爆破破巖機(jī)理

1、爆破破巖機(jī)理爆破破巖機(jī)理第1頁(yè)4.1 巖石爆破理論發(fā)展階段 從古代至今，采取炸藥爆炸來(lái)破碎巖體依然是一個(gè)最有效方法。炸藥爆炸作用下，巖體是怎樣破碎呢？ 早在1613年德國(guó)人馬林（Marlin）、韋格爾（Weigel）在弗雷帕格（Freisberg）礦山首先用炸藥開(kāi)掘坑道，開(kāi)創(chuàng)了爆破采礦歷史。 巖石爆破機(jī)理早期發(fā)展階段主要為 L.W.利文斯頓爆破理論、流體動(dòng)力學(xué)理論以及炸藥量與巖石破碎體積成百分比理論。 我國(guó)外學(xué)者們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久探索，包含高速攝影技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，提出了巖石爆破機(jī)理種種假說(shuō)。爆破破巖機(jī)理第2頁(yè) 直到20世紀(jì)60年代日野熊雄沖擊波拉伸破壞理論出現(xiàn)，標(biāo)志著早期爆破理論發(fā)

2、展階段結(jié)束，爆破機(jī)剪發(fā)展第二階段開(kāi)始。 巖石爆破理論發(fā)展第二階段主要提出了巖石爆破機(jī)理三種假說(shuō)： 巖石爆破破壞機(jī)理三種假說(shuō): 1）爆生氣體膨脹推力作用假說(shuō)； 2）爆炸應(yīng)力波反射拉伸作用假說(shuō)； 3）爆生氣體和爆炸應(yīng)力波綜合作用假說(shuō)。 裝藥爆破作用： 內(nèi)部作用：巖石在炸藥作用下發(fā)生破壞物理過(guò)程 外部作用：爆破漏斗4.1 巖石爆破理論發(fā)展階段爆破破巖機(jī)理第3頁(yè)一、巖石爆破破壞機(jī)理三種假說(shuō) 因?yàn)閹r石是一個(gè)非均質(zhì)、各向異性介質(zhì)，爆炸本身又是一個(gè)高溫高壓高速改變過(guò)程，炸藥對(duì)巖石破壞整個(gè)過(guò)程在幾十微秒到幾十毫秒內(nèi)就完成了，所以研究巖石爆破作用機(jī)理是一項(xiàng)非常復(fù)雜和困難工作。盡管如此，理論研究方面仍取得重大結(jié)果

3、，歸結(jié)起來(lái)巖石爆破破壞機(jī)理有三種假說(shuō) 1）爆生氣體膨脹推力作用假說(shuō)； 2）爆炸應(yīng)力波反射拉伸作用假說(shuō)； 3）爆生氣體和爆炸應(yīng)力波綜合作用假說(shuō)。爆破破巖機(jī)理第4頁(yè)爆生氣體膨脹推力作用假說(shuō) 這種學(xué)說(shuō)從靜力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為巖石破碎主要是因?yàn)楸Z氣體膨脹壓力引發(fā)。這種學(xué)說(shuō)忽略了巖體中沖擊波和應(yīng)力波破壞作用，其基礎(chǔ)觀點(diǎn)以下： 藥包爆炸，產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，這些爆炸氣體迅速膨脹并以極高壓力作用于藥包周?chē)鷰r壁上，形成壓應(yīng)力場(chǎng)。當(dāng)巖石抗拉強(qiáng)度低于壓應(yīng)力在切向衍生拉應(yīng)力時(shí)，將產(chǎn)生徑向裂隙。作用于巖壁上壓力引發(fā)巖石質(zhì)點(diǎn)徑向位移，因?yàn)椴灰粯臃较蚴芰Σ坏纫l(fā)徑向位移速度不等，造成在巖石中形成剪切應(yīng)力。當(dāng)剪切應(yīng)力超出

4、巖石抗剪強(qiáng)度時(shí)，巖石即產(chǎn)生剪切破壞。破碎巖塊又在爆轟氣體推力作用下沿徑向拋出，形成爆破漏斗坑。（內(nèi)外）爆破破巖機(jī)理第5頁(yè)爆生氣體膨脹作用爆破破巖機(jī)理第6頁(yè)爆炸應(yīng)力波反射拉伸作用假說(shuō) 這種學(xué)說(shuō)以爆炸動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，認(rèn)為應(yīng)力波是引發(fā)巖石破碎主要原因。這種學(xué)說(shuō)忽略了爆轟氣體破壞作用，也忽略了壓應(yīng)力作用，其基礎(chǔ)觀點(diǎn)以下： 爆轟波沖擊和壓縮藥包周?chē)鷰r壁，在巖石中激發(fā)形成沖擊波并很快衰減為應(yīng)力波。 此應(yīng)力波在周?chē)鷰r體內(nèi)形成裂隙同時(shí)向前傳輸，當(dāng)應(yīng)力波傳到自由面時(shí)，產(chǎn)生反射拉應(yīng)力波，當(dāng)拉應(yīng)力波強(qiáng)度超出自由面處巖石抗拉強(qiáng)度時(shí)，從自由面開(kāi)始向爆源方向產(chǎn)生拉伸片裂破壞，直至拉伸波強(qiáng)度低于巖石動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度處時(shí)停頓。自由

