爆破工程之五岩石中的爆破作用原理

第五章岩石中的爆破作用原理

第一节岩石破碎机理的几种观点炸药在岩石中爆破时所释出的能量只有少部分用于破碎岩石，而大部分能量都消耗在产生空气冲击波、地震波、噪声和飞石等有害效应方面，炸药在岩石中爆破时它的能量利用率很低（有人认为只有15~20%），大部分能量都白白浪费掉了。迄今为止，人们对岩石的爆破作用过程仍然了解得不透彻，不同而形成三种假说。一、爆轰气体膨胀压力作用破坏论这派观点是从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量高温高压的气体，这种气体膨胀时所产生推力，作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力的不等引起的不同的径向位移，导致在岩石中形成剪切应力，当这种剪切应力超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石的破裂，当爆轰气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面附近的岩石隆起、鼓开并沿径向方向推出，这派观点完全否认冲击波的作用。二、应力波反射拉伸破坏论这派观点从爆轰的动力学观点出发。认为药包爆破时，强大的冲击波冲击和压缩周围的岩石，在岩石中激发成强烈的压缩应力波。当这种应力波传到自由面时，从自由面反射而成拉伸应力波，当这种波的强度超过岩石的极限抗拉强度时，从自由面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏作用。这派观点完全否认了爆轰气体膨胀的推力作用。三、冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用的观点这派观点认为爆破时岩石的破坏是冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用的结果。

四、岩体爆破的损伤力学观点

长期以来，在岩体爆破机理研究中主要围绕爆破主动力问题展开，对于岩体破坏准则仍沿用岩体静力学方法，采用拉应力破坏理论、莫尔破坏理论等。这种简化处理可用于解决不含地质结构面的岩石破裂问题。大量的调查统计发现，岩体爆破过程中80％以上的破裂面是沿岩体中的各种原生结构面（节理、层理等）产生，因而近年来在岩体爆破理论研究中又引入了损伤力学方法，提出了岩体爆破机理的损伤力学观点。该观点视岩体裂隙为初始损伤，各种结构弱面和微缺陷为潜在的损伤发展源，认为岩体破裂是损伤积累所致。当岩体损伤变量达到某一临界值时，岩体产生破裂。利用岩体爆破的损伤力学方法，目前基本上可以实现爆破范围的计算机模拟。该理论在爆破动力问题上，直接采用爆轰冲击荷载作用于岩壁的状态方程，利用动力有限元方法计算爆区的应力状态。其实质是认为岩体爆破动力是爆炸应力波和爆轰气体的膨胀作用，两者相辅相成，不可或缺。第二节冲击载荷的特征和应力波

一、冲击载荷的特征冲击载荷是一种动载荷，特点是加载的速度快和作用的时间短。将物体受冲击载荷作用下的情况和一般静载荷相比，它是以特殊形态反应出来的，其主要特征如下：1.在冲击载荷作用下，承受载荷作用的物体的自重非常重要。冲击载荷作用下所产生力的大小，作用的持续时间和力的分布状态等等，主要取决于加载体和受载体之间的相互作用。2.在冲击载荷作用下，在承载体中诱发出的应力是局部性的，在承载体内部产生了明显的应力不均匀性。3.在冲击载荷作用下，承载体的反应是动态的。二、应力波物体若受到爆炸或其他冲击载荷作用时，在物体的内部就会产生过渡性的扰动现象，这种现象叫做波动。物体内的应力是以波动方式传播的，这种波动方式的应力叫做应力波，对爆破来说这种应力波是由爆炸冲击加载产生的，所以叫做爆炸应力波。（一）应应力波的的传播传播的大大致过程程：炸药药在岩体体中爆炸炸引起的的瞬时巨巨大压力力，压压力以极极高的速速度冲击击药包四四周的岩岩石，在在岩石中中激发出出传播速速度比声声速还大大的冲击击波（或或叫爆炸炸应力波波）。