爆轰气体压力下岩体的应力状态爆轰气体引起的σ1常为压应力课件.ppt

1、第四节第四节 岩石爆破基本原理岩石爆破基本原理4.1 4.1 爆破破碎原理爆破破碎原理 学习目的：学习目的：1 1、了解爆炸、了解爆炸荷载（能量）荷载（能量）作用下岩体的变形与破坏规作用下岩体的变形与破坏规律，分析爆破破碎的基本原理，指导律，分析爆破破碎的基本原理，指导爆破设计与施工爆破设计与施工。2 2、便于实现低能耗、高效率、安全可靠破碎岩体的目、便于实现低能耗、高效率、安全可靠破碎岩体的目的，并有效地控制爆破产生的各种危害。的，并有效地控制爆破产生的各种危害。岩石爆破理论是研究炸药爆炸与爆破对象（目标）岩石爆破理论是研究炸药爆炸与爆破对象（目标）相互作用规律的理论。相互作用规律的理论。岩

2、石爆破破碎机理研究的主要内容：岩石爆破破碎机理研究的主要内容：（1 1）炸药爆炸释放的能量是通过何种形式作用在岩石上；）炸药爆炸释放的能量是通过何种形式作用在岩石上；（2)2)岩石在这种能量作用下处于什么样的应力状态；岩石在这种能量作用下处于什么样的应力状态；（3 3）岩石在这种应力状态中怎么发生破坏、变形和运动的。）岩石在这种应力状态中怎么发生破坏、变形和运动的。（4 4）影响岩石破坏的因素。）影响岩石破坏的因素。（5 5）炸药装药量和爆破效果关系。）炸药装药量和爆破效果关系。岩石爆破破碎机理研究存在的主要困难：岩石爆破破碎机理研究存在的主要困难：（1）炸药爆炸荷载复杂性）炸药爆炸荷载复杂性

3、 高速、高温、高压、高能量密度荷载高速、高温、高压、高能量密度荷载（2）岩体本身的复杂性）岩体本身的复杂性 不均质性，各向异性，非连续，非线性不均质性，各向异性，非连续，非线性（3）爆破施工工艺多样性）爆破施工工艺多样性在总结生产实践经验的基础上，借助于高速摄影，模在总结生产实践经验的基础上，借助于高速摄影，模拟试验和数值分析对爆破过程中在岩石内发生的应力、应拟试验和数值分析对爆破过程中在岩石内发生的应力、应变、破裂、飞散等现象的观测，人们已经逐步掌握了岩石变、破裂、飞散等现象的观测，人们已经逐步掌握了岩石爆破破碎的基本规律，提出了一些爆破破坏理论或假说。爆破破碎的基本规律，提出了一些爆破破坏

4、理论或假说。炸药在岩石中爆破的破坏模式炸药在岩石中爆破的破坏模式 主要的五种破坏模式12径向裂隙作用径向裂隙作用 ；3卸载引起的岩石内部环状裂隙作用；卸载引起的岩石内部环状裂隙作用；5爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。4反射拉伸引起的反射拉伸引起的“片落片落”和引起径向裂隙的延伸；和引起径向裂隙的延伸；炮孔周围岩石的压碎作用；炮孔周围岩石的压碎作用；R0R2R1 即即爆轰气体爆轰气体膨胀推力膨胀推力作用理论（静作用理论）作用理论（静作用理论）气体膨胀推力气体膨胀推力岩石径岩石径向位移向位移地表地表距离不等距离不等相邻岩石质相邻岩石质点移动点移动速度速度不等不等位移

5、阻力不等位移阻力不等相邻岩石产生相邻岩石产生切向拉应力切向拉应力岩石破坏岩石破坏一、爆炸作用的基本原理一、爆炸作用的基本原理p爆轰气体破坏作用的观点爆轰气体破坏作用的观点rr(a)rrrr(b)rr(a)rrrr(b)径向压应力径向裂隙径向裂隙p冲击波引起应力波反射破坏理论冲击波引起应力波反射破坏理论 岩石的破坏主要是由岩石的破坏主要是由自由面上应力波反射转变成的自由面上应力波反射转变成的拉应力波造成的。拉应力波造成的。岩石破坏岩石破坏 当炸药在岩石中爆轰时，猛烈冲击周围的岩石，在岩石中当炸药在岩石中爆轰时，猛烈冲击周围的岩石，在岩石中引起强烈的爆炸应力波，它的强度大大超过了岩石的动抗压强度，