5、面形成片落爆破漏斗。（外內(nèi)）爆破破巖機(jī)理第7頁(yè)霍普金森壓桿試驗(yàn)示意圖不一樣藥量巖石壓桿爆破試驗(yàn)爆破破巖機(jī)理第8頁(yè)自由面附近應(yīng)用波發(fā)射作用巖石條爆破試驗(yàn)：雷管；炸藥；巖石條試件；粉碎區(qū)；裂隙區(qū)；震動(dòng)區(qū)； 片落區(qū)爆破破巖機(jī)理第9頁(yè)霍普金森效應(yīng)試驗(yàn)：在巖石壓桿一端安置炸藥，起爆后，靠近炸藥一端巖石被炸碎，壓桿中間個(gè)別沒(méi)有顯著破壞，而桿件另一端則被拉斷呈許多塊。原理：炸藥爆炸后，在巖石壓桿中產(chǎn)生沿壓桿軸向傳播爆炸壓縮應(yīng)力波，抵達(dá)壓桿另一端遇端面（自由面）將發(fā)生反射，形成拉伸應(yīng)力波反射入壓桿，當(dāng)此拉伸波拉應(yīng)力值高于巖石抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石將從該端被拉斷，伴隨反射波傳輸，拉斷塊數(shù)增多，直至拉應(yīng)力小于巖石抗拉強(qiáng)

6、度停頓 爆破破巖機(jī)理第10頁(yè)爆生氣體和爆炸應(yīng)力波綜合作用假說(shuō) 這種學(xué)說(shuō)認(rèn)為，巖石破壞是應(yīng)力波和爆轟氣體共同作用結(jié)果。這種學(xué)說(shuō)綜合考慮了應(yīng)力波和爆轟氣體在巖石破壞過(guò)程中所起作用，其基礎(chǔ)觀點(diǎn)以下： 炸藥爆炸后在巖石中激發(fā)形成沖擊波并很快衰減為應(yīng)力波。沖擊波在藥包附近巖石中產(chǎn)生“壓碎”現(xiàn)象，應(yīng)力波在壓碎區(qū)域之外產(chǎn)生徑向裂隙。隨即，爆轟氣體產(chǎn)物繼續(xù)壓縮被沖擊波壓碎巖石，爆轟氣體“楔入”在應(yīng)力波作用下產(chǎn)生裂隙中，使之繼續(xù)向前延伸和深入張開(kāi)。當(dāng)爆轟氣體壓力足夠大時(shí)，爆轟氣體將推進(jìn)破碎巖塊作徑向拋擲運(yùn)動(dòng)。自由面反射拉伸作用一樣也加強(qiáng)了徑向裂隙擴(kuò)展，并造成巖石片落。爆破破巖機(jī)理第11頁(yè)巖石爆破破壞機(jī)理三種假說(shuō)

7、（綜合） 對(duì)于不一樣性質(zhì)巖石和炸藥，應(yīng)力波與爆轟氣體作用程度是不一樣。 在堅(jiān)硬巖石、高猛度炸藥、偶合裝藥或裝藥不偶合系數(shù)較小條件下，應(yīng)力波破壞作用是主要。 在松軟巖石、低猛度炸藥、裝藥不偶合系數(shù)較大條件下，爆轟氣體破壞作用是主要。 工程爆破實(shí)踐中應(yīng)依據(jù)巖石條件、爆破效果要求，合理選擇炸藥品種和爆破方法（尤其是裝藥結(jié)構(gòu)）爆破破巖機(jī)理第12頁(yè)第二節(jié) 巖石中爆炸應(yīng)力波炸藥在巖石中爆炸時(shí)，最初施加在巖石上是沖擊荷載，在極短時(shí)間內(nèi)上升到峰值壓力，而后又快速下降，爆炸載荷整個(gè)作用過(guò)程很短。在此沖擊荷載作用下，巖石內(nèi)激起爆炸應(yīng)力波。沖擊壓縮巖石，造成巖石破壞。爆炸應(yīng)力波在距爆源不一樣距離區(qū)段內(nèi)可表現(xiàn)為：爆炸

