爆破工程（第3版）课件：岩石爆破原理与方法

岩石爆破原理与方法本章主要内容：►岩石的物理力学性质►岩石中的爆炸应力波►岩石爆破破碎原理►爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗原理►装药结构与起爆方法►

炮孔的堵塞►毫秒爆破►影响炸药爆破效果的因素西安科技

大学

建筑工程

学院爆

破

工

程

爆

破

工

程Blasting

Engineering岩石爆破原理与方法第一节

岩石的物理力学性质1.

概述a

为使爆破效果良好，需要了解岩石的物理力学性质；

b

岩石组成特点：岩石性质决定其组成的结构；c

岩体与岩石(岩块)：

岩石各向异性、节理特性；d

爆破应有效的利用岩石特性。2

岩石的物理性质(1)容重

(表观密度)

：分天然、干、饱和三种容重，岩

石单位体积

(包括岩石中的孔隙体积)

的重量称为岩

石的容重。西安科技大学建筑工程学院γ

=W

/

VBlasting

Engineering岩石爆破原理与方法爆

破

工

程(2)

密度：岩石单位实体体积

(不包括岩石中的孔隙体积)的质量，ρr

=

m

/

Vs

。(3)

相对密度

(比重)

：岩石的比重指岩石固体部分的重量与4

0C时同体积纯水的重量之比。Gr

=

WV

/(Vsγw

)(4)

孔隙率与孔隙比：a

孔隙比(e

)

:指岩石中的孔隙体积与岩石实体

体积之比，计算式为:

e

=

(V

−

V

)

/

V

b

空隙率(

n)：指岩石中的隙

积与岩石

总体积之比，计算式为：

n

=

(V

−

Vs

)

/

V(5)

软化系数：表示岩石抗风化能力的指标，定义为岩石饱和单轴抗压强度与干燥状态下的单轴抗压

强度的比值计算式为：η

=

Gcs

/

Gc

。体s孔s西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石的物理力学性质爆

破

工

程第一节3

岩石的力学性质(1)

岩石的变形特性a

弹性、塑性、粘性b

全应力与应变曲线：见图3-1。图3-1典型岩石的全应力应变曲线西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石的物理力学性质爆

破

工

程第一节d

岩石弹性转化：同一种岩石，由于所加外力的类型、大小和特性不同，也可具有不同的变形性质。在分析岩石破碎问题时，须首先根据破坏载荷的性质和破碎条件，确定岩石

的变形性质和合理的岩石模型。Blasting

Engineering

第一节

岩石的物理力学性质c

应力应变曲线分类(6类)图3-2不同岩石的应力应变曲线西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程三轴压缩强度>单轴压缩强度>剪切强度>单轴拉伸强度>三轴拉伸强度。b

不同载荷下的破坏形式：见图3-

4。c

影响强度的因素：岩石自身的结构组成、加载条件、围

压、加载速率。e

弹性模量分类分为初始弹性模量(通常所说的弹性模量系指初始弹性模量)，割线弹性模量和切线

弹性模量，见图3-3

。图3-3岩石弹性模量的表示方法

1—初始弹性模量；2—割线弹性模量；3—切线弹性模量(2)岩石的强度特性a

各种强度关系：Blasting

Engineering

第一节

岩石的物理力学性质西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程图3-4不同载荷条件下岩石的不同破坏形式a—单轴压缩下的纵向破裂；b—剪切破坏；c—多重剪切破坏；d—拉伸破坏；e—线载荷引起的拉伸破坏d

强度理论最大拉应力准则Mises准则：莫尔强度准则：(σ

1

−σ

2

)2

+(σ

2

−σ

3

)2

+(σ

3

−σ

1

)2

=2σt

2Blasting

Engineering

第一节

岩石的物理力学性质Griffith强度准则：当

σ1

+

3σ3

>0时(σ

1−

σ

3)

8

(σ

1

+

σ

3

)=

σ

t22西安科技大学建筑工程学院τ

=σtgϕ

+C−

σ3

=

σt爆

破

工

程：4

岩石的可爆性(1)定义：岩石的可爆性是指岩石对爆破破坏的抵抗能力或岩石爆破破坏的难易程度。(2)

可爆性分级：根据岩石可爆性的定量指标，将岩石划分为爆破破坏难易的等级称为岩石的可爆性分级，它是爆破工程中进行方案选择、定额编制和爆破参数确定等爆破设计的重要依据。(3)