6、引起强烈的爆炸应力波，它的强度大大超过了岩石的动抗压强度，引起周围岩石的粉碎性破坏。引起周围岩石的粉碎性破坏。当爆炸应力波通过粉碎圈以后，它的强度己下降到不能直接当爆炸应力波通过粉碎圈以后，它的强度己下降到不能直接引起岩石的压缩破坏，但压缩应力波派生的切向拉应力，可在岩引起岩石的压缩破坏，但压缩应力波派生的切向拉应力，可在岩石中产生径向裂纹。石中产生径向裂纹。当压缩应力波达到自由面时，反射成为拉伸波，拉伸波仍当压缩应力波达到自由面时，反射成为拉伸波，拉伸波仍足以将岩石拉断，产生层裂（片落）。足以将岩石拉断，产生层裂（片落）。主要依据主要依据（1 1）冲击波波阵面的压）冲击波波阵面的压力比爆炸气

7、体产物的膨力比爆炸气体产物的膨胀压力大得多；胀压力大得多；（2 2）岩石的抗拉强）岩石的抗拉强度比抗压强度低得多，度比抗压强度低得多，在自由面处确实常常在自由面处确实常常发现片裂、剥落现象。发现片裂、剥落现象。（3 3）根据应力波理）根据应力波理论：压缩应力波在自论：压缩应力波在自由面处反射成为拉伸由面处反射成为拉伸应力波。应力波。p 爆炸气体膨胀压力和应力波共同作用爆炸气体膨胀压力和应力波共同作用爆破时岩石的破坏是爆破时岩石的破坏是爆炸气体和应力波共同作用的结爆炸气体和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果，它们各自在岩石破坏过程的不同阶段起重要作用。炸药爆炸后在

8、岩石中产生爆炸冲击波，使炮孔周围炸药爆炸后在岩石中产生爆炸冲击波，使炮孔周围附近的岩石被附近的岩石被“粉碎粉碎”；由于消耗大量的能量，冲击波；由于消耗大量的能量，冲击波衰减为应力波，在粉碎区之外造成衰减为应力波，在粉碎区之外造成径向裂隙径向裂隙，反射应力，反射应力波使这些裂纹进一步扩展；波使这些裂纹进一步扩展；爆炸气体产物膨胀，产生爆炸气体产物膨胀，产生“气楔作用气楔作用”使开始发生使开始发生的裂隙扩大、贯通形成岩块，当爆生气体的压力足够大的裂隙扩大、贯通形成岩块，当爆生气体的压力足够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动，使岩石时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动，使岩石脱离母岩产生

9、抛掷，直到能量消耗完。脱离母岩产生抛掷，直到能量消耗完。说明说明1:1:对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆生气体的对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆生气体的作作用程度用程度是不同的。是不同的。(1)(1)在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合系数较小的条件下，系数较小的条件下，应力波应力波的破坏作用是主要的；的破坏作用是主要的；(2)(2)在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条件下，条件下，爆生气体的破坏作用爆生气体的破坏作用是主要的。是主要的。说明说明2 2：当仅考虑当仅考虑岩石性质岩石

10、性质时，则有：时，则有：高阻抗岩石高阻抗岩石(c c=1525MPa/s)=1525MPa/s)：岩石破坏以：岩石破坏以应力波应力波为主。为主。中阻抗岩石中阻抗岩石(c c=515MPa/s)=515MPa/s)：岩石破坏为：岩石破坏为应力波应力波和和爆生气体压力爆生气体压力共同作用的结果。共同作用的结果。低阻抗岩石低阻抗岩石(c c 5MPa/s)5MPa/s)：岩石破坏以：岩石破坏以爆生气体爆生气体为为主。主。二、爆破作用过程二、爆破作用过程1.1.应力波的动态作用过程应力波的动态作用过程 特点：特点：波峰应力值高，传播速度快，波峰应力值高，传播速度快，作用时间短。作用时间短。2.2.爆轰

11、气体的似静压作用过程爆轰气体的似静压作用过程 特点：特点：压力较低，作用时间较长压力较低，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 3.3.爆破时岩体内的应力状态（集中药包）爆破时岩体内的应力状态（集中药包）(1)(1)应力波在岩体中的传播规律应力波在岩体中的传播规律(3(37)r7)r：冲击波作用区冲击波作用区;特点：特点：冲击波冲击波强度极大，波峰应力值高，岩石产生塑强度极大，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。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。应力衰减与距离三次方成正比

12、。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(8(8150)r150)r：应力波作用区应力波作用区;特点：特点：冲击波冲击波压应力波压应力波，波阵面上的状态参数变化，波阵面上的状态参数变化比较平缓比较平缓；波速等于岩石中的声速。波速等于岩石中的声速。由于压应力波的作用，岩石处于由于压应力波的作用，岩石处于非弹性状态非弹性状态，可导致，可导致岩石的破坏或残余变形。岩石的破坏或残余变形。应力衰减与距离二次方成正比。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 150r150r：弹性振动

13、区弹性振动区;特点：应力波特点：应力波地震波地震波。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；产生破坏；应力衰减与距离呈线性关系。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(2)(2)应力波在岩体中引起的应力状态应力波在岩体中引起的应力状态 某点应力状态：直达纵波、直达横波，纵波反射生成某点应力状态：直达纵波、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反射横波等的动应力叠加而成动应力