8、沖擊波、爆炸應(yīng)力波和爆炸地震波。在爆源近區(qū)是沖擊波，含有陡峭波陣面并以超聲速傳輸，波陣面前后巖石狀態(tài)參數(shù)（壓力、密度、溫度、巖石質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)速度）都發(fā)生突躍改變。沖擊波在傳輸過(guò)程中能量消耗大、衰減快。伴隨距離增大，沖擊波衰變?yōu)閴嚎s應(yīng)力波，波頭變緩，以聲速傳輸，能量衰減較慢。隨傳輸距離增大，應(yīng)力波又衰變?yōu)橹芷谛哉駝?dòng)地震波。爆破破巖機(jī)理第13頁(yè)炸藥在巖土介質(zhì)中爆炸發(fā)展圖像1)巖石中爆炸應(yīng)力波演變 爆破破巖機(jī)理第14頁(yè)炸藥在巖土介質(zhì)中爆炸發(fā)展圖像（續(xù)）2) 沖擊載荷作用下巖石變形及其對(duì)應(yīng)各種應(yīng)力波沖擊載荷作用下巖石變形規(guī)律爆破破巖機(jī)理第15頁(yè)炸藥在巖土介質(zhì)中爆炸發(fā)展圖像（續(xù)）2)沖擊載荷作用下巖石變形及

9、其對(duì)應(yīng)各種應(yīng)力波 不一樣應(yīng)力幅值時(shí)巖石中傳輸各種應(yīng)力波爆破破巖機(jī)理第16頁(yè)巖石中爆炸應(yīng)力波曲線(xiàn)特征巖石在沖擊載荷作用下，對(duì)應(yīng)不一樣應(yīng)力幅值，所形成應(yīng)力波特征不一樣：（1）在裝藥近區(qū)，作用于巖石爆炸載荷值很高，當(dāng) C , 時(shí)，將在巖石中形成沖擊波（圖a）。（2）伴隨沖擊波向外傳輸、衰減，當(dāng)BC時(shí)，如（圖b）所表示，因?yàn)樽冃文Ａ縟/d隨應(yīng)力增大而增大，波速大于圖中A-B 段塑性波波速，但小于O-A 段彈性波波速，所以應(yīng)力幅值大塑性波追趕前面塑性波，形成速性追趕加載，形成陡峭波陣面，但波速低于彈性波速，為亞音速，這種波稱(chēng)為非穩(wěn)定沖擊波。爆破破巖機(jī)理第17頁(yè)巖石中爆炸應(yīng)力波曲線(xiàn)特征（續(xù)）（3）當(dāng)AB時(shí)

10、，因?yàn)閐/d不是常數(shù)，且隨應(yīng)力增大而減小，所以應(yīng)力幅值大應(yīng)力波速度低于小應(yīng)力幅值應(yīng)力波，在傳輸過(guò)程中波陣面逐步變緩，塑性波速度以亞音速傳輸。而應(yīng)力小于個(gè)別，則以彈性波速度傳輸。（4） 當(dāng) Wc ）時(shí)，裝藥爆破只發(fā)生在巖石內(nèi)部，沒(méi)能到達(dá)自由面。裝藥此種爆破作用叫做爆破內(nèi)部作用。 內(nèi)部作用時(shí)，依據(jù)巖石破壞情況，除在裝藥周?chē)鷶U(kuò)充爆腔外，還將在巖石中自爆源向外依次形成粉碎區(qū)（或稱(chēng)壓縮區(qū)、壓碎區(qū)）、破裂區(qū)（或稱(chēng)裂隙區(qū)）和震動(dòng)區(qū)。 爆破破巖機(jī)理第28頁(yè)爆破內(nèi)部作用巖石破壞分區(qū)示意圖R0藥包半徑；R1粉碎區(qū)半徑；R2破裂區(qū)半徑爆破破巖機(jī)理第29頁(yè)裝藥內(nèi)部爆破作用粉碎區(qū) 密閉在巖體中藥包爆炸時(shí)，產(chǎn)生高溫高壓氣

11、體，爆轟壓力在數(shù)微秒內(nèi)急劇增高到數(shù)萬(wàn)兆帕，強(qiáng)烈沖擊藥包周?chē)鷰r石，激起起沖擊波，產(chǎn)生很高徑向和切相壓應(yīng)力，其強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出巖石動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度。結(jié)果造成爆腔擴(kuò)大，周?chē)鷰r石形成粉碎性破壞，形成粉碎區(qū)。（對(duì)于堅(jiān)硬巖石，粉碎性破壞顯著，而對(duì)于松軟巖石則被壓縮形成空腔，空腔表面形成較為堅(jiān)實(shí)壓實(shí)層，故這種情況下粉碎區(qū)又稱(chēng)為壓縮區(qū)。 粉碎區(qū)內(nèi)沖擊波衰減很快，破壞范圍較小，粉碎區(qū)半徑較小，一些研究表明：對(duì)于球形裝藥，普通是藥包半徑（1.281.75）倍；對(duì)于柱形裝藥，普通是藥包半徑（1.653.05）倍。但破壞程度大，能量消耗多。爆破破巖機(jī)理第30頁(yè)裝藥爆破內(nèi)部爆破作用裂隙區(qū) 在粉碎區(qū)外，沖擊波衰減成壓應(yīng)力波，并繼