可爆性表示：a

岩石坚固性系数：优点是抓住了岩石抵抗各种破坏方式能力趋于一致，表示：b

波速表示:优点是波速测定简便，测值准确，且有明确的理论概念，便于理论计算等。c

波阻抗表示:定义为岩石中的弹性波速度与岩石表观容

重的乘积，反映应力波使岩石质点运动时岩石的阻力。Blasting

Engineering

第一节

岩石的物理力学性质西安科技大学建筑工程学院f

=Qc

/10爆

破

工

程1

岩石中的爆炸载荷初始值

a

几个概念：如果炸药充满整个药室空间，不留有任何空隙，则称为偶

合装药。如果装入药室的炸药包(卷)与药室壁之间留有一

定的空隙，则称为不偶合装药。第二节

岩石中的爆炸应力波a

定义(概念)：

爆炸在岩体中所激起的应力扰动的传播称

为爆炸应力波。b

分类及特点：分为

冲击波、弹塑性应力波、弹性应力波和西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破原理与方法地震波。爆

破

工

程不耦合系数：

kd

=

db

/

dc装药系数：lL

=lc/lb如果装药的长度小于其直径的4倍，则称为集中装药或球

形装药或点装药；否则称为延长装药或柱状装药或线装药；距离较近的成排柱状装药称为平面装药或面装药。或根据声学近似理论

得到初始压力：p2

=

pC

(2)

不耦合装药的爆炸荷载：三点假定：绝热膨胀；忽略间隙内空气的存在；爆轰产物开始膨胀时的压力按平均爆轰压计算。药室壁受到的冲击压力柱状装药受到的冲击压力(1)

耦合装药的初始爆炸荷载：Blasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波

1+N

p2

=

pC

1

+

Nρ0

D

/

ρr0D22

=

ρ

0

D

1

2

⋅

⋅

n6666666336西安科技大学建筑工程学院P2

=

ρ

0

D

1

2

⋅

n33

ρ0

D

N

=

ρ1

(D

+u1

)透射压力为爆

破

工

程其中P和装药条件，图3-8为冲击载荷作用下岩石的典型变形曲线。b

波速：

c

=

=

c

分四种情况：用图3-9表示d

冲击波衰减规律：

P

=σr

=P2

r

−α

对冲击波，α

≈3或α

=2+μ/(1−μ)2

岩石中的冲击波a

冲击波形成取决于岩石性质、炸药特性Blasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波图3-8冲击载荷作用下岩石的变形特性西安科技大学建筑工程学院爆

破。

工

程

=

=P

−P0e

−e

0

=(P

+P0

)(V

0

−V

)⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎧f

状态方程：g

冲击波的作用范围：Blasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波p

=

−

1

44西安科技大学建筑工程学院r

=rb

[1+(D0

−D)/B]e

其他参数：爆

破

工

程3

岩石中的应力波(1)

应力波参数(参数主要包括应力峰值、作用

时间ts

、应力波冲量I0和应力波比能e0等。)a

峰值(不断衰减

)：σr

=

p2

/

r

αmaxmax特点：应力上升时间比应力下降时间短，应力波衰减较慢，作用范围较大。Blasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波西安科技大学建筑工程学院σ9max

=

bσr

maxσ9max

=

μ

/(1−μ)σr

max爆

破

工

程图3-10所示为炮孔柱状装药爆破时，岩石内引起爆炸应力波的应力峰值随时间的变化，(a

)为爆炸近区，(b)为距爆源较远处，从图中可归纳出以下几点：Blasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波图3-10柱状装药在炮孔周围岩石中引起的应力波a—炮孔近处的应力波形；b—较远处的应力波形西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程①近炮眼处切向拉应力幅值几乎与径向压应力幅值 (绝对值)一样大，但随传播距离增大，前者衰减比后者快；②无论是径向方向，还是切向方向，最初出现的都是压应力，而后转变成为拉应力，但在近炮孔处，

径向方向以压应力为主，切向方向以拉应力为主；③随距离增大，径向方向压应力和拉应力的幅值比值减小，而切向方向该比值则增大；④径向压应力幅值与切向拉应力幅值不在同一时刻出现，前者较早，后者较晚。根据径向应力是压应力，还是拉应力，相应地将