在在离药包包稍远的的地点，，由于波波的衰减减，这些些非弹性性过程终终止，而而开始出出现弹性性效应，，衰减后后的冲击击波已变变成只能能引起岩岩石质点点振动而而不能引引起岩石石破裂的的弹性扰扰动，这这种弹性性扰动以以弹性应应力波或或地震波波的形式式向外传传播应力波按按其传播播的途径径不同可可以分为两大大类：一类是是在岩体体内部传传播的，，叫做体积波；一类是是沿着岩岩体内、、外表面面传播的的叫做表面波。体积波按按波的传传播方向向和传播播途中介介质质点点扰动方方向的关关系又可可分为纵纵波和横横波两种种。纵波又叫压缩缩波，它它的特点点是波的的传播方方向和传传播途中中介质质质点的运运动方向向是一致致的，这这种波在在传播过过程中会会引起物物体产生生压缩和和拉伸变变形。横波又叫剪切切波，它它的特点点是波的的传播方方向和传传播途中中介质质质点的运运动方向向相垂直直。在传传播过程程中它会会引起物物体产生生剪切变变形。表面波可可分为瑞利波和勒夫波两类。瑞瑞利波的的传播方方式与纵纵波相似似，会引引起物体体产生压压缩和拉拉伸变形形。勒夫夫波与横横波相似似，会引引起物体体产生剪剪切变形形。爆破破时体积积波特别别是纵波波能使岩岩石产生生压缩和和拉伸变变形，是是爆破时时造成岩岩石破裂裂的重要要原因。。（二）应力波的的反射应力波和其他波波动一样，如果果在它的传播过过程中遇到岩石石中的层理面、、节理面、断层层面和自由面，，或者在传播过过程中介质性质质发生了变化时时，那么应力波波的一部分会从从交界面反射回回来，另外一部部分应力波则透透射过交界面进进入第二种介质质，应力波的反反射因其入射的的角度不同有两两种不同的反射射情况，一种是是应力波呈垂直直入射，另一种种是应力波呈倾倾斜入射。1.应力波垂直入射射图5—4表示入射的一种种三角形波从自自由面反射的过过程。设入射的的应力波是压缩缩应力波，从左左向右传播，如如图中的a所示。波在到达达自由面以前，，随着波的前进进，介质承受压压缩应力的作用用。当波到达自自由面时立即发发生反射。图中中的b表示三角波正在在反射过程中，，图中的c表示波的反射过过程已经结束。。反射前后的波波峰应力值和波波形完全一样，，但极性完全相相反，由反射前前的压缩波变为为反射后的拉伸伸波，由原介质质中返回，随着着反射波的前进进，介质从原来来的压缩应力下下被解除的同时时，而承受拉伸伸应力。2．应力波倾斜入入射应力波呈倾斜向向自由面入射时时，情况非常复复杂。入射波不不管是纵波还是是横波，经过自自由面反射以后后，都要再度生生成纵波和横波波这两种波来。。第三节爆破破时岩体中的应应力状态一、应力波在岩岩体中传播时引引起的应力状态态当药包爆轰时的的爆轰波传到药药包与岩石的接接触面时，一部部分爆轰波会反反射回来，一部部分爆轰波则以以猛烈冲击的方方式透射入岩体体中，在岩体内内激发出一种波波峰压力很高的的脉冲应力波，，这种脉冲应力力波叫做爆炸应力波或岩体中的冲击波。（一）岩体中冲冲击波的传播规规律冲击波的初始波波峰压力就是爆爆轰波给予岩石石的最初压力，，其值的大小取取决于炸药的性质、岩石的性质和炸药与岩石的耦耦合情况。波阻抗越大的岩岩石，在炮孔壁壁上产生的压力力也越大，如表5—1所示。给予岩石的初始始峰压越大，则则岩石的变形也也越大，破碎越越厉害，消耗能能量也越多。因因此，在工程爆破中必必须根据工程的的要求来合理地地控制岩体中的的初始峰压值。冲击波在岩体内内传播过程中，，它的强度随着着距爆源距离的的增加而衰减。。根据波的性质、、形状和作用性性质的不同，可可将冲击波的传传播过程大致分分为三个作用区区，如图5—5所示。冲击波作用区、压缩应力波作用用区、弹性振动区。冲击波在传播过过程中衰减的一般规律律是：在冲击波作用区区，应力衰减大大致与传播距离离的三次方成正正比。在压缩应应力波作用区，，应力衰减大致致与传播距离的的平方成正比；；在地震波作用用区，应力的衰衰减大致与传播播距离成线性关关系。此外，球球形药包产生的的冲击波，其衰衰减速度比柱形形药包快。冲击击波在松软或多多裂隙岩石中传传播比在均质、、致密的整体岩岩石中衰减要快快。冲击波在岩岩体中传播时，，其波阵面上的的压力衰减规律律可以用下列经经验公式来表示示：（5—1）式中——离药包的距离为为r处的冲击波波峰峰压力，kPa；——冲击波初始的波波峰压力，kPa；——距药包的距离，，m；——药包的半径，m；——指数，，，冲击波作用区区取“+”，压缩应力波作作用区取“-”；——岩石的泊松比。。