12、續(xù)沿徑向傳輸。在徑向產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓縮變形，而切向?qū)⒀苌瓚?yīng)力和拉伸變形。因?yàn)閹r石是脆性介質(zhì)，其抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)切向拉應(yīng)力大于巖石抗拉強(qiáng)度時(shí)，該處巖石被拉斷，形成與粉碎區(qū)貫通徑向裂隙。爆生氣體 “氣楔”效應(yīng)，引發(fā)徑向裂隙深入延伸。 當(dāng)粉碎區(qū)形成，徑向裂隙展開(kāi)，作用在巖石上壓力快速下降，隨即釋放出在壓縮過(guò)程巖石中積蓄彈性變形能，并轉(zhuǎn)變?yōu)樾遁d波向爆心傳輸，形成與壓應(yīng)力波作用方向相反拉應(yīng)力波，使巖石質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生向心運(yùn)動(dòng)。當(dāng)徑向拉應(yīng)力大于巖石抗拉強(qiáng)度時(shí)，該處巖石即被拉斷，形成環(huán)向裂隙。爆破破巖機(jī)理第31頁(yè)裝藥爆破內(nèi)部爆破作用裂隙區(qū) 伴隨徑向裂隙、環(huán)向裂隙和切向裂隙形成、擴(kuò)展和貫通，在緊靠粉碎區(qū)外就形成破裂區(qū)

13、。（徑向裂隙為主） 破裂區(qū)裂隙形成 徑向壓應(yīng)力； 切向拉應(yīng)力； 徑向拉應(yīng)力； 切向壓應(yīng)力爆破破巖機(jī)理第32頁(yè)爆破內(nèi)部作用震動(dòng)區(qū) 在破裂區(qū)外圍巖體中，應(yīng)力波和爆轟氣體能量已不足以對(duì)巖石造成破壞，應(yīng)力波衰變趨于含有周期性正弦波，其能量只能引發(fā)該區(qū)域內(nèi)巖石質(zhì)點(diǎn)發(fā)生彈性振動(dòng)，形成地震波，地震波傳輸范圍很大，直至爆炸能量被巖石完全吸收。這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為震動(dòng)區(qū)。在震動(dòng)區(qū)，因?yàn)榈卣鸩ㄗ饔?，有可能引發(fā)地面或地下建筑物、構(gòu)筑物破裂、坍毀，或造成路塹邊坡滑坡、隧道冒頂片幫等災(zāi)害。爆破破巖機(jī)理第33頁(yè)4.3.2 爆破外部作用 當(dāng)最小抵抗線(xiàn)小于臨界抵抗線(xiàn)（W 4為延長(zhǎng)藥包。延長(zhǎng)藥包爆破作用2個(gè)特點(diǎn)：a. 其沖擊波陣面為柱

14、面波；b. 在不計(jì)重力和黏聚力等條件下，其爆破作用遵照幾何相同律。其漏斗特征值和應(yīng)力波參數(shù)僅為百分比距離函數(shù)。爆破破巖機(jī)理第45頁(yè) 4.5.2 延長(zhǎng)藥包爆破漏斗爆破漏斗集中藥包漏斗平面呈圓形形態(tài)延長(zhǎng)藥包漏斗平面呈中部平直、兩端銜靠近似于半圓封閉曲線(xiàn)表面形狀：兩種藥包漏斗徑向形狀基礎(chǔ)相同；集中藥包堆積于漏斗四面拋擲堆積分布延長(zhǎng)藥包堆積于軸線(xiàn)兩側(cè)藥包長(zhǎng)度范圍內(nèi)，在藥包兩端無(wú)拋體堆積爆破破巖機(jī)理第46頁(yè)1956年利文斯頓提出以能量平衡為準(zhǔn)則巖石爆破破碎爆破漏斗理論。 4.5.3 利文斯頓爆破漏斗理論他認(rèn)為：炸藥在巖體內(nèi)爆破時(shí)傳給巖石能量多少和速度快慢，取決于巖石性質(zhì)、炸藥性能等原因。在巖石性質(zhì)一定條

15、件下，爆破能量多少取決于裝藥質(zhì)量，爆炸能量釋放速度與炸藥傳爆速度親密相關(guān)。 當(dāng)巖石所吸收能量到達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)，巖體表面開(kāi)始產(chǎn)生位移、隆起、破壞，直至拋擲。 假如沒(méi)有到達(dá)飽和狀態(tài)時(shí)，巖石只呈彈性變形，不被破壞。 爆破破巖機(jī)理第47頁(yè) 依據(jù)藥包埋置深度不一樣，可得到四種類(lèi)型爆破區(qū)域。 1彈性變形。 臨界埋深。2沖擊破壞 令任意埋深W與臨界埋深We之比為，稱(chēng)為深度比： 4.5.3 利文斯頓爆破漏斗理論 當(dāng)藥包處于最正確埋深W0時(shí)，則0= W0/We，稱(chēng)為最正確深度比。普通在脆性巖石中值較小，約為0.5左右；在塑性巖石中值較大，靠近于1。爆破破巖機(jī)理第48頁(yè)4空氣中爆炸從以上四種形態(tài)來(lái)看，炸藥爆炸能量消