应力波称为压缩波和拉伸波。Blasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程c

比冲量、比冲能：

应力波通过时，经单位面积传给岩石的冲量和能量称为比冲量I0和比能量e0

，即：b

作用时间:应力上升时间与下降时间之和称为应力波的作用时间。d

应力与质点速度的关系：

根据动量守恒得到：tr

=

1.2

r

(

2

−

μ)

Q

0.05

/

K,

ts

=

8.43

r

(

2

−

μ)

Q

0.2

/

KBlasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波⎨⎧σ

=

ρr0cp

up⎩τ

=

ρr0cs

use0

=σ

r

(t)u

r

(t)dtss西安科技大学建筑工程学院I0

=

σr

(t)dtss爆

破

工

程(2)应力波参数与岩石动理学参数的关系应力波速度的大小取决于应力波的性质和岩石的物

理力学性质参数，是岩石孔隙率、弹性模量、结构完整性等的综合反应。利用实验测得的岩石(岩体)内的纵波与横波速度，可以计算出岩石的动态弹性模量和动态泊松比等性质参数：⎧⎪μd

=(Cp

2

−2Cs

2

)⋅[2(Cp

2

−Cs

2

)]⎪E

=

=

2C

2

ρ

(1

+

μ

)⎪⎪λd

=ρr

(Cp

2

−2Cs

2

)⎪ddddddddddddddsdrsd1−−1Blasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波

(

C

2

−

4Cs

2

/

3)sCp2西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程⎩(3)

应力波反射a

边界条件：在边界面的两侧，其应力状态必须相等；垂直于边界面方向的质点运动速度必须相等，用公式表示：σI

+

(−σR

)

=

σT

u

I

+u

R

=u

T

c

意义：它对研究岩体爆破过程中应力波的弥散损失，根据不同的岩性选择炸药的品种和分析自由面对提高爆

破效果都具有指导性的作用，公式还说明反射应力波和透射应力波的大小是交界面两侧岩石特性阻抗的函数。Blasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波⎛⎜

2ρr02cp2

⎞⎟σT

=

⎜⎝

ρr02cp2

+ρr01cp1

⎠⎟σI⎛⎜

ρr02cp2−

ρr01cp1⎞⎟σ

=

⎜⎝

ρr02cp2

+ρr01cp1

⎠⎟σRRRRRRRRRRRRRRRRIIR西安科技大学建筑工程学院b

计算公式：爆

破

工

程Blasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程图3-12纵波在岩石界面上的反射与透射Blasting

Engineering

第二节

岩石中的爆炸应力波图3-11三角形波在自由面的反射过程西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程第三节

岩石爆破破碎原理1

岩石爆破破坏原理的几种假说

(1)

应力波反射拉伸作用理论理论认为岩石的破坏主要是由于岩体中爆炸应力波在自由面反射后形成反射拉伸波的作用，岩石的破坏形式是拉应

力大于岩石的抗拉强度而产生的，岩石是被拉断的。见图3-

13

、3-14

。图3-13岩石杆件的爆破(霍布金森效应)试验西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破原理与方法爆

破

工

程图3-14板件爆破试验1—装药孔；2—破碎区；3—拉断区；4—震动区西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破破碎原理爆

破

工

程第三节1

岩石爆破破坏原理的几种假说(2)爆生气体膨胀作用理论见图3-15

。理论认为，炸药爆炸引起岩石破坏，主要是高

温高压气体产物对岩石膨胀做功的结果，见图3-15

。(3)

爆生气体和应力波综合作用理论理论认为，实际爆破中，爆生气体膨胀和爆炸应力波都对岩石破坏起作用，不能绝对分开，而应是两种作用综合的结

果，因而加强了岩石破碎效果。其实质，可以认为是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。西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破破碎原理爆

破

工

程第三节图3-15爆炸生成气体产物的膨胀作用西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破破碎原理爆

