井巷工程课件

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岩石的性质及其工程分级

**第一节概述基本概念

1.岩石

2.

岩块

3.岩体

4.表土

5.基岩

组成地壳的基本物质，由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律而形成的自然地质体，包括岩浆岩、沉积岩、变质岩。从地壳中切取出来的小块体，不包含软弱面（岩体中的地质遗迹、层理、节理、断层、裂隙面），近似认为各向同性的连续介质,。地下工程周围较大范围内的自然地质体。从煤矿采掘工程角度：包括岩石、地下水、瓦斯。岩体的性质复杂，是我们研究的主要对象。

建井工作者把覆盖在地壳上部的第四纪沉积物成为表土，也称为松散性岩石，如：黄土、流沙、粘土等。表土以下的固结性岩石称为基岩、岩浆岩、沉积岩、变质岩。**

岩块：**岩体**

表土和基岩**第二节岩石的物理性质一、岩石的相对密度、密度

二、岩石的孔隙性三、岩石的水理性质四、岩石的碎胀性

1．相对密度(曾称比重)

岩石的相对密度是指岩石固体实体积(不包括孔隙体积)的质量与同体积水的质量的比值。计算公式为：式中：

d——岩石的相对密度(无量纲量);G—绝对干燥时体积为VC的岩石质量，g；

VC—岩石固体实体积，cm3；

ρW——水的密度，g／cm3。**一、岩石的相对密度、密度

**2．密度岩石单位体积(包括岩石内孔隙体积)的质量，称为岩石的密度，亦称质量密度。两种：干密度和湿密度。前者是单位体积岩石绝对干燥后的质量，后者是天然含水或饱水状态下的密度。

ρC——岩石的干密度，g／cm3；ρ——岩石的湿密度，g／cm3；G——岩石试件烘干后的质量，g；G1——岩石试件的质量(天然含水或饱水)，g；V——岩石试件的体积，cm3。3．重度(重力密度)

单位体积岩石质量所受的重力。

γ=ρg式中：γ——岩石的重度，N／m3；

ρ——岩石密度，kg／m3；

g——重力加速度，9.8m／s2。**二、岩石的孔隙性岩石的孔隙性是指岩石的孔隙和裂隙的发育程度，它通常用孔隙度n和孔隙比e来表示。孔隙度是指岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件总体积V之比(常以百分数表示)，孔隙比是岩石试件内各种裂隙、孔隙的体积总和与试件内固体矿物颗粒体积Vc之比。**三、岩石的水理性质1．岩石吸水率：W是指岩石试件在标准大气压下吸入水的质量与试件烘干后质量G之比值。表1-1为岩石密度、孔隙比及吸水率的指标。影响吸水率的因素：⑴岩石所含孔隙，裂隙的数量、大小、开闭程度及其分布情况有关；⑵试验条件，试验表明，整体岩石试件的吸水率要比同一岩石的碎块试样吸水率小，随着吸水水时间的增加，吸水率也会有所增大。吸水率对岩石力学性质有影响。

**三、岩石的水理性质**2．岩石的透水性地下水存在于岩石的孔隙和裂隙之中，而且大多数岩石的孔隙和裂隙是相互贯通的，因而，在一定水压作用下，地下水可在岩石中渗透，这种岩石能被水透过的性质，称为岩石的透水性。Q—渗水量;A—渗透面积；I—水力坡度;

K-渗透系数

影响因素：地下水压力、岩体应力状态、孔隙发育程度、连通程度等。

表1-2为岩石渗透系数**三、岩石的水理性质**

3．岩石的溶蚀性

由于水的化学作用而把岩石中某些组成物质带走的现象称为岩石的溶湿性。导致岩石致密程度降低，孔隙度增大，强度降低,贵州761矿巷道中的钟乳石、石笋。4．岩石的软化性岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性，用软化系数(ηc)表示。ηc定义为岩石试件的饱和抗压强度(Rcw)与干抗压强度(Rc)的比值，即**5．岩石的膨胀性和崩解性。⑴膨胀性：软岩浸水后体积增大和响应的引起压力增大的性质，用膨胀应力和膨胀率来表示。膨胀应力：岩石与水进行物理化学反应后，随时间变化会产生体积增大的现象，这时，使试件体积保持不变所需要的压力称膨胀应力。膨胀率：岩石与水进行物理化学反应增大后的体积与原体积的比率。

⑵崩解性：软岩浸水后发生解体的性质。用耐崩解指数表示：岩石试件在承受干燥和湿润两个标准循环后，岩样对软化和崩解表现出来的抵抗力。用耐崩解仪测定。**四、岩石的碎胀性岩石的碎胀性

岩石破碎后因岩块间空隙增多而总体积增大的性质称为碎胀性。碎胀程度的大小可用碎胀系数表示。K—岩石的碎胀系数；V1—岩石破碎膨胀后的体积；V—岩石处于整体状态下的体积。表1-4为常见岩石碎胀系数。**第三节岩石的力学性质一、岩石的变形特征二、岩石的强度特征三、岩石的硬度

四、岩石的可钻性和可爆性**㈠静载荷下岩石的变形特征（单向压缩）第三节岩石的力学性质一、岩石的变形特征㈡岩石在三向静荷载压缩条件下的变形特征㈢动压条件下岩石的变形特征**㈠静载荷下岩石的变形特征（单向压缩）一、岩石的变形特征⑴应力应变曲线

⑵体积应变,

⑶三种破坏形式

**⑴应力应变曲线I—OA阶段裂隙压密闭合阶段

Ⅱ—AB阶段线弹性阶段

Ⅲ—BC段破裂发展阶段

Ⅳ一CD，软化阶段

**⑵体积应变,岩石的体积改变量ΔV与原体积V的比值,也称体积改变率。一般岩石具有在弹性阶段体积变小和塑性阶段体积增大的特点、转折点在附近。岩石在塑性阶段体积增大的性质称为扩容现象,对于研究巷道变形和围岩对支护造成的压力等问题有重要意义。**⑶三种破坏形式脆性破坏：永久变形或全变形小于3%者为脆性破坏。具有这种特性的岩石称为脆性岩石；塑性破坏：永久变形或全变形大于5%者塑性破坏。具有这种特性的岩石称为塑性岩石；过度状态：永久变形或全变形在3%到5%之间。

**（二）岩石在三向静荷载压缩条件下的变形特征真三轴试验

1>2>3

常规三轴试验

1>2=3

**特点：⑴弹性段与单轴压缩基本相同；⑵岩石表现出明显的塑性变形；⑶屈服极限，强度峰值、残余强度与围压大小成正比；⑷大部分岩石在一定临界围压下出现屈服平台，呈塑性流动现象；⑸达到临界围压后，继续提高围压，不在出现峰值，应力—应变出现单调增长趋势。**（三）动压条件下岩石的变形特征⑴动荷载的特点⑵岩石在动荷载作用下的变形特征⑶波的反射和投射

**⑴动荷载的特点**

ΔL—质点扰动位移，CP—质点扰动的传播速度（波速），Δt—波的传播时间，CPΔt—在Δt—时间内变形范围。

F⑵岩石在动荷载作用下的变形特征

ΔL**表面波(勒夫波)

