岩石爆破作用原理

光面爆破（ smooth blasting ）是一种控制爆破
方法，其特点是在设计开挖轮廓线上钻凿一排孔距与
最小抵抗线相匹配的光爆孔并采用不耦合装药或其它 特殊的装药结构，在开挖主体的装药响炮之后，光爆 孔内的装药同时起爆，从而形成一个贯穿光爆炮孔， 光滑平整的开挖面。
预裂爆破的定义
预裂爆破（presplitting）是一种控制爆破方法，其 特点是在设计开挖轮廓线上钻凿一排孔距合适的预裂孔 并采用不耦合装药或其它特殊的装药结构，在开挖主体
(4-7)
加强抛掷爆破 f(n) >1。
鲍列斯阔夫经验公式： f(n) = 0.4＋0.6n3 集中药包抛掷爆破装药量的计算通式： Qp= (0.4＋0.6n3)kbW3 (4-9) (4-8)
集中药包松动爆破的装药量可按下式计算：
Qs ks W 3
(4-11)
Qs—集中药包形成松动爆破的装药量，kg； ks—松动爆破的单位用药量系数，kg/m3;
Q=kbf(n)W3
（4-14）
式中：Q-装药量，kg； 1 W-最小抵抗线，m，其值为： W l 2 l1 2 l1- 装药长度，m； l2- 堵塞长度，m。
r
2
图4-6 柱状装药垂直自由面
1
W
第四节 爆破参数的意义和选择
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一、单位用药量系数kb和ks
kb 是指单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗
R
R2 R2 R1
R1 1
F
图4-10 药包布置在断层中 1-药室；F-断层； R 1-设计下破裂线； R 2 -实际下破裂线； R1-设计上破裂线；R 2 -实际上破裂线
R
F
R
图4-11 药包布置在断层下
R R W2
溶洞
图4-12 溶洞对抛掷方向和抛掷方量的影响
飞石
w
w
堵塞 溶洞 炸药
图4-13 溶洞对深孔爆破的影响
(a)
(b)
图4-15 连续装药和空气间隔 装药激起应力波波形的比较 (a)连续装药 (b)空气柱间隔装药
2. 堵塞对爆破效果的影响
堵塞（tamping）就是针对不同的爆破方 法采用相应的材料，将岩体中通向药室 (chamber)的通道填实。
堵塞的目的
(1) 保证炸药充分反应，使之产生最大热量，防止炸药不完全 爆轰；
三、施工方法对爆破效果的影响
1. 装药结构对爆破效果的影响
装药结构
按药卷与炮眼在径向的关系分为
耦合装药：药卷与炮眼在径向无间隙,如散装药。
不耦合装药：药卷与炮眼在径向有间隙，间隙内可以 是空气或其它缓冲材料，如水、砂 等。
按药卷与药卷在炮眼轴向的关系分为：
连续装药：药卷与药卷在炮眼轴向紧密接触。 间隔装药：药卷（或药卷组）之间在炮眼轴向存在一 定长度的 空隙，空隙内可以是空气、炮 泥、木垫或其它材料。
e e b m。 即e 2
GB12437—2000《 工 业 粉 状 铵 梯 炸 药 》 已 根 据 GB/T12436—1990《炸药作功能力试验铅壔法》将 2 号岩 石铵梯炸药的作功能力值修订为 298 。考虑到其他品种炸 药的国家标准尚未对作功能力值进行相应的修订，此处仍
沿用 GB12437—1990《工业粉状铵梯炸药》中 2 号岩石铵
药包爆炸时，产生大量的高温高压气体，这些爆炸气体
产物迅速膨胀并以极高的压力作用于药包周围的岩壁上，形 成压应力场。当岩石的抗拉强度低于压应力在切向衍生的拉 应力时，将产生径向裂隙。作用于岩壁上的压力引起岩石质 点的径向位移，由于作用力的不等引起径向位移的不等，导
致在岩石中形成剪切应力。当这种剪切应力超过岩石的抗剪
一般只有在单个集中药包爆破时， kb或 ks 才 与 q 相等。在群药包爆破设计中， kb 和 ks 只用来 计算单个药包的装药量。单位耗药量也是一个经 济指标，可用来衡量爆破工程的经济效益，是爆 破工程预算的重要指标之一。
二、最小抵抗线W
最小抵抗线 W 的确定方法根据爆破方法的不同而有 所区别。对于硐室爆破、药壶法爆破以及其它采用集中 药包的爆破方法，最小抵抗线 W是从药包中心到地面或
强度时，岩石就会产生剪切破坏。当爆轰气体的压力足够大 时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动。
σr
θ θ
σr
`
θ
σr
σr
`
σr
`
θ θ
σ
σ
σr
`
(a)径向裂隙
(b)环向裂隙
图4-3 破裂区径向裂隙和环向裂隙形成示意图
θ
σ
σ
σ
σ
`
`
二、 应力波作用学说
这种学说的基本观点如下：
爆轰波冲击和压缩着药包周围的岩壁，在岩壁中 激发形成冲击波并很快衰减为应力波。此应力波在周
关于炸药换算系数e的确定方法，习惯上以2号岩石铵梯炸药 作为标准炸药，规定 2号岩石铵梯炸药的 e＝1,并以 2号岩石铵梯 炸药的作功能力320mL或猛度12mm作为标准，其它炸药品种根 据:
eb=
或
320
所换算炸药的作功能力值
12 em 所换算炸药的猛度值
求算e值。也可以根据上述两式的平均值求算e值，
Q=k· V
式中： Q — 装药量，kg ;
（4-2）
k — 单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3 ; V — 被爆落的岩石体积，m3 。
集中药包的药量计算
1.集中药包（concentrated charge）的标准抛掷爆破
Qb kb V
1 V r 2 W 3
（4-3） （4-4）
和指向，由于装药量Q与W呈3次幂的关系，W值
的错误测算往往会导致严重的爆破事故。
三、爆破作用指数n
n 值是表示爆破漏斗大小的一个重要指标， 是一个无量纲参数。通过 n 值，我们可以判断 爆破工程的性质。同时，也是分析爆破的效果 和经济效益的重要依据。
爆破作用指数n
r 0，所 多数情况下松动爆破的爆破作用指数n＝ r ＝
（ n＝ 1）时，爆破每一立方米岩石或土壤所消耗的 2
号岩石铵梯炸药的重量，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0<n<0.75），爆破 每一立方米岩石或土壤所消耗的 2 号岩石铵梯炸药的 重量，称作松动爆破单位用药量系数。
一、单位用药量系数kb和ks
ks与kb之间存在着以下关系：
1 1 k s f ( n ) k b ( ~ )k b 3 2
(4-12)
松动爆破的装药量公式可以表示为：
QS (0.33 ~ 0.5)kb W 3
(4-11)
延长药包与条形药包的概念
三、延长药包的药量计算
1. 延长药包垂直于自由面
计算装药量时，仍可按体积公式来计算。
围岩体内形成裂隙的同时向前传播，当应力波传到自
由面时，产生反射拉应力波。当拉应力波的强度超过 自由面处岩石的动态抗拉强度时，从自由面开始向爆 源方向产生拉伸片裂破坏，直至拉伸波的强度低于岩 石的动态抗拉强度时停止。
1
2 (a) (b) (c) (d)
图4-1 反射拉应力波破坏过程示意图 1-压应力波波头；2-反射拉应力波波头
临空面的的最短距离；而采用延长药包爆破的炮眼法爆
破（浅眼爆破、深孔爆破），最小抵抗线 W则是从药包 长度的中心到距该中心最近临空面的最短距离。
W
O
W
(a)
(b)
图4-8 几种爆破方法的最小抵抗线
W
最小抵抗线的指向是岩石破碎、抛掷和产
生飞石的主导方向，应特别注意该方向的安全防
护。施工时应认真测量核实最小抵抗线 W的大小
n
即r＝W ， 所以 V W 2 W W 3 1.047 W 3 W 3 3 3
r 1 W
（4-5）
Qb kb W 3
(4-6 )
2. 集中药包的非标准抛掷爆破
Q f (n) kb W 3
式中：f(n) — 爆破作用指数函数。 标准抛掷爆破 f(n)＝1.0， 松动爆破 f(n)< 1，
1 2
0
图4-16 堵塞对爆破作用的影响 1-有堵塞；2-无堵塞
时间
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3. 起爆位置对爆破效果的影响

