《钻眼爆破》自学指导书本科

1、钻眼爆破自学指导书一、课程名称：钻眼爆破二、自学学时：51三、课件学时：30四、教材名称：爆破工程，戴俊编，机械工业出版社。五、参考资料：1.王文龙.钻眼爆破.煤炭工业出版社.1984亨利奇.爆炸动力学及其应用.科学出版社.1987刘殿中.工程爆破实用手册.冶金工业出版社，1999Per-AndersPersson,RogerHolmberg,JaiminLee.RockBlastingandExplosivesEngineering.CRCPress.1993六、考核方式：章节同步习题（10%）+笔试（90%）七、课程简介本课程主要讲解钻眼爆破的基本概念、理论与主要技术。内容主要包括：工业炸

2、药的基本性质及其化学反应，岩石的物理力学性质，爆破器材的种类和功用，爆轰的基本特征及过程，爆炸波的传播衰减规律，爆破的内部作用与外部作用，爆破漏斗与最小抵抗线理论，炸药量的计算方法，光面、预裂、微差爆破技术，井巷掘进爆破技术，以及爆破工程安全等。八、自学内容指导第一章概况（一）本章内容概述本章主要讲授该课程的内容、特点和要求，炸药的发展过程、凿岩机械的发展过程等。（二）白学课时安排章节内容自学学时数弟T炸药发展史1第二节苗石机械发展史1（三）知识点1、炸药发展史了解每个时期的特点和划分标志，了解诺贝尔在炸药发展史上的重要作用2、凿岩机械发展史了解凿岩机械的分类和发展标志3、了解本课程的内容、特

3、点和要求钻眼爆破”是井巷作业的龙头工序，严重制约后续工作的开展。该课程是一门专业技术课，掌握岩石爆破技术是本课程的主要任务。为此，需要正确理解炸药的化学反应规律、起爆机理，掌握岩石的动力学性质和破坏条件。安全是该行业的另一条主线。（四）章节同步练习1. 该课程的研究内容是什么？2. 钻眼爆破作业包括哪几部分工作？3. 简述炸药的发展史4. 简述凿岩机械的发展史？第二章岩石强度与破坏性质（一）本章内容概述本章主要讲授岩石的物理力学性质、变形规律，及描述模型，掌握了岩石强度的一些变化规律，为解决岩土工程问题提供了分析的依据。理解岩石的可爆性和可钻性分级指标。（二）自学课时安排章节内容自学学时数弟T

4、岩石的本构关系2第二节岩石强度2第三节岩石内缺陷对强度的影响4第四节岩石的可钻性与可爆性4（三）知识点1.岩石是自然界的产物，是由多种矿物晶粒、孔隙和胶结物组成的混杂体。不连续性、非均匀性和各向异性是岩石材料最主要特性。研究方法与研究的尺度有关，岩石的研究可以分为四个尺度：即矿物颗粒尺度(micro-scale)、岩石尺度(macro-scale)、岩体尺度(mega-scale)、地质尺度(giga-scale)。岩土爆破工程中的岩石属于中间的两个尺度上的问题，这时矿物的性质被平均掉了，所以仍把岩石当作弹性体来研究。2.静力作用下常见岩石的某些物理力学性质表2.1常见岩石的某些物理性质(静力

5、作用)岩石类型密度孔隙度抗压强度抗拉强度-3gcm(%)MPaMPa花岗岩2.62.71200300火成岩闪长岩2.72.90.523027047玄武石2.72.81150200砂岩2.12.553035100沉积岩页岩1.92.4725357012白灰岩2.22.522015140大理岩2.52.80.5270200变质岩白英岩2.52.61210027047板岩2.62.60.55100200表2.2一些岩石的弹性常数E和(静力作用)uU百石杨氏模量E/GPa泊松比玄武石20980.140.25火成岩花岗岩29880.130.25辉绿岩26690.130.25页岩7.8290.110.24

6、沉积岩砂岩5.0800.170.30右灰岩10790.140.30大理岩59880.250.38变质岩白英岩26870.110.23板岩一0.060.44资料根据：Jumikis,19832、岩石的变形特性(1) 应力-应变全过程曲线四个阶段的划分：压密、弹性、塑性、软化4J(2) 三向压力下岩石的变形随围压的增大，弹性极限和屈服极限都增大，但是弹性模量和泊松比变化不大3、本构关系：(1) 应力：内力的集度。(2) 应变：变形的集度。(3) 常见本构模型：。=f(矽，(具体参见教材)弹性问题解答的平衡方程:;ll、1-2几何方程:二j,jXi=0物理方程:1；j=(Ui,jUj,i)24、岩石

