第二讲 高温岩石爆破
岩爆特征及机理
岩爆特征及机理
岩爆是指在高温高压条件下，岩石内部因爆炸性破裂产生的碎片、块
状物等各种规模的岩体碎片通过空气、水等介质向外喷发的一种自然灾害。
岩爆具有以下几种特征：
1.爆炸性现象：岩爆是一种爆炸性的破裂现象，在爆炸瞬间会产生巨
大能量，使岩石瞬间破裂碎裂，产生大量岩屑冲击向周围空间。
2.孤立性：岩爆通常是局部爆炸所致，爆炸的范围是局限的，在其周
围的岩石很少受到影响。
3.不规则性：岩爆形成的岩屑形态不规则，多呈块状或片状，大小不一。
4.高速性：岩爆中的岩屑具有向外高速飞出的特征，具有很高的起始
速度及动能。
5.频繁性：岩爆往往发生在火山、地震等地质灾害频繁的地带，多次
和连续发生，给人们的生命财产带来威胁。
岩爆产生的机理有多种可能，主要有以下几种：
1.热爆炸：由于地壳内部的高温高压，加上受到地震等外力作用，岩
石内部压力剧增，引起内部热量的迅速释放，导致热爆炸的发生。
2.气爆：地层内的气体受到热度、压力的影响，突然释放出来，形成
巨大的爆炸，造成岩石的冲击破裂。
3.活性地震：在地震发生的瞬间，岩石内部的应力瞬间释放，岩体产
生剧烈破裂和变形，产生岩爆现象。
4.冰爆：在山地或极地高海拔区域，冷却作用使水分形成冰，岩石因温差等原因受到冲击后，发生变形破裂，使冰体碎片飞溅而成岩屑。
总之，岩爆现象是一种在高温高压条件下，岩石内部发生爆炸性破裂的自然现象。
产生机理复杂，需要综合考虑各种环境条件因素的影响。
第二章岩石的破碎理论PPT课件
二、液压凿岩机
液压凿岩机是一种以液压为动力的新型凿岩机。由于油压比压气压力大得多，通 常都在10 MPa以上，并有粘滞性、几乎不能被压缩也不能膨胀做功，以及油可以循环 使用等特点，因而使液压凿岩机的构造与压气凿岩机的基本部分既相似又有许多不同 之处。液压凿岩机也是由油缸冲击机构、转钎机构和排粉系统所组成。
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（一）钎头
钎头形状
钎头结构参数
1、刃角；2、隙角；3、钎刃、 4、钎头直径；5、排粉沟。
钎头材料
原来用40号、45号钢，现凿岩机钎头通常使用的硬质合金牌号（牌号表示 硬质合金的成分和性能）为YG8C，YG10C、YG11C、YGl5X。Y表示硬质合金 ，G表示钴，其后数字表示含钻的百分数，C表示粗晶粒合金，X表示细晶粒 合金。
钎尾是承受和传递能量的部位。其长度和断面尺寸应与配套的凿岩 机转动套相适应。气腿式凿岩机钎尾长108mm。 钎肩形状有两种 ，六角形钎杆用环形钎肩，圆钎杆用耳形钎肩，。向上式凿岩机用 的钎子没有钎肩，因机头内有限定钎尾长度的砧柱。
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四、电钻钻具
煤电钻的钻具如图由钻头1和麻花钻杆4组成。钻杆前部的方槽2和 尾孔3，是用来插入钻头的，钻头插入后，从尾孔3上的小圆孔中插入销 钉固定钻头。麻花钻杆尾部5车成圆柱形，用以插入电钻的套筒内。套筒 前端有两条斜槽，可以卡紧在麻花螺纹上．以传送回转力矩。
爆炸的分类：
▪ 物理爆炸（不发生化学变化 ） ▪ 核爆炸 （核裂变或核聚变 ） ▪ 化学爆炸（有新的物质生成 ）
2
炸药爆炸的三要素
1
2
3
反应的放热性
反应过程的高速度
反应中生成大量气 体产物
炸药爆炸必须的能 源
爆炸反应区别一般 化学反应的重要标 志
高温岩石爆破干冰降温快速装药施工工法(2)
高温岩石爆破干冰降温快速装药施工工法高温岩石爆破干冰降温快速装药施工工法一、前言高温岩石爆破干冰降温快速装药施工工法是一种在高温岩石施工中采用干冰降温的新型工法。
通过干冰的快速制冷作用，可以有效降低高温岩石的温度，从而减少施工中的热膨胀和热裂纹的产生，提高施工的质量和效率。