16、耗在以下四個(gè)方面。巖石彈性變形；巖石破碎；巖塊拋散；地震波和空氣沖擊波。爆破漏斗特征曲線(xiàn)。即V/Q曲線(xiàn)。 4.5.3 利文斯頓爆破漏斗理論3碎化破壞 巖石呈碎化破壞狀態(tài)下限為最適宜深度，上限為轉(zhuǎn)折深度。在此范圍內(nèi)爆破都會(huì)有或大或小漏斗生成。此時(shí)爆破作用指數(shù),形成漏斗為加強(qiáng)拋擲爆破漏斗。爆破破巖機(jī)理第49頁(yè)4.6 光面爆破與預(yù)裂爆破4.6.1 基礎(chǔ)概念 4.6.2 定向斷裂控制爆破 4.6.3 光面爆破及預(yù)裂爆破爆破破巖機(jī)理第50頁(yè)4.6.1 光面爆破與預(yù)裂爆破基礎(chǔ)概念光面爆破和預(yù)裂爆破都是利用定向斷裂控制爆破原理，爆落一個(gè)別巖石而保留另一個(gè)別巖石爆破方法。光面爆破： 沿開(kāi)挖邊界布置密集炮孔，在

17、主爆區(qū)布置主炮孔，待主炮孔起爆后再起爆光面孔，以使開(kāi)挖面保持平整光滑，圍巖不受顯著破壞控制爆破技術(shù)。預(yù)裂爆破：首先起爆布置在開(kāi)挖輪廓上密集孔，即預(yù)裂孔，形成一條貫通裂縫，然后按普通爆破次序起爆主炮孔爆破技術(shù)。爆破破巖機(jī)理第51頁(yè)4.6.1 光面爆破與預(yù)裂爆破基礎(chǔ)概念爆破破巖機(jī)理第52頁(yè)4.6.2 定向斷裂控制爆破 當(dāng)單排成組藥包爆破時(shí)，相鄰藥包所產(chǎn)生爆炸應(yīng)力波相遇并相互疊加，沿炮孔連心線(xiàn)壓相互抵消，而拉合成為合。一、單排多孔爆破基礎(chǔ)原理 為了到達(dá)光面和預(yù)裂爆破目標(biāo)，必須確保爆破裂隙沿炮孔連線(xiàn)方向發(fā)展，抑制有些方向裂隙產(chǎn)生。爆破破巖機(jī)理第53頁(yè)定向斷裂控制爆破：指經(jīng)過(guò)控制訂向爆破能量作用過(guò)程和作

18、用方向，使爆破裂隙沿預(yù)定方向發(fā)生和發(fā)展，同時(shí)使一側(cè)或兩側(cè)巖體不受或少受破壞控制爆破技術(shù)。4.6.2 定向斷裂控制爆破二、定向斷裂控制爆破基礎(chǔ)原理及辦法(1)減弱爆破原理：抑制爆破應(yīng)力波峰值和爆轟氣體壓力，使其在孔壁上產(chǎn)生爆破應(yīng)力小于或靠近于巖石強(qiáng)度，以防止壓縮粉碎區(qū)和破裂區(qū)形成,確?？妆趲r體不受顯著破壞。 實(shí)現(xiàn)減弱爆破辦法有: 降低裝藥量; 不耦合裝藥; 采取低爆速、低密度炸藥;不耦合裝藥: 指藥卷與孔壁之間留有空氣間隙裝藥結(jié)構(gòu)或炮孔軸向留有空氣間隙不連續(xù)裝藥。 爆破破巖機(jī)理第54頁(yè)(2) 應(yīng)力疊加原理:在炮孔連心線(xiàn)上有應(yīng)力波疊加作用，使爆裂面處拉應(yīng)力大于巖體抗拉強(qiáng)度，也有爆轟氣體膨脹壓力疊加

19、作用，形成定向裂隙。 采取辦法有: 同時(shí)起爆; 縮小孔間距.4.6.2 定向斷裂控制爆破應(yīng)力集中原理空孔應(yīng)力集中原理裝藥孔應(yīng)力集中原理其它應(yīng)力集中辦法側(cè)向卸載原理爆破破巖機(jī)理第55頁(yè)光面爆破時(shí)，主炮孔首先起爆后留下光面層。首先，光面層自由面為光面孔爆破創(chuàng)造了條件；另首先，使保留一側(cè)巖體免受破壞，并形成平整光面。光面層炮孔密集系數(shù)為： 4.6.3 光面爆破及預(yù)裂爆破原理該值大小對(duì)爆破后巖壁不平整度影響很大：過(guò)大，光面裂隙還來(lái)不及貫通，在孔間留下凹凸不平破裂面；過(guò)小，孔間裂隙過(guò)早形成，產(chǎn)生大塊，甚至不能爆落光面層，或孔間破壞嚴(yán)重而形成超挖。 普通取0.60.8為宜.爆破破巖機(jī)理第56頁(yè)預(yù)裂爆破類(lèi)似