：沿介质边界传播c；体积波：在介质内部传播，分为横波和纵波横波：介质振动方向和波的传播方向垂直，产生剪切变形b；纵波：质点振动方向和波的传播方向一致，产生压缩、拉伸变形a；瑞利波：质点运动轨迹为椭圆的波，为地震波的主要形式

d⑶波的反射和投射**ρ—为介质密度；ω—区段截面积；ρCP—为波阻抗。介质密度和波速的乘积，表征介质对于应力波的阻尼作用。

①当ρ1CP1=ρ2CP2时，σr=0，σt=σi，不产生波的反射。

②当ρ2CP2>ρ1CP1时，σr>0，σt>0，说明交界面上既有透射波、又有反射波。

③当ρ2CP2=0或ρ2CP2≤ρ1CP1时，即当应力波到达的交界面为自由面时，σr=-σi，σt=0，叠加结果是交界面的应力值为零。

④当ρ2CP2<ρ1CP1时，交界面既有透射压缩波又有反射拉伸波，也能破碎岩石。为垂直反射系数为垂直透射系数AB介质1ρ1，CP1σi，viσr，vr介质2ρ2，CP2σt，vt**⑴大多数情况下，岩石表现为脆性破坏；⑵同种岩石强度并非常数；⑶不同受力情况下，岩石的极限强度相差悬殊。三向等压抗压强度>三向不等压抗压强度>双向抗压强度>单向抗压强度>单向抗剪强度>单向抗弯强度>单向抗拉强度。单向抗压强度RC、单向抗剪强度τ、单向抗拉强度Rt之间有下列关系：；；

二、岩石的强度特征1．岩石在静荷载作用下的强度

**2．动荷载作用下的强度

**

三、岩石的硬度岩石的硬度是岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力。

1．静压入硬度：

2．回弹高度

以重物落于岩石表面后的回弹高度来表示。岩石越硬，回弹高度越大。常用肖氏硬度计和施米特锤来测定。施米特锤用来测定混凝土硬度，我国生产的施米特锤叫回弹仪。岩石的硬度是岩石抵抗其他较硬物体侵入的能力。硬度与强度又有区别。

h**四、岩石的可钻性和可爆性1．凿碎比功：即破碎单位体积岩石所作的功．现以a表示,单位为J／厘米3。

2．钎刃磨钝宽：即岩石的磨蚀性，量出钎刃两端向内4㎜处的磨钝宽度，以b表示，单位为㎜。目前，使用便携式岩石凿测器，测定岩石的凿碎比能和凿480次后钎刃磨钝的宽度

凿测器图1-钎头；2-承击台；3-销钉；4-导向杆；5-落锤；6-卡套；7-转动手柄

**、岩石工程分级的必要性第四节岩石的工程分级二、分级方法**、岩石工程分级的必要性：按成因不同，将岩石分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三类，对于采掘工程来说，又要求要求对岩石进行定量的区分，以便能正确地进行工程设计，合理地选用施工方法、施工设备、机具与器材，准确地制定生产定额和材抖消耗定额等。因此，提出了岩石工程分级与岩体工程分类问题。**二、分级方法ＲＣ—岩石单向抗压强度，MPa；10—单位为MPa；普氏分级的优点：普氏岩石分级法简明，便于使用，因而多年来在苏联及一些东欧国家获得广泛应用。

缺点：它没有反映岩体的特征。关于岩石坚固性正各方面表现趋于一致的观点，对少数岩石也不适用，如粘土就钻眼容易，而爆破困堆。1．普氏分级法：

用一个综合性的指标”坚固性系数f”来表示岩石破坏的相对难易程度，通常称f为普氏岩石坚固性系数。

根据f的大小将岩石分为10级15种**岩石按坚固性分级**

2．根据锚喷支护需要，按照煤矿岩层特点制定的围岩分类。**

即钻探时将钻孔中直接获取的岩心的总长度，扣除破碎岩心和软弱夹泥的长度，再与钻孔总进尺相比。具体计算岩心长度时，只计算大于10cm的坚硬和完整的岩心，既：

3．岩心质量指标分级法（R．Q．D）

R．Q．D=*

钻眼爆破*第一节钻眼机具一、风动凿岩机

二、液压凿岩机

三、电钻

四、凿岩机钎子

五、电钻钻具*一.风动凿岩机

以压缩空气为动力的钻孔机具。按支架形式分为：手持式、气腿式、向上式、导轨式。按冲击频率分为：低频、2000次/min以下，中频2000～2500次，高频超过2500次/min。应用广泛的是气腿凿岩机，其结构见图气腿凿岩机结构。

**YT23（7655）型气腿凿岩机的工作系统㈠冲击机构：由气缸、活塞和配气系统组成，借助配气系统自动变换压气进入气缸的方向，使活塞完成往复运动，冲程和回程(冲击作用原理)。

㈡转钎机构:YT23（7655）型采用棘轮、螺旋棒、并利用活塞的往复运动，经过转动套筒等运动来转动钎子（见转钎机构及炮眼形成过程）。㈢排粉机构:湿式排粉，利用轴向供水系统，水经过柄体上的给水接头和水道进入水针，水针插入钎子中心内，水经由钎子中心孔进入钻眼的眼底。注水与岩粉形成浆液后从钎杆与钻眼壁之间的间隙流出孔外，见排粉系统。㈣润滑系统:凿岩机正常工作减少机件磨损、延长机件寿命。现代凿岩机均采用独立的自动注油器实现润滑，悬挂式注油器见图。**转钎机构及冲击式凿岩炮孔形成过程

**压气与油雾*以液压为动力的新型凿岩机械，压力大、油循环使用。二、液压凿岩机㈠冲击机构。液压凿岩机借助配油阀使高压油交替的进入活塞的前后油腔形成压力差，使活塞做往复运动。

㈡液压凿岩机的转钎机构采用独立机构，由液压马达带动一组齿轮再带动钎子转动。㈢排粉机构，侧向供水排除岩粉。

凿岩台车：为了提高钻眼机械化程度，出现了高效能的凿岩台车，组成：行走部分、钻臂和凿岩机的推进机构。

**凿岩台车

*三、电钻在旋转式钻眼法破岩中，切割型钻头在轴压力P和回转力Pc的作用下，克服岩石的抗切削强度，将岩石一层层的切割下来，钻头运行轨迹是沿螺旋线前进，破碎的岩屑被排至孔外。

*㈠煤电钻：电动机、减速器、散热风扇、开关、手柄、钻杆。㈡岩石电钻：适用在中等硬度（σc=40～80MPa）岩石上钻眼、扭矩功率大于煤电钻。

**四、凿岩机钎子两种：组合钎子和整体钎子

钻眼工具是安装在钻眼机械上用以破碎岩石的工具，在凿岩机上使用的叫钎子。(a)组合钎子1-钎头；2-钎梢；3-钎身；4-钎肩；5-钎尾；6-中心水孔

(b)整体钎子1-钎头；2-钎杆；3-钎肩；4-钎尾*㈠钎头：钎头形状,一字型、十字型和球齿钎头。*㈡钎头结构参数指标刃角：钎头两个刃面夹角，一般90°～120°，多为110°；隙角：钎头体两侧面夹角，3°，球齿钎头7°；钎刃：端面为一字型做成曲率为18㎜的弧型，球齿钎头周边齿向外倾斜30°～35°；钎头直径：38～43㎜，保证药卷装入炮眼；排粉沟：布置在钎头顶端和侧面的排出底部岩浆的沟槽。