二、工法特点1. 采用干冰降温技术，对高温岩石的温度进行快速降低，有效避免了热膨胀和热裂纹的产生。
2. 施工过程中不需要使用水和化学品，对环境友好，减少对水资源的浪费。
3. 施工周期短，效率高，能够在较短时间内完成施工任务。
4. 施工过程中不会产生太多的振动和噪音，对周边环境和设备的影响小。
三、适应范围该工法适用于需要在高温岩石中进行爆破作业的各种工程，特别是在采矿、岩石路基和隧道工程中的应用更为广泛。
四、工艺原理该工法根据高温岩石的特点和干冰的工作原理，通过快速装药以及干冰的制冷作用，来降低高温岩石的温度。
在实际工程中，施工人员在爆破前先对需要爆破的岩石进行加热处理，然后在爆破孔中放置干冰，利用干冰的制冷作用将岩石迅速降温，再进行爆破作业。
这样可以有效减少爆破作业中的岩石膨胀和热裂纹的产生，保证了施工的质量和效率。
五、施工工艺1. 热处理：在爆破前，对高温岩石进行加热处理，提高其温度；2. 输送干冰：将预先准备好的干冰通过输送装置送入爆破孔中；3. 制冷作用：干冰在爆破孔中与高温岩石接触，通过吸热作用将岩石快速降温；4. 爆破作业：在岩石降温后，进行爆破作业；5. 清理工作：清理爆破后的岩石碎片和残留物。
六、劳动组织施工过程中需要有合适的组织架构，确定各个岗位的职责和工作流程，保证施工过程的协调和高效。
七、机具设备1. 干冰制备设备：用于制备干冰；2. 输送装置：用于将干冰输送至爆破孔中。
八、质量控制施工过程中需要严格控制干冰的质量，确保其制冷效果达到施工要求。
同时，还需要监测爆破后的岩石温度，以确保温度降低到合理范围。
九、安全措施1. 施工人员需要佩戴防护服和安全帽等个人防护装备；2. 在操作干冰制备设备时，要确保设备正常运行和使用安全；3. 爆破作业时，要确保施工区域的安全，并采取防护措施，避免人员和设备的受损。
岩爆的原理
岩爆的原理岩爆是指岩石在高温和高压环境下发生剧烈爆破的现象。
岩爆的原理主要涉及岩石受到应力的作用，导致弹性能量积累并达到临界点时，岩石发生应力释放和有序破裂。
下面将详细解释岩爆的原理。
在地壳深处存在着许多岩石，受到地球内部和外部的各种力的作用。
这些力有地球内部热液的高温高压、地壳运动的挤压和拉伸力等，使得岩石遭受了极高的应力。
当岩石的应力达到其抗压强度极限时，岩石会突然破裂并释放出巨大的能量，形成岩爆。
岩爆的发生主要取决于岩石的物理和力学性质，以及周围环境的条件。
岩爆的原理可以解释为以下几个方面：1. 弹性能量积累：当岩石受到外部应力时，其会发生弹性变形，形成应变能。
岩石的弹性模量和体积决定了其储存弹性能量的能力。
长期以来，岩石受到复合应力的作用，使得其内部产生了巨大的弹性能量。
2. 应力释放和有序破裂：当岩石内部积累的应力超过其抗压强度时，岩石会发生应力释放和有序破裂。
岩石断裂面的扩展和错动会导致岩石内部应力的剧烈释放，并释放出大量的能量。
3. 管道效应和波动扩散：当岩石发生破裂时，由于断裂面的错动，会形成管道效应。
这种效应使得能量沿着断裂面向外传播，产生巨大的冲击波和爆炸波。
同时，在岩石内部和周围会产生巨大的应力波、压力波和剪切波，使得岩石周围的岩层也受到了破坏和变形。
4. 能量释放和喷发：岩爆的释放能量通常以爆炸的形式表现出来，这种爆炸会产生大量的高温和高压热气体。
这些高温高压气体会迅速膨胀并向周围环境释放，形成岩层喷发和崩塌的现象。
岩爆的原理是复杂的，涉及岩石的物理、化学和力学特性等多个方面。
岩石的类型、温度、压力和湿度等条件都会影响岩爆的发生和规模。
同时，随着岩石内部应力的增加和释放，岩爆也会引发地震、火山喷发等自然灾害。
为了避免岩爆的发生和减小其危害，对于有潜在岩爆危险的地质环境，应采取措施进行预警和监测，同时采取适当的工程措施来增加岩石的稳定性和抗压能力。
这样可以更好地预防和应对岩爆带来的灾害。
《岩土爆破理论》课件
