岩石爆破作用原理.ppt

岩石爆破作用原理 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望11/29/2022 岩石爆破理论是研究炸药爆炸与爆破对象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。（目标）相互作用规律的理论。岩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。（1）炸药爆炸荷载复杂性）炸药爆炸荷载复杂性 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理论或假说。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：7.1.1 岩石爆破破岩过程岩石爆破破岩过程 炸药爆炸后冲击波径向压缩阶段.A A第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段 爆炸气体膨胀，岩石受爆炸气体超压力的影响，在拉伸应力和气楔的双重作用下，径向初始裂隙迅速扩大。C C第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段 对应力波反射引起自由面处的岩石片落。B B第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段7.1 岩石爆破破坏机理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；p 爆炸气体产物膨胀压力破坏理论爆炸气体产物膨胀压力破坏理论岩石主要岩石主要由于装药空间内爆炸气体产物的膨胀由于装药空间内爆炸气体产物的膨胀压力作用而破坏。压力作用而破坏。炸药爆炸炸药爆炸气体产气体产物物（高温，高压）（高温，高压）在岩在岩中产生中产生应力场应力场引起应力引起应力场内质点的场内质点的径向位移径向位移径径向压应力向压应力切向拉应力切向拉应力岩石产生岩石产生径向裂纹径向裂纹；7.1.2 爆破破岩理论爆破破岩理论 如果存在自由面，如果存在自由面，岩石质点速度在自由面方岩石质点速度在自由面方向上最大，向上最大，位移阻力各方位移阻力各方向上的不等向上的不等剪切应力剪切应力剪切破坏岩石剪切破坏岩石；爆炸气体剩余压力爆炸气体剩余压力对破碎岩块产生径向抛掷。对破碎岩块产生径向抛掷。炸药能量中动能仅为炸药能量中动能仅为5%15%，大部分能量在爆炸气，大部分能量在爆炸气体产物中；岩石发生破裂和破碎所需时间小于爆炸气体体产物中；岩石发生破裂和破碎所需时间小于爆炸气体施载于岩石的时间。施载于岩石的时间。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。当炸药在岩石中爆轰时，猛烈冲击周围的岩石，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，引起周围岩石的粉碎性破坏。岩石的动抗压强度，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，可在岩石中产生径向裂纹。向拉应力，可在岩石中产生径向裂纹。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），如图伸波仍足以将岩石拉断，产生层裂（片落），如图7.3所所示。示。图图7.3 爆炸应力波破坏过程爆炸应力波破坏过程主要依据：主要依据：（1 1）冲击波波阵面的压力比爆炸气体产物的膨胀压力大）冲击波波阵面的压力比爆炸气体产物的膨胀压力大得多；得多；（2 2）岩石的抗拉强度比抗压强度低得多，且在自由面处）岩石的抗拉强度比抗压强度低得多，且在自由面处确实常常发现片裂、剥落现象。确实常常发现片裂、剥落现象。（3 3）根据应力波理论有：压缩应力波在自由面处反射成）根据应力波理论有：压缩应力波在自由面处反射成为拉伸应力波。为拉伸应力波。