钎头材料：除硬质合金片外的钎头部分称为钎头体，合金钢。镶嵌在钎头上的硬质合金为钨钴类合金。炭化钨高硬度、高耐磨性、高抗压强度，钴韧性好。**

㈡钎杆：承受活塞冲击力和回转力矩，传递到钎头上去的细长杆体。两种：中空六角形和中空圆形。材料：钎钢。中空8铬、中空55硅锰钢、中空40硅钼钒。

㈢钎尾：承受和传递能量的部位，钎尾规格和淬火硬度对凿岩速度有很大的影响。

㈣钎肩：六角形钎杆用环行钎肩，圆形钎杆用耳形钎肩。*五.电钻钻具

㈠煤电钻:钻具由钻头和麻花钻杆组成；麻花钻杆用菱形断面或矩形断面T7、T8钢加热状态扭制而成。㈡岩石电钻：钻杆由六角中空钢制成。第二节炸药和爆炸概论一、炸药爆炸的基本特征二、炸药的分类三、炸药的氧平衡和爆热四、炸药的爆轰五、炸药的猛度和爆力六、炸药的敏感度*一、炸药爆炸的基本特征

爆炸：物质发生快速的物理或化学变化，瞬间放出大量能量，借助于系统原有气体或生成的气体的膨胀，对周围介质做功，使之发生巨大的破坏效应，同时可能伴随有声光热效应。爆炸现象可分为三类：物理爆炸：

化学爆炸：炸药爆炸的基本特征1．放出大量热2．生成大量气体3．反应过程必须高速进行*核爆炸:*二.炸药的分类

炸药：在一定条件，能够发生快速的化学反应，放出能量，生成气体产物，显示爆炸效应的化合物或混合物，主要元素C、H、O、N，爆炸过程的实质是H、C被氧化的过程，O是炸药本身所含有，自带氧。

炸药按其组成成分可分为：1.单质炸药（单体炸药）如硝化甘油，梯恩梯。2.混合炸药硝酸铵类炸药、硝化甘油类炸药。炸药按其用途可分为：１.起爆药雷汞（Hg(CNO)2）、叠氮化铅Pb(N3)2、和二硝基重氮酚C6H2（NO2）2N2O等。2.猛炸药黑索金梯恩梯。3.发射药(火药)如黑火药。*三.炸药的氧平衡和爆热

㈠炸药的氧平衡

C+O2→CO2+395KJ/mol；

2H2+O2→2H2O+240.7KJ/mol；

N→N2

由于O的量不足或有剩余，会生成CO、H2、C、NO、NO2

等。

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。

用每克炸药不足或多余氧的克数来表示。单质炸药的分子式可写成CaHbNcOd，a、b、c，d分别代表一个炸药分子中碳、氢、氮、氧的原子个数，或一摩尔质量炸药中，碳，氢、氮、氧的克原子数。*氧平衡计算公式：

*适用混合炸药

⑴Kb>0时正氧平衡,剩余的氧和N反应生成NO和N2O5，等有害物质，吸热反应，氮氧化物还对瓦斯爆炸起催化作用。⑵Kb<0时负氧平衡，生成CO、C、H2、CO有毒气体。⑶Kb=0时，零氧平衡,充分氧化，生成大量热。

g/g适用单质炸药CaHbNcOd例题：①计算硝酸铵NH4NO3，的氧平衡值②在铵油炸药中，（硝酸铵和柴油混合物）加入4%的木粉做松散剂，按氧平衡配方。解：查表P31NH4NO3+0.2g/g，柴油-3.42g/g，木粉-1.37g/g。*X=92.21克，Y=3.79克，NH4NO3=92.2%，柴油=3.8%，木粉=4%。

设100g中，NH4NO3X克，柴油y克（二）爆热

爆热：单体质量炸药在定容条件下爆炸时放出的热量，KJ/mol，KJ/kg，是评价炸药威力的直接标志。爆热的计算理论：盖斯定律：化学反应的热效应与反应进行的路径无关，而只取决于反应的初态和终态。

*盖斯三角形Q1=Q+Q2

爆热

Q=Q1-Q2

例题：计算太恩C（CH2ONO2）4的爆热。C（CH2ONO2）4→3CO2+2CO+4H2O+2N2

查表得各物质生成热：CO2395KJ/mol；CO113.8KJ/mol；H2O240.7KJ/mol；太恩512.5KJ/molQ1=395×3+113.8×2+240.7×4=2375.4KJ/molQ2=512.5KJ/molQ=Q1-Q2=2375.4-512.5=1862.9KJ/mol，或Q=1862.9×1000/316=5895.3KJ/Kg**四、炸药的爆轰㈠炸药的燃烧和爆轰㈡冲击波㈢爆轰波㈣爆速及其影响因素㈤炸药传播的间隙效应*㈠炸药的燃烧和爆轰

炸药有三种化学反应形式：

⑴缓慢分解（热分解）：缓慢进行的化学变化过程，环境温度升高，热分解速度加快，有可能发生爆炸。

⑵燃烧：在热源火焰作用下，引起温度、压力升高，极限情况可能发生爆炸。

⑶爆轰：炸药瞬间反应的一种形式，是爆轰波的传播形式。*燃烧和爆轰的区别：

传递方式：

燃烧：通过热传导传递能量，激起化学反映；爆轰：通过压缩冲击波的作用传递能量和激起化学放应；受环境影响不同

燃烧：受环境影响大；爆轰：不受环境影响；反应状态不同燃烧：反应速度慢，几十米每秒，最大几百米，反应产物运动方向与传播方向相反；爆轰：反应速度快，2000～9000m/s，反应产物运动方向与传播方向相同。*燃烧爆轰㈡冲击波：1、压缩波基本概念（1）实验*在无限长气筒活塞右侧充满压力为P0的气体，当活塞在F力的作用下向右运动时，活塞右侧气体存在三个区域：压力为P1的均匀区；压力介于P1与P0之间的扰动区；压力仍为P0的未扰动区。

F（2）压缩波的定义扰动传播后，使介质状态参数(P、ρ、T)增加的波称为压缩波。在均匀区与未扰动区之间，存在过渡的扰动区。（3）压缩波的特点1）其介质质点运动方向u与波的传播方向c相同；2）其压力的增加是连续的。（4）波阵面介质中已受扰动区和未受扰动区的界面。（5）波速扰动波沿介质传播的速度，也就是波阵面的传播速度。*2、冲击波（1）冲击波的形成*P0Rt0R0

R=R0瞬间，管中的气体未受扰动。

在R=R1瞬间，活塞从静止开始运动，前端的气体受到压缩，产生一道压缩波，在未扰动的介质中传播，波阵面在A1-A1,传播速为未扰动气体介质的音速。

在R=R2瞬间，活塞前端气体产生了第二道压缩波，波阵面为A2-A2，波速大于音速，与第一道压缩波叠加。

在R=Rn瞬间，第n道压缩波会与n-1道压缩波叠加，形成一个强压缩波，波阵面An-An上的介质参数突跃性变化，从而产生冲击波。

A1t1PA1RR1PA2t2R2A2R·PRnAntnAnR*

（2）冲击波定义冲击波是炸药爆炸后在介质中产生的传播速度高于介质声速的一种压缩波，其波阵面有陡峭的前沿，介质压力在波阵面发生突跃上升。经长距离传播后，压力上升逐渐趋于平缓或下降，冲击波最终将衰减成声波。