14、叠加而成。波到达A点的应力分析 自由面附近岩体中各点的主应力自由面附近岩体中各点的主应力1 1和和2 2的方向如下的方向如下左图所示。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，所以爆破裂隙受裂隙，所以爆破裂隙受2 2的控制，是围绕最小抵抗线的控制，是围绕最小抵抗线为对称轴分布的喇叭形，如下右图所示。为对称轴分布的喇叭形，如下右图所示。(3)(3)爆轰气体压力下岩体的应力状态爆轰气体压力下岩体的应力状态 爆轰气体引起的爆轰气体引起的1 1常为压应力，而常为压应力，而2 2不常为拉应力不常为拉应力，随着至最小抵抗线的距离超过某一极限

15、值后，随着至最小抵抗线的距离超过某一极限值后，变为变为压应力压应力。4.2 4.2 单个药包及成组药包的爆破作用单个药包及成组药包的爆破作用一、单个药包爆破的内部作用一、单个药包爆破的内部作用(无限均匀岩石介质中的无限均匀岩石介质中的爆破作用爆破作用)1.1.定义定义 药包爆炸后，只在岩石药包爆炸后，只在岩石内部内部产生破坏和变形，而产生破坏和变形，而地表地表(自由面自由面)不出现明显破坏，这种作用称为爆破的内部不出现明显破坏，这种作用称为爆破的内部作用。作用。概念要点：概念要点：岩石内部有破坏，地表未破坏。岩石内部有破坏，地表未破坏。基本假定基本假定：药包是球形的；药包是球形的；药包放在无限

16、介质中；药包放在无限介质中；介质是均匀的各向同性介质是均匀的各向同性。2.2.岩石的破坏特征岩石的破坏特征 药室被扩大，形成一个药室被扩大，形成一个空腔空腔；产生了产生了径向径向、环向裂隙环向裂隙,以及以及剪切裂隙剪切裂隙；距药包较远处，距药包较远处，岩石完好无损岩石完好无损。R0R2R1爆爆破破的的内内部部作作用用径向裂隙径向裂隙环向裂隙环向裂隙空腔空腔岩石完好无损岩石完好无损3.3.岩石破坏的原因岩石破坏的原因 药室扩大为药室扩大为空腔空腔的原因的原因岩石被压缩，形成一个空腔。岩石被压缩，形成一个空腔。冲击强度大于岩石动抗压强度冲击强度大于岩石动抗压强度药室岩壁受到强烈冲击药室岩壁受到强烈

17、冲击爆轰波爆轰波(冲击波冲击波)+)+高温高压高温高压爆生气体爆生气体炸药爆炸炸药爆炸 原因：原因：爆轰波（冲击波）和高压爆轰气体对药室岩壁爆轰波（冲击波）和高压爆轰气体对药室岩壁产生了强烈冲击（压缩）。产生了强烈冲击（压缩）。产生产生径向裂隙径向裂隙的原因的原因药室岩壁受到强烈冲击药室岩壁受到强烈冲击爆轰波爆轰波(冲击波冲击波)+)+高压爆轰气体高压爆轰气体炸药爆炸炸药爆炸空腔空腔在岩石中形成在岩石中形成压应力波压应力波(径向压应力径向压应力)切向拉应力切向拉应力岩石开裂岩石开裂径向裂隙径向裂隙 原因原因:径向压应力径向压应力(压缩压缩)引起切向拉应力引起切向拉应力(拉伸拉伸)。下下岩石受到

18、岩石受到径向压缩径向压缩 产生产生径向位移径向位移产生产生环向裂隙环向裂隙的原因的原因径向压应力径向压应力岩石受到径向压缩岩石受到径向压缩岩石储存部分岩石储存部分弹性变形能弹性变形能解除压应力解除压应力弹性变形能释放弹性变形能释放,引起岩石引起岩石质点向心运质点向心运动动产生产生径向位移径向位移(外外内内，拉应变，拉应变)径向拉应力径向拉应力原因原因:弹性变形能释放弹性变形能释放(卸载波卸载波)产生了径向拉应力。产生了径向拉应力。径向裂隙径向裂隙岩石开裂岩石开裂环向裂隙环向裂隙下下rrrr产生产生剪切裂隙剪切裂隙的原因的原因 在径向裂隙和环向裂隙形成的同时在径向裂隙和环向裂隙形成的同时,岩石还

19、岩石还 受到受到径向应力径向应力和和切向应力切向应力的的的的共同作用共同作用,进进 而产生而产生剪切裂隙剪切裂隙。如图所示。如图所示。4.4.岩石的分区岩石的分区 根据岩石的破坏特征，由内向外，可将岩石大致根据岩石的破坏特征，由内向外，可将岩石大致分为三个区：分为三个区：压缩区压缩区 形成的空腔称为形成的空腔称为压缩区压缩区。下下R 0R 2R 1压缩区压缩区炸药包炸药包返回返回R1=(27)R0c.c.压缩区范围很小压缩区范围很小,其半径其半径 由于压缩区处于坚固岩石的约束条件下，而在由于压缩区处于坚固岩石的约束条件下，而在三轴压缩情况下岩石的动抗压强度增大，且大多数三轴压缩情况下岩石的动抗