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，在粉碎区之外造成径向裂隙，反射应力衰减为应力波，在粉碎区之外造成径向裂隙，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，并使岩石脱离母岩和抛掷。的裂隙扩大、贯通形成岩块，并使岩石脱离母岩和抛掷。应力波进一步衰减成为弹性波，只能使质点在平衡位置应力波进一步衰减成为弹性波，只能使质点在平衡位置作弹性振动，而不能引起介质破坏。作弹性振动，而不能引起介质破坏。冲击波作用的重要性与所破坏的介质特性有关。冲击波作用的重要性与所破坏的介质特性有关。哈努卡也夫认为：岩石波阻抗值不同，它所需要的应力哈努卡也夫认为：岩石波阻抗值不同，它所需要的应力波波峰值也不同。岩石波阻抗值较高时，要求有较高的波波峰值也不同。岩石波阻抗值较高时，要求有较高的应力波波峰值，此时冲击波的作用更为重要。他把岩石应力波波峰值，此时冲击波的作用更为重要。他把岩石按波阻抗分为三类：按波阻抗分为三类：爆破岩石时，岩体初期受到装药爆炸所激起的应力爆破岩石时，岩体初期受到装药爆炸所激起的应力波的作用，但由它形成的应力状态或动态应力场将很快波的作用，但由它形成的应力状态或动态应力场将很快消失；后期受到爆炸气体的静压作用，作用时间较长。消失；后期受到爆炸气体的静压作用，作用时间较长。第一类：高阻抗岩石，其波阻抗为第一类：高阻抗岩石，其波阻抗为151015106 6251025106 6kg/mkg/m3 3m/sm/s。此类岩石的破坏，主要决定于应力波，。此类岩石的破坏，主要决定于应力波，包括入射波和反射波。包括入射波和反射波。第二类：低阻抗岩石，其波阻抗小于第二类：低阻抗岩石，其波阻抗小于5105106 6kg/mkg/m3 3m/sm/s。此类岩石中由气体压力形成的破坏是主要的。此类岩石中由气体压力形成的破坏是主要的。第三类：中等阻抗的岩石，其波阻抗为第三类：中等阻抗的岩石，其波阻抗为5105106 6101010106 6kg/mkg/m3 3m/sm/s。该类岩石的破坏是应力波和爆炸气体综。该类岩石的破坏是应力波和爆炸气体综合作用的结果。合作用的结果。不同性质岩石和不同目的情况下的爆破，可以通过不同性质岩石和不同目的情况下的爆破，可以通过控制炸药的控制炸药的应力波峰值和爆炸生成气体的作用时间应力波峰值和爆炸生成气体的作用时间来达来达到预期目的。到预期目的。对高阻抗岩石，采用高猛度炸药、偶合装药或装药对高阻抗岩石，采用高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合系数较小，此时应力波的破坏作用是主要的；不偶合系数较小，此时应力波的破坏作用是主要的；对低阻抗岩石，采用低猛度炸药、装药不偶合系数对低阻抗岩石，采用低猛度炸药、装药不偶合系数较大，此时爆炸气体静压的破坏作用则是主要的。较大，此时爆炸气体静压的破坏作用则是主要的。埋置在地表以下很埋置在地表以下很深处的药包爆炸时，如果深处的药包爆炸时，如果药包威力不很高，则地表药包威力不很高，则地表不出现明显破坏的爆破作不出现明显破坏的爆破作用称为用称为爆破的内部作用爆破的内部作用。随远离爆心，岩石破随远离爆心，岩石破坏特征发生明显变化，可坏特征发生明显变化，可以分为三个区：以分为三个区：压缩区压缩区 破裂区破裂区 震动区震动区 p 爆破的内部作用爆破的内部作用图图7.6 爆破的内部作用爆破的内部作用7.2 7.2 单个药包爆破作用的分析单个药包爆破作用的分析压缩区压缩区 当密闭在岩体中的药包爆炸时，爆轰压力在数微当密闭在岩体中的药包爆炸时，爆轰压力在数微秒内急剧增高到数万兆帕，并在药包周围的岩石中激秒内急剧增高到数万兆帕，并在药包周围的岩石中激起冲击波，其强度远远超过岩石的动态抗压强度。在起冲击波，其强度远远超过岩石的动态抗压强度。在爆炸冲击波的强动作用，炮孔壁周围的介质被粉碎爆炸冲击波的强动作用，炮孔壁周围的介质被粉碎（坚硬岩石）或强烈压缩（松软岩石），形成粉碎区（坚硬岩石）或强烈压缩（松软岩石），形成粉碎区或压缩区。或压缩区。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，且大多数岩三轴压缩情况下岩石的动抗压强度增大，且大多数岩石的可压缩性很差，所以压缩范围很小，其半径一般石的可压缩性很差，所以压缩范围很小，其半径一般不超过药室半径的不超过药室半径的2 2倍。