20、于光面爆破，兩種爆破技術(shù)區(qū)分僅在于光面孔在主炮孔之后起爆，而預(yù)裂孔在主炮孔之前首先起爆。 4.6.3 光面爆破及預(yù)裂爆破原理爆破破巖機(jī)理第57頁(yè)4.7 微差爆破微差爆破就是指次序起爆炮孔或炮孔組之間在時(shí)間上相差若干毫秒爆破方法. 注：不一樣于同時(shí)起爆。優(yōu)點(diǎn)：含有爆破巖石塊度小而均勻，炮眼利用率高，巖幫震動(dòng)小、巷道規(guī)格好。 微差爆破作用原理大致有以下幾個(gè)觀點(diǎn)：1、自由面增多2、應(yīng)力波疊加3、巖塊碰撞4、地震波干擾爆破破巖機(jī)理第58頁(yè)1、自由面增多 在先爆炮眼破裂漏斗形成后，它對(duì)后爆炮眼來(lái)說(shuō)相當(dāng)于新增加自由面，增多了入射壓力波和反射拉伸波在自由面方向破碎巖石作用，并降低夾制作用。圖中：1 第一組起

21、爆；2 第二組起爆爆破破巖機(jī)理第59頁(yè)2、應(yīng)力波疊加作用 若相鄰兩裝藥間隔若干毫秒爆炸，先起爆裝藥在巖體內(nèi)形成應(yīng)力場(chǎng)還未消失，而后起爆裝藥又馬上起爆，使二者所產(chǎn)生應(yīng)力波相互疊加和干涉，加強(qiáng)了巖石中拉應(yīng)力，從而增強(qiáng)了巖石破碎效果。爆破破巖機(jī)理第60頁(yè)3、巖塊碰撞 當(dāng)?shù)谝豁懪诳妆茣r(shí)，爆破漏斗內(nèi)破碎巖石起飛還未回落時(shí)，相鄰第二響炮孔已經(jīng)起爆，此時(shí)破碎巖石朝剛形成補(bǔ)充自由面方向飛散，二者相互碰撞。 接著后排第三響又起爆，在微差適當(dāng)時(shí)間內(nèi)，與第一、二響破碎巖石可能再次碰撞，形成第三次破碎。 爆破破巖機(jī)理第61頁(yè)4、地震波干擾 因?yàn)槲⒉畋剖沟迷瓉?lái)同時(shí)起爆藥量在時(shí)間上得以分散。故爆破地震能量也在時(shí)間上和

22、空間上加以分散，使地震強(qiáng)度大大降低。 依據(jù)相關(guān)研究，微差爆破地震效應(yīng)比普通爆破可降低1/32/3。爆破破巖機(jī)理第62頁(yè)4.7.2 合理微差爆破間隔時(shí)間確定合理微差爆破間隔時(shí)間確實(shí)定是確保微差爆破效果關(guān)鍵。 (1) 由自由面假說(shuō)確定微差爆破間隔時(shí)間依據(jù)自由面假說(shuō)確定露天礦爆破合理微差爆破間隔時(shí)間為： (2) 由拉應(yīng)力波疊加作用確定微差時(shí)間為：(3) 依據(jù)爆破觀察經(jīng)驗(yàn)公式確定微差爆破間隔時(shí)間爆破破巖機(jī)理第63頁(yè)4.8 聚能效應(yīng)大家于100多年前就發(fā)覺(jué)了聚能效應(yīng)，但直到二十世紀(jì)初，才對(duì)此進(jìn)行較深入研究，并在二次世界大戰(zhàn)中應(yīng)用于軍事工業(yè)上。投石水中產(chǎn)生空穴效應(yīng)?？靠昭ㄩ]合產(chǎn)生沖擊、高壓，并將能量集中起

23、來(lái)，在一定方向上形成較高能流密度聚能流，稱(chēng)為空穴效應(yīng)。利用爆轟產(chǎn)物運(yùn)動(dòng)方向與裝藥表面垂直或大致垂直規(guī)律，做成特殊形狀裝藥，就能使爆轟產(chǎn)物聚集起來(lái)，提升能流密度，增強(qiáng)爆炸作用現(xiàn)象稱(chēng)為聚能效應(yīng)。爆破破巖機(jī)理第64頁(yè)由上圖可看出，有藥型罩比無(wú)藥型罩聚能效果好。聚集起來(lái)朝著一定方向運(yùn)動(dòng)爆轟產(chǎn)物，稱(chēng)為聚能流 聚能裝藥有效藥量：在爆炸中，只有聚能穴周?chē)鷤€(gè)別炸藥爆轟產(chǎn)物才能形成聚能流。4.8 聚能效應(yīng)爆破破巖機(jī)理第65頁(yè)4.8.1 聚能效應(yīng)試驗(yàn)試驗(yàn)用藥柱由50/50RDX-TNT鑄成，直徑30mm，高100mm，底部形狀不一樣，靶板均是中碳鋼。 爆破破巖機(jī)理第66頁(yè)4.8.2 聚能效應(yīng)機(jī)理普通裝藥爆轟產(chǎn)物沿

