=BH=0.5×0.4=0.2m2V=Bha=0.5×0.4×0.5=0.1m3q1=(26-32)/w=(26-32)/0.2=130-160kg/m2q2=150kg/m3(表2-5

P24）q=80~420(表2-8

P27)Q=(q1A+q2V)f=(150×0.2+150×0.1)×0.75=30~35gQ=qV=(380~420)×0.1=38~42g用35g试爆第三十五页第三十六页，共100页。例2.钢筋混凝土桥台帽W=b=0.4m；a=0.4mH=1.5m钢筋混凝土桥台帽，介质为一般布筋的砼用两种公式求前排中孔装药量解:A=0.4×1.5=0.6m2V=0.4×0.4×1.5=0.24m3第三十六页第三十七页，共100页。例2.钢筋混凝土桥台帽A=0.6m2;V=0.24m3q1=(26-32)/W=

(26-32)/0.4=65-80g/m2q2=150g/m3(p24)Q=(65-80×0.6+150×0.24)×1=75

~84gq=360~440g/m3(P26)Q中

=qV=360

~

440×0.24=87~106g可用85g或90g试爆。Theend第三十七页第三十八页，共100页。第三节

缓冲原理与装药结构3.1缓冲原理3.2不耦合装药3.3控制爆破中的装药结构3.4分层装药结构第三十八页第三十九页，共100页。3.1缓冲原理选择适宜的炸药品种或合理的装药结构，缓和爆轰波峰值压力对介质的冲击作用，使爆炸能量得到合理的分配和利用，以期达到减少爆破危害、改善爆破效果的目的，这一原理称为缓冲原理。

第三十九页第四十页，共100页。3.2不耦合装药不耦合装药结构：径向不耦合体积不耦合体积不耦合装药：间断不耦合底部、中部、上部不耦合不耦合介质可以是水也可以是空气。第四十页第四十一页，共100页。3.2不耦合装药不耦合装药可分为径向不耦合、体积不耦合，体积不耦合装药结构中又可分为间断不耦合、底部、中部、上部不耦合装药结构。不耦合介质可以是水也可以是空气。第四十一页第四十二页，共100页。炮孔压力-时间曲线t1-药包爆轰反应历时;t2-爆炸气体膨胀作用时间;p2-爆轰压力;p3-膨胀后的爆炸压力研究表明：随着不偶合系数的增加，孔壁及介质中的应力峰值下降，作用时间增加，当k从1增至2.67时，应力峰值下降3～4倍，作用时间增加8～15倍。P2高，曲线陡，能量利用率越低；t2越长爆轰压力作用时间越长，爆压可使已形成的初始裂缝扩展越充分，爆炸能利用率越高。第四十二页第四十三页，共100页。硝铵炸药30kg，不耦合系数分别为1、1.5、2.0、2.3、3.0，充填介质分别为空气、水和沙土。爆破振动速度的影响第四十三页第四十四页，共100页。第四十四页第四十五页，共100页。第四十五页第四十六页，共100页。结论第四十六页第四十七页，共100页。不耦合装药不耦合装药特点：不耦合装药明显延长爆轰气体对孔壁作用时间，降低炮孔周围介质中的压应力，且不耦合系数越大，压力降低越大降低爆破地震效应。爆破地震效应随不耦合系数的增大而降低，但是，当不耦合系数大于2时降振效应不明显。在破碎爆破中的应用：采用较小不偶合系数。作用于孔壁上的爆压分布均匀，降低介质过粉碎区，改善破碎效果，减少飞石。在控界爆破中的应用：采用较大的不偶合系数。不耦合装药的目的是降低作用于孔壁上的爆压，减少爆破对孔壁从而对岩体的损伤，提高半孔率和控界质量。第四十七页第四十八页，共100页。3.3控制爆破中的装药结构台阶爆破装药结构画图；为什么要讲装药结构？⑴密实装药结构；⑵分层或分段密实装药结构；⑶导爆索药串装药结构；⑷导爆索密实装药结构；⑸小药包空腔装药结构；⑹导爆索联结的分层装药结构；⑺导爆索空腔装药结构、导爆索水孔装药结构；⑻细药卷空腔装药结构、细药卷密实装药结构等第四十八页第四十九页，共100页。⑴密实装药结构第四十九页第五十页，共100页。⑵空腔装药结构图第五十页第五十一页，共100页。⑶分层装药结构图第五十一页第五十二页，共100页。⑷导爆索联接的装药结构图第五十二页第五十三页，共100页。⑸串珠装药结构图第五十三页第五十四页，共100页。⑹导爆索捆绑装药结构第五十四页第五十五页，共100页。⑺导爆索+空腔装药/水孔装药第五十五页第五十六页，共100页。⑻细药卷空腔装药结构第五十六页第五十七页，共100页。空腔装药第五十七页第五十八页，共100页。3.4分层装药