倍。破碎区破碎区由于压缩或粉碎岩石消耗了大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。切向方向将产生拉应力和拉伸变形。由于岩石的抗拉强度仅为其抗压强由于岩石的抗拉强度仅为其抗压强度的十分这一到五十分之一，当切度的十分这一到五十分之一，当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成与粉碎区贯该处岩石被拉断，形成与粉碎区贯通的径向裂隙。通的径向裂隙。径向裂隙径向裂隙图图7.7 7.7 径向压缩引起的切向拉伸径向压缩引起的切向拉伸 压缩应力波通过压缩区外层岩石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，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药室周围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。石被拉断，形成环向裂隙。环向裂隙环向裂隙图图7.8 7.8 环向裂隙环向裂隙 应力波的作用在岩石中首应力波的作用在岩石中首先形成初始裂隙，接着爆轰气先形成初始裂隙，接着爆轰气体的膨胀、挤压和气楔作用使体的膨胀、挤压和气楔作用使初始裂隙进一步延伸和扩展。初始裂隙进一步延伸和扩展。当应力波强度和爆轰产物的压当应力波强度和爆轰产物的压力衰减到一定程度后，岩石中力衰减到一定程度后，岩石中裂隙的扩展趋于停止。裂隙的扩展趋于停止。在应力波和爆轰气体的共在应力波和爆轰气体的共同作用下，随着径向裂隙、环同作用下，随着径向裂隙、环向裂隙和切向裂隙的形成、扩向裂隙和切向裂隙的形成、扩展和贯通，在紧靠粉碎区处就展和贯通，在紧靠粉碎区处就形成了一个裂隙发育的区域，形成了一个裂隙发育的区域，称为破裂区。称为破裂区。图图7.9 破碎圈内裂隙网形成破碎圈内裂隙网形成 震动区震动区在破坏区以外的岩体，由于经压缩区和破坏区的能在破坏区以外的岩体，由于经压缩区和破坏区的能量的消耗和衰减，剩余的爆炸能已经不多，不能造成岩量的消耗和衰减，剩余的爆炸能已经不多，不能造成岩石的破坏而只能引起弹性震动。这个范围比两个区大得石的破坏而只能引起弹性震动。这个范围比两个区大得多，叫震动区。多，叫震动区。图图7.10 震动区（震动区（4）示意图）示意图p 爆破的外部作用爆破的外部作用当单个药包在岩体当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，中的埋置深度不大时，可以观察到自由面上出可以观察到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。这种情况下抛掷现象。这种情况下的爆破作用称为爆破的的爆破作用称为爆破的外部作用外部作用。其特点是在自由面上其特点是在自由面上形成一个倒圆锥形爆坑，形成一个倒圆锥形爆坑，称为称为爆破漏斗爆破漏斗。图图7.11 爆破外部作用原理图爆破外部作用原理图图图7.12 炸药在岩体表面附近爆炸的现象炸药在岩体表面附近爆炸的现象外部作用过程：外部作用过程：（1 1）在爆炸波还没有达到岩体表面之前，爆破作用）在爆炸波还没有达到岩体表面之前，爆破作用现象与前述内部作用情况相似，即在药包附近产生爆炸现象与前述内部作用情况相似，即在药包附近产生爆炸腔、压碎区和径向破裂区。腔、压碎区和径向破裂区。（2 2）当爆炸压力波到达自由面时，压缩波反射为拉）当爆炸压力波到达自由面时，压缩波反射为拉伸波，从自由面向药包方向传播，该拉伸波有可能（取伸波，从自由面向药包方向传播，该拉伸波有可能（取决于装药量）导致一层或几层岩石呈镜片状剥离。决于装药量）导致一层或几层岩石呈镜片状剥离。（3 3）当拉伸波到达到爆炸腔表面时，在爆炸腔表面）当拉伸波到达到爆炸腔表面时，在爆炸腔表面反射为压缩波，此时，药包上部的岩石质点全部被加速，反射为压缩波，此时，药包上部的岩石质点全部被加速，而药包下部裂纹因拉伸波卸载而停止扩展。此后，在压而药包下部裂纹因拉伸波卸载而停止扩展。