《岩石爆破理论》PPT课件

岩石杆件的爆破
2020/11/27
板件爆破试验
1—装药孔 2—破碎区 4—震动区
水泥板的爆轰破坏
3—拉裂区 1—空气冲击波波阵面； 2—水泥板中冲击波波阵面； 3—水泥板
第五章 岩石爆破理论
4
爆生气体膨胀作用理论
爆炸应力波反射拉抻 作用理论
爆生气体和应力波综合 作用理论
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。
C
第三阶段
爆炸气体膨胀， 岩石受爆炸气体超 压力的影响，在拉 伸应力和气楔的双 重作用下，径向初 始裂隙迅速扩大。
第五章 岩石爆破理论
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炸药在岩石中爆破的破坏模式
1 炮孔周围岩石的压碎作用；
主要的 五种破 坏模式
2 径向裂隙作用 ； 3 载卸引起的岩石内部环状裂隙作用；
4 反射拉伸引起的“片落”和引起径向裂隙的延伸；
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第五章 岩石爆破理论
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工程经验表明，ks与kb之间存在着以下关系：
ks＝f(n)·kb ＝
kb
即集中药包松动爆破的单位用药量约为标准抛掷爆破单位用药量的三分之一
到二分之一。松动爆破的装药量公式可以表示为：
Qs= （0.33～0.5）kbW3
1 3
~
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第五章 岩石爆破理论
爆破漏斗张开角：爆破漏斗的顶角。（ θ）
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第五章 岩石爆破理论
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最小抵抗线方向 ——破碎和抛掷、堆积的主导方向。
各种爆破方法的最小抵抗线
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第五章 岩石爆破理论
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爆破漏斗的基本形式
爆破作用 指数
爆破作用指数n ：它是爆破漏斗半径r和最小抵抗线W的比值，即：
n r W
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第五章 岩石爆破理论
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可见非标准抛掷爆破的装药量是爆破作用指数n 的函数，因此可以把不同爆破作用的装药量用下面的 计算通式来表示：
Q = f(n)·kb·W3
式中：f(n) — 爆破作用指数函数
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第五章 岩石爆破理论
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对于标准抛掷爆破f(n)＝1.0，减弱抛掷爆 破或松动爆破f(n)< 1，加强抛掷爆破f(n) >1。
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三、延长药包的药量计算 延长药包（extended charge）是在工程爆破中应用最为广泛的药包。如炮眼
爆破法和深孔爆破法中使用的柱状药包(column charge)以及峒室爆破法中使用 的条形药包（linear charge）都属于延长药包。
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第五章 岩石爆破理论
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延长药包是相对于集中药包而言的，当药包的长度和它横截面的直径（或 最大边长）之比值 大于某一值时，叫做延长药包。
第五章 岩石爆破理论
主要内容
5.1 岩石爆破破坏基本理论
5.2 单个药包爆破作用
5.3 成组药包爆破时岩石破坏特征
5.4 装药量计算
5.5 影响爆破作用的主要因素
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第五章 岩石爆破理论
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第一节 岩石爆破破坏基本理论
爆生气体膨胀作用理论
爆炸应力波反射拉抻 作用理论
爆生气体和应力波综合 作用理论
破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的主导方向。 （W） 爆破漏斗半径：形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。（r ） 爆破漏斗破裂半径：从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。 （R） 爆破漏斗深度：爆破漏斗顶点至自由面的最短距离。 （H） 爆破漏斗可见深度：爆破漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离。 （h ）
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第五章 岩石爆破理论
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第四节 装药量计算
目前，在岩土工程爆破中，精确计算装药 量(charge quantity)的问题尚未得到十分圆满的解 决。工程技术人员更多的是在各种经验公式的基础 上，结合实践经验确定装药量。其中，体积公式是 装药量计算中最为常用的一种经验公式。
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第五章 岩石爆破理论
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二、集中药包的药量计算 1.集中药包（concentrated charge）的标准
抛掷爆破:根据体积公式的计算原理，对于采用单 个集中药包进行的标准抛掷爆破，其装药量可按 照下式来计算：
Qb＝kb·V
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第五章 岩石爆破理论
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Qb＝kb·V
Qb —形成标准抛掷爆破漏斗的装药量，kg； kb —标准抛掷爆破单位用药量系数。单个集中药包 形成标准抛掷爆破漏斗（n=1）时，爆破每1m3岩石或土 壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的质量，简称标准单位用 药量系数。
5 爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。
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第五章 岩石爆破理论
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爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆 坑，称为爆破漏斗。
爆 破 漏 斗
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第五章 岩石爆破理论
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爆破漏斗的几何要素 自由面：被爆破的介质与空气接触的面，又叫临空面。 最小抵抗线：药包中心距自由面的最短距离。爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易
相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析
（a）单个A孔产生的切向伴生拉应力
相邻炮孔应力波相遇叠加
（b）单个B孔产生的切向伴生拉应力 （c）两孔合成的切向伴生拉应力
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第五章 岩石爆破理论
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应力降低的分析
应力降低的分析图
多排成组药包的齐发爆破效果不好，得不到实际使用。
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部
情况下的爆破作用叫作爆破的内部
作
用
作用，相当于单个药包在无限介质
中的爆破作用。
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第五章 岩石爆破理论
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（1）粉碎区（压缩区）
内
（2）裂隙区（破裂区）
（3）震动区
部
作
用
径向压缩引起的切向拉伸
爆破的内部作用 1—径向裂隙 2—环向裂隙 Rc－药包半径；Rp－粉碎区半径；Rc－破裂区半径 径向裂隙和环向裂隙的形成原理
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第五章 岩石爆破理论