（二）应力波在岩岩体中引起的应应力状态爆炸应力波在岩岩体中引起的应应力状态不但随随时间不同而变变化，而且随离离药包的远近而而变化，表现为为动的应力状态态。在爆炸应力波作作用的大部分范范围内，它是以以压缩应力波的的方式传播的，，其引起的岩石石应力状态可以以近似地采用弹弹性理论来研究究和解析。爆炸应力波从爆爆源向自由面倾倾斜入射时，在在自由面附近岩岩石中某点的应应力状态是复杂杂的，由爆源向向四周岩体中发发射的应力波主主要是纵波。如图5—6所示，设自由面面方向为横轴，，最小抵抗线方方向为竖轴，O点为炸药包中心心（即爆源），，岩体中任一点点A的应力为三者的的合成，由合成成应力引起的三三个主应力为，，，，。。当拉伸主应力出出现现极大值时，自自由面附近岩体体中各点的主应应力和和的的方向向如图5—7所示。自由面对应力极极大值的变化产产生很大的影响响：一般来说在在自由面附近所所产生的压缩主主应力极大值比比无自由面时所所产生的要小；；拉伸主应力极极大值则正好与与此相反，它比比无自由面时所所产生的要大，，爆源离自由面面越近，拉伸主主应力的增长越越显著，这意味味着自由面附近近的岩石是处于于比较容易破坏坏的拉伸应力状状态下这充分说说明自由面对爆爆破效果的提高高起着重要的作作用。二、爆轰气体压压力作用下岩体体中的应力状态态药包爆破时，在在药室容积没有有发生变化以前前，爆轰气体压压力可以视为是是恒定的。由它它引起的应力状状态是均匀的，，它与时间无关关，只决定于该该点的位置，表表现为静的应力力状态。当在岩体中密封封的集中药包爆爆轰时，由于药药室周壁岩石被被高压冲击波压压缩和粉碎，药药室容积被扩大大，被密封在此此容积中的爆轰轰气体以准静态态压力的方式作作用在岩壁上，，在岩体中各点点的主应力和和的的作用用方向如图5—8所示，该应力分分布状态与图5—7中的应力分布状状态极为相似。。第四节单单个药包的爆破破作用

一、单单个集中药包的的爆破作用（（一）爆破的内内部作用当药包在岩体中中的埋置深度很很大，其爆破作作用达不到自由由面，即在无限限介质中的爆破破，这种情况下下的爆破作用叫叫做爆破的内部作用用。这种情况如图5—9所示。按照岩石石的破坏特征，，大致可将它分分为三个区域。。1.压碎区(压缩区)这个区是指直接接与药包接触的的岩石。在冲击载荷作用用下呈现明显脆脆性的坚硬岩石石，则被压碎；；对于可压缩性性比较大的软岩岩（如塑性岩石石、土壤和页岩岩等）则被压缩缩成压缩空洞，，并且在空洞表表层形成坚实的的压实层。因此此，压碎区又叫叫压缩区。压碎区的半径很很小，一般约为为药包半径的2~3倍。破坏范围虽虽然不大，但破破碎程度大，炸炸药消耗能量多多。2.破裂区(破坏区)当冲击波通过压压碎区以后，随随着冲击波传播播范围的扩大而而导致单位面积积上的能流密度度降低，压缩波波（即压缩应力力波），其强度度已低于岩石的的动抗压强度，，所以不能直接接压碎岩石。但但是，它可使压压碎区外层的岩岩石遭到强烈的的径向压缩，使使岩石的质点产产生径向位移，，因而导致外围围岩石层中产生生径向扩张和切切向拉伸应变，，如图5—10所示。如果这种种切向拉伸应变变超过了岩石的的动抗拉强度的的话，那么在外外围的岩石层中中就会产生径向向裂隙。这种裂裂隙以（0.15~0.4）倍压缩应力波波的传播速度向向前延伸。当切切向拉伸应力小小到低于岩石的的动抗拉强度时时，裂隙便停止止向前发展。另另外在冲击波扩扩大药室时，压压力下降了的爆爆轰气体也同时时作用在药室四四周的岩石上，，在药室四周的的岩石中形成一一个准静应力场场。当压缩应力波通通过破裂区时，，岩石受到强烈烈的压缩，储蓄蓄了一部分弹性性变形能，当应应力波通过后，，岩石中的应力力释放，便会产产生与压缩应力力波作用方向相相反的向心拉伸伸应力。使岩石石粒点产生反向向的径向移动，，当径向拉伸应应力超过岩石的的动抗拉强度时时，在岩石中便便会出现周向的的裂隙。图5—11是径向裂隙和周周向裂隙的形成成原理示意图。。径向裂隙和周周向裂隙的相互互交错，将该区区中的岩石割裂裂成块，如图5—11所示。此区域叫叫做破裂区（或或破坏区）。3.弹性震动区破裂区以外的岩岩体中，由于应应力波引起的应应力状态和爆轰轰气体压力建立立起的准静应力力场均不足以使使岩石破坏，只只能引起岩石质质点作弹性振动动，直到弹性振振动波的能量被被岩石完全吸收收为止，这个区区域叫弹性震动动区或地震区。。