破

工

程第三节2

爆炸的内部作用a

最小抵抗线装：

药中心距自由面的垂直距离称为最小

抵

抗线

(简称最小抵抗)。b

内部作用：若其最小抵抗超过某一临界值(称为临界抵

抗线)，则装药爆炸后，在自由面上不会看到爆破的迹象，也就是爆破作用只发生在岩体的内部，未能达到自由面。装药的这种作用称为内部作用。发生这种作用的装药称为药壶装药。岩石类型阻抗值(MPa·

s/m)破坏原因取决高阻抗岩石15~25入射应力波，包括入射、反射波。中阻抗岩石5~15入射应力波和爆生气体综合作用低阻抗岩石小于5爆生气体a

岩石的波阻抗分类：见下表。西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破破碎原理爆

破

工

程第三节c

按照岩石的破坏特征，见图3-16

。大致可将它分为四个区

域：扩大的炮孔孔腔、压碎区、破裂区和震动区。(a)(b)图3-16无限岩石中炸药的爆破作用a—有机玻璃模拟爆破试验结果；b—无限岩石中的爆破破坏分区1—扩大空腔；2—压碎区；

3—裂隙区；4—震动区RK—空腔半径；RC—压碎区半径；RP—裂隙区半径西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破破碎原理爆

破

工

程第三节(2)破裂区

(破坏区)：不能直接压碎岩石。然而它可使压碎区外层的岩石遭到强烈的径向压缩，使岩石的质点产生径向

位移，因而导致外围岩石层中产生径向扩张和切向拉伸应。(1)压碎区

(压缩区)：这个区是指直接与药包接触的岩石，

坚硬岩石被压碎；可压缩性比较大的软岩

(如塑性岩石、土壤和页岩等)则被压缩成压缩空洞，并且在空洞表层形成坚a

按应力波作用计算：

R

p

=

(bp

2

/

σ

t

)

⋅

r

b

b

按爆生气体准静压作用计算：Rp

=

(p0

/

σt

)1

/

2

rbα/11

/

α实的压实层。a

压碎区半径：b

空腔半径：Rc

=(0.2ρr0cp

2

/σc

)Rb21西安科技大学建筑工程学院Rb

=4

pm

/σ0

⋅rbBlasting

Engineering岩石爆破破碎原理爆

破

工

程第三节力(3)弹性震动区只能引起岩石质点作弹性振动，直到弹性振动波的能

量被岩石完全吸收为止，这个区域叫弹性震动区或地

震区。弹性震动区的范围可按下式估算：3

爆炸的外部作用当将药包埋置在靠近地表的岩石中时，药包爆炸，除产生内部的破坏作用外，还会产生外部破坏作用，造成地表附近的岩石破坏，这些破坏可从以下几个方面来解释。Rs

=(1.5~2.0)3西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破破碎原理爆

破

工

程第三节(1)反射拉应力造成岩石破坏由于岩石的抗拉强度很低，很容易被拉断。随反射拉波的传播，岩体将从自由面开始，向岩体内部形成片落破坏块，参见图3-13

、3-14。(2)反射拉应力引起径向裂隙延伸反射拉伸波同径向裂隙尖端处的应力场相互叠

加，可使径向裂隙大大地向前延伸。裂隙延伸的情况与反射应力波方向和裂隙方向的交角9有关，如图3-17所示。西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破破碎原理爆

破

工

程第三节图3-17反射拉伸波对径向裂纹形成的影响西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破破碎原理爆

破

工

程第三节(3)

自由面改变了岩石中的准静态应力场自由面的存在改变了岩石由爆生气体膨胀压力形成的准静态应力场中的应力分布和应力值的大小，使岩石更容易在自由面方向受到剪切破坏，图3-18

。结论：岩石的爆破破碎、破裂是爆炸应力波的压缩、拉伸、剪切和爆生气体的膨胀、挤压、致裂和抛掷等共同作用的结果。西安科技大学建筑工程学院图3-18岩石的破坏在自由面方向加强Blasting

Engineering岩石爆破破碎原理爆

破

工

程第三节第四节爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗理论1

爆破漏斗：岩石中形成一漏斗状的炸坑，见图3-

19。(1)爆破漏斗的几何要素(只有两个独立)a

最小抵抗线W：药包中心到自由面的垂直距离，即药包的埋置深度。b

爆破漏斗半径r

：即爆破漏斗的底圆半径。c

爆破作用半径R：也叫做破裂半径，即自药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破原理与方法爆

破

工

程图3-19爆破漏斗的形成条件示意图a—表面无破坏；b—表面破裂；c—表面鼓包；d—松动漏斗；e—抛掷漏斗Blasting

Engineering

第四节

爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗理论西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程d