24、垂直于藥柱表面向四面飛散，作用面積等于藥柱端部面積；帶錐孔藥柱爆轟波前進(jìn)到錐體時(shí)，爆轟產(chǎn)物沿錐孔內(nèi)表面垂直方向飛出，形成含有極高速度、密度壓力和能量密度聚能流。普通裝藥與聚能裝藥爆轟產(chǎn)物比較爆轟產(chǎn)物能流密度E為：當(dāng)n=3時(shí)，E為：E=位能(起分散作用)+動(dòng)能(起集中能量作用)爆破破巖機(jī)理第67頁(yè)實(shí)踐表明，在藥柱錐孔表面加一個(gè)藥型罩(如銅、玻璃等)時(shí)，爆轟產(chǎn)物在推進(jìn)罩壁向軸線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，就將能量傳遞給了藥型罩。 細(xì)長(zhǎng)金屬射流含有很高動(dòng)能，沿長(zhǎng)度方向各質(zhì)點(diǎn)存在一個(gè)速度梯度，即端部速度很高，為78km/s，甚至上萬(wàn)米/s 。高速射流打在靶板上，其動(dòng)量變成高達(dá)數(shù)十萬(wàn)乃至百萬(wàn)大氣壓壓力，相形之下，靶板(

25、鋼)就像是塊“豆腐”了。 4.8.2 聚能效應(yīng)機(jī)理爆破破巖機(jī)理第68頁(yè)金屬射流密度爆轟聚能流，能量更集中，有罩聚能藥包破甲作用比無(wú)罩聚能藥包大得多。聚能效應(yīng)只能改變藥柱某個(gè)方向猛度，而沒(méi)有改變整個(gè)藥包總能量。金屬射流和爆轟產(chǎn)物聚能流都需要一定距離來(lái)延伸。能量最集中斷面總是在藥柱底部外某點(diǎn)，由此斷面至錐底距離稱(chēng)為炸高。對(duì)位于炸高處目標(biāo)，破甲效果最好。對(duì)聚能效應(yīng)認(rèn)識(shí)爆破破巖機(jī)理第69頁(yè)4.8.3 影響聚能裝藥爆破效果原因 (1)炸藥性能：使用爆速較高、猛度大炸藥 (2)藥型罩3）壁厚:藥型罩壁厚普通取1.02.5mm很好。 1）材料：紫銅、鑄鐵、鋼、陶瓷2）形狀：藥型罩頂角以3560度為宜 爆破破

26、巖機(jī)理第70頁(yè)4.8.4 聚能效應(yīng)應(yīng)用 聚能效應(yīng)最早用于破甲彈，對(duì)付坦克。 民用聚能裝藥類(lèi)型1)軸對(duì)稱(chēng)軸向聚能裝藥：穿透性爆破2)軸對(duì)稱(chēng)徑向聚能裝藥：光面、預(yù)裂、切割爆破3)軸對(duì)稱(chēng)環(huán)向聚能裝藥：震松巖石4)面對(duì)稱(chēng)聚能裝藥：?jiǎn)蜗蚓勰芮懈?，如打撈沉船、切割廢舊鋼鐵制品、拆除爆破等。 爆破破巖機(jī)理第71頁(yè)4.9 裝藥量計(jì)算原理4.9.1 體積公式計(jì)算原理 依據(jù)爆破相同法則，體積公式計(jì)算原理為：在一定炸藥和巖石條件下，爆落土石方體積與所用裝藥量成正比。體積公式： Q = KV式中： Q 裝藥量，kg ; K 單位體積巖石炸藥消耗量，kg/m3 ; V 被爆落巖石體積，m3 。爆破破巖機(jī)理第72頁(yè)4.9

27、.2 集中藥包藥量計(jì)算一、集中藥包標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破 集中藥包按標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破計(jì)算，此時(shí)爆破作用指數(shù)n=1，即r=W，所以V=W3。依據(jù)體積公式計(jì)算原理，其裝藥量可按照下式來(lái)計(jì)算： 爆破破巖機(jī)理第73頁(yè) 式中：f (n)為爆破作用指數(shù)函數(shù)。 關(guān)于 f(n)討論： f(n) =1 為標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破； f(n) 1 為加強(qiáng)拋擲爆破； f(n) 1 為減弱拋擲爆破。常見(jiàn)鮑列斯闊夫經(jīng)驗(yàn)公式： f(n) =0.4n+0.6n24.9.2 集中藥包藥量計(jì)算二、集中藥包非標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破 此時(shí)裝藥量為爆破作用指數(shù)n函數(shù)，計(jì)算通式以下：爆破破巖機(jī)理第74頁(yè)三、集中藥包松動(dòng)爆破： 工程經(jīng)驗(yàn)表明，集中藥包松動(dòng)爆破單位用藥量約為