可持续发展要求
合理利用资源、降低能耗 、提高效率、推动技术创 新等
和减震降噪技术， 实现绿色施工
05
岩土爆破理论展望
岩土爆破理论研究前沿
数值模拟与物理模拟相结合
通过建立更精确的数值模型，结合物理实验，深入研究岩土爆破 过程中的力学行为和破坏机制。
智能爆破技术
岩土爆破的基本原理
01
炸药爆炸产生的高温高压气体使岩土介质破碎或松 动。
02
炸药爆炸产生的冲击波和爆炸气体在岩土中形成冲 击应力波和剪切波，使岩土介质产生破坏。
03
炸药爆炸产生的爆炸气体膨胀作用将破碎的岩土介 质抛出，形成爆破漏斗。
岩土爆破的历史与发展
01
19世纪中叶，炸药和爆破技术开始应用于采矿和隧道开挖领域 。
利用微震监测技术，实时监测爆破过 程中的振动和破坏情况，提高爆破效 果和安全性。
通过控制炸药爆炸的方向和能量分布 ，实现特定方向的岩土破碎和分离。
岩土爆破工程实践展望
1 2 3
复杂环境下的爆破工程
针对复杂地形、地貌、地质条件下的岩土爆破工 程，研究相应的技术和方法，提高工程安全性和 可靠性。
城市地下空间开发中的爆破工程
确保使用的爆破设备和工具符合安全标准， 并定期进行检查和维护。
应急预案
制定应急预案，以应对可能发生的意外情况 ，包括人员伤亡、设备损坏等。
岩土爆破效果评估
01
02
03
破碎效果评估
根据破碎后的岩土粒径分 布、破碎程度等指标，评 估爆破效果是否达到预期 要求。
经济效益评估
比较不同爆破方案的施工 成本、经济效益等指标， 选择最优方案。
根据岩土性质、爆破条件和爆破 要求，选择合适的炸药类型和规 格，以达到最佳的爆破效果。
高温爆破
高温爆破硫化矿开采中，当炮孔温度高60℃时，应成立专业爆破工作队；参加爆破作业和加工防自爆药包的人员，应经安全教育和技术培训，考试合格后，才能从事本项工作；每次爆破均应经有关领导批准。
【释疑】（1）火区温度高，个别火区的岩石温度超过500℃，在如此高的温度情况下施工，对任何机械的耐受力都是一种严峻的考验。
（2）火区中的岩体受到高温煅烧，有的岩石结构受到破坏，岩体比较破碎。
高温会导致金属性能改变。
在高温岩石中钻孔容易损坏钻具，容易塌孔，打孔难，成孔难。
（3）高温会改变爆破器材的使用性能，易出意外。
（4）高温作业容易出现烫伤等其它安全事故。
——炮孔周围介质温度高于60℃情况下进行的爆破作业，属于高温爆破。
高温爆破应成立专门爆破队伍，设立高温爆破领导小组。
高温爆破的爆破作业人员应经过专门培训，形成固定搭配，并经过事先演练，严禁随意调换高温爆破作业人员。
高温爆破时应尽量选用耐高温爆破器材，实施爆破前，应对火工品采取隔热防损措施。
在具有硫尘或硫化物粉尘爆炸危险的矿井进行爆破时，应遵守下列规定：——定期测量粉尘浓度；——孔外传爆应用电雷管或非电导爆管雷管；——高温爆破时不应在高温炮孔内放置雷管，应采用孔内敷设导爆索，孔外使用电雷管和非电雷管的起爆方式；——应采用孔深大于0.65m的炮孔爆破法；——露天高温爆破应采用垂直炮孔，炮孔直径不宜小于140mm；——不应采用裸露药包爆破和无填塞的炮孔爆破，炮孔填塞长度应大于炮孔全长的三分之一，并应大于0.3m；——装药前，工作面应洒水，浅孔爆破时，离工作面10m范围内的空间和表面都应洒水；深孔爆破时，离工作面30m范围内的空间和表面都应洒水；——爆破作业人员应随身携带自救器，使用防爆蓄电池灯照明。
