第二章 岩石的破碎理论(1).ppt

1、第二章岩石破碎理论，第一节概述第二节爆炸理论和炸药第三节矿用炸药和起爆器材第四节钻井机械及其破岩方法第五节爆破破岩原理和爆破安全，第一节概述，工程爆破广泛应用于国民经济建设，近年来，我国已多次进行药量千吨和万吨以上的土石方爆破，突破了许多工程建设中的难题工程爆破由露天爆破、地下工程爆破发展为爆破和特殊爆破技术拆除。 现代爆破技术已经深入应用于我国国民经济各部门，取得了可喜的成果。 (1)爆炸现象物质发生急剧变化，瞬间释放出大量的能量，对周围的介质产生作用，使其破坏的同时，可能伴随声光、热效应的现象称为爆炸。 一、爆炸现象及其分类，(2)爆炸的分类。 根据爆炸引起的核电站和特征，爆炸现象分为3种

2、：物理爆炸、爆炸时只发生物质状态的急剧变化，物质的化学成分不变化，如蒸汽锅炉的爆炸和汽车轮胎的爆炸等核爆炸，某种物质的原子核分裂或融合引起的爆炸，如原子弹二、根据爆炸的主要特性、炸药、外部能量，自身进行高速化学反应，同时产生大量高温高压气体和热量的物质。 (1)具有相对稳定性和化学爆炸性。 炸药未受到外部能量的作用时，在常温下处于比较稳定的状态，但受到外部能量的作用时，打破原来的平衡结构，通过化学反应变化为爆炸。 (2)微小的体积中蕴藏着巨大的能量。 每单位质量的炸药爆炸时放出的热量比每单位质量的煤燃烧时放出的热量小，在极短的时间(0.11ms )内，每单位容积的炸药爆炸是每单位容积煤逐渐燃烧

3、放出的热量的数百万倍，即炸药具有高能量密度。 (3)可以通过自身的氧气实现爆炸反应。 炸药主要由碳、氢、氧、氮四种元素组成，爆炸时不需要外部供氧，只用自身的氧就能进行爆炸反应。 散热性、化学反应速度快，显示生成气体生成物(1)反应的散热性。 炸药爆炸过程中放出大量的热量是对周围介质起作用的能量源，散热不足和吸热反应也不能形成爆炸。 (2)化学反应速度快。 炸药的爆炸反应是由冲击波引起的，其爆炸速度可以达到每秒数千米，在反应区内炸药变成爆炸气体的时间只有数微秒。 爆炸过程的高速性决定了炸药能够在极短时间内释放出大量的能量，单位体积的热量高，具有很大的威力。 这是爆炸反应与其他化学反应区别开来的显

4、着特征。 三、炸药爆炸三要素，(三)生成气体产物。 爆炸生成的气体是工作介质，反应生成大量气体，并且气体在高温高压状态下迅速膨胀进行对外工作是炸药能量转换的过程。 炸药爆炸的三个要素相互关联，放出的热量使温度上升，反应加速，与此相反，高速反应又促进大量气体的产生和热量的放出，气体的压力和温度急剧上升。 所以高温、高压、高速是炸药爆炸的重要特征。 慢慢分解燃烧爆炸(1)慢慢分解。 炸药在常温条件下，如果不受其他外部能量的作用，则总是慢速进行分解反应，周围温度越高分解越显着。 以炸药内各点的温度相同为特征的全炸药内的反应同时进行，没有集中的反应区域，可在分解时吸热也可散热，由炸药的类型和环境温度决

5、定。 敲门。 炸药的急速燃烧称为爆燃，燃烧速度通常是每秒几米，最高每秒只有几百米。 敲门是一个热传导过程。 四、炸药化学变化的形式，(3)爆炸。 爆炸波(在炸药内部传播的冲击波)以一定速度传播的爆炸被称为爆炸，是爆炸的特殊形式。 爆炸速度达到20009000ms。炸药的上述三种化学变化形式，在某些条件下都可以相互转化，缓慢的分解可以发展为燃烧、爆炸，而爆炸也可以转化为燃烧。 第二节爆炸理论和炸药，一、炸药的起爆和爆炸、激发炸药爆炸的过程称为起爆，使炸药活性化发生爆炸反应所需的活性化能称为起爆能或初期冲击能。 例如，在地下工程爆破中利用雷管的爆炸冲击能量，首先在部分炸药上形成热点，热点炸药首先发

6、生热分解，同时释放热量，释放的热量使炸药的分解速度迅速增加。 炸药形成的热点数量足够多，尺寸足够大，热点温度上升到爆炸点时，炸药在这些点激发爆炸，进一步扩大。 (1)一种炸药爆炸时，由于一种惰性介质(如空气)产生的冲击波，另一种炸药爆炸的现象称为殉教。 在炸药的生产、储藏、运输过程中，要防止炸药殉教，确保安全。 但是，在工程爆破中，需要保证炮眼内的邻接药卷完全殉教，防止半爆炸、不爆炸的发生，降低爆破效果。 炸药殉教的难易程度由炸药对冲击波作用的灵敏度决定，通常以殉教距离来表示。 装有雷管的主药包爆炸时，留有距离的其他药包也能百分之百爆炸的最大距离定义为殉教距离，百分之百不爆炸的最小距离定义为殉