20、压强度增大，且大多数岩石的可压缩性很差，所以压缩范围很小。岩石的可压缩性很差，所以压缩范围很小。说明说明：a.a.压缩区又称为粉碎区；压缩区又称为粉碎区；b.b.压缩区消耗了大部分爆炸能量。压缩区消耗了大部分爆炸能量。破裂区破裂区 产生径向、环向裂隙的岩石范围产生径向、环向裂隙的岩石范围,称为称为破裂区破裂区。：由于压缩或粉碎岩石消耗了大量能量，岩石中的冲击波衰减成压应力波。：由于压缩或粉碎岩石消耗了大量能量，岩石中的冲击波衰减成压应力波。在应力波的作用下，岩石在径向产生压应力和压缩变形，而切向方向将产生拉应在应力波的作用下，岩石在径向产生压应力和压缩变形，而切向方向将产生拉应力和拉伸变形。由

21、于岩石的抗拉强度仅为其抗压强度的十分之一到五十分之一，力和拉伸变形。由于岩石的抗拉强度仅为其抗压强度的十分之一到五十分之一，当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成与粉碎区贯通的径当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成与粉碎区贯通的径向裂隙。向裂隙。环向裂隙：环向裂隙：压缩应力波通过压缩区外层岩石时，岩石受到强烈的压缩而储蓄了一部压缩应力波通过压缩区外层岩石时，岩石受到强烈的压缩而储蓄了一部分弹性变形能；随着径向裂隙的形成，作用在岩石上的压力迅速下降，药室周围分弹性变形能；随着径向裂隙的形成，作用在岩石上的压力迅速下降，药室周围的岩石随即释放出压缩过程中积蓄的弹性

22、变形能，形成与压应力波作用方向相反的岩石随即释放出压缩过程中积蓄的弹性变形能，形成与压应力波作用方向相反的拉应力，使岩石质点产生反方向的径向运动。当径向拉应力大于岩石的抗拉强的拉应力，使岩石质点产生反方向的径向运动。当径向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成环向裂隙。度时，该处岩石被拉断，形成环向裂隙。下下径向裂隙径向裂隙R 0R 2R 1环向裂隙环向裂隙径向裂隙径向裂隙返回返回炸药包炸药包压缩区压缩区破坏区破坏区 震动区震动区：破裂区以外的岩石范围，称为震动区。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。特点：岩石不会发生破

23、坏，但会发生弹性变形。爆炸应力波衰减为地震波。岩石完好无损岩石完好无损 在学习爆破的在学习爆破的内部作用内部作用时，应时，应注意注意以下几点以下几点：拉力破岩。拉力破岩。爆破过程中，当裂隙与空腔贯通后，爆破过程中，当裂隙与空腔贯通后，爆生气体爆生气体会迅会迅速膨胀，产生速膨胀，产生“气楔作用气楔作用”，使原有裂隙继续向前扩，使原有裂隙继续向前扩展和进一步张开。展和进一步张开。出现出现(贯穿贯穿)裂隙、形成爆坑、出现飞石。裂隙、形成爆坑、出现飞石。HhRWr(1)(1)最小抵抗线最小抵抗线W W (2)(2)爆破漏斗底圆半径爆破漏斗底圆半径r r (3)(3)爆破作用半径爆破作用半径R R 二、

24、单个药包爆破的外部作用二、单个药包爆破的外部作用1.1.爆破作用指数爆破作用指数n n 爆破漏斗底圆半径爆破漏斗底圆半径 r r 与最小抵抗线与最小抵抗线 W W 的比值，即的比值，即Wrn 爆破作用指数值的变化，直接影响到爆破作用指数值的变化，直接影响到爆破漏斗的形状爆破漏斗的形状、岩石、岩石的的破碎程度和抛掷效果破碎程度和抛掷效果。常用它对爆破进行分类。常用它对爆破进行分类。2.2.标准抛掷爆破漏斗标准抛掷爆破漏斗n=1r=W=90=90(a)4545rW 标准抛掷爆破后，药室至自由面间的岩石不但充分破碎，而且有较标准抛掷爆破后，药室至自由面间的岩石不但充分破碎，而且有较多的岩块被抛出坑外

