5爆轰理论(下)教程
2024年度-爆破教学课件

消防器材
配备灭火器等消防器材, 以应对可能发生的火灾事 故。
12
03
露天矿山爆破技术应用
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台阶式开采中的爆破设计
台阶高度和坡面角设计
根据矿体赋存条件和开采设备参数, 合理确定台阶高度和坡面角,确保开 采安全和效率。
炮孔布置和装药结构
根据矿岩性质、节理裂隙发育程度和 爆破效果要求,设计炮孔布置和装药 结构,实现矿岩破碎块度均匀、抛掷 距离适中。
定期对爆破作业现场进行环境监测, 评估环境质量状况。
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企业内部环保管理体系建设
建立完善的企业内部环保管理体系,明确各级环保管理 职责。
加强环保宣传教育,提高员工的环保意识和技能水平。
制定环保管理制度和操作规程,加强环保设施的运行和 维护管理。
定期开展环保自查和风险评估,及时发现和整改环保问 题。
01
02
03
雷管
用于引爆炸药的一种小型 爆炸装置,需通过电流或 撞击激活。
导爆索
一种传递爆轰波的索状传 爆器材,用于连接雷管和 炸药。
起爆器
用于给雷管提供起爆电能 的专用设备,需确保安全 、可靠。
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钻孔机械与设备选型
钻孔机械
包括手持式钻机、支架式钻机等,用于在岩石上钻孔以放置炸药。
设备选型
根据爆破工程需求选择合适的钻孔机械,考虑岩石硬度、孔径大小等因素。
炸药性能
包括爆速、爆热、爆力等,决定了炸药的爆炸效果和适用范 围。
6
爆轰波传播特性
爆轰波定义
炸药爆炸后,在介质中传播的高压、高速冲击波。
传播特性
具有极高的压力和速度,能瞬间对周围介质产生巨大破坏作用。同时,爆轰波 的传播受到介质性质、炸药性能等多种因素的影响。
2 炸药爆炸的理论基础2

2. 4 炸药的爆轰2.4.1 波的概念一般地说,波的形成是与扰动分不开的。
扰动就是在外界的作用下,介质的状态参数(压力、密度、温度等)发生局部变化。
扰动的传播,即介质状态改变的传播就是波。
传播扰动的物质统称为介质。
在物理学上波可以分成机械波和电磁波;数学上又将波分为双曲波和色散波。
机械波的本质是质点振动状态在介质中的传播过程。
机械波之所以形成,是因为介质的质点是相互联系,又相互作用着的,由于一个质点的振动,就牵连邻近质点随着振动,由近及远地传播出去。
也就是说,波的传播是上一层介质状态的改变引起下一层介质状态的改变。
波动从波源出发,在介质中向各个方向传播,在某一时刻由波动到达各点所连成的面称为波阵面,或说它是介质状态改变的分界面(扰动与未扰动区的分界面—波阵面)。
波阵面为平面就称为平面波,波阵面为柱面就称为柱面波,波阵面为球面就称为球面波。
波阵面的传播方向就是波的传播方向。
波阵面的移动速度(亦称扰动在介质中的传播速度)称为波速。
由于扰动而引起介质质点运动的速度称为质点速度。
2.4.2 声波声波是由于气体受到扰动之后产生的。
气体被扰动之后,破坏了其原有的平衡状态,就会逐步使扰动源周围的气体也受到扰动。
换言之,即以纵波的形式向四周传播出去。
如果扰动前后介质的状态参数变化量与原来的状态参数值相比很小,此时的扰动就称为弱扰动(微幅扰动)。
声波就是在可压缩介质中传播的弱扰动纵波。
其传播的速度称之为声速,通常用C 表示。
如果介质不同,那么,在其中传播的声速也不同。
声波在传播时,介质状态参数的变化是微小的、逐渐的和连续的。
声速决定于介质的初始状态(压力、密度、温度),而与扰动的变化量即幅值无关,因此,波的轮廓形状在波的传播过程中不发生改变。
在声波的传播过程中,因为波的传播速度极快,质点来不及和周围介质进行热交换,可以认为声波扰动的传播过程是绝热的。
又因为声扰动变化是微小的,内摩擦力是极为微小的数值(可以忽略),因此这个过程是可逆的。
爆轰学第3章_爆轰波、爆燃波的经典理论

pp0 v0 v
pD v022vD v02 p0
tgtg D v0 22
21