此后，在压缩波、拉伸波与爆炸腔中爆炸气体的压力共同作用下，缩波、拉伸波与爆炸腔中爆炸气体的压力共同作用下，使药包与自由面之间的岩石隆起、破裂，发生鼓包运动。使药包与自由面之间的岩石隆起、破裂，发生鼓包运动。（4 4）最后，在岩体表面形成松动爆破漏斗或抛掷爆）最后，在岩体表面形成松动爆破漏斗或抛掷爆破漏斗。破漏斗。松动爆破漏斗是指爆破只引起药包与自由面之间松动爆破漏斗是指爆破只引起药包与自由面之间的岩石产生松动，形成漏斗状破碎坑，如图的岩石产生松动，形成漏斗状破碎坑，如图7.127.12（d d）所示。所示。抛掷爆破漏斗是指爆破不但引起药包与自由面之间抛掷爆破漏斗是指爆破不但引起药包与自由面之间的岩石产生松动，而且还把坑内部分岩块抛掷出去，形的岩石产生松动，而且还把坑内部分岩块抛掷出去，形成一个可见漏斗状爆炸坑，如图成一个可见漏斗状爆炸坑，如图7.127.12（e e）所示。）所示。与单个药包爆破的内部作用情况相比，药包外部与单个药包爆破的内部作用情况相比，药包外部作用情况多了一个自由面。必须考虑自由面对应力场的作用情况多了一个自由面。必须考虑自由面对应力场的影响。影响。入射到自由面上的应力波和从自由面反射回的反射入射到自由面上的应力波和从自由面反射回的反射应力波（反射纵波和反射横波）进行叠加，就会在靠自应力波（反射纵波和反射横波）进行叠加，就会在靠自由面一侧的岩体内构成非常复杂的动态应力场。该应力由面一侧的岩体内构成非常复杂的动态应力场。该应力场对破碎漏斗的形成起着决定性的作用。场对破碎漏斗的形成起着决定性的作用。自由面反射拉伸波层裂作用自由面反射拉伸波层裂作用（霍金逊（霍金逊（HopkinsonHopkinson）效应）效应）冲击波在自由面处发生反射形成拉伸波，在自冲击波在自由面处发生反射形成拉伸波，在自由面表面处的材料中形成拉应力，拉应力超过岩石由面表面处的材料中形成拉应力，拉应力超过岩石的抗拉强度时，发生的抗拉强度时，发生片落片落现象。现象。片落过程不是岩石破碎的主要过程，且爆破时片落过程不是岩石破碎的主要过程，且爆破时不总是一定有片落现象出现。不总是一定有片落现象出现。图图7.13 7.13 霍金逊效应的破碎机理霍金逊效应的破碎机理（a）应力波合成的过程；（b）岩石表面片落过程图图7.14 7.14 自由面反射波引起的多次层裂自由面反射波引起的多次层裂 反射拉伸应力波延伸径向裂纹作用反射拉伸应力波延伸径向裂纹作用从自由面反射回来的拉伸应力波，使原先存在于径向裂从自由面反射回来的拉伸应力波，使原先存在于径向裂隙梢上的应力场得到加强，故裂隙继续向前延伸。隙梢上的应力场得到加强，故裂隙继续向前延伸。裂纹延伸裂纹延伸的情况与反射拉伸波传播的方向和裂纹方向的交角的情况与反射拉伸波传播的方向和裂纹方向的交角 有关。有关。当当为为9090时，反射拉伸波将最有效地促使裂纹扩展和时，反射拉伸波将最有效地促使裂纹扩展和延伸，使该裂纹成为优势裂纹；延伸，使该裂纹成为优势裂纹；图图7.15 7.15 反射拉伸波对径向裂隙的扩展作用反射拉伸波对径向裂隙的扩展作用 当当小于小于9090时，反射拉伸波以一个垂直于裂纹方向时，反射拉伸波以一个垂直于裂纹方向的应力分量促使径向裂纹扩张和延伸，或者在径向裂纹未的应力分量促使径向裂纹扩张和延伸，或者在径向裂纹未端造成分支裂纹；端造成分支裂纹；当当为为0 0时，即径向裂纹垂直于自由面时，反射拉伸时，即径向裂纹垂直于自由面时，反射拉伸波不会对裂纹产生任何拉力。波不会对裂纹产生任何拉力。自由面对爆破应力场影响自由面对爆破应力场影响图图7.167.16自由面附近应力波和应力场分布自由面附近应力波和应力场分布 当药包中心发出的纵波斜入射到自由面时，将产生反当药包中心发出的纵波斜入射到自由面时，将产生反射纵波和反射横波。岩体中任意一点射纵波和反射横波。岩体中任意一点A A将受到由药包中心发将受到由药包中心发出的直达纵波和由自由面反射回来的反射纵波以及反射横出的直达纵波和由自由面反射回来的反射纵波以及反射横波作用，波作用，A A点的应力状态是由这三种波叠加结果决定的。点的应力状态是由这三种波叠加结果决定的。