工程爆破基本知识

工程爆破基本知识

3．1 爆破对象与爆破效果的关系

3．1．1 爆破对象

3．1．1．1 爆破对象的概念

爆破对象就是指被爆体、被爆介质。具体来说，就是根据工程需要，利用炸药能量来达到工程目的的实施(目标物)对象。通常遇到最多的爆破对象是岩石，另外还有硬土、钢筋混凝土、(废)钢铁、炉渣、树根、冻土、冰块(层)、淤泥等。

由于爆破对象在内部结构构造、物理力学性质、可爆性等方面千差万别，同时爆破对象也因成因和所处位置的变化而差异很大，因此给爆破施工增加了难度。

3．1．1．2 岩石的物理力学特性

岩石是主要的爆破对象，因此必须了解和掌握岩石的物理力学特性。岩石按其成因可分为岩浆岩(常见的有花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、流纹岩、火山砾岩等)，沉积岩(常见的有石灰岩、砂岩、页岩、砾岩等)和变质岩(常见的有花岗片麻岩、大理岩、板岩、石英岩、千枚岩等)。岩石的主要物理力学特性包括岩石的密度、空隙率、含水率、风化程度、波阻抗、可爆性等，具体含义如下：

①密度。单位体积的岩石质量。

②空隙率。岩石中空隙体积与岩石所占总体积之比。

③含水率。岩石中水的含量与岩石颗粒质量之比。

④岩石的风化程度。岩石在地质内应力和外应力作用下发生破坏、疏松的程度。

⑤岩石的波阻抗。岩石中纵波波速与岩石密度的乘积，它反映纵波传播的阻尼作用。

⑥硬度。岩石抵抗工具侵入的能力。

⑦岩石坚固性系数(常用普氏系数，通常用符号f来表示)。岩石抵抗外力挤压破坏的比例系数。

⑧可爆性。岩石在爆炸能量作用下发生破碎的难易程度。

3．1．2 爆破效果

爆破效果就是实施爆破后，使被爆体(爆破对象)形成的破坏形态、块度、对周围环境影响的综合结果。评价一次爆破效果的好坏，主要是评价该爆破与实施前的预期是否相符。由于爆区周围环境的不同，对爆破对象的处理方法不同，对爆破效果的控制也不同。通常情况下，爆破效果的控制可归结为以下几方面：

3．1．2．1 爆破块度的控制

通过对爆破对象的了解，确定合理的孔网参数(或药包布置)、装药结构、起爆方式，实现预期的大块率、块度级配或块度大小与形状。

3．1．2．2 爆堆形态的控制

根据爆破对象的形态和条件，以合理的爆破设计，实现爆堆形态的堆积符合施工要求，如爆堆适宜装载，抛掷体堆积位置和抛掷体积大小得到控制。

3．1．2．3 爆破后果的控制

根据爆破对象的情况和工程要求，以合理的爆破设计方案，实现边坡稳定，开挖面平整，淤泥被挤出某区域等。

3．1．2．4 爆破安全控制

根据爆区周围的环境条件和爆破对象的现状，以合理的爆破参数和警戒布置，确保人身、财产、建筑物、构筑物的绝对安全。

每次爆破不一定全部实现以上4种爆破效果的控制，但往往一次爆破需同时实现几种控制目标，以达到爆破目的。

3．1．3 爆破对象对爆破效果的影响

3．1，3．1 岩石性质的影响

岩石性质在很大程度上与组成岩石的矿物有关。由于矿物成分的差异，表现其坚固性、可爆性不同，对应力波的传播、阻尼、吸收、反射作用亦不相同，对接受爆炸气体的膨胀、楔人作用也不同，因此岩石性质直接对爆破效果产生影响。

3．1．3．2 地质构造的影响

常见的地质构造包括层理、断层、褶皱、节理、裂隙、片理、劈理和不同岩层的接触面。这些地质构造对爆破的作用主要有应力集中作用、泄能作用、阻断作用、加强作用和楔人作用等。

3．1．3．3 地形的影响

爆区的地形条件主要包括地面坡度、临空面个数和形态，山体高低及冲沟分布等地形特征。通常情况下，爆破范围的大小，爆破方量，抛掷方向和距离，堆积形状，爆破后的清方工作以及施工现场布置等都直接受地形条件的影响。另外，地形条件也可能使爆破有害效应对周围环境产生不同影响。

3．1．3．4 特殊地质条件的影响

溶洞对爆破的影响：

①改变最小抵抗线方向，使爆破方量朝着溶洞的薄弱方向冲出，改变设计抛掷方向和抛掷方量；

②引起冲炮，造成爆破安全事故；

③降低爆破威力；

④影响岩石块度，造成块度不均；

⑤影响爆破施工，造成施工安全事故；

⑥影响爆破后边坡的稳定。

岩堆及滑坡对爆破的影响：

①爆轰气体容易沿着岩堆与基岩接触面或滑动面扩散而影响爆破效果；

②爆破引起岩堆及滑动面剧烈活动，爆破时应特别小心。

3．1．3．5 地下水的影响

由于岩体中的空隙充填了水以后，水对应力波起了传播作用而弥补了空隙对应力波能量的吸收、反射、泄漏、楔入和应力集中等作用；同时水会造成工程施工困难，药包应采取防水措施或采用防水炸药。