25、。多的岩块被抛出坑外。在确定不同种类岩石的单位炸药消耗量时，或者比较不同炸药的爆在确定不同种类岩石的单位炸药消耗量时，或者比较不同炸药的爆炸性能时，往往用标准爆破漏斗体积作为判别的依据。炸性能时，往往用标准爆破漏斗体积作为判别的依据。3.3.加强抛掷爆破漏斗加强抛掷爆破漏斗 加强抛掷爆破后，药室至自由面间的岩石不但全部破碎，加强抛掷爆破后，药室至自由面间的岩石不但全部破碎，而且大部分的岩块被抛出一定距离。而且大部分的岩块被抛出一定距离。n1 1 rW9090n n3 3时，爆炸时，爆炸能量能量消耗在消耗在抛掷抛掷上，增加药量，破坏范围增大上，增加药量，破坏范围增大不明显，故已无实际意义了。不明

26、显，故已无实际意义了。加强抛掷爆破漏斗的加强抛掷爆破漏斗的n n取值取值:1:1n n3 3，露天抛掷大爆破露天抛掷大爆破或或定向定向抛掷爆破抛掷爆破常用此形式，一般取常用此形式，一般取n n=1.2=1.22.52.5rW4.4.松动爆破漏斗松动爆破漏斗松动爆破可细分为加强松动爆破（松动爆破可细分为加强松动爆破（0.75n0.75n1 1）、标准松动爆破（）、标准松动爆破（n=0.75n=0.75）和减弱松动爆破（和减弱松动爆破（0n0.750n0.75）n=0.75时，时，为标准松动爆破。爆破后岩石为标准松动爆破。爆破后岩石被被破坏破坏、松动松动，有明显的有明显的膨胀移膨胀移动而形成鼓包动

27、而形成鼓包，岩石岩石不抛出不抛出坑外，不形成可见的爆破漏斗。坑外，不形成可见的爆破漏斗。n 0.75时，时，出现出现不连续破坏不连续破坏，不形成爆破漏斗，不形成爆破漏斗 0.30.3 n n 0.750.75r rW W 9090Wr0.75 n1，药室至自由面间的岩石全部破碎，还把一小部分破碎岩块药室至自由面间的岩石全部破碎，还把一小部分破碎岩块抛掷出去。抛掷出去。井巷掘进爆破井巷掘进爆破常用这种形式。常用这种形式。三、成组药包的爆破作用原理三、成组药包的爆破作用原理 （成组药包（成组药包爆破时岩石破坏的特征）爆破时岩石破坏的特征）1.1.单排药包齐发爆破原理单排药包齐发爆破原理 （单排成组

28、药包齐发爆破时岩石破坏特征）（单排成组药包齐发爆破时岩石破坏特征）a.a.相邻炮孔连心线上相邻炮孔连心线上应力加强应力加强，产生裂缝产生裂缝（隙）（隙）;b.b.连心线中点两侧出现连心线中点两侧出现应力降低区应力降低区，易，易出现大块出现大块。(1)(1)相邻炮孔连心线产生裂缝相邻炮孔连心线产生裂缝(隙隙)的原因（的原因（机理机理）即即相邻炮孔爆破成缝机理相邻炮孔爆破成缝机理。应力波理论：应力波理论：形成裂缝是应力波叠加的结果形成裂缝是应力波叠加的结果。爆炸应力波相遇爆炸应力波相遇 应力应力叠加叠加 压压引起的引起的拉拉得到加强得到加强,合成为合成为合合 炮孔相距较近，炮孔相距较近，合合岩石动

29、抗拉强度岩石动抗拉强度 产生裂隙产生裂隙(缝缝),),两炮孔联通。两炮孔联通。该理论认为：最大拉应力该理论认为：最大拉应力出现在连心线中点，故出现在连心线中点，故裂裂隙首先出现在连心线中点隙首先出现在连心线中点，再向孔壁发展。再向孔壁发展。应力波与爆生气体综合作用理论认为：应力波与爆生气体综合作用理论认为：a.a.应力波作用时间极短暂，但爆生气体在炮孔中能维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持较长时间的高压状态(产生产生准静态压力准静态压力)。b.b.准静态压力准静态压力炮孔连心线各点上炮孔连心线各点上产生切向拉应力。产生切向拉应力。该理论论认为：炮孔连心线与孔壁

30、的交点处该理论论认为：炮孔连心线与孔壁的交点处切向拉应切向拉应力最大力最大，故，故裂隙裂隙(缝缝)首先出现在炮孔壁首先出现在炮孔壁,再向连线中点再向连线中点发展，最后贯通发展，最后贯通。生产实践证明：拉伸裂隙是从炮孔向外发展的。生产实践证明：拉伸裂隙是从炮孔向外发展的。(2)(2)连心线中点两侧出现应力降低区。连心线中点两侧出现应力降低区。降低区降低区:应力波作用线正交处；应力波作用线正交处；产生原因分析如下：产生原因分析如下：原因原因:相邻药包爆炸引起的相邻药包爆炸引起的压应力压应力和和拉应力拉应力相互相互抵消抵消。应力降低区对爆破效果的影响：应力降低区对爆破效果的影响：易产生大块。易产生大