7、教安全距离。 殉教距离一般可以通过实验来决定。 试验时，将同一炸药的两个药卷沿轴线隔开一定距离放在坚固的砂土上，一个药卷装入雷管作为主动药卷，另一个药卷作为被动药卷，然后使之爆炸。 根据形成的爆炸坑以及残留的炸药和药卷的有无来判断殉教状况。 根据一系列的实验，找到了邻接的药卷可以殉教的最大距离。 (二)爆地下工程爆破是用雷管的引爆能量引爆炸药，雷管的作用只是爆炸邻近的局部炸药分子。 整个药包能否完全爆炸取决于炸药爆炸的稳定传播。 也就是说，炸药的爆炸是由冲击波在炸药中传播而引起的，但由于冲击波的快速化学反应而释放出的能量支持着冲击波的传播，其波速保持一定不衰减。 伴随这种化学反应的冲击波称为爆

8、轰波，其波速称为爆速。 爆速是衡量炸药质量的重要指标，反映了炸药爆炸的性能。 1影响稳定爆炸的主要因素药卷直径炸药密度起爆冲击能量其他因素(1)药卷直径。 炸药爆炸产生的能量并非全部用于爆炸，而是分散在一部分径向，在药卷周围产生空气冲击波和应力波。 药卷的直径越小，逸散的这部分的能量所占的比例越大。 因此，如果药卷的直径小到一定程度，就完全不能爆炸，这时的直径称为临界直径。 使药卷直径从临界直径逐渐增大，爆速也逐渐提高，最终达到了稳定值。 之后，即使药卷直径进一步变大，爆速也不会上升，此时的直径称为极限直径。 有些炸药的临界直径为数毫米，铵梯级炸药因其成分不同临界直径差异较大，药卷直径小于25

9、mm时，爆炸速度急剧下降，认为爆炸不良，2号岩石铵梯级炸药的临界直径小于15mm时会发生消爆。 但是，现在32mm或35mm的药卷，由于还没有达到其极限直径，所以增大药卷直径会提高爆炸速度，爆炸性能会变得更好。 (2)炸药密度。 密度增加的话爆炸压力也会变高，爆炸也会更加稳定。 对单体炸药来说确实如此，但混合炸药总是有最佳密度，超过时爆炸速度会降低，最终会发生“压死”的消爆现象，与之相对应的密度称为临界密度。 与最大爆速对应的装药密度称为最佳密度(极限密度)。 同类炸药的最佳密度为一定值，随炸药颗粒大小和倾斜、混合均匀度、含水率大小、药卷直径及外壳约束条件等因素的变化而变化。(3)起爆能量。

10、炸药爆炸后，并非一开始就达到稳定的传播状态，通常需要加速过程。 起爆能量越小炸药的灵敏度越低，这个过程越长。 如果有其他不良影响，可能会导致低速爆炸或停止爆炸。 实验表明起爆能的强弱能稳定地传播炸药形成的差异大的高爆速或低爆速。 (四)其他因素。 其他药包的强度、炸药的粒度、变质程度及充填质量等，对炸药能否爆炸有着显着的影响。 2间隙效应深孔爆破，炮眼内连续多个装有铵梯炸药的滚筒，不能总是全部爆炸，总要留下残药。 实验表明，在空气中会正常爆炸，直径43mm的炮眼中放入35mm的2号岩石铵梯级炸药，无论放入多少卷，从一端起爆的总是56卷，最多只爆炸7卷。 这种现象称为间隙效应。 间隙效应的原因是

11、，在爆炸波传播中，其高温高压的爆炸气体强力压缩其前端间隙的空气，在爆炸波的传播之前产生空气冲击波，药卷在爆炸波到达之前受到冲击波的强压缩，药卷直径缩小，密度增大，爆炸速度降低，导致爆炸中断解决方法是减小炮眼的直径，或者在药卷上隔开一定距离盖上用瓦楞纸做成的垫片，或者在药卷的中心开轴向孔，或者每隔一定距离在炮泥和黄油膏上涂上粗的药卷直径，或者使用水胶和乳化炸药等。 二、炸药性能残奥表，炸药的爆炸对周围介质产生强烈的冲击和压缩作用，使其发生变形、破坏和投掷，该作用可以分为可动、静作用两种。 利用炸药爆炸产生的冲击波和应力波产生的破坏作用，称为动作用的爆炸气体膨胀作用的破坏和投掷作用称为静作用。 动