在超过60℃的高温矿井爆破时，应遵守下列规定：——应选用和加工耐高温的防自爆药包，不应使用有损伤、变形的药包；——建议采用机械化乳化炸药装药；——装药前应测定工作面与孔内温度，孔温不应高于药包安全使用温度；——爆破前一天应测量孔深、孔温，将孔温于高温爆破装药前在现场标注清楚；——测温应使用至少两种型号的测温仪同时进行；并应由两个人同时进行，测温后要做好记录；——实施爆破前应取炮孔岩粉矿样模拟装药条件（炮孔水、环境温度、炸药温度等）进行试验，取得矿样与炸药的反应时间，作为指导爆破作业的作业时间；——爆前、爆后应加强通风，并采取喷雾洒水、清洗炮孔等降温措施；——用导爆索起爆时，将导爆索捆在起爆药包外，不得直接插入药包内；——硫化矿区不能实施预装药爆破；——装药时，应按从低温孔到高温孔，从易装孔到难装孔的顺序装药；——待全部炮孔装药完毕后，以最短的时间填塞炮孔，并应用不含硫化矿的矿岩粉作炮泥；——实施爆破，炮孔装药完毕不宜充填，待整个爆区装药完毕后集中充填，并同时敷设起爆网络；——高温孔的装药应在炮孔的填塞材料全部备好，所有作业人员分配好工作并全部到位，孔外起爆网络全部联接好后进行；——充填物的颗粒不应大于50毫米，以防充填过程中堵塞炮孔或砸断起爆网络；——装药时，应安排专人监视，发现炮孔逸出棕色浓烟等异常现象时，应立即报告爆破指挥人员，迅速组织撤离；——在装药过程中如发生堵孔现象，若在规定时间之内处理不了，应立即放弃该孔装药，并注意观察，已入孔内的火药如发生燃烧冒烟等异常现象，应立即停止装药工作，并向指挥人员汇报。
岩石爆破作业操作规程
岩石爆破作业操作规程岩石爆破作业是一项常见的工程作业，它广泛应用于矿山开采、道路建设、地质勘探等领域。
岩石爆破作业的目的是通过爆破将大块岩石粉碎，以便于后续的清理和处理工作。
然而，由于岩石爆破作业涉及爆炸、振动等危险因素，必须制定严格的操作规程，以确保作业安全。
一、操作前的准备工作1. 确定作业区域：在进行岩石爆破作业前，必须确定作业区域范围，并在该区域内设立安全警戒线。
2. 检查设备：操作人员应对爆破设备进行全面的检查，确保其正常运行。
如发现设备故障，应及时报修并等待修复后方可进行作业。
3. 安全培训：在进行岩石爆破作业前，所有相关操作人员必须接受安全培训，了解作业规程和安全注意事项。
二、操作过程1. 布置爆破孔：在作业区域内，根据设计要求和爆破参数，确定所需布置的爆破孔位置和数量。
在布置爆破孔前，必须清理作业面积，确保没有杂物影响作业。
2. 钻孔：使用钻孔机对爆破孔进行钻孔作业。
操作人员必须穿戴好个人防护装备，并按照操作规程进行操作。
钻孔结束后，必须检查孔深和孔径是否满足设计要求。
3. 充填药物：在合适的位置放置爆破药物，并根据设计要求进行充填。
充填过程中必须注意避免产生静电、火花等情况，以防止药物意外爆炸。
4. 连接引爆装置：根据设计要求，将引爆装置与药物连接。
连接过程中必须确保引线完好无损，并且不允许使用手机等可能产生电磁干扰的设备。
5. 撤离作业区域：在进行爆破之前，必须确保所有相关人员已经撤离作业区域，并且在安全位置等待爆破信号。
6. 引爆：确认所有人员已经撤离后，由专职爆破人员按照安全操作规程进行引爆。
引爆结束后，必须等待一段时间以确保作业区域安全，方可进入清理作业。
三、事故处理与安全防范1. 事故处理：如果发生爆炸事故，必须立即通知相关部门，并按照事故处理流程进行处置。
同时，对事故原因进行调查分析，总结教训，以避免类似事故再次发生。
2. 安全防范：岩石爆破作业中，必须严格按照操作规程进行作业，遵守安全注意事项。
火灾等极端高温下岩石高温破坏机理探讨
火灾等极端高温下岩石高温破坏机理探讨处理高温环境下或高温后的岩石工程问题是岩石力学的新课题。
高温对岩石介质的影响已在地质、能源、土木等许多领域中被提出来。
例如，地下煤的开采与瓦斯爆炸，煤炭开采过程中煤炭的自燃，各种硐室及地下工程在经受火灾等事故后的重建，其周围岩体均可经历一定的高温作用，导致岩体工程结构的安全性降低，为此需要对岩石高温后的物理力学性质进行深入系统的研究。
2地下煤炭开采研究现状因本课题源于煤炭地下开采问题的提出，下面先介绍煤炭地下开采的研究现状。
煤炭是21世纪的主要能源，煤炭开采方法一直是国内外专家研究的重要内容，现在煤炭开采的主要方法还是以地下采煤为主，这种采煤方法最大的弊端是工人要在地下作业，危险系数非常高。