（3）性质

1）其波速D大于介质音速C；

2）其波阵面是完全陡峭的，在此面上介质参数剧增；

3）当D<C时，其复原为压缩波，扰动区重新出现，过程复原。㈢爆轰波

⑴定义：带有化学反应区的冲击波称为爆轰波。冲击波头与其后的化学反应区以相同的速度向前传播，称为爆速。*爆轰波在药包中的传播爆轰波模型

⑵爆轰波波头的理想模型：爆轰波是在炸药中传递的带有反应能以补充能量稳定的特殊冲击波，是爆轰作用的激发源。由捷里道维奇、诺依曼和达尔林各自独立提出的爆轰波结构模型如图所示，称为Z-N-D模型：*㈣爆速及其影响因素：*测定仪器，专用BS-1型爆速仪。

爆速的影响因素

1.药卷直径：

D—药卷直径d

时的爆速；

D1—理想爆速；

a—与炸药性质有关的常数。*

2.装药密度单质炸药随密度增加，爆速增大，D=a+bρ0，a、b随炸药品种变化的常数，ρ0—炸药密度。混合炸药在达到最佳密度前，随炸药密度增加，爆速增加，超过最佳密度，随密度增加有压死现象。D1炸药爆速装药密度*

3.装药外壳在极限直径范围内，增加外壳，限制爆炸产物飞散。

4.炸药粒度一般，同一种炸药粒度越细，会增加爆速，临界直径、极限直径减小。但混合炸药，敏感成分粒度越细，临界直径小，爆速高，钝感成分粒度细临界直径增大，爆速减小，但粒度小到一定程度，临界直径随粒度减小爆速增加。*㈤炸药传播的间隙效应

⑴定义

连续多个混合炸药药卷在空气中都能正常传爆，但在炮眼内如果药卷与炮眼孔壁存在间隙，常常会发生爆轰中断或爆轰转变为燃烧的现象，称为间隙效应或管道效应。

⑵原因：药卷在炮眼内起爆后，爆轰波在炮眼与药卷之间产生了超前于爆轰波传播的冲击波，波速为爆轰波的1.2倍，冲击波的压力使药卷压缩，药卷直径缩小，密度增大，若有效直径减小到临界直径以下或密度增大到一定程度时，爆速下降，爆轰中断。**⑶解决办法采用偶合散装炸药可以从根本上克服间隙效应亦可在连续药卷上，隔一定距离套上硬纸板或其它材料做成的隔环，以阻止间隙内空气冲击波的传播或削弱其强度。通过试验表明，采用水胶炸药或乳化炸，可以消除因间隙效应发生的爆轰中断现象。*五.炸药的猛度和爆力炸药爆炸对周围介质(例如岩石)产生的破坏能力，分别以猛度与爆力来表示。㈠猛度：炸药爆炸瞬间爆轰波和爆轰产物对邻近的局部固体介质的破碎能力，表征炸药的动作用。用铅柱压缩法实验测定：炸药爆炸后量出压缩前后的高度差（㎜），即炸药的猛度。*ΔH=H1-H2㈡爆力：炸药爆力是指爆生气体在高温下膨胀作功破坏周围介质的能力。常用铅铸扩孔法来衡量，表征炸药的静作用。炸药爆炸后，孔眼扩大成梨形，可用量筒向内注水测得其容积Ｖ，从中减去原孔眼体积Ｖ１和雷管扩孔体积Ｖ２，即为炸药爆力数据，单位为mL。试验时标准温度为15℃，若试验时的温度不同于标准温室，扩孔值应进行修正。*炸药爆力测定法的铅铸爆炸前的铅铸；爆炸后的铅铸ΔＶ=V-V1-V2六.炸药的敏感度炸药在外界起爆能的作用下，发生爆炸的难易程度，称为炸药的敏感度。㈠热敏感度：⑴加热感度：通常用爆发点来表示，用爆发点测定器，炸药温度升高后，自行加速分解，转为爆炸时的温度，称为爆发点。⑵火焰感度：是炸药在明火(火焰、火星)作用下发生爆炸的难易程度，常以导火索燃烧时喷出的火焰点燃0.5g炸药试样的最大距离来表示。⑶热安定度：炸药试样在75°C时加热48小时，称其质量失重的百分数，并与质量可靠的炸药失重的百分数进行对比。**爆发点测定器1-合金浴锅；2-电热丝；3-隔热层；4-铜试管；5-温度计㈡机械感度机械敏感度是炸药对冲击、摩擦、挤压、针刺等机械作用的敏感程度。其中最主要的是冲击感度，常以落锤仪测定测定。即以10kg落锤自25cm的高度自由下落，冲击位于砧子和冲杆之间的0.05g炸药试样。重复试验：25次，用25次实验中炸药试样发生爆炸的百分数表示该炸药的冲击感度。*㈢爆轰感度爆轰感度是指炸药对别的炸药爆炸时所产生的爆轰冲击的敏感程度。⑴单质炸药：通常用起爆它所需要的最小起爆药量来表示。⑵混合炸药：用殉爆距离来表示。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。**殉爆距离的测定

殉爆距离：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百分百发生爆炸的最大距离。殉爆安全距离：装有雷管的主动药包爆炸时，使相隔一定距离的另一同种药包百分百不能发生爆炸的最小距离。第三节工业炸药一、单质猛炸药二、硝铵类炸药三、浆状炸药四、水胶炸药

五、乳化炸药

*一.单质猛炸药

1.梯恩梯（TNT）三硝基甲苯（C6H2（NO2）3CH3），淡黄色晶体，吸湿性小，几乎不溶于水。热安定性好，180°C才分解。爆热4229KJ/kg，爆速6850m/s，爆力285～300ml，猛度19.9㎜，机械感度低，主要为硝铵类炸药的敏化剂，单独使用是重要的军事炸药。*

2.黑索金（RDX）环三次甲基三硝胺（（CH2NNO2）3）白色晶体、不吸湿，不溶水，50ºC以下长期不分解，机械感度比较高，ρ=1.66g/cm3，爆力520ml，猛度16㎜，爆速830m/s，一般做导爆索的药芯和雷管中的加强药。

3.太恩（PETN）季戊四醇四硝酸脂(C(CH2ONO2)4))，无色晶体，不溶于水，密度1.74g/cm3，爆力500ml，猛度15㎜，爆速840m/s。作用同黑索今。4．硝化甘油三硝酸甘油酯

二、硝铵类炸药以NH4NO3为主要成分的混合炸药㈠铵梯炸药（硝铵炸药）㈡铵油炸药㈢高威力硝铵炸药*㈠铵梯炸药（硝铵炸药）⑴组成：氧化剂：硝酸铵（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；疏松剂：木粉，使硝酸铵不容易结块，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。⑵种类：分煤矿、岩石、露天三类。**《煤矿安全规程》煤矿许用炸药的选用应遵守下列规定：低瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全等级不低于一级的煤矿许用炸药。低瓦斯矿井的煤层采掘工作面、半煤岩掘进工作面必须使用安全等级不低于二级的煤矿许用炸药；高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区域，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药；有煤（岩）与瓦斯突出危险的工作面，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。岩石硝铵炸药，适用于井下无瓦斯煤尘爆炸危险的岩石爆破作业，抗水型用于有水工作面，2号、3号煤矿硝铵炸药及其相应的抗水炸药，分别适用于低瓦斯矿井和高瓦斯矿井，抗水型适用于有水工作面，国产岩石硝铵炸药、煤矿硝铵炸药的成份、性能与爆炸参数，见表。*⑶应用**⑷规格型号：岩石、煤矿炸药一般均制成直径32、35、38mm，重l00、150、200g药卷，药卷长度随直径不同而不同，有190㎜和170mm等。药卷一端为平顶，另一端向内凹入称为聚能穴，爆炸能量在聚能穴所指方向上比较集中，有利于传爆，在装药时应予注意。*⑸岩石硝铵炸药有效使用期限为6个月，煤矿硝铵炸药有限使用期限为4个月。㈡铵油炸药