根据应力分析，当拉伸主应力根据应力分析，当拉伸主应力 （方向直于纸面）出（方向直于纸面）出现极大值时，在岩体中各点的主应力方向如图（现极大值时，在岩体中各点的主应力方向如图（b b）所示。）所示。拉应力拉应力 是产生径向裂纹的根源，其作用方向随着是产生径向裂纹的根源，其作用方向随着x x值的值的增大逐渐发生偏转，最后垂直于自由面，生成的裂纹群大增大逐渐发生偏转，最后垂直于自由面，生成的裂纹群大体似喇叭花状排列。体似喇叭花状排列。p 两个自由面情况下的爆破两个自由面情况下的爆破自由面的大小和数量对爆破效果有直接影响。自由面的大小和数量对爆破效果有直接影响。图 自由面数对爆破效果的影响 成组药包爆破作用是指多个药包同时起爆或以一成组药包爆破作用是指多个药包同时起爆或以一定时间间隔按一定顺序起爆时的爆破作用。定时间间隔按一定顺序起爆时的爆破作用。实际爆破工程中极少采用单药包爆破，而是采用实际爆破工程中极少采用单药包爆破，而是采用成组药包爆破来达到预期的爆破目的，因此研究成组成组药包爆破来达到预期的爆破目的，因此研究成组药包的爆破作用机理对于合理选择爆破参数有重要的药包的爆破作用机理对于合理选择爆破参数有重要的指导意义。指导意义。成组药包爆破作用重要特点是成组药包爆破作用重要特点是相邻药包爆炸荷载相邻药包爆炸荷载互相作用互相作用和和药室孔洞应力集中作用药室孔洞应力集中作用，这两个特点使岩，这两个特点使岩体内的应力分布状态和岩体破坏过程要比单药包爆破体内的应力分布状态和岩体破坏过程要比单药包爆破时复杂得多。时复杂得多。7.3 7.3 成组药包爆破作用成组药包爆破作用7.3.1 7.3.1 单排成组药包的齐发爆破单排成组药包的齐发爆破为简化问题，下面以两个药包同时起爆，并且不考为简化问题，下面以两个药包同时起爆，并且不考虑自由面影响，分析成组药包爆破作用某些主要特点。虑自由面影响，分析成组药包爆破作用某些主要特点。模拟爆破试验：有机玻璃中微型药包的爆炸；模拟爆破试验：有机玻璃中微型药包的爆炸；用高速摄影机记录下模拟试验的爆破破坏过程。用高速摄影机记录下模拟试验的爆破破坏过程。试验结果表明：试验结果表明：（1 1）在最初几微秒时间内应力波以同心球状从各）在最初几微秒时间内应力波以同心球状从各起爆点向外传播；起爆点向外传播；（2 2）在某时刻，应力波相遇，相互叠加，出现复）在某时刻，应力波相遇，相互叠加，出现复杂的应力变化情况；杂的应力变化情况；（3 3）应力重新分布，沿炮眼连心线的应力得到加）应力重新分布，沿炮眼连心线的应力得到加强，而炮眼连心线中段两侧附近则出现应力降低区。强，而炮眼连心线中段两侧附近则出现应力降低区。l 压缩应力波叠加作用压缩应力波叠加作用两个药包应力波叠加作用两个药包应力波叠加作用（1 1）在连心线上应力得）在连心线上应力得到加强，尤其是切向拉到加强，尤其是切向拉应力加强，对于形成连应力加强，对于形成连心线裂纹非常有利。心线裂纹非常有利。实际爆破这种情况一般不十分严重，因为两药包起实际爆破这种情况一般不十分严重，因为两药包起爆雷管总是存在时间误差，并且实际爆破总是存在自由爆雷管总是存在时间误差，并且实际爆破总是存在自由面的影响。面的影响。（2 2）在两药包连心线）在两药包连心线以外其他位置上，两压以外其他位置上，两压缩波所产生的径向压力缩波所产生的径向压力和切向拉压力方向不同，和切向拉压力方向不同，有互相抵消作用。有互相抵消作用。相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析 （a）单个A孔产生的切向伴生拉应力（b）单个B孔产生的切向伴生拉应力（c）两孔合成的切向伴生拉应力l 爆炸气体压力叠加作用爆炸气体压力叠加作用两药包爆炸气体两药包爆炸气体荷载在岩石中所产生荷载在岩石中所产生的应力叠加作用情况的应力叠加作用情况与上述压缩应力波叠与上述压缩应力波叠加作用情况类似。在加作用情况类似。在两药包连心线上，切两药包连心线上，切向拉应力也会互相叠向拉应力也会互相叠加而得到加强，从而加而得到加强，从而有利于裂纹沿药包连有利于裂纹沿药包连心线产生和发展。心线产生和发展。l 药室孔洞应力集中作用药室孔洞应力集中作用（1 1）在成组药包中一个药室，对于其他药包来说是一）在成组药包中一个药室，对于其他药包来说是一个边界（孔洞）。个边界（孔洞）。