爆破漏斗深度W：自爆破漏斗尖顶至自由面的最短距离，即最小抵抗线。e

爆破漏斗的可见深度h：自爆破漏斗中岩堆表面最低洼点到自由面最短距离。爆破漏斗的几何要素如图3-20所示图3-20爆破漏斗的几何要素W—最小抵抗线；9—爆破漏斗张开角；r—爆破漏斗半径；L—爆堆宽度，R—爆破

漏斗作用半径；H—爆堆高度；h—可见爆破漏斗高度。Blasting

Engineering

第四节

爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗理论西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程9(2)爆破漏斗分类根据爆破作用指数n值的不同，分为：标准抛掷爆破漏斗n=1

、加强抛掷漏斗n>1

、减弱抛掷(加强松动)爆破

漏斗0.75<n<1

、松动爆破漏斗n

≈0.75，如图3-21。图3-21爆破漏斗的基本形式a—松动爆破漏斗；b—减弱抛掷漏斗；c—标准抛掷漏斗；d—加强抛掷漏斗Blasting

Engineering

第四节

爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗理论西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程(3)

形成标准爆破漏斗的力学条件表述为：漏斗边缘处入射波产生的切向拉应力与反射拉伸波产生的径向拉应力之和等于岩石的抗拉强度，即Blasting

Engineering

第四节

爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗理论西安科技大学建筑工程学院QθI

+

Q

rR

=

Q

t

爆

破

工

程(4)延长装药产生的爆破漏斗图3-23所示，把延长药包看成由一系列集中药包组成

；这些集中药包形成爆破漏斗的轮廓线构成延长药包的爆破漏斗。如果延长装药平行于自由面，爆破效果要比一个自由面的情况好，为实现露天爆破后孔底平坦，炮孔深度应加深以超深深度。(5)多药包同时爆破时的爆破漏斗概念：

装药密集系数：多炮孔爆破时，装药的临近

(密集系数)

，也称炮孔临近(密集)系数，是影响爆破效果的重要因素。装药临近系数m定义为相邻炮孔的Blasting

Engineering

第四节

爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗理论间距a与最小抵抗线W的比值。西安科技大学建筑工程学院图3-23装药垂直自由面的爆破漏斗爆

破

工

程a

多药包同时爆破原理

优点：应力叠加，其切向拉应力加强；反射拉伸应力叠加。缺点：相邻两炮孔连线中点

以外的区域，由于叠加应力波的相互抵销，形成应力降低区，

见图3-26

、3-27

、3-28

、3-29

。图3-26相邻炮孔应力波相遇叠加3-28

反射拉伸波在两相邻炮孔间的叠加Blasting

Engineering

第四节

爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗理论图3-29相邻炮孔同时起爆时应力降低区的形成图3-27相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分布西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程2

利文斯顿的爆破漏斗理论

a

四个能量带：弹性变形带：爆破作用仅限于岩石内部，岩石表面不出现破

坏，表面岩石只产生弹性变形，爆破后岩石恢复原状。冲

击破坏带、破碎带和空爆带。冲击破裂带：表面岩石将呈现出破坏、鼓包、抛掷等，进而形成爆破漏斗，爆破漏斗体积将随炸药的埋深减少而增

大。破碎带：表面岩石将更加破碎，爆破漏斗体积随炸药埋深

的减小而减小。图3-30装药密集系数对爆破漏斗形状的影响b

装药密集系数的合理取值：见图3-30。Blasting

Engineering

第四节

爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗理论西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程空爆带当炸药埋深很小时，表面岩石得以过渡破碎，并远距离抛掷

。b利文斯顿爆破漏斗的特性：V/Q、W/Q1/3

、r/Q1/3

、∆=W/

Wc

的关系。c

应用:

对比炸药性能、评价岩石可爆性、爆破漏斗试验d

推广：雷德帕提出，将球状集中药包看成点药包，单孔柱状长条形药包看成线药包，成排孔柱状长条形药包看成面

药包(图3-31)，并根据几何相似和量纲原理，找出三者之间的相关关系。Blasting

Engineering

第四节

爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗理论图3-31不同装药类型的几何图a-点药包；b-线药包；c-面药包西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程(b)(c)(a)c

适用于各种类型抛掷爆破装药量：

Qp

=f

(n)qW

3鲍列斯夫的经验公式：

f

(n)