⑴组成：硝酸铵与柴油的混合物。硝酸铵约95%，柴油约占5%，为改善爆轰性能，可加一些木粉、松香以提高爆轰惑度，加一些铝粉以提高威力;加一些表面活性剂(如十二烷基磺酸钠)以拌和均匀，使爆轰更为稳定;加少许明矾及氯代十八烷胺以降低吸湿结块性。煤矿许用的铵油炸药还必需加入适量的食盐以降低爆温。⑵应用：这类炸药因不含梯恩梯，故原料来源丰富，加工简单，使用安全，它的价格也特别低廉。因此在露天矿，金属矿、水力铁道等工程中使用较多。⑶特点：这类炸药的不足之处是爆炸威力较低，比较钝感，易吸湿结块，贮存期短。*㈢高威力硝铵炸药提高硝铵炸药威力的途径有以下几种：

1．增大密度增大密度可以操高爆轰压力，并在单位体积内容纳更多的药量，但硝铵类炸药密度增高以后起爆感度降低，起爆能量不足时爆速与猛度反而下降，故增大密度的效果是有限的。

2．加入铝粉在炸药中掺入研磨极细的铝粉或铝镁合金粉，它们在氧化时产生大量的热，使爆温增高，能明显提高炸药的爆力和猛度。铝粉的掺量一般在4~7％之间。3．加入猛炸药将5~20％的黑索金混入含梯思梯的硝铵炸药，对提高炸药威力效果非常明显，一般可使爆速达到4000m/s，猛度达6~19mm，爆力达到400~500mL。国产硝铵高威力炸药大都属于增加猛炸药这一类，称为铵梯黑炸药，也有既加黑索金又加铝粉的，称为铵梯黑铝炸药。*三、浆状炸药⑴组成：氧化剂水溶液：硝酸铵、少量硝酸钠、硝酸钾敏化剂：猛炸药，TNT；金属物质，铝粉；燃料，柴油、煤粉、硫磺；发泡剂，亚硝酸钠，形成敏化气泡。胶凝剂：在炸药中起增稠作用，包括胶结剂和交联剂。

**

⑵优点：炸药密度高，具有较好的可塑性，可以装满孔底并填满炮孔；抗水性强；使用安全性好。⑶缺点：感度低，一般露天矿用浆状炸药不能直接用8号雷管起爆，需用猛炸药制作的药包来起爆。表面活性剂：十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠，控制硝酸钠晶粒发育，保持炸药塑性；防冻剂：已二醇，提高炸药耐冻能力。四、水胶炸药⑴组成：是在原有浆状炸药基础上发展起来的含水炸药。敏化剂：甲基胺硝酸盐水溶液，这样就便氧化剂同还原剂的耦合状况大为改善，从而获得更好的爆炸性能。这类炸药的爆轰感度较高，能用雷管直接起爆。甲基胺硝酸盐的比重为1.42，氧平衡-34％，比硝酸铵更易溶于水，不含水时可直接用雷管起爆。当温度≤95℃时，浓度低于86%的甲基胺硝酸盐水溶液用雷管不能起爆。人们利用这种特性，采用低于86％的甲基胺硝酸盐水溶液来生产水胶炸药以保证安全。⑵优点：爆炸性能如爆速和起爆感度高，可用8号雷管直接起爆；抗水性强；可塑性好；使用安全，且炸药密度、爆炸性能可在较大范围内进行调节，故适应性强。⑶缺点：价格较贵。*五、乳化炸药⑴组成氧化剂水溶液：硝酸铵为主，并可添加硝酸钠作辅助氧化剂。燃料油：柴油同石蜡的混合物，并使其具有3.1Pa·s的粘度。乳化剂：制造乳化炸药的关键组分，一般认为采用斯本—80(失水山梨醇单油酸脂)，作乳化剂，效果较为理想。敏化剂：化学发泡剂或多孔性物质(空心玻璃微珠，珍珠岩

等)，能形成敏化气泡。⑵特点：氧化剂水溶液与燃料油经乳化而成的油包水型乳状液是它的爆炸性基质。薄层油膜包覆在氧化剂水溶液微滴表

面，既可防止内部水分蒸发，又可阻止外部水分浸入，使它具有非常好的抗水性能。**

⑶分类：煤矿许用乳化炸药、岩石乳化炸药和露天乳化炸药三类。⑷优点：密度可调，因而适用范围广；爆炸性能好，爆速一般可达4000~5500m/s，由于爆速与密度均较高，乳化炸药猛度比2号岩石硝铵炸药高，可达15~19㎜；可用8号雷管直接起爆；乳化炸药比浆状炸药与水胶炸药抗水性更强，生产与使用安全；不需要添加猛炸药，原料来源广。⑸缺点：炸药爆力却不比铵油炸药高，故在硬岩中使用的乳化炸药应加入热值较高的物质如铝粉、硫磺粉等。*第四节起爆材料一、雷管二、导爆索和继爆管三、导爆管*一、雷管火雷管*电雷管*煤矿许用瞬发电雷管、煤矿许用毫秒延期电雷管

㈠电雷管的种类和结构*1．瞬发电雷管

管壳：金属或纸制圆筒；

起爆药：二硝基重氮酚；

加强药：黑索今；

电点火装置：

直插式：桥丝直接插入二硝基重氮酚，脚线、密封塞，无加强帽；

药头式：桥丝、脚线、密封塞、桥丝周围涂有引火药，制成圆珠状的引火头（氯酸钾、木炭、二硝基重氮酚和骨胶），有加强帽。起爆过程：药头式：脚线通电→桥丝在电流作用下点燃引火头→火焰通过加强帽的中心孔使起爆药起爆→猛炸药爆炸；直插式：：脚线通电→桥丝在电流作用下使起爆药起爆→猛炸药爆炸；2.秒延期雷管定义：通电以后经过一段时间后，才爆炸的雷管，叫延期雷管，延期时间以秒为单位计量的，叫秒延期雷管。结构：与瞬发雷管的不同之处在于引火头与起爆药之间有一段精致的导火索做延期药，用导火索的长度来控制延期秒量。引火头周围的管壳上有排气孔，排除燃烧生成的气体，避免压力升高，影响燃烧速度。*3.毫秒延期雷管定义：通电后经过若干毫秒起爆的雷管。结构：延期内管，固定和保护延期药，并作为容纳延期药燃烧时生成的气体的空间，保证压力不变。延期药有两种：①硅铁、铅丹、硫化锑、硅藻土；②过氧化钡、硫化锑、硅藻土。延期秒量根据延期药量控制。硅藻土能吸收气体，减小压力。国产延期雷管系列见表。