（2 2）当爆炸应力波入射到该药室表面时，将产生反射）当爆炸应力波入射到该药室表面时，将产生反射应力波，造成药室附近动应力集中，使药室附近岩石应力波，造成药室附近动应力集中，使药室附近岩石成为高应力区，从而使岩石更易在药室附近产生破裂。成为高应力区，从而使岩石更易在药室附近产生破裂。（3 3）爆炸气体荷载，作用于其邻近药室表面上，也会）爆炸气体荷载，作用于其邻近药室表面上，也会在该药室表面上产生孔洞应力集中。此时，在两药包在该药室表面上产生孔洞应力集中。此时，在两药包连心线上，切向拉应力集中更为强烈。连心线上，切向拉应力集中更为强烈。（4 4）最大应力集中在炮眼联心线同炮眼壁相交处）最大应力集中在炮眼联心线同炮眼壁相交处,该该处首先产生拉伸裂隙，然后沿连心线向外延伸，直至处首先产生拉伸裂隙，然后沿连心线向外延伸，直至贯通两个炮眼。贯通两个炮眼。生产实践中发现：生产实践中发现：相邻两齐发爆破的炮眼间的拉伸相邻两齐发爆破的炮眼间的拉伸裂隙是从炮眼向外发展的而不是从两炮眼联心线中点向裂隙是从炮眼向外发展的而不是从两炮眼联心线中点向炮眼方向发展的。炮眼方向发展的。应力波和爆轰气体联合作用爆破理论应力波和爆轰气体联合作用爆破理论很好地解释了该现象。很好地解释了该现象。应力的叠加可能引起应力的叠加可能引起应力降低区应力降低区的出现。适当的出现。适当增大增大孔距孔距，并相应，并相应减小最小抵抗线减小最小抵抗线，使应力降低区处在岩石，使应力降低区处在岩石之外的空中，有利于减小大块的产生（之外的空中，有利于减小大块的产生（大孔距小抵抗线大孔距小抵抗线技术技术）。）。如果相邻炮孔其它如果相邻炮孔其它条件均相同，仅炮眼间条件均相同，仅炮眼间距距a变化，则会产生不同变化，则会产生不同的爆破效果。的爆破效果。欠挖，残留根底；欠挖，残留根底；合适，不超挖和欠挖合适，不超挖和欠挖超挖；超挖；相邻炮眼爆破相邻炮眼爆破7.3.2 7.3.2 多排成组药包的齐发爆破多排成组药包的齐发爆破（1 1）前后排四个炮孔所构成的四边形岩石中，爆炸）前后排四个炮孔所构成的四边形岩石中，爆炸荷载互相叠加，造成极高的复杂的应力状态，因而有利荷载互相叠加，造成极高的复杂的应力状态，因而有利于岩石破碎并有很强的抛掷能力。多排成组药包齐发爆于岩石破碎并有很强的抛掷能力。多排成组药包齐发爆破主要用于沟渠抛掷爆破。破主要用于沟渠抛掷爆破。（2 2）在台阶爆破中，多排成组药包同时起爆时，只）在台阶爆破中，多排成组药包同时起爆时，只有第一排炮孔有自由面，后排受到较大的有第一排炮孔有自由面，后排受到较大的夹制作用夹制作用，会，会产生较强地震波和较远爆破飞石，而且爆破经济性并不产生较强地震波和较远爆破飞石，而且爆破经济性并不好。为了改善爆破效果，应采用微差起爆技术。好。为了改善爆破效果，应采用微差起爆技术。7.4 7.4 爆破漏斗爆破漏斗当药包产生外部作用时，在地表会形成一个爆破坑，当药包产生外部作用时，在地表会形成一个爆破坑，称为称为爆破漏斗爆破漏斗。p 爆破漏斗的构成要素爆破漏斗的构成要素爆破漏斗爆破漏斗h hw wr rr rD DR R爆破漏斗底圆半径爆破漏斗底圆半径(r)(r)：爆破漏斗在自由面上底圆半径；：爆破漏斗在自由面上底圆半径；爆破作用半径（爆破作用半径（R R）：）：药包中心到爆破漏斗底圆周上任一点药包中心到爆破漏斗底圆周上任一点 的距离，又称破裂半径；的距离，又称破裂半径；爆破漏斗深度（爆破漏斗深度（D D）：）：爆破漏斗顶点到自由面的最短距离；爆破漏斗顶点到自由面的最短距离；爆破漏斗可见深度（爆破漏斗可见深度（h h）：）：爆破漏斗底部碴堆最低点到自由爆破漏斗底部碴堆最低点到自由 面的最小距离；面的最小距离；爆破漏斗张开角（爆破漏斗张开角（）：）：爆破漏斗的顶角。爆破漏斗的顶角。1）自由面（临空面）自由面（临空面）所需爆破的介质与空气的接触面。所需爆破的介质与空气的接触面。h h自由面自由面自由面自由面h h装药装药装药装药图图7.4 自由面示意图自由面示意图有了自由面，爆破时岩石才能向自由面方向发生破裂、破有了自由面，爆破时岩石才能向自由面方向发生破裂、破碎和移动。（碎和移动。（内部作用和外部作用比较内部作用和外部作用比较)自由面愈多愈大，爆破效果愈好。