31、块。消除应力降低区影响的措施：消除应力降低区影响的措施：大孔距小抵抗线技术。大孔距小抵抗线技术。即即 适当增大炮孔间距。适当增大炮孔间距。减小抵抗线。减小抵抗线。原因：使原因：使应力降低区落在岩石之外的空气中应力降低区落在岩石之外的空气中，在岩石，在岩石中避免出现应力相互抵消作用，中避免出现应力相互抵消作用，减少大块的产生减少大块的产生，从，从而而改善爆破效果改善爆破效果。2.2.多排药包齐发爆破原理多排药包齐发爆破原理(1)(1)爆炸应力波相互叠加爆炸应力波相互叠加,造成应力极高的状态；造成应力极高的状态；(2)(2)第第1 1排炮孔有排炮孔有2 2个自由面，爆破条件好；后排炮孔仅个自由面，

32、爆破条件好；后排炮孔仅1 1个自由面，受到较大夹制作用，影响爆破效果。个自由面，受到较大夹制作用，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，一般被际很少应用，一般被微差爆破微差爆破所代替。所代替。1.1.体积公式计算原理体积公式计算原理 在一定的炸药和岩石条件下，装药量与爆破岩石在一定的炸药和岩石条件下，装药量与爆破岩石(漏斗漏斗)的的体积成正比。体积成正比。2.2.抛掷爆破装药量计算的通用公式抛掷爆破装药量计算的通用公式(球状药包球状药包)3336.04.0kWnkWnfQ抛3.3.松动爆破松动爆破(球状药包球状药包

33、)332131kWWkQ松松炸药单耗炸药单耗 k k 的确定方法的确定方法查表法：查表、参考定额或有关资料的数据；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；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爆破漏斗试验法：通过标准抛掷爆破漏斗试验求算;试爆法。试爆法。Q=kV四、装药量计算方法四、装药量计算方法查表和定额；查表和定额；各种岩石单位炸药消耗量各种岩石单位炸药消耗量(硝铵类炸药硝铵类炸药)1.1.堵塞的影响堵塞的影响 堵塞的作用：堵塞的作用：(1)(1)改善爆轰条件，保证炸药充分反应，防止不完全爆轰改善爆轰条件，保证炸药充分反应，防止不完

34、全爆轰,使炸药爆炸释放出最使炸药爆炸释放出最大能量和减少有毒气体量大能量和减少有毒气体量;(2)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提高爆炸能量的利用率;(3)(3)防止因灼热固体颗粒防止因灼热固体颗粒(如雷管壳碎片等如雷管壳碎片等)从炮孔中飞出而引起瓦斯爆炸。从炮孔中飞出而引起瓦斯爆炸。(4)(4)水炮泥能消焰、降温、灭尘和减少有毒气体。水炮泥能消焰、降温、灭尘和减少有毒气体。五、影响爆破效果的几个因素五、影响爆破效果的几个因素2.2.装药结构对爆破效果的影响装药结构对爆破效

35、果的影响(1)(1)装药结构分类装药结构分类 从从轴向轴向分：连续装药、间隔装药分：连续装药、间隔装药(分段装药分段装药)从从径向径向分：耦合装药、不耦合装药分：耦合装药、不耦合装药1 1炸药；炸药；2 2炮眼壁；炮眼壁；3 3药卷药卷(a)(a)耦合装药；耦合装药；(b)(b)、(c)(c)不耦合装药不耦合装药 (2)(2)耦合装药对爆破效果的影响耦合装药对爆破效果的影响耦合装药时，爆炸能的耦合装药时，爆炸能的传递效率传递效率与波阻抗有关：波阻与波阻抗有关：波阻抗相匹配，则抗相匹配，则传递效率高传递效率高。孔壁产生较大的峰值压力孔壁产生较大的峰值压力,在岩石中引起较大应变值在岩石中引起较大应

36、变值.冲击压力过高，在岩体中激起冲击波，产生压碎圈冲击压力过高，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。影响压碎圈以外岩石的破碎效果。(3)(3)不耦合装药不耦合装药对爆破效果的影响对爆破效果的影响爆炸能作用过程爆炸能作用过程冲击波冲击波 间隙空气间隙空气 炮孔壁炮孔壁 药包和孔壁之间存在空气间隙，药包爆轰的药包和孔壁之间存在空气间隙，药包爆轰的冲击波效冲击波效应就要削弱很多应就要削弱很多，这一规律被利用在控制爆破上。，这一规律被利用在控制爆破上。不耦合系数不耦合系数KdK Kd

37、d =孔径孔径药径药径炮孔压力与不耦合系数炮孔压力与不耦合系数Kd的关系的关系 如下图所示。如下图所示。实验表实验表明明 药包爆炸直接作用在孔壁上的动压力随着不耦合系数的增加而降低PP1P2t1t2t211-1-偶合装药；偶合装药；2-2-不偶合装药不偶合装药装药结构的改变会引起装药结构的改变会引起炸药爆炸性能的改变，从而炸药爆炸性能的改变，从而影响爆炸能量有效利用率。影响爆炸能量有效利用率。空气间隙可以起缓冲作空气间隙可以起缓冲作用，使爆炸压力较平缓的作用，使爆炸压力较平缓的作用在孔壁上，避免过渡破坏用在孔壁上，避免过渡破坏区的形成，使更多的能量用区的形成，使更多的能量用于岩石的破裂，从而提