*国产延期雷管的延期系列表

*4．抗杂散电流电雷管

抗杂散电流电雷管主要有以下几种形式：

(1)无桥丝电雷管。在电雷管的电点火元件中取消桥丝，使脚线直接插在点火药头上，点火药中加入一定导电成分，当脚线两端电压较小时，点火药电阻很大，电流很小，点火药升温小，不足以引起点火药燃烧；当电压很大时，电流很小，点火药电阻减小，电流大，点火药升温高，被点燃，雷管被引爆。这种雷管在杂散电流影响下不会被引爆。此外，还有利用电极的高压放电来点燃点火药的无桥丝电雷管。

(2)低阻率桥丝电雷管。这种雷管桥丝电阻较低，增大桥丝直径或长度，只有大电流才能引爆雷管。

(3)电磁雷管。雷管的脚线绕在一个环状磁芯上呈闭合回路，放炮时将单根导线穿过环状磁芯，用其两端接至高频发爆器，高频电流由环状磁芯产生感应电流引爆雷管。这种雷管不会受到杂散电流的影响。*㈡电雷管主要性能参数

脚线电阻：包塑镀锌铁脚线，d=0.52mm，每米不大于0.6Ω。

桥丝电阻：l=4㎜，康铜丝，d=50μm，电阻0.8±0.13Ω；镍铬丝，d=40μm，电阻3±0.4Ω。按脚线2m计算，康铜丝雷管电阻不大于4Ω，镍铬丝雷管不大于6.3Ω，《煤矿安全规程》规定电雷管在发绐放炮员前，必须对电雷管进行逐个检查，严禁发放不导通和电阻不合格的电雷管。常用的检测仪器有205型爆破电桥和欧姆表等，不论用哪种仪表，测量时的工作电流都必须小于50mA，为保证起爆可靠，成组起爆力雷管，其雷管之间的电阻差不能大于0.25Q．*1．电雷管电阻2．最大安全电流和最小发火电流

电雷管引爆灼热原理：Q=I2Rt⑴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。为了安全起见，技术标准中规定：安全电流以通入50mA直流电持续5min不爆为合格，这是雷管对于电流的安全指标，所有检测雷管的仪表，其电流值都不能超过50mA，杂散电流也不能超过这一值。⑵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。按雷管技术标准规定，以700mA的恒定直流电通入1min发火的雷管应达到上述百分数，故700mA为规定的最小发火电流，这是起爆单发雷管必须满足的电流值。*3.发火冲能⑶100ms发火电流：通电100ms使雷管100%爆炸的电流。⑷6ms发火电流：通电6ms使雷管100%爆炸的电流。因为我国规定瓦斯矿井放炮的通电时间必须小于6ms，以免电路被炸断时产生火花，因而是设计放炮器必须参考的数据。*⑴发火冲能：是桥丝加热到足以使引火药发火的温度时，桥丝单位电阻所产生的热能。Ke=I2t

I—为通过桥丝的电流（A）；t—发火时间，从雷管开使通电到引火药开始发火的一段时间（s）。⑵标准发火冲能：Kb=（2I100）2t把对应于两倍百毫秒发火电流的发火冲能，称为标准发火冲能，并用它来比较雷管的电发火性能，其值越小，雷管就容易引燃爆炸。⑶雷管发火感度：标准发火冲能的倒数，S=1/Kb。⑷熔断冲能：Km=I2tm，使桥丝熔断的冲能。其值大于发火冲能，保证雷管在发火之前不熔断。《煤矿安全规程规定》，不同厂家、不同品种、不同期生产的雷管不能同时使用。*2I100I100IKeKb4．传导时间和成组雷管的准爆条件⑴传导时间：从点火头开始燃烧到雷管爆炸或延期药点燃的这一段时间。⑵准爆条件：tmax≤tmin+θtmin——最敏感雷管的发火时间；tmax——最钝感雷管的发火时间；θ——传导时间。各雷管的θ值也不是一致的，为使成组雷管的爆炸可靠，应取最小值。雷管技术标准规宅，直流电起爆时，串联准爆电流值，康铜丝雷管为2A．镍铬桥丝雷管为1.5A。使用交流电起爆，准爆电流值应取得高些。*5．电雷管的起爆能力

按起爆能力，工业雷管分为10个号别(1—10号)，号数愈大，起爆能力愈大。但通常只生产6号和8号两种雷管，使用最多的是8号雷管。雷管的起爆能力决定于它的装药量。8号雷管的装药量：起爆药(二硝基重氮酚)不低干0.28g（无加强帽者不低于0.32g），加强药(黑索金)不低于0.60g。雷管起爆能力通常用铅板穿孔法(图2—32)来检验验。铅板直径为30mm，厚度：6号雷管为4㎜，8号雷管为5㎜。起爆后，炸穿铅板的孔径不得小于雷管的外径。*二、导爆索和继爆管㈠导爆索：导爆索是以猛炸药为药心，外面缠绕数层纱线、纸条，并有两层防潮层而制成的绳索状起爆材料。⑴种类：普通导爆索和安全导爆索(加裹一层食盐)两类。国产导爆索以黑索金为药心，药量不小于12g/m，普通导爆索外径不大于6.2mm，爆速不低于6500m/s．安全导爆索外径不大于7.3mm．爆速不低于6000m／s。*普通导爆索的结构

⑵导爆索起爆先由雷管爆炸引爆导爆索，再由导爆索起爆炸药爆炸。起爆装药群时，可将导爆索敷设成网路，由于导爆索爆速很高，无论采取哪种网路形式，都能使各装药几乎同时起爆。*㈡继爆管由消爆管和不带点火装置的毫秒延期雷管组成，对导爆索起延期作用。分单向继爆管和双向继爆管。**导爆破索多用于露天深孔爆破和硐室大爆破。近年煤矿爆破作业中，出现了深孔爆破等新技术，相应提出使用导爆索起爆问题。但煤矿井下不准使用普通导爆索，只能使用安全导爆索。㈢导爆索和继爆管起爆三、导爆管导爆管是管内壁涂有薄层炸药的塑料软管。软管外径为3mm，内径1.5mm，炸药可采用奥克托金与铝粉的混合物或黑索金与铝粉的混合物，药量为20mg／m。导爆管不能直接起爆炸药，只能起传爆作用，起爆炸药仍需一个起爆雷管。导爆管的作用原理是：当起爆枪(或导爆索、雷管)对着管腔激发时，在管腔中产生冲击波，管壁的炸药受冲击波的作用发生反应，给冲击波补充能量，从而使冲击波稳定地传播，速度达2000m/s。**由于导爆管外径比雷管的内径小很多，必须用卡口塞相连。联接各种段别的延期雷管。

《煤矿安全规程》规定，煤矿井下禁止使用导爆管放炮。

导爆管；2-卡口塞；3-雷管第五节电雷管起爆法一、起爆电源二、电爆网路的联接方式及其计算三、爆破事故预防和处理*㈠发爆器

《煤矿安全规程》规定，井下放炮都必须使用发爆器(矿用防爆型)。发爆器有发电机式和电容式两类，目前常用的，几乎都是电容式的。电容式发爆器通常由以下几部分组成：①直流电源。②交流器。③整流线路。④充电器。⑤充电电压指示。⑥毫秒限时开关及放电回路。⑦防爆外壳。*一、起爆电源*FB系列发爆器