自由面愈多愈大，爆破效果愈好。在爆破工程中，可以人为地创造自由面，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。2 2）最小抵抗线（）最小抵抗线（W W）：）：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。w w自由面自由面自由面自由面w w装药装药装药装药最小抵抗线原理：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抗线方向。导方向是最小抵抗线方向。图图7.5 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）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，设计就应当让工中需要岩石向哪里抛掷，设计就应当让W W指向哪，这就指向哪，这就实现了定向爆破的基本原理。实现了定向爆破的基本原理。（2 2）最小抵抗线的方向是最宜产生飞石的方向，露天爆）最小抵抗线的方向是最宜产生飞石的方向，露天爆破时应避免破时应避免W W正对着需要保护的目标。正对着需要保护的目标。（3 3）在有多个自由面的情况下，装药中心若至各自由面）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。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，爆破效果越好，也越省炸药。自由面越多，爆破效果越好，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，露）最小抵抗线的反方向是爆破地震最严重的方向，露天爆破时，近处有怕震的建筑及设施时，应注意正确选天爆破时，近处有怕震的建筑及设施时，应注意正确选择择W W方向。方向。（5 5）当几个同时爆破的药包的最小抵抗线集中指向某一）当几个同时爆破的药包的最小抵抗线集中指向某一点时，爆下的岩石就集中向该点抛掷、堆积。利用这个点时，爆下的岩石就集中向该点抛掷、堆积。利用这个 原理可实现定向抛掷、集中堆积爆破。原理可实现定向抛掷、集中堆积爆破。（6 6）当主药包的最小抵抗线方向不能满足施工要求时，）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，利用辅助药包的爆破可以敷设辅助药包，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。改变主药包的最小抵抗线，使之符合设计要求。（7 7）控制爆破、城市拆除爆破时，通过缩小抵抗线来减）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。少药量，从而减少爆破震动和爆破飞石。（8 8）单个药包的炸药量与）单个药包的炸药量与W3W3成正比，成正比，W W稍微增加一点，稍微增加一点，药师就迅速增加，这在城市拆除爆破中尤其重要。药师就迅速增加，这在城市拆除爆破中尤其重要。3 3）爆破作用指数（）爆破作用指数（n=r/Wn=r/W）爆破作用指数：爆破漏斗半径与最小抵抗线比值，爆破作用指数：爆破漏斗半径与最小抵抗线比值，即即n=r/Wn=r/W。爆破作用指数值的变化，直接影响到爆破漏斗的形爆破作用指数值的变化，直接影响到爆破漏斗的形状、岩石的破碎程度和抛掷效果。状、岩石的破碎程度和抛掷效果。常用它对爆破类型进行分类，判别爆破作用的性质、常用它对爆破类型进行分类，判别爆破作用的性质、类型、以及抛掷方向和抛掷距离等。类型、以及抛掷方向和抛掷距离等。根据爆破作用指数根据爆破作用指数n n的大小，把爆破分为抛掷爆破的大小，把爆破分为抛掷爆破(n1)(n1)和松动爆破和松动爆破(n1)(n1)(n1)加强抛掷爆破后，药室至自由面间的岩石不但全部加强抛掷爆破后，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。破碎，而且大部分的岩块被抛出一定距离。