38、高能于岩石的破裂，从而提高能量利用率。量利用率。由以上分析得出：由以上分析得出：可以通过采用可以通过采用不耦合装药不耦合装药来控制炸药爆炸能量及其作用过程，来控制炸药爆炸能量及其作用过程，降低降低爆炸冲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区，减弱对原岩击波的峰值压力（或动压应力），避免在炮孔周围产生压碎区，减弱对原岩体的破坏作用。体的破坏作用。合理的不耦合系数应使作用在炮孔壁上的合理的不耦合系数应使作用在炮孔壁上的压应力压应力小于小于孔壁岩石的孔壁岩石的抗压强度抗压强度，而在炮孔连心线上产生的而在炮孔连心线上产生的切向拉应力切向拉应力大于大于岩石的岩石的抗拉强度。抗拉强度

39、。3.3.起爆位置的影响起爆位置的影响(1)(1)正向起爆正向起爆 即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。(2)(2)反向起爆反向起爆 即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。反向起反向起爆爆应力波的应力波的动压和爆动压和爆轰气体静轰气体静压作用时压作用时间长。爆间长。爆炸应力波炸应力波叠加效果叠加效果好好堵塞效果堵塞效果好。直到好。直到爆轰结束爆轰结束时，堵塞时，堵塞物才受到物才受到爆炸气体爆炸气体作用而开作用而

40、开始运动。始运动。底部炸药底部炸药的爆速爆的爆速爆轰压力最轰压力最大，有利大，有利于克服岩于克服岩石的夹制石的夹制作用。作用。正向正向起爆起爆应力波的动应力波的动压和爆轰气压和爆轰气体静压作用体静压作用时间长。爆时间长。爆炸应力波叠炸应力波叠加效果差加效果差堵塞效果差。堵塞效果差。药包起爆后，药包起爆后，堵塞物立即堵塞物立即受到爆炸气受到爆炸气体压缩作用体压缩作用而开始运动而开始运动孔口自由面孔口自由面反射拉伸波反射拉伸波有可能造成有可能造成孔口部分岩孔口部分岩石破裂，使石破裂，使爆炸气体较爆炸气体较早逸散早逸散 自由面的作用规纳起来有三点：自由面的作用规纳起来有三点：反射应力波。当爆炸应力波

41、遇到自由面时发生反射，压缩反射应力波。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，引起岩石的片落和径向裂隙的延伸。应力波变为拉伸波，引起岩石的片落和径向裂隙的延伸。改变岩石的应力状态及强度极限。在无限介质中，岩石处改变岩石的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几，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几

42、十倍。十倍。自由面是最小抵抗线方向，应力波抵达自由面后，在自由自由面是最小抵抗线方向，应力波抵达自由面后，在自由面附近的介质因阻力减少而加速，随后而到的爆炸气体，进一面附近的介质因阻力减少而加速，随后而到的爆炸气体，进一步向自由方向运动，形成鼓包，最后破碎、抛掷。步向自由方向运动，形成鼓包，最后破碎、抛掷。4.4.自由面对爆破效果的影响自由面对爆破效果的影响(1)(1)自由面越大越多，越有利于爆破的破坏作用。自由面越大越多，越有利于爆破的破坏作用。自由面多自由面多 爆破受到的爆破受到的夹制性小夹制性小 易爆破易爆破 炸药单炸药单耗低。耗低。(2)(2)自由面的自由面的位置位置对爆破作用有较大影

43、响对爆破作用有较大影响 相同装药条件下相同装药条件下,炮孔中的炮孔中的装药装药在自由面的在自由面的投影面积越投影面积越大大,越有利于应力波的反射越有利于应力波的反射,就就越有利于岩石的破坏越有利于岩石的破坏。5.5.最小抵抗线对爆破效果的影响最小抵抗线对爆破效果的影响 从装药中心至自由面的最短距离。从装药中心至自由面的最短距离。最小抵抗线原理：最小抵抗线原理：由于最小抵抗线方向距离最小，爆破时岩石在由于最小抵抗线方向距离最小，爆破时岩石在这个方向的阻力最小。所以，岩石破碎和抛掷的主导方向是最小抵这个方向的阻力最小。所以，岩石破碎和抛掷的主导方向是最小抵抗线方向。抗线方向。在爆破工程中，可以人为