1. 正向起爆（collar firing) 2. 反向起爆 (bottom firing) 3. 多点起爆 (multipoint)
第六节 光面爆破和预裂爆破
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光面爆破的定义
三、应力波和爆轰气体压力共同作用学说
这种学说的基本观点如下：
爆轰波波阵面的压力和传播速度大大高于爆轰气体产
物的压力和传播速度。爆轰波首先作用于药包周围的岩壁
上，在岩石中激发形成冲击波并很快衰减为应力波。冲击 波在药包附近的岩石中产生“压碎”现象，应力波在压碎 区域之外产生径向裂隙。随后，爆轰气体产物继续压缩被 冲击波压碎的岩石，爆轰气体“楔入”在应力波作用下产
铵油炸药 铵松蜡炸药
1.2~1.45 0.75~1.0 1.0~1.23
1.2~1.45 0.8~0.89
0.75~0.94 二级非许用乳化炸药
1.0~1.33 1~1.05
一、二级煤矿许用乳 化炸药
胶质硝化甘油炸药
二、地质条件对爆破效果的影响
R R W R
W
R W
(a)
(b)
图4-9 自由面对爆破效果的影响
岩石爆破作用原理Байду номын сангаас
主要内容

第一节 岩石爆破破碎原因的几种学说 第二节 单个药包的爆破作用 第三节 体积公式


第四节 爆破参数的意义和选择