3.1.2 爆轰波稳定传播的条件 2. Hugoniot (雨贡纽、雨果尼奥)曲线
12 P
冲击波: ee01 2pp0v0v
P0
O
0
v0
爆轰波: e e01 2pp 0v0 v Q e
v 22
3.1.2 爆轰波稳定传播的条件
8
3.1 爆轰波的CJ理论
➢ CJ理论假设:流动是一维的,不考虑热传导、热 辐射及其粘滞摩擦等耗散效应;把爆轰波视为一 强间断面;爆轰波通过后化学反应瞬间完成并放 出化学反应热,反应产物处于热化学平衡及热力 学平衡状态;爆轰波阵面传播过程是定常的。
➢ Chapman和Jouguet在以上假设基础上,提出并论 证了爆轰波稳定传播的条件及其表达式。
6
3.1 爆轰波的CJ理论
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3.1 爆轰波的CJ理论
➢ 19世纪末研究发现,爆炸物的爆炸过程是爆轰波 沿爆炸物的传播过程,并且发现爆轰一旦被激发, 其传播速度很快趋向该爆炸物所具有的特定数值, 即所谓理想特性爆速。在通常情况下,爆轰波以 该特征速度稳定传播下去。
➢ 在揭示爆轰波稳定传播的理论探索中, Chapman和Jouguet各自独立地提出了爆轰流 体动力学理论,提出并论证了爆轰波稳定传播的 条件及其表达式。此理论简称为爆轰波的C-J理 论。
U j U 0 e j e 0 Q e
➢ 按照能量守恒定律,单位时间、单位面积上从波阵 面前流入的能量等于从波阵面后流出的能量,即
0 D u 0 U 0 P 0 D u 0 1 2 0 D u 0 D u 0 2
… (3)
jD u jU j P jD u j 1 2 jD u jD u j2
5-隧道爆破施工技术教程

隧道爆破施工技术目前,钻爆法(drilling blast method)由于对地质条件适应性强、开挖成本低,特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工。
钻爆法仍是隧道掘进的主要手段。
虽然我国也在引进全断面隧道掘进机(tunnel boring machine),但是根据我国的国情,钻爆法与掘进机在相当长的时间内将同时并存和使用,而且在隧道掘进机及高压射流等新的岩石开挖技术进一步发展的同时,隧道爆破技术也会随着钻孔机具的不断改进、爆破器材的日益发展而不断进步。
隧道爆破施工技术爆破开挖(excavation by blasting)是以钻孔、爆破工序为主,配以装运机械出碴,完成隧道施工的方法,是建设隧道的主要工序,它的成败与好坏直接影响到围岩的稳定及后续工序的正常进行和施工速度,是隧道建设非常重要的组成部分。
隧道爆一破般采用小孔径的钻眼爆破,其钻眼、装药、堵塞、爆破等施工操作具有以下特点:1.由于滴水、潮湿空气、照明、通风和洞内气温、噪音、粉尘等的影响,钻眼爆破作业条件差;加之它与支护、出碴运输等工作交替进行,致使爆破工作面受到限制,增加了爆破的施工难度,必须合理爆破施工,保证爆破循环的正常进行。
2.爆破的临空面少,岩石的夹制作用大,耗药量大,不能充分发挥爆破效果。
3.对钻眼爆破质量要求较高。
既要使隧道方向正确,满足精度要求;又要使爆破后隧道断面达到设计标准,不能超挖过大。
爆破时要预防飞石崩坏支架、风管、水管、电线等,爆落岩石块度要均匀,便于装碴运输。
4.由于隧道一般断面较大,造价昂贵,服务年限长,且维修和养护时常需中断、停止隧道的使用,这对运营是很不利的,因此在施工中必须确保良好的工程质量。
5.随着以新奥法为理论基础设计的隧道越来越多,为充分利用围岩自承力,要求施工中尽量减少爆破对围岩的扰动,确保围岩完整。
6.隧道爆破的施工方法、施工机具和设备的选择主要取决于开挖断面的大小和隧道所处的山体位置,此外,变化复杂的围岩及围岩的结构、强度、松动程度、耐风化性、初始地应力方向、隧道的跨度和地下水活动情况对其也有较大的影响。
爆轰波PPT课件

冲击波+化学反应区=爆轰波 “爆速”(detonation velocity)定义: 爆轰波沿炸药装药传播的速度------爆速。
29.07.2020
第 4页