44、地创造自由面，以控制爆破作用。在爆破工程中，可以人为地创造自由面，以控制爆破作用。最小抵抗线示意图最小抵抗线示意图最小抵抗线原理实际应用：最小抵抗线原理实际应用：（1 1）最小抵抗线方向是岩石破碎和抛掷的主导方向，施工中需要）最小抵抗线方向是岩石破碎和抛掷的主导方向，施工中需要岩石向哪里抛掷，设计就应当让岩石向哪里抛掷，设计就应当让W W指向哪，这就实现了定向爆破的指向哪，这就实现了定向爆破的基本原理。基本原理。（2 2）最小抵抗线的方向是最宜产生飞石的方向，爆破时应避免）最小抵抗线的方向是最宜产生飞石的方向，爆破时应避免W W正正对着需要保护的目标。对着需要保护的目标。（3 3）在有多个自由

45、面的情况下，装药中心若至各自由面的距离相）在有多个自由面的情况下，装药中心若至各自由面的距离相等或基本相等时，则各方向均为最小抵抗线。自由面越多，爆破效等或基本相等时，则各方向均为最小抵抗线。自由面越多，爆破效果越好，也越省炸药。果越好，也越省炸药。（4 4）最小抵抗线的反方向是爆破地震最严重的方向，爆破时，近）最小抵抗线的反方向是爆破地震最严重的方向，爆破时，近处有怕震的建筑及设施时，应注意正确选择处有怕震的建筑及设施时，应注意正确选择W W方向。方向。（5 5）当主药包的最小抵抗线方向不能满足施工要求时，可以敷设）当主药包的最小抵抗线方向不能满足施工要求时，可以敷设辅助药包，并先行起爆，利

46、用辅助药包的爆破改变主药包的最小抵辅助药包，并先行起爆，利用辅助药包的爆破改变主药包的最小抵抗线，使之符合设计要求。抗线，使之符合设计要求。（6 6）控制爆破、城市拆除爆破时，通过缩小抵抗线来减少药量，）控制爆破、城市拆除爆破时，通过缩小抵抗线来减少药量，从而减少爆破震动和爆破飞石。从而减少爆破震动和爆破飞石。（7 7）单个药包的炸药量与）单个药包的炸药量与W W3 3成正比，成正比，W W稍微增加一点，药量就迅速稍微增加一点，药量就迅速增加。增加。6 6、炸药性能的影响、炸药性能的影响1 1）炸药的密度、爆热、爆容和爆速）炸药的密度、爆热、爆容和爆速 密度：反映单位体积炸药的密度：反映单位体

47、积炸药的能量密度能量密度。爆热及爆容：一定程度上反映了炸药爆热及爆容：一定程度上反映了炸药爆力爆力。爆速：一定程度上反映了炸药爆速：一定程度上反映了炸药猛度猛度。2 2）爆轰压力）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，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。尤其是对于坚韧密实岩石更是如此。(1)(1)爆轰压力越高，爆轰压力越高，激起的冲击波压力值也越高，激起的冲击波压力值也越高，以应以应力波形式传播的爆轰能量就越多力波形式传播的爆轰能量就越多，在岩石中可造成较，在岩石中可造成较高的应力和应变，有利于改善破碎效果。高的应力和应变，有利于

48、改善破碎效果。(2)(2)爆轰压力越高，爆破效果并不是越好。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，且坏效果较差，且其传播时间越短，常在岩石破碎未完其传播时间越短，常在岩石破碎未完成之前即告结束。成之前即告结束。(3)(3)爆轰压力以能满足应力波强度使岩石破裂即可爆轰压力以能满足应力波强度使岩石破裂即可。3 3）爆炸压力（爆压或炮孔压力）爆炸压力（爆压或炮孔压力）(1)(1)爆压是指爆轰气体的胀膨压力爆压是指爆轰气

49、体的胀膨压力，它对岩石具有胀膨，它对岩石具有胀膨致裂、推移和抛掷的作用。致裂、推移和抛掷的作用。(2)(2)爆压越高，说明爆轰气体产物中含有的能量越大爆压越高，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。对岩石的胀膨致裂、推移和抛掷的作用越强。(3)(3)爆炸压力比爆轰压力的作用时间长。爆炸压力比爆轰压力的作用时间长。(4)(4)对于较软的岩石，爆炸压力对改善爆破效果显得非对于较软的岩石，爆炸压力对改善爆破效果显得非常重要常重要。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

50、与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。延伸，这样能量的分配更加合理。7 7、炸药波阻抗与岩石波阻抗匹配的影响、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它是影响爆炸能向岩石传递效率传递效率的因素之一。的因素之一。(1)(1)波阻抗：介质中声速同该介质的密度的乘积。波阻抗：介质中声速同该介质的密度的乘积。(2)(2)实验表明：炸药的波阻抗值越接近岩石的波阻抗值，实验表明：炸药的波阻抗值越接近岩石的波阻抗值，则爆炸能量的则爆炸能量的传递效率传递效率越高，因而在岩石中引起的越高，因而在岩石中引起的应应变值越大变值越大。(3)(3)对于对于坚硬致密的