震动区半径可按按下式估算：（二）爆破的外外部作用当药包在岩体中中埋置很浅，即即爆破作用能达达到自由面，即即在半无限介质质中的爆破，这这种情况的爆破破叫做爆破的外部作用。当将集中药包埋埋置在靠近地表表的岩石中时，，那么药包爆破破后，除了产生生内部的破坏作作用以外，还会会在地表产生破破坏作用，造成成地表附近的岩岩石破坏。1.由应力波的合成成引起的破坏自由面附近岩石石中的爆破破碎碎机理，可根据据入射波和反射射波叠加结果所所产生的应力状状态（图5—12）来判断。由拉拉伸应力引起的的裂隙，是以最最小抵抗线为中中心呈放射状的的分布，如图5—12b所示。2.由霍布金逊效应应引起的破坏根据应力波的反反射原理，当药药包爆炸以后的的压缩应力波到到达自由面时，，便从自由面反反射回来，变成成性质和方向完完全相反的拉伸伸应力波，这种种效应叫霍布金逊效应。假定从爆源向自自由面方向传播播的压缩应力波波是锯齿形三角角形波。那么可可用图5—13来说明霍布金逊逊效应的破坏机机理。3.由反射拉伸波引引起径向裂隙的的延伸从自由面反射回回岩体中的拉伸伸波，即使它的的强度不足以产产生片裂，但是是反射拉伸波同同径向裂隙梢处处的应力场相互互叠加，可使径径向裂隙大大地地向前延伸。裂隙延伸的情况况与反射应力波波传播的方向和和裂隙方向的交交角θ的有关。如图5—14所示。相反地，反射波波在其切向上是是压缩应力状态态，反而会使已已经张开的裂隙隙重新闭合。（三）爆破漏斗斗当药包爆破产生生外部作用时，，除了将岩石破破坏以外，还会会将一部分破碎碎了的岩石抛掷掷，在地表形成成一个漏斗形的的坑，这个坑叫叫做爆破漏斗。。见图5—15。爆破漏斗是工程程爆破中一些重重要参数计算的的基础，它是由由下列一些要素素构成的（图5—16）。自由面——被爆破的岩石与与空气接触的面面叫做自由面，，又叫临空面。。如图5—16中的AB面。在长期的爆爆破实践中，人人们总结了一条条简单的经验，，即自由面多，，爆破效果好。。从图5—17中就很容易说明明这个问题。最小抵抗线W——自药包中心到自自由面的最短距距离，即表示爆爆破时岩石阻力力最小的方向。。因此，最小抵抵抗线是爆破作作用和岩石移动动的主导方向。。爆破漏斗半径r——即爆破漏斗的底底圆半径。爆破作用半径R——也叫做破裂半径径，即白药包中中心到爆破漏斗斗底圆圆周上任任一点的距离。。爆破漏斗深度D——自爆破漏斗尖顶顶至自由面的最最短距离。爆破漏斗的可见见深度h——自爆破漏斗中岩岩堆表面最低洼洼点到自由面最最短距离。爆破漏斗张开角角θ——即爆破漏斗的顶顶角。除了上述构成爆爆破漏斗的一些些要素以外，在在爆破工程中还还有一个经常用用到的重要指数数，即爆破作用用指数n，它是爆破漏斗斗半径r和最小抵抗线W的比值，可以用用下式表示：在工程爆破中常常常根据爆破作作用指数n值的不同，将爆爆破作用分为五五种。1.标准抛掷爆破漏漏斗（图5—18a）这种爆破破漏斗的漏斗半半径r与最小抵抗线W相等，即爆破作作用指数漏斗的的张开角θ=90°。形成标准抛掷掷爆破漏斗的药药包叫做标准抛抛掷爆破药包。。2.加强抛掷爆破漏漏斗（图5—18b）这种爆破破漏斗的漏斗半半径r大于最小抵抗线线W，即爆破作用指指数n＞l.0，漏斗张开角θ＞90°，形成加强抛掷掷爆破漏斗的药药包叫做加强抛抛掷爆破药包。。3.减弱抛掷爆破（又叫加强松动动爆破）漏斗（（图5—18c）这种爆破破漏斗的漏斗半半径r小于最小抵抗线线W，即爆破作用指指数l＞n＞0.75，漏斗张开角θ＜90°。形成减弱抛掷掷爆破漏斗的药药包叫做减弱抛抛掷爆破或加强强松动爆破药包包。4.松动爆破漏斗（图5—18d）药包爆破破后只使岩石破破裂，几乎没有有抛掷作用，从从外表看，不形形成可见的爆破破漏斗。此时的的爆破作用指数数，n小于但接近于0.75。松动爆破时采采用的装药量一一般较小，因此此爆破时所产生生的振动较小，，碎石飞散的距距离也较小。这这样，有利于提提高装岩的效率率和爆破的安全全性。因此，在在井下和露天的的矿石回采作业业和巷道的掘进进作业中，常常常采用这种爆破破。5.压缩（压碎）爆爆破（图5—18e）压缩爆破破的特点是药包包爆破时，只将将它周围的岩石石压缩（或压碎碎）形成空洞，，而爆破的作用用达不到自由面面。这种爆破在在药壶爆破中常常常被采用。