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当单个药包在岩体中的
外
部
埋置深度不大时，可以观察到自
作
由面上出现了岩体开裂、鼓起或
用
抛掷现象。这种情况下的爆破作
用叫爆破的外部作用。
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第五章 岩石爆破理论
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（1）反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落 外 部 作 用
霍普金森效应的破碎机理
A—应力波合成的过程；B—岩石表面片落过程
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。
第五章 岩石爆破理论
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n>2时(即a>2W)，炮眼间距a过大，两装药各自形成单独的爆破漏斗。 n=2时，两装药各自形成的爆破漏斗刚好相连(假设为标准漏斗)。 2>n>1时，两装药合成一个爆破漏斗，但往往两装药之间底部破碎不够充分。 n=0.8～1时，两装药爆破后合成一个爆破漏斗，底部平坦，此时漏斗体积最大。 n<0.8时，两装药距离过近，大部分能量用于抛掷岩石，漏斗体积反而减小。
应力波作用学说只考虑了拉应力波在自由面的反射 作用，不仅忽视了爆轰气体的作用，而且也忽视了压应 力的作用，对拉应力和压应力的环向作用也未予考虑。 实际上爆破漏斗主要以由里向外的爆破作用为主。
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第五章 岩石爆破理论
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爆炸应力波反射拉抻作用理论 (爆破的外部作用-----霍金逊效应)
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”在应力波作用下产生 的裂隙中，使之继续向前延伸和进一步张开。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。
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第五章 岩石爆破理论
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第二节 单个药包爆破作用
当药包在岩体中的埋置深度很大，
内
其爆破作用达不到自由面时，这种
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第五章 岩石爆破理论
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爆生气体膨胀作用理论
爆炸应力波反射拉抻 作用理论
爆生气体和应力波综合 作用理论
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 度处时停止。
f(n)具体的函数形式有多种，各派学者的观点不
一，我国工程界应用较为广泛的是前苏联学者鲍列斯 阔夫提出的经验公式：
f(n) = 0.4＋0.6n3 Qp= (0.4＋0.6n3)kbW3
适用于集中药包抛掷爆破装药量的计算
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第五章 岩石爆破理论
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上式计算加强抛掷爆破的装药量时，结果与实际情况比较接近。但是， 当最小抵抗线W大于25m时，计算出来的装药量偏小，应乘以修正系数
第五章 岩石爆破理论
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一、体积公式的计算原理 在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体
积与所用的装药量成正比。这就是体积公式的计算 原理。体积公式的形式为：
Q=k·V 式中： Q — 装药量，kg ;
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 。
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值大小的规定目前尚未统一。就圆柱形装药而言，通常当 ＞4时，即视为延 长药包。
实际上，要真正起到延长药包的作用，药包的长度要超过药包直径17倍以上。
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第五章 岩石爆破理论
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1. 延长药包垂直于自由面 掘进隧道时，炮眼爆破法的柱状装药就是延长
药包垂直于自由面的一种形式。这种情况下炸药爆 炸时易受到岩体的夹制作用，但一般仍能形成倒圆 锥的漏斗，只是易残留炮窝。
Qp= (0.4＋0.6n3) kbW3
1
W / 25
W 25m W 25m
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第五章 岩石爆破理论
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集中药包松动爆破的装药量可按下式计算：
Qs= ksW3 式中： 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， Ks 则是 指单个集中药包形成松动爆破漏斗时（一般 n<0.75)，爆破每1m3岩石或土壤所消耗的2号岩石铵 梯炸药的质量，kg/m3 ;
Qb＝kb·W3
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第五章 岩石爆破理论
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2. 集中药包的非标准抛掷爆破
在岩石性质、炸药品种和药包埋置深度都不 变动的情况下，改变标准抛掷爆破的装药量，就 形成了非标准抛掷爆破。当装药量小于标准抛掷 爆破的装药量时，形成的爆破漏斗底圆半径变小， n < 1，为减弱抛掷爆破或松动爆破；当装药量大 于标准抛掷爆破的装药量时，形成的爆破漏斗底 圆半径变大， n > 1，为加强抛掷爆破。
计算装药量时，仍可按体积公式来计算。
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第五章 岩石爆破理论
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Q=kbf(n)W3
r
2
式中：Q----装药量，kg；
W
W----最小抵抗线，m；
1
l2----- 堵塞长度，m； l1----- 装药长度,m。
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第五章 岩石爆破理论
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（2）反射拉伸波引起径向裂隙的延伸 外 部 作 用
反射拉伸波对径向裂隙的影响
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第五章 岩石爆破理论
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炸药在岩石中爆破的破坏过程
A
第一阶段
炸药爆 炸后冲击波 径向压缩阶 段.
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B
第二阶段
对应力 波反射引起 自由面处的 岩石片落。
V —标准抛掷爆破漏斗的体积，m3。
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第五章 岩石爆破理论
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式中V值的大小为：
V 1 r2 W
3 式中： r — 爆破漏斗底圆半径，m；
W — 最小抵抗线；m。
对于标准抛掷爆破漏斗，
，即r＝W ，
n r 1
W
V W 2 W W 3 1.047W 3 W 3
3
3
集中药包的标准抛掷爆破装药量计算公式为
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第五章 岩石爆破理论
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a n = 1.0
标准抛掷爆破漏斗
b n > 1.0
加强抛掷爆破漏斗
0.75 < n < 1.0
c
减弱抛掷爆破漏斗 （也称加强松动爆破漏斗）
dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n < 0.75
松动爆破漏斗
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第五章 岩石爆破理论
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第三节 成组药包爆破时岩石破坏特征
当相邻两药包齐发爆破时，在沿炮孔连心线上的应力得 到加强，而在炮孔连心线中段两侧附近则出现应力降低区。