7、岩石的强度试验与破坏准则(1) 单轴抗压强度(2) 单轴抗拉强度(3) 抗剪强度(4) 最大拉应力准则(5) 最大拉应变准则(6) 摩尔-库伦准则C为内聚力；力内摩擦角(7) 格里菲斯准则熟悉这些强度准则的内容和适用条件。5、岩体：是地质体，经历过多次反复的地质作用，经受过变形，遭受过破坏，形成一定的岩石成分、一定的结构、赋存于一定的地质环境中，在作为力学研究对象时被定义为岩体岩体力学性质不能仅仅根据试块实验给出来，实际对岩体力学性质起作用的是岩体结构。6、岩石的可钻性：就是在一定技术条件下钻进岩石的难易程度。可爆性：岩石对爆破作用的抵抗或爆破岩石的难易性称为可爆性。岩石类剧整体性较好的坚硬岩

8、花岗岩、蛇纹岩、闪岩、片麻岩、砾岩中等坚固性性岩石；白云岩、S藉*法理岩、灰龄岩、风化片麻岩、正长岩、菱铁牝崛机版菌*畚膏岩、坚固的林岩裂隙多的软岩：软泥灰岩、砾石、石育、贝壳石灰.粘土、黄土坚固性系数1W07玲1忐液阻扰任踌107斗24破碎功耗70-805(703阳翔二项a作药单耗kgm掘迷炒写：w:地下采矿1.1O.M.O.S5-.9?.75-S5.6-.65露未开采蹈血7L7S聂sis血#破坏特点脆性破坏似脆性破坏塑性踱坏（四）难点研究固体材料的破坏机理非常困难，至今还没有完全解决。人们通过各种室内试验研究岩石的破坏，掌握了岩石强度的一些变化规律，并提出了若干个强度准则，为解决岩土工程问

9、题提供了分析的依据。岩石的破坏既与材料的本身性质有关，还与具体的受力状态有关。（五）章节同步习题1. 花岗岩、砂岩、石灰岩、大理石的密度、弹性模量、抗压破坏强度大约是多少？它们的泊松比各是多少？2. 单轴压缩时岩石的本构模型有哪些？3. 简述莫尔-库伦准则的意义。4. 什么是岩体？简述结构面对岩体强度的影响。5. 什么是岩石的可钻性？可爆性？（六）作业Page148:3-1,3-2第三章凿岩设备（一）本章内容概述本章主要讲授钻眼时的破岩原理和主要凿岩机的构造。（二）白学课时安排章节内容自学学时数弟T破岩原理与设备1第二节凿岩机的结构与工作原理2第三节钻眼机具1（三）知识点1、破岩原理与设备（1

10、）掌握三种破岩方式及代表机具、适用条件（2）了解凿岩机的分类2、凿岩机的结构了解凿岩机的构造，了解主要凿岩机的性能，掌握凿岩机的发展趋势3、钻眼机具了解钻眼机具的种类和适用条件（四）章节同步习题1. 根据破岩原理，钻眼方法分为哪几类？其代表机具各是什么?2. YT-23的工作系统由哪几部分组成？3.凿岩机的架支机构有哪些？各适用于什么条件？4. 与风动凿岩机相比，液压凿岩机有什么优点？5.常用的钎头、钻头形状有哪些？其使用条件是什么？6. 在煤矿中为什么要采用压缩空气为动力？7. 简述煤电钻的构造?第四章介质中的波(一) 本章内容概述本章主要讲授介质的状态方程、波的分类，以及冲击波的特点等。(

11、二) 白学课时安排章节内容自学学时数弟T介质的状态与状态方程3第二节介质中波的分类3第三节冲击波3(三) 知识点1、守恒方程质量守恒方程：0(D-U0)=：(D-u)动量守恒方程：p_p=：0(D-uo)(u-uo)能量守恒方程：pu-pouo=：%(D-uo)(E-Eo)-l(u2-u2)22、介质的状态方程理想气体的状态方程：pV=nRT多方气体的状态方程：pV、=A(s)正压介质的状态方程p=p(对3、波的分类纵波和横波都是在介质内部传播的波，二者又被称为体波，另外，还有在介质表面传播的波，波通过时，自由面上质点在垂直的射线平面内作反向椭圆运动，长轴垂直自由面，短轴平行自由面，被称为瑞利