二、单个延长药药包的爆破作用用延长药包是在工工程爆破中应用用最广泛的药包包。如炮眼爆破破法和深孔爆破破法中使用的柱柱状药包以及硐硐室爆破法中使使用的条形药包包都属于延长药药包。延长药包是相对对集中药包而言言的，当药包的的长度和它的横横截面的直径（（对圆柱形药包包）或边长（对对方柱形药包））之比值φ大于某一值时，，叫做延长药包包。φ值大小的规定目目前尚未统一，，有些人主张φ≥6～8时属延长药包，，而另些人则主主张φ≥15～20属延长药包。延长药包和集中中药包在爆破破破碎机理方面没没有多大差别，，但是两者在岩岩石中爆破后的的应力波传播时时的衰减规律、、应力波的参数数以及应力的分分布和爆破后的的漏斗形状及体体积却有明显的的差别。第五节成成组药包爆破作作用特征

一、、单排成组药包包速摄影记录表明明，当两个或两两个以上药包单单排同时爆破时时，在最初几微微秒时间内，应应力波以同心球球状各自从起爆爆点向外传播。。经过一定时间间后，相邻两药药包爆破引起的的应力波相遇，，并产生相互叠叠加，沿炮眼联联心线的压应力力相互抵消，而而两药包的拉应应力合成，如果果炮眼相距较近近，合成拉应力力值超过岩石抗抗拉强度，则沿沿炮眼联心线将将会产生径向裂裂隙，将两炮眼眼连通。随后，爆轰气体体会很快沿裂隙隙逸散，使其它它方向上的径向向裂隙得不到足足够的发展，从从而降低了岩石石的破碎程度。。因此，，实际际爆破破中应应适当当增大大眼距距，并并相应应减小小最小小抵抗抗线，，使应应力降降低区区位于于自由由面之之外，，这样样可以以减少少大块块的产产生。。但是是，眼眼距也也不能能太大大，因因应力力随眼眼距增增大而而减小小，岩岩石将将得不不到充充分的的破碎碎，而而在两两炮眼眼间会会留下下岩柱柱。二、多多排成成组药药包多排成成组药药包齐齐发爆爆破所所产生生的应应力波波相互互作用用情况况比单单排时时更加加复杂杂。药药包爆爆破引引起的的应力力波的的相互互叠加加作用用，造造成了了极高高的应应力状状态，，并且且延长长了应应力波波的作作用时时间，，因而而使破破碎效效果大大为改改善。。然而而在另另一方方面，，多排排成组组药包包齐发发爆破破时，，只有有第一一排炮炮眼爆爆破具具有较较优越越的自自由面面条件件，而而后排排炮眼眼爆破破所受受的夹夹制作作用大大，爆爆破的的能量量消耗耗大，，爆破破效率率不高高。在在实际际中很很少采采用多多排成成组炮炮眼的的齐发发爆破破。采采用微微差起起爆技技术将将会获获得较较好的的爆破破效果果。第六节节装装药量量计算算原理理装药量量是工工程爆爆破中中一个个最重重要的的参量量。装装药量量确定定得正正确与与否直直接关关系到到爆破破效果果和经经济效效益。。尽管这这个参参量是是如此此重要要，但但是一一直到到现在在尚没没有一一个比比较精精确的的理论论计算算公式式。长期以以来人人们一一直沿沿用着着在生生产实实践中中积累累的经经验而而建立立起来来的经经验公公式。。一、体体积法法则至今比比较广广泛应应用的的经验验公式式是伏伏奥班班的体体积公公式，，其原原理是是，在在一定定的炸炸药和和岩石石条件件下，，爆落落的岩岩石体体积与与装药药量的的大小小成正正比。。体积积公式式的形形式为为：（5—10）式中Q———装药量量，kg；q———单位体体积岩岩石的的炸药药消耗耗量，，kg／m3；V———被爆破破的岩岩石体体积，，m。二、相相似原原理根据布布若伯伯格的的相似似原理理，在在某一一特定定的均均质岩岩石中中，采采用性性质和和形状状相同同的炸炸药包包进行行爆破破漏斗斗试验验时，，欲获获得大大小和和形状状都相相似的的爆破破漏斗斗（图图5—22），那那么装装药量量和爆爆破漏漏斗尺尺寸间间存在在下面面的关关系：：（5—11）三、集集中药药包的的计算算形状接接近于于球状状或立立方体体的药药包叫叫集中中药包包。采采用集集中药药包进进行单单自由由面单单药包包爆破破时，，其装装药量量的计计算是是利用用体积积公式式的计计算原原理。。各种不不同爆爆破作作用的的装药药量的的计算算通式式可用用下式式来表表示：：Q=q标·W3（5—15）式中——爆破作作用指指数函函数。。对于标标准抛抛掷爆爆破f(n)=1.0；加强强抛掷掷爆破破f(n)＞1；减弱弱抛掷掷爆破破f(n)＜1。