=

0.4

+

0.6n松动爆破漏斗的装药量：

Qs

=

(0.33

~

0.55)qW

柱状装药

：Q

=f

(n)qWj

3多药包爆破的装药量抵抗线相同，

单个炮孔装药量：Q

=

f

(n)qaWl

=

f

(n)qmW

l

抵抗线不同

：

Qi

=

f

(n)qWi

lmi(i+1)d

q

值考虑多方面的影响因素综合确定2223333Qb

=qW32

装药量计算原理a

爆破的装药有三部分组成，将岩体分离、破碎、抛移的耗能，即

Q

=C

1

W

2

+C

2

W

3

+C

3

W

4

b

标准爆破体积和装药量(豪赛尔公式)适用于标准抛掷，爆破作用指数n=1，即r=W

：Blasting

Engineering

第四节

爆破漏斗及利文斯顿的爆破漏斗理论西安科技大学建筑工程学院V

=

πr

2

W

≈

W

3爆

破

工

程第五节装药结构与起爆方法1

装药结构(1)

定义：装药在炮孔

(眼)

内的安置方式称为装药结构，它是影响爆破效果的重要因素。(2)

形式：耦合

(不留间隙)

、不耦合

(留有间

隙)

、连续

(不留间隔)

、间隔装药

(由炮泥、

木垫或空气柱隔开)

，见图3-34。西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破原理与方法爆

破

工

程图3-34装药结构a—偶合装药；b—不偶合装药；c—连续装药；d—间隔装药Blasting

Engineering

第五节

装药结构与起爆方法西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程(3)

空气柱间隔装药的作用原理：见图3-35

。a

降低了作用在炮眼壁上的冲击压力峰值。

b

增加了应力波作用时间。c

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，这是以上两点带来的结果。图3-35连续装药与空气柱间隔装药

激起应力波波形的对比Blasting

Engineering

第五节

装药结构与起爆方法西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程(4)

合理的空气柱长度合理确定空气柱长度与装药长度的比值，能达到调

整应力波参数，提高炸药的量的有效利用和改善爆破

效果的目的。(5)

应用注意事项空气柱长度超过3.5~4m，应采用多段间隔装药；不

偶合装药要避免炸药爆炸间隙效；空气柱间隔装药应保证各段装药的可靠起爆等事项。Blasting

Engineering

第五节

装药结构与起爆方法西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程2

起爆方法

a

概念起爆点：装药采用雷管起爆时，雷管所在位置称为起

爆点。正向起爆、反向起爆、双向起爆

单点起爆时，若起

爆点置于装药顶端

(靠近炮孔口的装药端)，爆轰波

传向孔底，这种起爆方式称为正向起爆；若起爆点置于装药底端，爆轰波传向孔口则为反响起爆；若起爆点位于装药长度中间，雷管聚能穴朝向孔底，则称双

向起爆或中间起爆。b

起爆点位置和爆轰方向对岩石破碎过程的影响如图3-36

、3-37所示

。Blasting

Engineering

第五节

装药结构与起爆方法西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程图3-36正、反向起爆时应力波在岩石内的传播情况及在台阶低线处的应力状态a—反向起爆，D/cp＞1；b—反向起爆，D/cp

≤1；c—正向起爆，D/cp＞1；d—正向起爆，D/cp

≤11—入射波，2—反射波Blasting

Engineering

第五节

装药结构与起爆方法西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程c

有关规定《煤矿安全规程》(2003年版)规定：在有瓦斯的工作面实

施毫秒爆破时，若采用反向起爆，则必须采取相应的安全

措施。《爆破安全规程》(2004版)对含瓦斯岩石或煤层条件下，爆破能否采用反向起爆及采用反向起爆的安全

性却没有明确的规定。图3-37正、反向起爆时的炸药爆轰及应力波传播a—正向起爆，D/cp

≤1；b—正向起爆，D/cp＞1；c—反向起爆，D/cp

≤1；d—反向西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering装药结构与起爆方法爆

破

工

程第五节第六节

炮孔的堵塞(1)炮泥：用来封闭炮孔的材料统称为炮泥。装药爆炸时炮

泥运动速度的变化。(2)堵孔目的：保证炸药充分反应；降低爆生气体逸出自由面的温度和压力；影响爆炸应力波的参数；在有沼气的工作面内阻止灼热固体颗粒

(例如雷管壳碎片等)从炮孔内

飞出的作用。(3)炮泥运动具有以下规律炮泥运动不是在所有截面同时发生的；在不同区段上，炮泥运动具有不同的规律；离装药较远或近炮孔口的一段炮泥，从运动开始，其速度一直在增长，超过一定时间后，其运动速度将大于下段炮泥的迅动速度。见图3-38西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破原理与方法爆