12、波；其中质点在垂直传播方向的水平横向上作剪切形式的振动，没有垂直运动分量。介质交界面传播的波，被称为勒夫波。波阵面:在波传播过程中，介质原始状态与扰动状态的交界面。3、波的叠加当两个扰动同时传到某一点时，那么这点的总状态参量等于两个扰动分别抵达这点的代数和，这便叫波的叠加性。熟悉波的反射和透射规律，理解霍布金森效应。4、冲击波（1）冲击波的形成了解冲击波形成过程熟悉冲击绝热曲线和米海尔松直线的意义（2）冲击波的特点：1）冲击波的波速对未扰动介质而言是超音速的。2）冲击波的波速对波后介质而言是亚音速的。3）冲击波的波速与波的强度有关。由于稀疏波的侵蚀和不可逆的能量损耗，其强度和对应的波速将随传播

13、距离增加而衰减。传播一定距离后，冲击波就会蜕变为压缩波，最终衰减为音波。4）冲击波波阵面上的介质状态参数（速度、压力、密度、温度）的变化是突跃的，波阵面可以看做是介质中状态参数不连续的间断面。冲击波后面通常跟有稀疏波。5）冲击波通过时，静止介质将获得流速，其方向与波传播方向相同，但流速值小于波速。6）冲击波对介质的压缩不同于等痼压缩。冲击波形成时，介质的痼将增加。7）冲击波以脉冲形式传播，不具有周期性。8）当很强的入射冲击波在刚性障碍物表面发生反射时，其反射冲击波波阵面上的压力是入射冲击波波阵面上压力的8倍，由于反射冲击波对目标的破坏性更大，因此在进行火工品车间.仓库等有关设计时应尽量避免可能

14、造成的冲击波反射。（四）难点冲击波的形成，及冲击绝热曲线和米海尔松直线的物理意义。爆源载荷特征和岩体的结构是岩土工程爆破的两大基本问题，也是两个难题。爆源载荷的理论分析与介质状态方程有关，针对爆生气体的状态方程，有理想气体的状态方程、多方气体的状态方程、正压介质的状态方程可供参考。介质状态的改变导致了波的产生与传播。流体中存在压缩波和膨胀波，其形成机理正好相反；固体存在应力波，应力波的分类与质点的振动形态有关。冲击波是一类特殊的压缩波，介质的状态有突跃的变化，这种介质状态的变化导致了冲击波传播速度是超音速的。（五）章节同步习题1. 波的分类有哪些？2. 波、波阵面、波速的定义是什么？3. 纵波

15、、横波、压缩波、膨胀波的定义？4. 冲击波的定义与特征？5. 应力波的叠加原理是什么？6. 波阻抗的定义是什么？7. 冲击绝热曲线的意义是什么？第五章炸药及爆炸的基本理论（一）本章内容概述本章主要讲授爆炸的基本特征、工业炸药的分类、爆轰、起爆机理等。（二）白学课时安排章节内容自学学时数弟T爆炸的基本特征1第二节炸药的分类及性能2第三节爆炸反应过程与爆轰3第四节起爆机理与感度2（三）知识点1. 爆炸的基本特征爆炸是指在有限体积内能量发生急剧转化的物理、化学过程。在该变化的过程中，内能迅速地转化为机械压缩能、光、热辐射等，且使原来的物质或其变化产物、周围介质产生机械运动。炸药爆炸的定义：一种以高速

16、进行的能自动传播的化学反应过程，在此过程中放出大量的热并形成大量的气体产物。化学反应的放热性炸药爆炸三个基本特征化学反应的快速性化学反应生成大景气体炸药并非是一个能量很高的能源，而是一个功率极大的能源。炸药爆炸三要素与炸药爆炸做功能力密切相关，对不同的炸药，放热量的多少，反应速度的快慢以及生成气体的量是不同的，因而在爆炸性能上存在着差异。炸药的爆炸必须同时具备这三个特征或者说这三个要素，否则就不会爆炸。炸药爆炸过程是自动传播的，反应放出的热量是反应自动传播的能量条件。2. 炸药的分类和主要工业炸药常用起爆药：雷汞、叠氮化铅、二硝基重氮酚常用猛炸药：梯恩梯、黑索金、太安、硝化甘油、奥克托金、特屈