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C-J理论
从λ=0到λ=1是瞬间完成的,期间没有时间间隔。用e(λ) 表示单位质量(或mol)的化学反应能,则e(λ)可写为:
e()(1)Q
比内能e可表示为: e e (P ,V ,) e (P ,V ) e ()
Q:炸药爆轰热(爆轰化学反应放出的热量),
e 1 (P 1 ,V 1 , 1 ) e (P 1 ,V 1 ),e 0 (P 0 ,V 0 , 0 ) e (P 0 ,V 0 ) Q
②在Ⅱ区, PP0 0 , VV0 0 , 对应于爆轰过程。
Ⅱ区, 爆轰
③在Ⅳ区,PP0 0 ,VV0 0 , 对应于爆燃过程。
І区, 无物理 意义
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A(P0,V0)
Ш区,无物理 意义
பைடு நூலகம்
Ⅳ区,爆燃
V
第 13 页
对爆轰波, PP0 0 ,由(2)可知:D u0 与 u1 u0 同号,
说明爆轰波通过后,介质质点在爆轰波方向受到加速,如果
u0 0 ,则介质质点运动速度u1与D同向。
C、爆轰波绝热曲线——Hugoniot曲线(由3个守恒方程得到的 P-V关系在P-V平面上的几何表示)
(4)式在P-V平面上的曲线为双曲线:
e1
P1V 1 1
, e0 P0V01(爆轰前后均为理想气体,且 不变)
4_冲击波与爆轰波-1

, 1.4 , 1.33
对三元子分子气体:f 6 , CV 3R
——r为多方指数或绝热指数adiabatic exponent)
自由度解释:决定一个物体位置所需要的独立坐标数,这里指 的是热力学自由度亦称准自由度,不同于一般的力学自由度。 等熵关系的建立: 一般地:
3)1940年,Zeldovich,1942年,Von.Neumann和 1943年Doering各自独立对C-J理论的假设和论证作 了改进。 ZND理论要比C-J理论更接近实际情况。 上述两种理论被称为爆轰波的简单理论。 ——都是一维理论 4)上世纪50年代,通过实验的详细观察,发现爆 轰波波阵面包含复杂的三维结构,这种结构被解释 为入射波,反射波和马赫波构成的三波结构。
4.2 波的基本概念
4.2 波的基本概念 4.2.1 波 波有两大类:机械波与电磁波 机械波:水波,声波,电磁波:光,无线电,x射线等。 机械波在介质中传播,但对电磁波的传播,介质不是必要的。 机械波在介质中传播时,介质可产生塑性或弹性变形 ——弹性波,塑性波 本课程讨论的是机械波,简称为波 波的定义:扰动在介质中的传播,或介质状态变化在介质中的传 播。 扰动:介质状态的改变,介质状态: T , P, ,V 等。 波阵面:在波传播过程中,介质原始状态与扰动状态的交界面。 波阵面可以是平面,曲面(球,柱等)
g g dg ( ) T dP ( ) P dT P T
df (
f f ) T dV ( )V dT V T
(7)
等熵关系的建立
将(2)的第一式、(4)、(5)、(6)与(7)的4个式子 比较有: e h e f T ( )V ( ) P P ( ) S ( )T S S V V
凿岩爆破工程精品课程讲义教程-4爆炸反应和爆轰理论

工艺原因
外界原因
爆炸热化学参数
爆热
热化学参 数
爆温
爆容
爆压
重点讲解爆热,其他三个热化学参数请同学们自学。
爆炸热化学参数-爆热
爆热
在炸药爆炸全 过程中,体积 保持不变,此 时所能生成的 热量,称为定 容爆热。
如果炸药爆炸 全过程中,压 力保持恒定, 此时所生成的 热量,称为定 压爆热。
爆炸过程十分迅速,从开始爆炸到结束时间内,气体产物来不及向周围扩散, 故爆炸过程可看成是定容过程。因此炸药的爆炸生成热通常是指定容爆热。
设炸药中氧化剂、还原剂两种成分的合适配比为:x、y
根据氧平衡值设计混合炸药配比
令 a、b、c为这两种成分和混合后炸药的O.B值。 则有:x+y=100%
ax+by=c 解得:x=(c-b)/(a-b)
y=(a-c)/(a-b) ②、三种成分的混合炸药的配比方法