3．2爆破作用的基本概念

3．2．1 爆炸现象与炸药爆炸

日常生活中人们经常遇到爆炸现象，如锅炉爆炸、轮胎爆炸、鞭炮爆炸等，它们的共同特点是：在发生爆炸处，周围压力突然升高，附近物体受到冲击或破坏，同时伴有声响和光的效应。

根据爆炸产生的原因及特征，爆炸现象可分为3类。

3．2．1．1 物理爆炸

其特点是爆炸前后物质的性质及化学成分没有发生改变，如锅炉爆炸、轮胎爆炸、高压气瓶爆炸等均属物理爆炸。

3．2．1．2 化学爆炸

物质状态变化时发生极迅速的放热化学反应，生成高温高压的反应物，由此而引起的爆炸。其特点是爆炸前后物质的性质及化学成分发生改变,如炸药、瓦斯、煤尘、鞭炮等的爆

炸。

3．2．1．3 核爆炸

某些物质的原子核发生裂变或聚变的连锁反应时，瞬间放出巨大能量，如原子弹、氢弹的爆炸。

炸药爆炸是一种化学爆炸，炸药爆炸时应具备3个同时并存、相辅相成、缺一不可的条件，称为炸药爆炸的“三要素”：即化学反应过程大量放热，反应过程极快，生成大量的气体。其中热是作功的能源，如果没有足够的热量放出，自身又不能供给继续变化所需的能量，化学变化就不可能自行传播，爆炸过程就不能产生。而高速的化学反应，可忽略能量转换过程中热传导和热辐射的损失，在极短的时间内完成爆炸过程。另外炸药爆炸时所生成的气体产物是作功的源泉，炸药爆炸对爆破对象所作的机械功就是由可压缩性和膨胀系数很大的气体产物产生的。

3．2．2 爆破作用的基本原理

3．2．2．1 爆破破岩理论简介

炸药在爆破对象内爆炸，形成对周围介质的作用称为爆破作用。在药包爆破作用下，爆破对象的破碎过程是非常复杂的。人们至今对于岩石爆破破坏机理仍了解得非常不够，只能通过理想的实验现象来解释。

由于药包爆炸时产生的主要能量为高温高压爆轰气体和冲击波，因此人们在实验分析的基础上提出了3种爆破作用破坏理论。

(1)爆轰气体压力作用破坏理论

炸药爆炸产生的能量绝大部分(85％)包含在爆轰气体中，于是该理论认为，岩石破碎是由于高温高压爆轰气体膨胀作功的结果。在高温高压爆轰气体的作用下，介质质点做径向移动，由此形成剪切应力，当该剪切应力超过介质强度时，岩石被破坏。若爆轰气体的压力足够，就会将已破坏的岩石抛掷出去。

(2)应力波反射作用破坏理论

根据爆炸动力学原理，该理论认为，炸药爆炸激起的压应力波在介质自由面上反射后形成拉应力波，由于岩石的抗拉强度很低，拉应力波的拉应力往往大于岩石的抗拉强度，于是岩石被拉断。

(3)应力波与爆轰气体综合作用破坏理论

基于实际工程中出现的一些现象，该理论认为上述两种理论都是片面的，应力波与爆轰气体只能是共同存在，密切相关和互相加强的。它们分别在不同阶段、不同条件下发挥各自不同的重要作用破坏岩石。炸药爆炸时介质的破坏，首先是爆炸应力波的作用，然后是爆轰气体的准静态压力作用。

3．2．2．2 爆破的内部作用

当药包埋置在地表以下很深处爆炸时，药包的爆破作用只局限于在地表以下，在地表没有显现出爆破痕迹，这种条件下的爆破作用叫做内部作用。通常，按岩石破坏的特征，可将内部作用爆破范围内的岩石划分为3个圈(见图3—1)。

(1)压缩圈

压缩圈又称粉碎圈。在压缩(粉碎)圈内，岩石直接受到药包爆炸的巨大压力和高温作用，如果岩石是可塑性的(如软岩和硬土)，就会被压缩而形成空腔；如果岩石是弹脆性的，就会被粉碎。在此圈内，由于岩石遭受到压缩或粉碎性破坏，能量消耗很大，爆破作用力急剧减小，其半径一般不超过药包半径的4—7倍。

(2)破裂圈

围绕在压缩粉碎圈以外的一圈岩石，虽然受到的爆炸作用力较压缩圈中的岩石小得多，但岩石受到结构性破坏，生成纵横交错的裂隙，岩体被割裂成块，此范围叫做破裂圈。