爆破工程 第五章课件

武汉理工大学《爆破工程》精品课程3/23/20231第五章岩石爆破理论主要内容第五章岩石爆破理论

5.1岩石爆破破坏基本理论

5.2单个药包爆破作用5.3延长装药爆破作用5.4成组药包爆破时岩石破坏特征5.5炸药起爆能量平衡原理与装药量计算5.6影响爆破作用的主要因素：3/23/20232第五章岩石爆破理论爆炸生成气体产物的膨胀作用

爆生气体膨胀作用理论爆炸应力波反射拉抻作用理论爆生气体和应力波综合作用理论第一节岩石爆破破坏基本理论（1）

3/23/20233第五章岩石爆破理论爆生气体膨胀作用理论爆炸应力波反射拉抻作用理论爆生气体和应力波综合作用理论岩石爆破破坏基本理论（3）

爆生气体和应力波综合作用理论的实质：

哈努卡耶夫把岩石按波阻抗值分为三类：(1)第一类岩石属于高阻抗岩石。其波阻抗为15~25MPa·s/m.这类岩石的破坏，主要取决于应力波，包括入射波和反射波。(2)第二类岩石属于中阻抗岩石。其波阻抗为5~15MPa·s/m。这类岩石的破坏,主要是入射应力波和爆生气体综合作用的结果(3)第三类岩石属于低阻抗岩石。其波阻抗小于5MPa·s/m。这类岩石的破坏，以爆生气体形成的破坏为主。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。

3/23/20235第五章岩石爆破理论

爆炸应力波反射拉抻作用理论

的试验基础

水泥板的爆轰破坏1—空气冲击波波阵面；2—水泥板中冲击波波阵面；3—水泥板岩石杆件的爆破

板件爆破试验1—装药孔2—破碎区3—拉裂区4—震动区

3/23/20236第五章岩石爆破理论第二节单个药包爆破作用爆破的内部作用1—径向裂隙2—环向裂隙Rc－药包半径；Rp－粉碎区半径；Rc－破裂区半径内部作用

（1）粉碎区（压缩区）（2）裂隙区（破裂区）径向裂隙和环向裂隙的形成原理径向压缩引起的切向拉伸

3/23/20237第五章岩石爆破理论单个药包爆破外部作用（2）外部作用（2）反射拉伸波引起径向裂隙的延伸

反射拉伸波对径向裂隙的影响3/23/20239第五章岩石爆破理论主应力

1和

2

的作用方向

单个药包爆破外部作用（3）外部作用（3）自由面影响下的应力场分析

岩体中任一点A的应力分析拉伸应力

2达到极大值时

1和

2的方向

3/23/202310第五章岩石爆破理论炸药在岩石中爆破的破坏过程炸药爆炸后冲击波径向压缩阶段.A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第三阶段对应力波反射引起自由面处的岩石片落。B第二阶段3/23/202311第五章岩石爆破理论爆破漏斗爆破作用指数n：它是爆破漏斗半径r和最小抵抗线W的比值，即：爆破作用指数（craterindex）3/23/202313第五章岩石爆破理论dcba标准抛掷爆破漏斗

加强抛掷爆破漏斗

减弱抛掷爆破漏斗（也称加强松动爆破漏斗）

松动爆破漏斗

n>1.00.75<n<1.0n=1.0n<0.75爆破漏斗的基本形式3/23/202314第五章岩石爆破理论第三节延长装药爆破作用装药垂直自由面的爆破漏斗装药倾斜自由面的爆破漏斗装药平行自由面的爆破漏斗

当药包的长度和它横载面的直径（或最大边长）之比值大于某一值时，叫做延长药包。

延长药包（extendedcharge）3/23/202315第五章岩石爆破理论应力降低的分析多排成组药包的齐发爆破效果不好，得不到实际使用。应力降低的分析图3/23/202317第五章岩石爆破理论第五节能量平衡原理与装药量计算

外部药包效应相似法则体积法则3/23/202318第五章岩石爆破理论能量平衡原理与装药量计算（2）

体积法则相似法则在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积同所用的装药量成正比，即：

Q=KV

如果药包是集中药包,标准抛掷爆破时爆破作用指数n的值为1，即：r=W所以，爆破漏斗体积的大小为：标准抛掷爆破的装药量可以认为是：于是：f(n)为爆破作用指数函数（functionofcraterindex）