1)L≥1.6W

分层装药2)q＞10g3)L1≈0.9w~1.1w;200mm≤L2≤1.2w第五十八页第五十九页，共100页。3.4分层装药孔深分层数药量分配/%上层中层下层L≤1.5W11001.6W≤L≤2.5W240

602.6W≤L≤3.7W3303040L≥3.7W4

第五十九页第六十页，共100页。3.4分层装药注意事项

⑴保证堵孔长度为0.9至1.1Ｗ，以防出现飞石。⑵孔内分药包中心距ａ不小于200mm，不大于1.2Ｗ。⑶分层药包重ｑ不小于10g。⑷导爆索联接药包时，导爆索药量折算为20～25ｇ/m岩石炸药。(5)药包在孔内的分层数一般不大于4层。药量在孔内的分配原则是上少下多。若不满足上述条件可重新调整分层数和每层药量。第六十页第六十一页，共100页。第一节

微分原理与孔网参数1.1微分原理

将爆破介质所需要的总装药量，均匀分散地分布在被爆破介质中，形成多点分散的布药形式，并分次逐段起爆，使炸药能量释放的时间分开，防止能量过于集中，从而达到减少爆破危害、爆破效果好的目的。这一设计原理称为微分原理。

在城镇控制爆破中，由于被爆破体所处环境条件的不同，对被爆破体破碎块度的要求不同，从保证安全角度考虑，针对某一实际爆破对象，为达到预期的工程目的，要用微分原理的设计理念，合理地布置炮孔，正确的确定孔网参数。第六十一页第六十二页，共100页。1.2孔网参数的确定孔网参数（Boreholepattern）

：最小抵抗线W（Burdenofhole）、孔距a（Boreholespace）、排距b（Rowspan）、孔深L、炮孔直径d、装药段长度、堵塞段长度等控制爆破中孔网参数的确定要考虑被爆体材质情况、几何尺寸、清渣情况、环境情况等多种因素影响。

第六十二页第六十三页，共100页。1.2.1最小抵抗线W的确定

装药重心到自由面的距离为最小抵抗线W

。最小抵抗线的确定方法：根据结构物形状、尺寸的不同确定W根据结构物材质的不同确定W在拆除爆破中，常用钻孔直径为40mm第六十三页第六十四页，共100页。1.2.1最小抵抗线W的确定

结构物形状与尺寸的不同最小抵抗线也不同:块体垂孔板梁、柱弧形薄壁结构第六十四页第六十五页，共100页。块体垂孔第1排、第n排垂直炮孔的W起爆方式：从左向右逐排起爆。第六十五页第六十六页，共100页。板中斜孔的W第六十六页第六十七页，共100页。梁柱第六十七页第六十八页，共100页。梁?第六十八页第六十九页，共100页。弧形薄壁结构W按0.5B计算

第六十九页第七十页，共100页。根据材质的不同确定W对于Φ40炮孔：钢筋混凝土

0.3~0.5m混凝土体

0.4~0.6m浆砌块石

0.5~0.7m天然岩石

0.5~0.9m要综合考虑被爆体的形状、材质、几何尺寸、清渣、环境、孔径等多种因素确定w。第七十页第七十一页，共100页。1.2.2孔距a排距b的确定

孔距a：

a=mW

排距b

b=(0.6~1.0)a

b=(0.6～0.9)a

齐爆

b=(0.8～1.0)a

排间微差或逐排起爆

m-炮孔临近系数。不同材质和不同结构物的m值见表2-1（p18)。

第七十一页第七十二页，共100页。表2-1

炮孔临近系数经验值爆破介质炮孔临近系数m混凝土块体1.0~1.3钢筋混凝土块体0.7~1.0钢筋混凝土梁柱1.2~2.0浆砌砖墙1.2~3.6浆砌块石1.0~1.5岩石(硬岩取小值)0.8~1.5a=mW