㈡照明或动力线路电源

220v或380v交流电源：这种电源的电流强度大，因此在电爆网路中的雷管数量多，网路连接复杂，需要总电流强度大时应用较多。《煤矿安全规程》规定，煤矿井下放炮不能用这种电源，只能用于无瓦斯的井筒工作面和露天放炮。采用交流电源时，必须在放炮的安全地点设置放炮接线盒。接线盒应满足：①设置电源开关刀闸和放炮刀闸两个开关，且都必须是双刀双掷刀闸；②设置指示灯，当电源开关刀闸合上以后，指示灯发光表明电源接通；③在煤矿立井施工中，在接近和通过瓦斯煤层时，在接线盒上应设置毫秒限时开关。为提高交流电源的起爆能力，可采用三相交流全波整流技术，将三相交流电源变成直流电源，并提高电源的输出电压。*㈠各种联接方式

⑴串联：⑵并联：⑶串并联电路：

*二、电爆网路的联接方式及其计算㈡各种连接电路的电流计算通用公式：每个雷管的电流U—电源电压，r—雷管电阻，R—母线电阻R1和电源电阻R2之和。串联时，n为串联雷管个数，m=1；并联时，m为并联雷管个数，n=1；串并联时，n为每个串联组中串联个数，m为并联组数。*例题：某工程爆破，一次起爆60个炮眼，每个炮眼装一发3Ω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5Ω,问220v交流电能否起爆.(交流准爆电流4A)<4,不可靠。用380v，I=6.33，可靠。三、爆破事故预防和处理*

㈠瞎炮通电起爆后，工作面雷管全部或少数不爆称为瞎炮。⑴原因：全部不爆多由电路断路所致，如母线断了，接头不良，或串联电路中有一发不导通等；发爆器电源不够，使各雷管电流不够；工作失误，错接、漏接、个别雷管短路；残暴，炸药原因引起不爆现象，炸药变质，使用不当；⑵电路故障排除：

观测法：

1/2淘汰法：将整个网路分为两部分，测一部分电阻，正常的抛开，剩下的一部分再分为两半，正常的一部分抛开，不断缩小范围。*

⑶处理：瞎炮处理应按《煤矿安全规程》进行。由于连线不良造成的拒爆，可重新连线起爆。在距拒爆炮眼0.3m以外另打与拒爆炮眼平行的新炮眼，重新装药起爆。严禁用镐刨或从炮眼中取出原放置的起爆药卷或从起爆药卷中拉出电雷管。不论有无残余炸药,严禁将炮眼残底继续加深；严禁用打眼的方法往外掏药；严禁用压风吹拒爆（残爆）炮眼。处理拒爆的炮眼爆炸后，爆破工必须详细检查炸落的煤、矸点进行与处理拒爆无关的工作。

㈡早爆爆炸材料比预定起爆时间提前爆炸的现象，这种事故很可能造成人身伤亡。这种事故的发生大多由于下述原因：1．器材问题炸药雷管变质，雷管外客破损，装药时，起爆药受到冲击、摩擦，雷管脚线绝缘损坏，装药时误触带电设备等都可能引起早爆。因此，质量有问题的器材应该报废，不应凑合使用。

2．操作问题如砸碰雷管，装引药时冲击挤压了雷管，加深炮窝子，瞎炮未及时处理或采用拉出雷管等危险办法进行处理，放炮器管理不严，放炮信号不明确等都可能产生早爆造成事故。

3．杂散电流影响井下杂散电流多由设备漏电、电车线漏电等引起。化学电，硝铵类炸药溶解形成正负离子，在大地正负极的作用下向两极移动，形成电流。*第六节破岩原理与爆破技术一、在爆破作用下的岩石破碎机理二、柱状装药的爆破特点三、瓦斯矿井的安全爆破四、微差爆破五、光面爆破*㈠自由面和最小抵抗线*

如果将一个球形或立方体形炸药包(爆破上称之为集中药包)埋入岩石中，岩石与空气接触的表面称为自由面。药包中心到自由面的垂直距离W称为最小抵抗线。一、在爆破作用下的岩石破碎机理㈡爆破作用下的岩石破碎几种情况*⑴当W1很大时，自由面对爆破不产生影响，由药包中心向外依次形成粉碎区、裂隙区、震动区，爆破的破坏范围较小。

*

⑵当W2逐渐减小，应力波在自由面处反射形成拉伸波，产生了由自由面向药包一层层剥落的拉伸破坏（拉断区）剥落的拉伸破坏（拉断区）;⑶当W3在小一些，拉断区和裂隙区连接起来，通过爆生气体的做功，形成爆破漏斗。衡量爆破作用的效果：爆破作用指数

r—爆破漏斗半径；W—最小抵抗线。当n=1时，形成标准抛掷漏斗（c）；1<n<3时，形成加强抛掷漏斗（d）；0.75<n<1时，形成减弱抛掷漏斗（b）；n=0.75时，岩石只形成松动而不形成抛掷，叫做松动漏斗（a）；n<0.75时，爆破漏斗不能形成。*㈢自由面数对爆破效果的影响*如果自由面不止一个，则应力波在各个方向都能形成反射，也都能形成由自由面向药包中心的拉断破坏区。因此增加自由面就可使炸落单位体积岩石的炸药消耗量降低，而且岩石的块度比较小而均匀。有些资料认为，两个自由面的炸药消耗量只是一个自由面的60％，三个自由面可以降低到40％，实际上由于其它因素影响，只接近这个数字。因此，在爆破工程实践中，使几个炮眼首先爆破，为后继炮眼的爆破创造附加的自由面，这种方法称之为掏槽。二、柱状装药的爆破特点

长条装药可以看作是若干个小的集中药包，最接近眼口的几段，抗线短，具有加强抛掷的作用，接近眼底的几段，由于抵抗线大，可能只具有松动作用，炮眼最底部的药包甚至不能形成爆破漏斗，总的漏斗坑形状，就是这些漏斗的外部轮廓线，大致呈喇叭形，眼底破坏极少，形成“炮窝子”。通常把实际爆落深度与炮眼深度之比叫炮眼利用系数。*Ll

*三、瓦斯矿井的安全爆破2003对国有煤矿重大事故发生地点，按采煤工作面、掘进工作面、巷道（包括大巷）、井筒和其它地点进行统计分析，如图所示。

掘进工作面发生重大事故的危险性最大，共发生22起、死亡110人、重伤16人，发生起数、死亡人数和重伤人数分别占总数的36.67%、40.44%和84.21%。其次是采煤工作面，共发生19起重大事故、死亡83人，分别占总数的31.67%和30.51%。巷道发生了11起重大事故、死亡48人。井筒内发生重大事故5起、死亡18人。其它地点发生重大事故2起、死亡8人。均为地面事故。*对10人以上事故发生地点按采煤工作面、掘进工作面、巷道（包括大巷）、井筒、火区和其它，进行统计分析，如图所示。

*2003年重特大瓦斯爆炸事故分析

⑴按作业地点，瓦斯爆炸事故统计分析如图所示。采煤工作面发生重特大瓦斯爆炸事故3起、死亡46人，占总起数的14.29%和死亡人数的11.25%；掘进工作面发生12起、死亡195人，占57.14和47.68%；巷道（包括大巷）4起、死亡74人，占19.05%和18.09%；密闭内2起、死亡94人，占9.52%和22.98%。*

(2)引爆火源分析除静电火花外（2002年曾因静电火花引起1起瓦斯爆炸），井下可能存在的其它火源都引起过瓦斯爆炸，以爆破火焰和电气火花造成的事故最多，见图所示。*