设 K1、K2、K3分别代表混合炸药各成分的百分含量。 B1、B2、 B3分别代表这些成分各自的氧平衡值。 O.B为混合后的氧平衡值。 则:kI+k2+k3=1 B1.k1+B2.K2+B3.K3=O.B
炸药爆炸反应方程
❖ 爆炸化学反应速度非常快,温度和压力都很高, 并且瞬时都在变化,反应平衡程度不断改变。在 这种情况下,要精确测定反应终了瞬间爆轰生物 组成是十分困难的。因此,一般都采用近似的方 法建立爆炸化学反应方程,在此基础上确定爆轰 产物。
❖ 由于爆轰产物组成首先取决于炸药氧平衡,爆炸 化学反应方程是基于炸药的不同氧平衡建立的。
当c-(2a+b/2) >0时,为正氧平衡。 当c-(2a+b/2)=0时,为零氧平衡。 当c-(2a+b/2)<0时,为负氧平衡。
凝聚炸药爆轰ppt课件

6.1.1 爆速的测定
2.高速摄影法(High-speed Photography)
➢ 原理:利用爆轰波阵面传播时的发光现象, 用高速摄影机将爆轰波沿药柱传播过程的轨 迹连续地拍摄下来,得到爆轰波传播的时间 -距离扫描曲线,而后用工具显微镜或光电 自动读数仪测量曲线上各点的瞬时传播速度。
6.1.1 爆速的测定
第6章 凝聚炸药爆轰理论
(Detonation of Condensed Explosives )
第6章 凝聚炸药爆轰理论
➢ 所谓凝聚炸药是指液态和固态炸药。 ➢ 与气体爆炸物相比,除形态不同外,凝聚炸
药还具有密度大、爆速高、爆轰压力大、所 形成的能量密度高等特点,因而爆炸的破坏 性强、威力大。 ➢ 此外,凝聚炸药的体态便于存储、运输、成 型加工和使用,因而在军事和民用上获得了 广泛的应用。
6.1.1 爆速的测定
➢ 基本原理:药柱引爆后,爆轰波由A经B传至 C,爆轰波阵面所发射出的光经过物镜到达 转镜上,再由转镜反射到固定的胶片上。
➢ 由于转镜以一定的角速度旋转,因此,当爆 轰波由A传至B时,反射到胶片上的光电就由 A’移动到B’。这样,在胶片上就得到一条扫 描曲线,这条扫描曲线与爆轰波沿炸药的传 播过程相对应的。
爆炸加工爆炸合成等3第第66章凝聚炸药爆轰理论4爆轰合成ufd过程的物理模型ptdyie温度t压力p碳液滴直径dufd得率yie43210爆轰化学反应区金刚石稳定区石墨稳定区爆轰产物膨胀区碳液滴聚结ufd生成石墨化亚稳态ufdts5本章内容?61爆轰参数的实验测量方法?62凝聚炸药爆轰参数的理论计算及工程计算?63凝聚炸药爆轰波的传播?64ddtxdt问题?65爆轰波的波形及其控制661爆轰参数的实验测量方法7611爆速的测定8611爆速的测定?所谓爆速是指爆轰波沿爆炸物进行传播的速度炸药的爆速是衡量炸药爆炸性能的重要标志量也是爆轰波参数中当前能测量的最准确的一个参数
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b. 相切情况 u+c=VD M 点,反应放出的能量正好支持反应的稳定传播, 即该点的膨胀波(或稀疏波)的传播正好等于爆轰波 向前推进的速度。∴M点是稳定传播点,M点即是稳定 传播爆轰的条件,即C-J条件。
五、C-J点的重要性质 1. C-J是爆轰波雨果尼奥曲线(爆轰波绝热线),米海逊 线(爆轰波波速线)和过该点等熵线的公切点:即
二、爆轰波C-J方程(基本关系式)
三大定律
① 质量守恒(物质不灭)
0 D 2 ( D u2 )
5-28
② 动量守恒(动量的变化等于外力作用的冲量)
p2 p0 0 D u D
5-28
③ 能量守恒(内能的变化等于对外所作的功)
D ( D u2 ) 2 0 D (e0 ) 2 ( D u2 )[e2 Qv ] p0 D p2 ( D u2 ) 2 2
p 2 p0 dp dp ( ) H .M ( ) S .M v0 v 2 dv dv
2. C-J点是爆轰波雨质组曲线上熵值最小的点,即
ds ) Hu 0 ( dv S Hu S H min
3. C-J点是过该点米海逊线上熵值最大的点。
ds )M 0 ( dv
p2 (k 1)v0 (k 1)v2 2(k 1)(1 )Qv p0 (k 1)v2 (k 1)v0 (k 1)v2 (k 1)v0
∴在 P-V 图中雨果尼奥曲线,随 β↓ (未反应物质质量百 分比减少)曲线位置高移。