28、標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破單位用藥量1/3到1/2，所以松動(dòng)爆破裝藥量公式為：4.9.2 集中藥包藥量計(jì)算爆破破巖機(jī)理第75頁(yè)4.9.3 延長(zhǎng)藥包藥量計(jì)算 延長(zhǎng)藥包垂直于自由面 可形成倒圓錐形爆破漏斗，但殘留炮窩。藥量計(jì)算公式為： 延長(zhǎng)藥包平行于自由面 對(duì)于硐室爆破中使用條形藥包，裝藥量計(jì)算公式能夠表示為： 此時(shí)：爆破破巖機(jī)理第76頁(yè) 影響爆破效果原因很多，本節(jié)就炸藥性能、巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面、自由面和裝藥結(jié)構(gòu)等爆破工程中影響爆破效果共性問(wèn)題進(jìn)行闡述。后面章節(jié)中還將對(duì)影響爆破效果其它一些原因進(jìn)行敘述。4.10 影響爆破作用原因爆破破巖機(jī)理第77頁(yè)4.10.1 炸藥性能依據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，普通認(rèn)為它只占炸藥能量10%左

29、右。所以，提升炸藥能量利用率能夠深入有效地破碎巖石。炸藥爆炸做功主要形式a、使藥包近區(qū)巖石破碎和塑性變形b、從巖體中分離出巖石成為碎塊c、推移并拋擲破碎巖塊d、在爆區(qū)外造成地震、空氣沖擊波和聲響一、炸藥爆炸能量利用率改變上述4中效應(yīng)，則可提升炸藥能量利用率爆破破巖機(jī)理第78頁(yè) 爆轟壓力愈高，有利于改進(jìn)破碎效果。但并非越大越好，以能滿(mǎn)足應(yīng)力波強(qiáng)度使巖石破裂即可。二、爆轟壓力4.10.1 炸藥性能 爆轟壓力作用時(shí)間較短暫，小于爆炸壓力作用時(shí)間。在較軟弱巖石中爆破時(shí)，爆炸壓力對(duì)改進(jìn)爆破效果顯得更為主要。三、爆炸壓力爆破破巖機(jī)理第79頁(yè)4.10.2 巖石性質(zhì) 巖石密度同巖石縱波速度乘積，稱(chēng)為該巖石波阻

30、抗。 波阻抗反應(yīng)了巖石（或其它介質(zhì)）對(duì)波傳輸阻尼作用。從能量觀點(diǎn)來(lái)看，為提升炸藥能量有效利用，炸藥波阻抗應(yīng)盡可能與所爆破巖石波阻抗相匹配。所以，巖石波阻抗愈高，所選取炸藥密度和爆速應(yīng)愈大。 波阻抗對(duì)巖石應(yīng)變影響 礦山爆破工程中，通常將藥包密閉在炮孔中進(jìn)行爆破。 爆破破巖機(jī)理第80頁(yè) 兩圖炮孔均沿巖層走向布置，前者后沖較小，巖體位移小，爆堆高，臺(tái)階底部阻力大；后者后沖較大，爆堆較低，不易產(chǎn)生根底。 4.10.3 結(jié)構(gòu)面對(duì)深孔爆破影響一、炮孔沿巖層走向布置爆破破巖機(jī)理第81頁(yè)4.10.3 結(jié)構(gòu)面對(duì)深孔爆破影響二、炮孔與巖層走向斜交或垂直布置 此時(shí)臺(tái)階面對(duì)巖層多，且各巖層力學(xué)性質(zhì)差異較大，將產(chǎn)生不等

31、后沖和不規(guī)則臺(tái)階坡面，爆破效果不佳。 此時(shí)爆破后可形成靠近90臺(tái)階坡面角，沿藥包長(zhǎng)度方向抵抗線(xiàn)相等，爆破塊度較均勻，不易產(chǎn)生根底。三、水平巖層時(shí)，炮孔與巖層面垂直布置爆破破巖機(jī)理第82頁(yè)4.10.4 自由面大小與方向影響自由面作用以下：反射應(yīng)力波；改變巖石應(yīng)力狀態(tài)及強(qiáng)度極限；是最小抵抗線(xiàn)方向，附近介質(zhì)在爆生氣體作用下產(chǎn)生鼓包、破碎和拋擲。自由面存在有利于巖石破碎；自由面少且小，夾制作用大，爆破困難，炸藥單耗增大。自由面存在有利于巖石破碎；自由面少且小，夾制作用大，爆破困難，炸藥單耗增大。炮孔中裝藥在自由面上投影面積越大，利于應(yīng)力波反射，對(duì)巖石破壞越有利。爆破破巖機(jī)理第83頁(yè) 存在空氣間隙時(shí)，爆生氣體同周?chē)橘|(zhì)作用時(shí)間延長(zhǎng)，利于改善爆破效果。 4.10.5 裝藥結(jié)構(gòu)一、空氣間隙裝藥 兩種結(jié)構(gòu)形式為：1) 沿炮孔軸向留空氣間隙；2) 沿