3/23/202319第五章岩石爆破理论集中药包装药量计算

鲍列斯阔夫提出的经验公式（适用于抛掷爆破装药量的计算

）：集中药包抛掷爆破装药量的计算通式：松动爆破的装药量公式可以表示为：3/23/202321第五章岩石爆破理论延长药包装药量计算

AB延长药包垂直于自由面

延长药包平行于自由面

3/23/202322第五章岩石爆破理论单位炸药的耗药量

Kb指单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n=1）时，爆破每1m3岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的质量，称作标准抛掷爆破单位用药量系数，简称标准单位用药量系数。

Ks则是指单个集中药包形成松动爆破漏斗时（一般n<0.75），爆破每1m3岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的质量，称作松动爆破单位用药量系数。需要强调的符号含义：3/23/202323第五章岩石爆破理论群药包的单位耗药量

上页所提到的Kb与

Ks都只是单个集中药包爆破时装药量与所爆落岩体体积之间的一个关系系数。

当群药包共同作用时，群药包的总装药量与群药包一次爆落的岩体总体积的比值称为单位耗药量，简称炸药单耗，用字母q来表示，即：

炸药单耗3/23/202325第五章岩石爆破理论最小抵抗线原理（1）

最小抵抗线方向——最小抵抗线原理——破碎和抛掷、堆积的主导方向。

抛掷、堆积同最小抵抗线的关系。

各种爆破方法的最小抵抗线3/23/202326第五章岩石爆破理论毫秒爆破作用理论

它是利用毫秒雷管（millIseconcondMS）或其他毫秒延期引爆装置，将同一网路的装药分组，以毫秒级的时间间隔进行顺序起爆的方法。毫秒爆破（MSblasting）毫秒爆破又称微差爆破或毫秒微差爆破.3/23/202329第五章岩石爆破理论毫秒爆破作用机理CBA3.

剩余应力叠加2.

形成新的自由面1.

应力波相互干涉DE4.

岩块碰撞辅助破碎5.

毫秒爆破的减振作用3/23/202330第五章岩石爆破理论1）我国长沙矿冶研究院提出的公式：

△t=(20~40)Wo/f2）U.Langefors（兰格弗斯）等人的瑞典经验公式：

△t=3.3KW3）前苏联矿山部门的公式：

△t=KW(24–f)毫秒间隔时间计算原理A按应力波干涉计算B按形成新的自由面计算C按地震效应最小的原则确定D依经验公式计算3/23/202331第五章岩石爆破理论第六节影响爆破作用的主要因素

密度、爆热和爆速爆轰压力、爆炸压力

炸药爆炸能量利用率ABC炸药完成爆炸反应以后，爆轰气体产物膨胀作用在炮孔壁上的压力。爆轰压力是指炸药爆炸时爆轰波波阵面（C-J面）上的压力。区分:爆轰压力爆炸压力3/23/202332第五章岩石爆破理论

自由面在爆破中的作用

①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，引起岩的片落和径向裂隙的延伸。②

改变岩石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十几倍。③

自由面是最小抵抗线方向，应力波低达自由面后，在自由面附近的介质运动因阻力减小而加速，随后而到的爆炸气体进一步向自由面方向运动，形成鼓包,最后破碎、抛掷。3/23/202333第五章岩石爆破理论自由面大小方向和位置对爆破作用的影响

自由面数对爆破效果的影响炮孔与自由面相关位置对爆破的影响（a）垂直布置炮眼（b）倾斜布置炮眼（c）自由面在炮孔下方（d）自由面在炮孔上方3/23/202334第五章岩石爆破理论炸药与岩石匹配关系及对爆破作用的影响岩石（或其他介质）的密度同岩石（或其他介质）纵波速度的乘积。波阻抗（waveimpedance）间隔装药

不耦合装药连续装药

耦合装药

装药结构

药包与孔壁的不耦合程度常用不耦合系数来表示：Rd＝⑴

降低了作用在炮孔壁上的冲击压力峰值。

⑵

增加了应力波作用时间。

⑶

增大了应力波传给岩石的冲量，而且比冲量沿炮孔分布较均匀。3/23/202335第五章岩石爆破理论爆破工艺对爆破作用的影响炮孔堵塞的作用：（1）保证炸药充分反应，使之放出最大热量和减少有毒气体生成量.（2）

降低爆生气体逸出自由面的温度和压力，提高炸药的热效 率，使更多的热量转变为机械功。（3）

在有瓦斯的工作面内，除降低爆炸气体逸出自由面的温度和压 力外，炮泥还起着阻止灼热固体颗粒（例如雷管壳碎片等