e 2 e0
——爆轰波雨果尼奥曲线 QV——单位质量,单位时间,单位面积的爆轰热
三、C-J条件
—气体爆轰波稳定传播条件(理论研发的结果) ( 1 )卡普曼提出:对应于所有实际爆轰可能稳定传播的 爆轰波速度为最小的速度。即为爆轰产物所处的状态是雨 果尼奥曲线与米海逊直线相切点所确定的状态。
p 2 p0 直线 dp 曲线 ( ) min ( ) dv v0 v 2
注意:雨果尼奥曲线中并不是所有线段与爆轰过程相对应只表示反应刚结束时生成 物所处的状态。
(3)各线段点的意义
爆轰波雨果尼奥曲线代表爆轰挑台应结束时生成物 所处的状态。 A(P0,V0)作等压线与等容线分别交雨果尼奥曲线 于B、D点,同时该曲线的两条切线相切于M、E点。 ∴雨果尼奥曲线为五段: CM、MB、BD、DE、DF
V2>V0,此时VD为虚数,
④ DE段
⑤ EF段
燃烧段 P2<P0 V2>V0(P2<P0)VD>0 u2<0
即质点运动方向与波传播方向相反,符合燃烧过程的特征。 ∴称燃烧段。 E点称为燃烧 C-J点 V<VCJ 称弱燃烧段 V>VCJ 称强燃烧段 B点 V2=V0 ;VD→∞定容绝热爆炸 D点 P2=P0 ;VD -u0=0表示无限缓慢的燃烧 五个线段(CM、MB、BD、DE、EF)和四个点(M、E、B、D) 的意义要搞清楚。
5.3
爆轰波基本知识
(气体爆轰入手)
理论基础:气体动力学原理
爆轰波是带有化学反应的冲击波,爆轰过程 即是爆轰波的传播过程。
(经典理论: chapmam &Jouguet 18~19世纪提出)
一、爆轰波C-J理论
(chapmam &Jouguet卡普曼- 柔格(儒格)) 几点假设: ① 爆轰波为无限宽的准平面波,厚度忽略突跃间断 面 ② 爆轰波传播过程没有能量耗散过程,—不考虑粘 性,传热等能量损失。 ③ 化学反应瞬间完成,释放出来的能量全部用来支 持爆轰波的自行传播 ∴爆轰波即是含有化学反应能量支持的冲击波,爆 轰波具有稳定的传播特性,直到反应结束。
( 2 )柔格提出:爆轰波相对于爆轰产物的传播速度等于 爆轰产物中的音速 D u2 c2 即 D u 2 c2 或
四、P-V图
(1)雨果尼奥曲线 对于反应区中,放出的化学能QV只是一部分,若β为 未反应物质量百分比,则能量方程可写成
e2 e0 1 ( p2 p0 )(v0 v2 ) (1 )Qv 2
2
5-30 化简
1 e2 e0 ( p2 p0 )( v0 v2 ) Qv 2
(5-34)
还可推导出(基本关系式)
D v0
p 2 p0 v0 v 2
——爆轰波米海尔逊直线(波速线)
u2 ( p2 p0 )(v0 v2 )
1 ( p 2 p 0 )( v0 v 2 ) Qv 2
(2)米海尔逊直线 由波速方程(米海尔逊方程)变换得
2 vD p2 p0 2 (v0 v2 ) v0
由此可看出,直线的斜率与波VD有关
p 2 p0 tg v0 v 2
可得一族经过初好状态(P0、V0)的直线 D1线 VD1 D2线 VD2 VD1<VD2<VD3 D3线 VD3
①CM段 ②MB段 P2>P0 V2<V0 (ρ2>ρ0 ) VD,u2 均大于0 与爆轰波传播特点相同
∴该段各点符合爆轰过程 ∴ 称为爆轰段:此线段上各点表示该爆轰产物在反应刚 完成时的状态。P>PCJ M点称为爆轰C-J点 MB段斜率较小称弱爆轰段 CM段斜率较大称强爆轰段 ③ BD段——无意2段∵P>P0 不代表任何实际过程。
(4)稳定爆轰传播条件
∵ 由方程可知 ① 爆轰产物的状态应沿着波速线变化(爆轰速度一定) ② 爆轰产物的状态必须在雨果尼奥曲线爆轰段上。 ∴ 波速线上与对应的冲击绝热线应该有相交与相切的情 况。
a. 相交情况 KM段 ∵ u+c>VD强爆轰段,爆轰波后的膨胀波能赶上爆轰波 进入反应区。∴削弱前沿冲击波,引起爆轰速度的降低 ,∴波速线斜率减少,直到M点。 LM段 ∵ u+c<VD 弱爆轰段,爆轰波中反应区扰动落后于爆轰 传播速度,∴反应区将逐渐拖长,反应放出的能量不集 中,不能供给波阵面以足够的能量,结果必须削弱爆轰 波波速,也不稳定,波速线斜率↓直到M点。