17、儿熟悉它们的物理化学性质常用工业炸药：俊梯炸药、俊油炸药、水胶炸药、乳化炸药熟悉它们的组成和主要性质，如俊梯炸药：组成：氧化剂：硝酸俊（NH4NO3）提供氧元素；敏化剂：改善炸药性能，增加起爆感度，可燃剂，常用的TNT;不松剂：木粉，使硝酸俊不容易结块，平衡多余的氧；防水剂：在防水品种炸药中加入石蜡、沥青。消焰剂：在煤矿许用炸药中加入适量食盐(NaCl),吸收热量、降低爆温，防止引起瓦斯爆炸。种类：分煤矿、岩石、露天三类。3. 爆轰过程(1) 了解爆轰和燃烧的区别(2) 氧平衡：就是用来表示炸药内含氧量与充分氧化可燃元素所需氧量之间的比例关系。掌握氧平衡的计算对通式为CaHbOcNd炸药(单体

18、炸药)，其氧平衡计算c-2a0.5b“Kb=16Mr对于混合炸药其氧平衡计算：Kb=KbiWi对于一般形式CaHbOcNdFxClyKeMgfAlg氧平衡计算式为c0.5(xy)-(2a0.5b)(0.5ef1.5g)Kb=16Mr计算口诀：先金后氧调整炭，剩余氮、氧两不掺”(3) 掌握爆容、爆热、爆温、爆压、爆力、猛度、爆速、间隙效应的概念(4) 理解爆轰波与冲击波的区别(5) 爆轰波的结构了解C-J理论和Z-N-D模型爆轰波稳定传播的条件(C-J条件)D-ui=Ci也就是说如果没有C-J条件，那么爆轰波支上的任何状态都是可能的，但实验表明，对气相或凝聚相炸药爆轰，在给定初态下，爆轰波都是以

19、某一特定的速度稳定传播。Z-N-D模型将C-J理论中被处理成间断面的化学反应区推广到有限宽度，也就是化学反应区有一厚度而不是C-J理论的一个几何间断面，从理论上看Z-N-D模型比C-J理论更接近于实际情况。ZND模型的基本假设： 流动是一维的。 冲击波是间断面，忽略分子的输运（热传导,辐射，扩散，粘性）。在激波前，化学反应速度为零，冲击波后的化学反应速率为一有限值非无穷大），反应是不可逆的。 在反应区内，介质质点都处于局部热力学平衡态，但未达到化学平衡组分在变）。这样，爆轰波可看成是有冲击波和化学反应区构成，而且它们以相同的运动速度在炸药中传播。4. 起爆机理与感度（1）了解各种起爆机理的内容

20、（2）感度：外界能量作用下，炸药发生爆炸的难易程度。（3）殉爆：装有雷管的主动药包爆炸时，能使相隔一定距离的另一同种药包发生爆炸的现象。炸药对不同形式的外界能量作用所表现的感度是不一样的。故不能简单地以炸药对某种起爆能的感度等效地衡量它对另一种起爆能的感度。掌握各种起爆机理，判别炸药对各种外界能量的感度，指导研究、生产、贮存、运输、使用各个环节。（四）难点爆轰波的结构是本章的难点。（五）章节同步习题1硝俊类炸药的主要成分有哪些？各在炸药中起什么作用？2. 炸药爆炸必须具备哪三个基本要素？各有什么特点？3. 什么叫炸药的氧平衡？4. 什么叫炸药的爆容、爆温、爆热、爆压、爆速？5. 什么叫爆轰波？

21、简述C-J理论和Z-N-D模型6. 简述热能起爆机理7. 简述冲击波的特点8. 何谓炸药的猛度和爆力？如何测定？（六）课后作业题Page63-64：1-1至1-12第六章爆破器材与起爆方法（一）本章内容概述本章主要讲授起爆器材的分类，以及电力起爆法和非电起爆法。（二）白学课时安排章节内容自学学时数弟T起爆器材种类2第二节非电起爆法2第三节电力起爆法2（三）知识点1. 起爆器材起爆能：炸药虽然属于不稳定的化学体系，但只有在一定的外界能量的作用下才能起爆，这种外界能量叫做起爆能。工程爆破中使用的起爆器材主要有：雷管、导火索、导爆索、导爆管、导爆管连接元件、继爆管（detonatingrelay）和