破

工

程图3-38装药爆炸时炮泥运动速度的变化1—上段炮泥；2—中段炮泥；3—下段炮泥Blasting

Engineering

第六节

炮孔的堵塞西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程(4)

岩石内应力波参数的因素

a

堵塞的影响见图3-39

，堵塞增加了爆轰气体膨胀作用在孔壁上的

压力和延长了压力作用的时

间。从而提高了它对岩石的

胀裂和抛移作用。b

炮泥的影响若没有炮泥，装药与大气

直接接触，气体压力就会很

快由最大值下降到大气压；当装有炮泥，又没有裂隙与自由面相通时，气体压力下降较慢，从而能够增加压力

作用时间和传给岩石的比冲

量。图3-40无炮泥和有炮泥时得应力波形1—无炮泥；2—粘土；3—砂；4—三袋水泡泥；5—碎石；6—两袋水泡泥和其它材料风口Blasting

Engineering

第六节

炮孔的堵塞图3-39堵塞对炮孔内压力的影响a—有堵塞；b—无堵塞西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程(5)

合理的炮泥材料瓦斯的工作面内，可以采用聚乙烯塑料袋装的水炮泥。但采用水炮泥时，仍需用声阻抗比水大的其它材料封堵孔口(或采用两个以上的水炮泥)。(6)

合理堵塞长度方法是使炮泥全长卸载的时间应大于爆炸气体压力在装药全长卸载的时间，即：

2l/c

≥l/

c

根据炸药爆轰流体动力学理论算出c0=D/2，代换后得：(7)

有关规定：我国《爆破安全规程》和《煤矿安全规程》都规定，在有瓦斯的条件下，爆破作业必须用炮泥堵塞炮孔，而且堵塞长度不能小于一定值。Blasting

Engineering

第六节

炮孔的堵塞西安科技大学建筑工程学院s

c

ps

/Dl

≥l

c爆

破

工

程s

ps

c

0第七节

毫秒爆破1

概念及优点a概念：利用毫秒雷管或其它毫秒延期引爆装

置，实现装药按顺序起爆的方法称为毫秒爆破。利用秒延期雷管实现装药按顺序起爆的爆破方法称为秒延期爆破。b

优点：.增强破碎、减小抛掷作用与抛掷距离；.降低爆破产生的震动作用；.可以在有瓦斯的工作面内使用。西安科技大学建筑工程学院Blasting

Engineering岩石爆破原理与方法爆

破

工

程2

毫秒爆破的破岩原理(1)

应力波相互干涉假说使相邻的两装药间隔一定时间爆炸，比如当先期爆炸装药在岩体内激起压缩波从自由面反射成拉伸波后，再引爆后爆炸的装药，不仅能消除无应力区，而且能增大

该区内的拉应力，图3-42所示。Blasting

Engineering

第七节

毫秒爆破西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程图3-42瞬发爆破与毫秒爆破时相邻装药产生应力波的比较

a—瞬发爆破；b—毫秒爆破；1、2—起爆顺序Blasting

Engineering

第七节

毫秒爆破西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程(2)

自由面假说毫秒爆破能够改善岩石的破碎质量，是由于先期爆炸装药在岩体内已造成了某种程度的破坏，形成了一定宽度的裂隙和附加自由面，为后期装药爆炸创造了有利的破岩条件。见图3-43所示。图3-43台阶爆破单排炮孔微差起爆

1、2—起爆顺序Blasting

Engineering

第七节

毫秒爆破西安科技大学建筑工程学院爆

破

工

程(3)

剩余应力假说a

先期爆炸激起的爆炸应力波在岩体内形成动态应力场并产生一系列裂缝b其后，岩体承受高压爆炸气体的作用，使裂缝进一步扩展，但随着爆炸气体的膨胀，压力不断降低；c

后期爆炸装药应在先期爆炸装药产生的静态应力场尚未消失前起爆，利用先期爆炸装药在岩体产