第七十二页第七十三页，共100页。a、b取值原则a、b取值要合理。a、b取值过大破碎块度也大，不利于安全。a、b取值过小成本提高或沿孔间贯穿出现大块，或先响孔将后响孔内的炸药压死或带出。对于Φ40炮孔，a、b通常大于0.2m。第七十三页第七十四页，共100页。1.2.3孔径d与孔深L的确定孔径d选择炮孔直径时，要考虑安全要求，环境条件，工程规模等因素。在城镇爆破一般采用小孔径炮孔d，即孔径d=38~42mm。孔深L计算式:L=cHH为被拆除物一次爆除的厚度;c为边界条件系数,见下表。第七十四页第七十五页，共100页。

边界条件系数边

界

条

件系数c爆裂面底部有0.6~0.9爆裂面位于变截面上0.9~1.0爆裂面位于等截面上1.0爆裂面有伸缩缝、施工缝0.7~0.8第七十五页第七十六页，共100页。1.2.4孔位的确定

孔位：垂直孔、水平孔、倾斜孔垂直孔：钻孔容易，便于装药和孔口堵塞，若条件允许应优先采用。水平孔：装药、堵孔速度较慢，无法钻竖孔的梁、柱、墙爆破施工。倾斜孔，钻孔困难，主要用于特殊结构物的控制爆破施工。

第七十六页第七十七页，共100页。第四节失稳原理与临界炸毁高度4.1失稳原理4.2失稳原理应用4.3钢砼立柱临界炸毁高度的计算4.4钢砼立柱最小炸毁高度的计算4.5作业第七十七页第七十八页，共100页。4.1失稳原理分析被拆除物受力状态，爆除结构物的某些关键承重部位，使之失去承载力，结构物整体失去稳定性和刚性，在自重作用下坍塌或倾倒，称这一设计思路称为失稳原理。

失稳方法：不同爆高、不同时差、重心移出法第七十八页第七十九页，共100页。第七十九页第八十页，共100页。楼房爆破应用失稳原理第八十页第八十一页，共100页。南宁一待售房爆破后未倒塌成“楼歪歪”据新华社电2011.4.118时左右，广西南宁市一小区一栋6层新楼爆破后倾而未倒，呈40度角倾斜，随即该楼照片开始在网上流传，被称为广西“楼歪歪”。第八十一页第八十二页，共100页。重心未移出，结构物的刚度破坏不足第八十二页第八十三页，共100页。钢筋砼立柱临界炸毁高度第八十三页第八十四页，共100页。钢筋砼立柱临界炸毁高度第八十四页第八十五页，共100页。临界炸毁高度的计算材力中：知压杆的材料、形状、支承状况和长度，求临界荷载p。是压杆稳定问题。失稳中：知钢筋的材料、形状、支承情况和荷载大小，求钢筋失稳时的最小高度，简称为临界炸毁高度。第八十五页第八十六页，共100页。4.3钢筋砼立柱临界炸毁高度荷载P的粗算

在进行临界炸毁高度的计算时，需对立柱所承受的荷载进行粗算。一般算法是粗略计算立柱上部建筑物内砖砌体、砼、钢筋混凝土等建筑材料的体积，再乘以材料容重即可求出荷载P第八十六页第八十七页，共100页。名称容重kg/m3名称容重kg/m3水泥砂浆2200硅酸盐砖1700-1900石灰砂浆1700矿渣砖1400-1600混合砂浆1700水泥砖1600-2400素混凝土2400水泥花砖1980泡沫混凝土300-900土坯砖1400-1500钢筋混凝土2500碎砖1100耐火砖1900-2100水泥1200轻质空心砖600-1200水泥散装1450《2012公路造价师考试大纲》第八十七页第八十八页，共100页。要计算临界炸毁高度，首先确定所有立柱的受力状况，计算所选立柱竖向钢筋(主筋)上的垂直荷载，判别受力钢筋属于那种类型的压杆，采用相应公式进行计算。钢筋的拉压试验第八十八页第八十九页，共100页。σe－－比例极限σs－－屈服极限压杆的临界应力与细长比

之间的关系曲线

=k.h/d第八十九页第九十页，共100页。d主筋直径；n为立柱中主筋数量；A为主筋横截面积：A=πd2/4；J为主筋截面惯性矩，圆