关于f(n)的计算算方法法，各各个研研究者者提出出了不不同的的计算算公式式，而而应用用比较较广泛泛的是是前苏苏联学学者鲍鲍列斯斯阔夫夫提出出的计计算公公式，，该式式为：：f(n)=0.4+0.6n3（5—16）综上所所述，，装药药量计计算的的原理理是，，装药药量的的多少少取决决于要要求爆爆破的的岩石石体积积、爆爆破漏漏斗形形状和和岩石石性质质等因因素。。但是是，对对于爆爆破质质量问问题，，尤其其是随随着采采矿工工作的的需要要和工工程技技术的的发展展，对对爆破破岩石石块度度的较较高要要求等等，都都没能能准前前述计计算式式中得得到反反映。。虽然然如此此，体体积公公式还还一直直沿用用至今今。四、延长长药包的的计算当采用延延长药包包进行爆爆破时，，其装药药量的计计算原理理与集中中药包相相同，也也是根据据体积公公式来计计算。因因为在工工程爆破破中，很很少采用用单自由由面和单单药包的的爆破，，一般都都是多自自由面下下的多炮炮孔爆破破，因此此爆破漏漏斗不只只是一个个，而是是由多个个爆破漏漏斗连通通成一个个，所以以计算漏漏斗体积积时，是是计算一一次多孔孔同时爆爆破所破破坏的岩岩石总体体积，岩岩石的总总体积取取决于一一次爆破破的孔数数和所选选有的有有关爆破破参数.第七节影影响爆破破作用的的因素在工程爆爆破中，，为了达达到预期期的爆破破目的和和不断改改善爆破破效果，，必需在在通晓爆爆破作用用原理的的基础上上，全面面和正确确地分析析影响爆爆破作用用的各方方面因素素。影响响爆破作作用的因因素很多多，但可可大体归归纳为：：炸药因因素；岩岩石因素素；炸药药与岩石石的相关关因素和和爆破条条件与爆爆破技术术有关的的因素。。一、炸药药因素影响爆破破作用的的炸药性性能有：：炸药的的密度、、爆速、、爆轰压压力、爆爆炸压力力、爆轰轰气体产产物的体体积、炸炸药的波波阻抗以以及炸药药的能量量利用率率等等，，其中一一些因素素已在前前面的有有关节中中论述过过，下面面只对尚尚未论及及的因素素作补充充分析。。（一）爆爆轰压力力爆轰压力力是指炸炸药爆轰轰时在爆爆轰波波波阵面中中的C—J面上所测测得的压压力。当爆轰波波传播到到炮孔壁壁面上时时，在孔孔壁的岩岩体中会会激发成成强烈的的冲击波波，这种种冲击波波在岩体体中传播播会引起起岩石粉粉碎和破破裂，它它为整个个岩石破破碎创造造了先决决条件。。一般来来说，爆爆轰压力力越高，，在岩石石中激发发的冲击击波的初初始峰值值压力和和引起的的应力以以及应变变也越大大，越有有利于岩岩石的破破裂（预预裂），，尤其是是对于爆爆破坚韧韧致密的的岩石来来说更是是如此。。但是并并不是对对所有岩岩石来说说爆轰压压力越高高越好，，对某些些岩石来来说爆轰轰压力过过高将会会造成炮炮孔周围围岩石的的过度粉粉碎，白白白浪费费了能量量，另外外爆轰压压力越高高，冲击击波对岩岩石的作作用时间间越短，，冲击波波的能量量利用率率低而且且造成岩岩石破碎碎不均匀匀。因此此，必需需根据岩岩石的性性质和工工程的要要求来合合理选配配炸药的的品种。。（二）爆爆炸压力力（又叫叫爆压或或炮孔压压力）爆炸压力力是炸药药在完成成化学爆爆炸反应应以后，，爆轰气气体产物物膨胀作作用在炮炮孔壁上上的压力力。它是对破破碎效果果起决定定性作用用的因素素。在爆爆破破碎碎过程中中爆压对对岩石起起胀裂、、推移和和抛掷作作用。一一般来说说，爆压压越高，，说明爆爆轰气体体产物中中含有的的能量越越大，对对岩石的的胀裂、、推移和和抛掷的的作用愈愈强烈。。图5—23表示炮孔孔中的药药包起爆爆以后，，炮孔内内的压力力随时间间变化的的曲线。。爆炸压力力的大小小取决于于炸药的的爆热、、爆温和和爆轰气气体的体体积。而而爆炸压压力作用用的时间间除与炸炸药本身身的性能能有关以以外，还还与爆破破时炮泥泥的堵塞塞质量有有关。（三）炸炸药爆炸炸能量利利用率炸药在岩岩体中爆爆炸时所所释出的的能量，，是通过过爆炸应应力波和和爆轰气气体膨胀胀压力的的方式传传递给岩岩石，使使岩石产产生破碎碎。真正用于于破碎岩岩石的能能量只占占炸药释释出能量量的极小小部分。。大部分分能量都都消耗在在作无用用功上。。如果不考考虑炸药药爆炸时时的热化化学损失失，那么么炸药爆爆炸时的的能量分分配包括括：（（1）克服岩岩体中的的凝聚力力使岩体体粉碎和和破裂；；（2）克服岩岩体中的的凝聚力力和摩擦擦力使爆爆破范围围内的岩岩石从母母岩体中中分离出出来；（（3）将破碎碎后岩块块推移和和抛掷；；（4）形成爆爆破地震震波、空空气冲击击波、噪噪声和飞飞石。