爆破火焰出现的主要原因是：不填或少填炮泥等违章爆破（6起），引爆雷管（1起），爆破母线短路（1起）。电气火花的主要原因是：带电检修（4起），信号电缆失爆（1起），砸断电钻电缆（1起），矿灯火花（1起）。

2起摩擦火花引爆瓦斯事故分别是：排瓦斯铁风筒连接处断裂产生摩擦火花，导致风筒内瓦斯燃烧，引爆采空区瓦斯；掘进面停风，瓦斯积聚，刮斗机钢丝绳与滑轮间摩擦产生火花引爆瓦斯。

㈠炸药爆炸可能引爆瓦斯煤尘的因素有三：空气冲击波，炽热的固体微粒和爆炸生成的高温气体。㈡瓦斯矿井安全爆破掘进工作面不得有阻塞断面1/3以上的物体，以免造成冲击波的反射；并且不能使用秒延期雷管，以防止先爆炮眼对瓦斯预热；煤矿炸药必须爆轰稳定可靠，含铝镁等金属粉末的炸药因增温作用大，绝对不能使用。不得在装药时任意加入金属丝或金属片；煤矿炸药的氧平衡特别重要，变质炸药，起爆能不足的雷管都会因爆炸作用不完全而产生上述不良气体产物，所以禁止使用。此外，炮眼必须进行良好的充填后才准放炮。**放炮前应检查工作面附近20m的瓦斯浓度，超过1%就不能放炮；在瓦斯矿井放炮必须使用煤矿许用炸药，常用的煤矿许用炸药有：被筒炸药、当量炸药、离子交换炸药NaNO3+NH4CL→NH4NO3+NaCl）等。煤炭部部颁标准规定煤矿许用炸药的安全等级共有五级级数越高安全程度越高。前面讲的一，二、三号煤矿炸药的安全等级约为l一2级，被简炸药和当量炸药约为3—4级，离子交换炸药则可达4—5级。*

2005年11月27日21时22分，龙煤矿业集团有限责任公司七台河分公司东风煤矿发生一起特别重大煤尘爆炸事故，死亡171人(还有2名在地面皮带机房中工作的女工也在爆炸中身亡)，伤48人，直接经济损失4293.1万元。现已查明，这起事故的直接原因是放炮人员使用非专用炸药违章作业处理煤仓堵塞，导致煤尘飞扬达到爆炸界限，放炮火焰引起煤尘爆炸。调查认定这是一起重大责任事故。*四、微差爆破

利用毫秒雷管或其他设备控制放炮的顺序，使每段之间只有几十毫秒的间隔，叫做毫秒爆破或微差爆破。实践证明，毫秒爆破具有爆破岩石块度小而均匀，炮眼利用率高，岩帮震动小、巷道规格好等特点。

几种假说：

㈠应力波干涉假说若相邻两装药间隔若干毫秒爆炸，先起爆的装药在岩体内形成的应力场尚未消失，而后起爆装药又立即起爆，使两者产生的应力波相互叠加，从而加强破碎效果。

㈡自由面假说先起爆的装药在岩体内已已造成某种程度的破坏，形成一个新的爆破漏斗，有一定宽度的裂隙和附加自由面，对后起爆的装药将是一个有利的条件，相当于新增加自由面并处于应力状态作用下。**

瓦斯矿井爆破，雷管的总延期时间应在130ms内，防止瓦斯在先爆炮眼爆炸后达到1%，预热，在后期炸药爆炸后引爆瓦斯。高瓦斯矿井炸药爆炸后160ms后瓦斯浓度达0.3%~0.5%，260ms后达到0.3~0.95%，360ms后0.35%~1.6%。所以130ms为360ms的三分之一多一点，有一定安全系数。㈣残余应力假说先期爆炸的应力波在炮孔周围的岩体内形成动态应力场，并产生径向裂隙向外扩展，其后，高温高压的爆生气体渗入裂隙，在较长的时间内使岩体处于准静应力状态，使裂隙进一步扩展。后期装药若在此刻爆炸，就可利用岩体内已经形成的残余应力来改善岩石的破碎质量。㈢岩块碰撞假说先后相继爆破下的岩块在运动过程中发生相互碰撞，利用动能使其再次发生破碎，导致运动速度降低，抛掷距离减小，爆堆减小。五、光面爆破

㈠定义光面爆破的实质，是在井巷掘进断面的轮廓线上，布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药同时起爆，使爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂隙，并沿各炮眼的连线——井巷轮廓线，将岩石崩落下来。㈡质量标准光面爆破的质量标准为：1．围岩面上留下均匀眼痕的周边眼数应不少于其总数的50%。2．越挖尺寸不应大于150㎜，欠挖尺寸不得超过质量标准规定；3．围岩面上不应有明显的炮震裂缝。

**㈢光面爆破的机理当光爆炮眼同时起爆后，在各炮眼的眼壁上产生细微的径向裂隙，由于起爆器材的起爆时间误差，各炮眼不可能在同一时刻爆炸，先爆炮眼的径向裂隙，由于相邻后爆炮眼所起的导向作用，结果沿相邻两炮眼的连心线的那条裂隙得到优先发展，并在爆生气体的作用下扩展，形成贯穿裂缝。贯穿裂缝形成后，周围岩体内的应力因释放而下降，从而能够抑制其他方向上有裂隙发展，同时又隔断了从自由面反射的应力波向围岩传播，因而爆破形成的壁面平整。

*㈣施工⑴预留光爆层施工法：**⑵全断面一次掘进：**

巷道断面设计一、巷道断面设计原则巷道断面设计主要是选择断面形状和确定断面尺寸。设计的原则是：在满足安全、生产和施工要求的条件下，力求提高断面利用率，取得最佳的经济效果。

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二、巷道断面设计的内容和步骤㈠选择巷道断面形状、确定巷道净断面尺寸，并进行风速验算；㈡根据支架参数和道床参数计算出巷道的设计掘进断面尺寸，并按允许的超挖值求算出巷道的计算掘进断面尺寸；㈢布置水沟和管缆；㈣绘制巷道断面施工图，工程量表、材料消耗量一览表。第一节巷道断面形状

**一、巷道断面形状

二、影响巷道断面选择的因素一、巷道断面形状按构成的轮廓线分两种：折线型：矩形、梯形、不规则形；曲线型：直墙拱形(如三心拱形、半圆拱形、圆弧拱形)以及封闭拱形、椭圆形、圆形等。见图3-1巷道断面形状。**一、巷道断面形状**二、影响巷道断面选择的因素㈠作用在巷道上的地压大小和方向在选择巷道断面形状时起主要作用。㈡巷道用途和服务年限也是选择巷道断面形状不可缺少的重要因素。㈢矿区的支架材料和习惯使用的支护方式，也直接影响巷道断面形状的选择；㈣掘进方法和掘进设备对于巷道断面形状的选择也有一定影响。㈤需要风量大的矿井，选择通风阻力小的断面和支护方式，有利于安全和具有经济效益。******第二节巷道断面尺寸一、巷道净宽度的确定二、巷道的净高度三、巷道的净断面面积四、巷道风速验算五、巷道设计和计算掘进断面面积****

直墙拱形巷道的净宽度系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。矩形巷道的净宽度，系指巷道两侧内壁或锚杆露出长度终端之间的水平间距。梯形巷道，当其内通