我国产煤量占世界总产煤量的35%，稳居世界原煤产量先进行列，但是死亡人数却占80%，为了降低人员伤亡和财产损失，人们也在不断研究新的煤炭开采方法。
3岩石的物理性质岩石是一种复杂的天然介质，是地球上最普通、最常见的一种脆性地质材料。
岩石是颗粒或各种矿物晶体相互胶结在一起的聚集体，其内部存在大量的地质缺陷，如断层、节理、层理、裂纹、断裂面、孔洞等，岩石中形成了各种微裂隙和微孔洞，因而岩石材料本身的结构特点就是存在大量的缺陷。
岩石内含各种矿物结晶成分，如果将矿物结晶的方向看作随机分布，则岩的石性质仍可认为是各向同性的多相体。
因为组成岩石的各种矿物结晶颗粒各自具有不同的热膨胀系数，岩石受热后，各种矿物颗粒的变形也不同。
但是岩石是一种固体结构性连续体，在温度作用下，为了保持其变形的连续性，其内部各种矿物颗粒无法按各自固有的热膨胀系数随温度而自由变形，从而导致矿物颗粒之间产生约束，变形大的受到压缩，变形小的受到拉伸，这就是热应力。
由于它们热膨胀或冷收缩的相互牵制会产生热应力，同时，由于热膨胀失配机制线胀系数不同而导致样品内部变形不协调使原生微裂纹变得更大，在冲击载荷作用下表现为与常温状态下不一样的破碎特性。
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测温仪的适用条件，分析 测量误差来源
二、高温孔温度测量
2. 高温孔的测温步骤
高温爆破前一天必须测量孔深、温度，并做好爆破
设计，将孔温在现场标注清楚 装药前要对跑孔温度进行检查，对不合格孔做好标 记，并采取降温措施 温度测量需要两人同时进行，测温后要做好记录
坚持温三阶段：
二、高温孔温度测量
一、高温岩石爆破的特点
2.高温岩石爆破的特点 高温影响金属材料性能，钻具易损坏
岩石受到高温破坏，比较破碎，成孔困难
高温改变爆破器材性能，易发生早爆或炸药失效 容易出现烫伤等事故
一、高温岩石爆破的特点
3.高温对爆破器材的影响
2号岩石乳化炸药，装入温度为100oC的炮孔是安全的，
在138oC下，经6小时后失效 电雷管发生自爆的温度均高于125oC，没有自爆的电雷 管可以正常引爆，温度越高，电雷管自爆的时间越短 2号岩石乳化炸药在80oC下，爆速随时间增加而降低
二、高温孔温度测量
测温计的使用方法
两种型号的测温仪 同时测量 热电偶测温 红外测温
接触式 测温法
测量方法
非接触式 测温法
第一阶段
降温后6小时： 测 温合格方可验收
第二阶段
• 与钻孔同时进行 • 确定中高温孔 • 采取降温措施
第三阶段
装药前8~10分钟： 两组同 类仪器测量误差小于5oC.， 温度回升不高于60oC
三、高温爆破作业技术
1. 温度测量及炮孔检查 检查炮孔有无坍塌、堵孔现象 2. 处理高温炮孔
采挖阻断法 压覆窒息法
注水灭火法
三、高温爆破作业技术
3. 装药+填塞+起爆 突出快的特点 人员分工有序、填塞颗粒小于50毫米、
事故处理果断、撤离迅速
整个作业过程保障不断水
四、高温爆破安全管理
安全管理的主要内容
温度测量
• 三步测量、准确
起爆器材
• 防止早爆 • 防止失效 • 果断、迅速
事故处理
Class is over
山东大学土建与水利学院
Blasting in high temperature material
高温岩石爆破
Shandong university
山东大学土建与水利学院
主要内容
1 2
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高温岩石爆破的特点 高温孔温度测量 高温爆破作业技术
高温爆破安全管理
一、高温岩石爆破的特点
1.高温岩石爆破的定义 在高于60o的岩石中实施的爆破作业。 当炮孔高于80o时，严禁在未采取任何 有效措施的情况下实施爆破作业。