在工程爆爆破中，，造成岩岩石的过过度粉碎碎，产生生强烈的的抛掷，，形成强强大爆破破地震波波、空气气冲击波波、噪声声和飞石石均属无无益消耗耗的爆炸炸功。根据爆破破工程的的要求，，采取有有效措施施来提高高炸药爆爆炸能量量的利用用率。例例如，根根据岩石石性质来来合理选选择炸药药的品种种，合理理确定爆爆破参数数，选择择合理的的装药结结构和药药包的起起爆顺序序，以及及保证堵堵塞质量量等等，，都可以以提高炸炸药在岩岩体中爆爆炸时的的能量利利用率。。二、炸药药与岩石石的相关关因素（一）炸炸药波阻阻抗同岩岩石波阻阻抗间的的匹配炸药的波波阻抗值值与岩石石的波阻阻抗值越越接近时时，岩石石的应变变值也增增大。为了获得得较好的的爆破效效果，就就应当选选用波阻阻抗值与与岩石的的接近的的炸药。。我们可以以通过提提高装药药密度来来提高炸炸药的波波阻抗值值。(二)药包与孔孔壁的耦耦合药包与与炮孔孔壁面面完全全接触触叫做做耦合。如果药药包与与炮孔孔壁面面不完完全接接触则则叫做做不耦合合。药包包与孔孔壁的的不耦耦合程程度常常用不不耦合合系数数De来表示示，即即炮孔孔直径径db与药包包直径径de的比值值：（5—20）从式中中看出出，当当De=1，药包包与孔孔壁完完全耦耦合；；当De>1时，药药包与与孔壁壁不耦耦合。。根据不不耦合合系数数对岩岩体中中应力力与应应变的的影响响：实实验证证明，，当改改变不不耦合合系数数时，，岩体体中应应力和和应变变将产产生变变化：：1.不耦合合系数数对应应变的的影响响随着不不耦合合系数数的增增大，，孔壁壁岩体体中的的相对对应变变幅值值也逐逐渐下下降。。2.不耦合合系数数对切切向最最大应应力的的影响响随着不不耦合合系数数的增增大，，测得得孔壁壁上的的切向向最大大应力力值成成指数数函数数下降降。当De=2.5时，作用用在孔孔壁上上的压压力主主要是是爆轰轰气体体产物物的膨膨胀压压力。。从上述述试验验的结结果同同样也也可以以看出出，当当De＞1时，药药包爆爆炸时时的爆爆轰波波对孔孔壁的的冲击击效应应减缓缓。孔孔壁上上的最最大切切向应应力急急剧下下降。。这对对爆破破坚硬硬致密密的岩岩石来来说，，是极极端不不利的的。但但是对对光面面预裂裂以及及其他他需控控制孔孔壁岩岩石过过度粉粉碎的的爆破破来说说，常常常要要借助助增大大不耦耦合系系数来来控制制爆轰轰波对对孔壁壁的冲冲击作作用。。三、爆爆破因因素（（一一）自自由面面的影影响自由面面小和和自由由面的的个数数少，，爆破破作用用受到到的夹夹制作作用大大，爆爆破困困难，，单位位炸药药消耗耗量增增高。。自由面面的位位置对对爆破破作用用也产产生影影响。。炮孔孔中的的装药药在自自由面面上的的投影影面积积愈大大，愈愈有利利于爆爆炸应应力波波的反反射，，对岩岩石的的破坏坏愈有有利。。当其它它条件件一样样时，，若自自由面面位于于装药药的下下方时时，由由于在在这种种条件件下有有岩石石本身身重力力的作作用所所以爆爆破效效果比比较好好，反反之，，则爆爆破效效果就就要差差一些些。（二））堵塞塞的影影响堵塞就就是将将装炸炸药的的药室室（如如炮眼眼、深深孔以以及硐硐室等等）与与大气气的通通道用用固体体或液液体材材料堵堵死，，即将将炸药药密封封在岩岩体中中。堵塞的的作用用是为为了在在岩石石爆破破破碎碎之前前，阻阻止高高压的的爆轰轰气体体过早早地泄泄漏到到大气气中，，这样样能延延长高高压爆爆轰气气体对对岩石石的加加压作作用，，提高高爆炸炸能量量的利利用率率。（三））起爆爆药包包的位位置根据起起爆药药包在在炮孔孔中装装置的的位置置不同同，有有三种种不同同的起起爆方方式：：一种种是起起爆药药包装装于孔孔底，，雷管管的聚聚能穴穴朝向向孔口口，叫叫做反向起起爆；第二二种是是起爆爆药包包装于于靠近近孔口口的附附近，，雷管管聚能能穴朝朝向孔孔底，，称为为正向起起爆；第三三种是是将起起爆药药包放放在整整个药药装的的中间间，聚聚能穴穴朝向向孔底底，称称为中间（（或双双向））起爆爆。实践证证明，，反向向起爆爆能提提高炮炮孔利利用率率，减减小岩岩石的的块度度，降降低炸炸药消消耗量量和改改善爆爆破作作业的的安全全条件件。反反向起起爆取取得较较好效效果的的原因因可以以解释释如下下：（1）提高高了爆爆炸应应力波波的作作用。。