22、起爆药柱等。区分传爆材料和起爆材料雷管的种类和结构导火索、导爆索、继爆管的结构最大安全电流：雷管技术标准规定，通以恒定直流电5min不爆的电流值为最大安全电流，实测的最大安全电流值都在150mA以上。最小发火电流：若从最大安全电流开始，将电流逐渐增大，则雷管爆炸的百分数也逐渐增加，当电流达到某一数值时，将会达到99.9999%发火，这时的电流值称为最小发火电流。了解起爆方法的分类2. 非电起爆法了解三种主要的方法，及导爆索的连接方式、起爆网络等3. 电力起爆必要的器材：电雷管、导线、起爆电源和测量仪表。会计算电爆网络混联电爆网路的最大起爆能力计算:VmRmn=I准RR网路总电雷管数则为：klV

23、mRmm2N=nm=I准RR式中n为每个串联组中串联个数，m为并联组数，U一电源电压，r一雷管电阻，R一母线电阻R1和电源电阻R2和。（四）难点电爆网络的计算1. （五）章节同步习题工程爆破，一次起爆60个炮眼，每个炮眼装一发3Q电雷管，用串并联电爆网路每串组10发雷管,6组并联，导线电阻5Q，问220v交流电能否起爆.（交流准爆电流4A）2. 工程爆破中常用起爆方法有哪几种？3. 说明电雷管的构造、性能和工作原理？4. 什么是最小发火电流、最大安全电流、发火冲能？5. 电爆网络有哪些连接方法，各自的优缺点和适用条件是什么？6. 说明电雷管的串联准爆条件（六）课后作业题Page97:2-1至2

24、-8第七章岩石爆破理论（一）本章内容概述本章主要讲授岩石在爆破载荷下破坏的基本理论、爆破漏斗理论、最小抵抗线原理、岩石爆破的能量原理等。（二）白学课时安排章节内容自学学时数弟T岩石爆破破坏基本理论2第二节爆破漏斗理论2第三节最小抵抗线原理2第四节岩石爆破的能量原理1第五节主要影响因素1(三) 知识点1. 基本理论(1) 五种破坏模式(2) 三个基本理论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。(3) 两个作用2. 爆破漏斗(1) 爆破作用指数n:它是爆破漏斗半径r和最小抵

25、抗线W的比值(2) 爆破漏斗的形式：n=1:标准抛掷爆破漏斗n1:加强抛掷爆破漏斗0.75n1:减弱抛掷爆破漏斗n200tB级爆破;100tQ200tC级爆破；50tQ100tD级爆破；深孔爆破之所以被广泛地应用于矿山、铁路、公路、港口、水利水电和场地开挖平整等建设工程，存在如下优点：(1) 钻孔、破碎、清运等机械化作业程度高，作业人员操作方便，降低了劳动强度；(2) 破碎质量、大块率相对石同室爆破要好，爆堆比较集中，使装运进度大大加快，生产效率提高，工程综合成本下降，适于规模生产；(3) 可以采用毫秒延时爆破、预裂和光面爆破技术，使破碎质量得到改善，爆破的有害效应得到控制，使边坡、底板和周边

26、保持平整，确保稳定，最大程度降低地质灾害。3. 台阶爆破参数和布孔形式熟悉各个爆破参数的计算方法，两种布孔形式的优缺点。4. 超深超深是指钻孔超出台阶底盘标高的那一段孔深。其作用在于降低装药中心位置，克服底盘岩石的夹制作用，使爆后少留或不留根坎，以形成平整的底部平台。根据实际经验，超深h可由底盘抵抗线w1、台阶高度K或孔径d由以下经验公式确7E：h=(0.15-0.35)w1h=(0.12-0.30)Hh=(812)d当岩石松软时，取小值；岩石坚硬时，取大值。国内矿山的超深值一般为0.53.6m,底盘有天然分离面或底盘岩石需要保护时，可不留超深，必要时可留一定厚度的保护层。5. VCR法是垂直深孔球状药包后退式崩矿方法的简称。(四) 章