12、作用烈度表示，静作用用爆炸力表示，两者的共同作用表示炸药的威力。 (1)猛度炸药的猛度是指炸药爆炸对周围介质的冲击粉碎能力，即冲击波的作用强度。 一般来说，炸药的密度和爆炸速度越高猛度也越高，冲击粉碎能力越强。 炸不同性质的岩石，要选用不同猛度的炸药，以免岩块过大不利于出厂。 中硬岩和软岩选择低猛度炸药，以免胡同周边的围岩破坏严重，不利于光面爆破。 测定炸药烈度的方法为铅柱压缩法，其实验设备和装置如图所示。 引爆后测量铅柱的压缩尺寸作为烈度的数据，单位是毫米。 (2)爆炸力炸药爆炸时对周围媒体工作的能力称为爆炸力，由炸药的能量转换而来。 测定炸药爆炸力的方法常用铅柱扩孔法，试验装置如图所示，起

13、爆后用量筒注入孔内测定形容积，再从中减去原孔体积和雷管扩孔体积，得到炸药的爆炸力数据，其单位为毫升。 (3)爆速爆速不足3000m/s、猛度不足10mm的炸药为低威力炸药，爆速超过4000m/s、猛度不足16mm的炸药为高威力炸药，两者之间存在的是中威力炸药。 如图所示，在药卷上安装a、b 2点，正确测量距离，用直径0.10.3mm的漆包线制作2根探针(切断下端不通电)，分别插入a、b处，与爆速机的导线连接。 药卷起爆炸后，探针的漆包线被爆炸波高温烧毁，记录时的开始和结束信号被输入修正器，该时间用数字管表示。 距离除以爆轰波通过所需要的时间，就是爆轰速度的值。 (四)炸药的灵敏度炸药易起爆称为

14、起爆灵敏度，灵敏度。 各种炸药的灵敏度非常不同。 炸药灵敏度的高低是通过引起炸药爆炸反应所需起爆能量的多寡来测定的。 感觉过高会在生产、储藏和使用中带来危险。 使用时炸药的感觉过低会妨碍爆炸。为了正确利用炸药的灵敏度特性，将炸药的灵敏度分为热敏度、机械灵敏度、冲击灵敏度、起爆冲击能量灵敏度和静电火花灵敏度。 1 .热感度是炸药不易因热能而爆炸、燃烧或分解的程度。 热敏度通常分为热稳定和火焰灵敏度。 (1)热稳定热稳定是炸药在均匀加热条件下不易爆炸、燃烧、分解的程度。 热稳定通常用炸药的爆炸点表示。 (2)火焰灵敏度火焰灵敏度是炸药因火灾而爆炸的难度。 火焰灵敏度的测定是用导引电缆点火炸药试料0

15、.05g，记录能够起爆时导引电缆前端部与试料的距离，将实验6次100次全爆的最大距离称为上限距离，将6次100次全爆的距离称为下限距离，表示炸药的安全性。 机械灵敏度机械灵敏度是对炸药冲击、摩擦、挤出等机械作用的灵敏度。 (1)冲击灵敏度冲击灵敏度经常用落锤修正来测定，即落锤10kg从250nun的高度自由落下，冲击炸药试样0.05g，重复25次，用25次实验中炸药试样爆炸的百分率来表示受试者炸药的冲击灵敏度。 用冲击灵敏度高的起爆药，即拱形落锤修正检测。 (2)摩擦灵敏度摩擦灵敏度采用摆式摩擦校正法测定，摩擦1500g锤、摆角90、0.02g炸药试样，平行试验25次，观察炸药爆炸的百分率。

16、3 .起爆能量灵敏度起爆能量灵敏度也称为爆炸灵敏度或起爆灵敏度。 炸药对爆炸冲击波(即激发冲击波)敏感的程度。 地下工程爆破使用的炸药必须能从8号雷管直接起爆，其爆炸灵敏度多用殉教距离来表示。 例如硝酸铵非常钝感，对小的冲击工作没有反应，加热只是平稳地燃烧，即使雷管也不能直接起爆，只有混合硝酸铵和可燃物和敏化剂才能作为炸药处理。 4 .静电灵敏度静电灵敏度是指炸药对静电的灵敏度。 炸药是绝缘物质，因此相互摩擦时发生电子移动，失去电子的物质带正电，得到电子的物质带负电，如果不采取安全对策，则会产生高电压(35kV )的静电，充分大时会放电产生火花，形成高温高压的离子流， 因此爆炸生成物是爆炸瞬间生成的生成物，主要有H2O、CO2、CO、氮氧化物等气体，当炸药内含有硫、金属粉(铝、镁)或氯时，生成物中也有硫化氢、氯化氢或金属氯化物等。 三、爆炸产物和有毒气体，(一)炸药的氧平衡炸药主要由c、h、o、n四种元素组成。 爆炸时几乎都是氧化反应，必要的氧气来自炸药本身，炸药中含有的氧气量不足以完全氧化碳和氢气。 完全氧化是发热量最大的理想条件，碳被二氧化碳氧化，氢被氧化生成水，只有氮尽可能被氧化才能生成有毒有害气体。1零氧平衡炸药爆炸后，c、h、o、n四种元素重新组合，生成H2O、CO2、N2，多馀的氧元素氧化氧，氧元素不足不生成CO，理论上该炸