（2）增长长了应应力波波的动动压和和爆轰轰气体体静压压的作作用时时间。。（3）增大大了孔孔底的的爆破破作用用。应当指指出，，当孔孔太深深而又又采用用威力力较小小的硝硝铵类类炸药药时，，若采采用单单起爆爆药包包起爆爆，那那么不不论是是采用用正向向起爆爆法还还是反反向起起爆法法，都都有可可能因因沟槽槽效应应而引引起某某些药药包的的拒爆爆。此此时，，若将将起爆爆药包包装置置在整整个药药柱的的中间间，有有可能能保证证全药药柱的的传爆爆。第八节利利文斯顿爆破漏漏斗理论50年代美国利文斯斯顿（C.W.Livingston）提出了以能量量平衡为原则的的爆破漏斗理论论，该理论引进进了能量因素，，用岩石变形能能系数的大小来来评价炸药的性性能，对比岩性性和鉴定岩石的的可爆性，从而而作为岩石可爆爆分级的依据。。利氏研究爆破破漏斗时，着重重研究了爆破漏漏斗的最大和最最小体积时的有有关参数，因此此为爆破参数优优化设计提供了了依据。一、爆爆破能能量变变化时时对岩岩石变变形破破坏的的影响响利氏在在研究究了大大量爆爆破漏漏斗的的试验验资料料以后后认为为：一一次爆爆破所所传给给岩石石的能能量大大小和和传递递的速速度，，取决决于岩岩石的的性质质、炸炸药的的性质质和装装药量量。假假若将将炸药药包埋埋置在在很深深的地地方爆爆炸，，那么么炸药药释放放出的的绝大大部分分的能能量传传给了了岩石石。当当将炸炸药逐逐渐移移向地地表附附近爆爆炸时时，传传给岩岩石的的能量量比例例将相相对减减少，，而传传给大大气的的能量量比例例将逐逐渐增增多。。另外外，从从传给给地表表附近近岩石石的爆爆破能能量观观点看看来，，药包包埋置置深度度不变变而增增加药药包的的重量量；或或者药药包重重量不不变而而仅仅仅改变变药包包埋置置深度度，二二者的的结果果是一一致的的。利利氏在在这两两种条条件下下进行行了一一系列列试验验，根根据试试验结结果，，它将将岩石石的破破坏变变形状状态分分为四四种范范畴。。（一））弹性性变形形范畴畴当将一一个集集中药药包埋埋置在在地表表以下下很深深的地地方爆爆炸时时，在在这种种条件件下的的爆破破一般般称为为约束束爆破破或内内部作作用的的爆破破。当当药包包Q由深处处向地地面移移动时时，传传给地地表附附近岩岩石的的能量量随之之增加加，当当增加加到一一定程程度时时，地地表岩岩石开开始破破坏。。此时时的药药包埋埋置深深度叫叫做“临界界深度度”。。到达临临界深深度时时，地地表附附近岩岩石所所能传传递能能量达达到最最大值值。如如当岩岩石传传递的的能量量一定定时，，则能能量传传递速速度是是最大大值。。超过过此值值后，，岩石石将不不能传传递能能量而而产生生破坏坏现象象。在在此值值以下下，岩岩石只只产生生弹性性变形形而不不破坏坏。利氏将将临界界深度度作为为弹性性变形形范畴畴的上上限，，由于于岩石石的性性质不不同，，在一一定重重量的的药包包Q下，其其临界界深度度可以以表示示为：：（5—21）式中的的Eb为变形形能系系数，，其物物理意意义是是在一一定药药量Q爆破时时，地地表开开始破破裂时时岩石石可能能吸收收的最最大能能量。。超过过此值值，岩岩石将将由弹弹性变变形转转变为为破裂裂。Eb的大小小是衡衡量各各种岩岩石爆爆破难难易的的一个个指标标。（二））冲击击破坏坏范畴畴当药包包上移移超过过临界界深度度时，，地表表岩石石的片片裂(或隆起起)作用将将逐渐渐增大大其深深度和和宽度度，进进而形形成爆爆破漏漏斗。。漏斗斗体积积V随着药药包上上移则则逐渐渐增大大。当当V达到最最大值值时，，即为为冲击击波破破坏范范围的的上限限。此此时药药包的的能量量得到到最大大限度度的利利用，，这时时的药药包埋埋置深深度叫叫做最最佳深深度。。与与之之比叫叫做最最佳深深度比比。。（三））粉碎碎破坏坏范畴畴当药包包Q继续向向地表表上移移时，，地表表附近近的岩岩石将将发生生粉碎碎，漏漏斗体体积将将逐渐渐减小小，岩岩石块块度逐逐渐变变细，，岩块块抛移移的距距离和和空气气冲击击波所所造成成的声声响将将逐渐渐增大大。炸炸药能能量很很大一一部分分浪费费在岩岩石的的粉碎碎、抛抛移和和声响响上。。粉碎碎破坏坏的下下限为为最佳佳深度度，其其上限限为传传给空空气的的能量量超过过了传传给岩岩石的的能量量。这这时的的药包包埋置置深度度叫做做“过过度深深度””。（四）