实践表明，爆破作用指数不是随着炸药量的增加而实践表明，爆破作用指数不是随着炸药量的增加而成比例增加，当成比例增加，当n n3 3左右时，继续增加炸药量，爆破作左右时，继续增加炸药量，爆破作用指数增加就十分缓慢了。因此，爆破工程中加强抛掷用指数增加就十分缓慢了。因此，爆破工程中加强抛掷爆破作用指数为爆破作用指数为1n3 1n3。u 松动爆破松动爆破(0n1)(0n1)松动爆破漏斗没有明显可见的漏斗边界，很少通过松动爆破漏斗没有明显可见的漏斗边界，很少通过爆破漏斗实验来确定松动爆破类型，而是用标准抛掷爆爆破漏斗实验来确定松动爆破类型，而是用标准抛掷爆破实验，通过装药量折减来方法确定松动爆破类型。破实验，通过装药量折减来方法确定松动爆破类型。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）。）。加强松动爆破又称减弱抛掷爆破。完成加强松动爆加强松动爆破又称减弱抛掷爆破。完成加强松动爆破后，药室至自由面间的岩石全部破碎，还把一小部分破后，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。破碎岩块抛掷出去。通常所指的松动爆破是标准松动爆破。在松动爆破通常所指的松动爆破是标准松动爆破。在松动爆破条件下，爆破后药室周围介质破裂和自由面的破坏连成条件下，爆破后药室周围介质破裂和自由面的破坏连成一片，形成一个明显的破碎区，岩石有明显的膨胀移动一片，形成一个明显的破碎区，岩石有明显的膨胀移动而形成鼓包，但不形成可见的爆破漏斗。而形成鼓包，但不形成可见的爆破漏斗。松动爆破时采用的药量一般较小，因此，爆破时所松动爆破时采用的药量一般较小，因此，爆破时所产生的振动较小，碎石飞散距离也较小，是最常用的爆产生的振动较小，碎石飞散距离也较小，是最常用的爆破类型。破类型。城镇石方控制爆破为了保证周围建筑不受破坏，需城镇石方控制爆破为了保证周围建筑不受破坏，需严格控制药量和爆破飞石，只要求将岩石爆裂，常采用严格控制药量和爆破飞石，只要求将岩石爆裂，常采用减弱松动爆破。减弱松动爆破。一般矿山和采石场爆破，要求爆破后岩石的破碎和一般矿山和采石场爆破，要求爆破后岩石的破碎和并有一定程度移动，而又不使爆堆过宽，常采用标准松并有一定程度移动，而又不使爆堆过宽，常采用标准松动爆破。动爆破。坚硬完整的岩石爆破、井巷掘进爆破，要求爆破后坚硬完整的岩石爆破、井巷掘进爆破，要求爆破后岩石碎块有适当的移动，甚至可以抛掷一部分，这时需岩石碎块有适当的移动，甚至可以抛掷一部分，这时需要采用加强松动爆破。要采用加强松动爆破。p 利文斯顿爆破漏斗理论利文斯顿爆破漏斗理论在爆破理论的发展过程中，爆破漏斗理论和实验研在爆破理论的发展过程中，爆破漏斗理论和实验研究一直占有重要的地位。究一直占有重要的地位。利文斯顿（利文斯顿（C.W.LivingstonC.W.Livingston）在各种岩石上，用不）在各种岩石上，用不同的药量和不同药包埋置深度，进行了大量爆破漏斗试验，同的药量和不同药包埋置深度，进行了大量爆破漏斗试验，论证了炸药能量分配给药室周围岩石以及地表空气的几种论证了炸药能量分配给药室周围岩石以及地表空气的几种方式，于方式，于19561956年提出了以能量平衡为准则爆破漏斗理论。年提出了以能量平衡为准则爆破漏斗理论。Livingston Livingston爆破漏斗理论主要内容如下：爆破漏斗理论主要内容如下：（1 1）阐明影响爆炸能量传递主要因素；）阐明影响爆炸能量传递主要因素；（2 2）引入临界深度和岩石应变能系数；）引入临界深度和岩石应变能系数；（3 3）阐明爆破漏斗体积与药包埋置深度的关系；）阐明爆破漏斗体积与药包埋置深度的关系；（4 4）阐明爆炸能量分配随药包埋置深度变化规律。）阐明爆炸能量分配随药包埋置深度变化规律。炸药包在介质中爆炸时传给介质的能量多少和速度，炸药包在介质中爆炸时传给介质的能量多少和速度，取决于取决于岩石性质、炸药性能，药包大小和药包埋置深度岩石性质、炸药性能，药包大小和药包埋置深度等因素等因素。在岩石性质一定的条件下，爆破能量的多少取决于在岩石性质一定的条件下，爆破能量的多少取决于药包重量；能量释放速度取决于炸药的传爆速度。药包重量；能量释放速度取决于炸药的传爆速度。若将药包埋置在地表以下很深的