爆破作用下的岩石破碎和破裂机理研究
爆破原理及爆破方法
爆破原理及爆破方法第一节爆破作用原理一、岩体爆破破坏机理爆破是当前破碎岩石的主要手段。
关于岩石等脆性介质爆破破坏机理，有许多假设，按其基本观点，归纳起来有爆轰气体膨胀压力作用破坏论、应力波及反射拉伸破坏论、冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论三种。
1．爆轰气体膨胀压力作用破坏论该理论认为炸药爆炸所引起脆性介质(岩石)的破坏，使其产生大量高温高压气体，它所产生的推力，作用在药包四周的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力的不等引起的径向位移，导致在岩石中形成剪切应力，当这种剪切应力超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石破裂，当爆轰气体的膨胀推力足够大时，会引起自由面四周的岩石隆起，鼓开并沿径向推出。
这种观点完全否认冲击波的动作用，这是不符合实际的。
2．应力波反射拉伸破坏论该理论认为药包爆炸时，强大的冲击波冲击和压缩四周岩石，在岩石中激发成激烈的压缩应力波，当传到自由面反射变成拉伸应力波，其强度超过岩石的极限抗拉强度时，从自由面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏作用。
这种理论只从爆轰的动力学观点出发，而忽视了爆生气体膨胀做功的静作用，因而也具有片面性。
3．冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论该理论认为爆破时，岩石的破坏是冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用的结果。
但在解释岩石破碎的原因是谁起主导作用时仍存在不同的观点，一种认为冲击波在破碎岩石时不起主要作用，它只是在形成初始径向裂隙时起了先锋作用，但在大量破碎岩石时则主要依靠爆轰气体膨胀压力的推力作用和尖劈作用。
另一种观点则认为爆破时岩石破碎谁起主要作用要取决于岩石的性质，即取决于岩石的波阻抗。
关于高波阻抗的岩石，即致密坚韧的整体性岩石，它对爆炸应力波的传播性能好，波速大。
关于低波阻松软而具有塑性的岩石，爆炸应力波传播的性能较差，波速较低，爆破时岩石的破坏主要依靠爆轰气体的膨胀压力；关于中等波阻抗的中等坚硬岩石，应力波和爆轰气体膨胀压力同样起重要作用。
超声引爆技术在岩石破碎中的应用研究
超声引爆技术在岩石破碎中的应用研究随着现代化工业的发展，对于岩石的破碎成为当代工业生产不可或缺的一环。
对于现代化工业来说，岩石的破碎是生产流程中的关键环节之一，而这其中的一个重要手段就是超声引爆技术。
超声引爆技术是一种高速冲击波快速在岩石中传播的技术，能够有效地破碎岩石的结构，从而达到规定的破碎效果。
本文将重点讨论超声引爆技术在岩石破碎中的应用研究。
一、超声引爆技术的基本原理超声引爆技术是将高能量的超声波引入到岩石破碎的范围内，通过快速冲击波的冲击力完成岩石破碎的过程。
超声波在空气中传播的速度为330m/s左右，而在岩石中的传播速度相比之下更快，传播速度为5000m/s左右。
在传播的过程中，库仑力学效应会将超声波的能量转化为机械振动的能量，并最终实现岩石破碎的过程。
二、超声引爆技术的应用研究超声引爆技术在岩石破碎中的应用研究历史悠久，但是由于技术的限制和试验的费用等原因，直到近几十年才得到广泛的应用。
1. 超声引爆技术在煤矿瓦斯爆炸中的应用煤矿瓦斯爆炸是煤矿工作安全的头号杀手之一，使用超声引爆技术可以实现对煤层内部的瓦斯进行引爆，从而避免瓦斯爆炸的风险。
此外，在煤层的破碎和采矿过程中，采用超声引爆技术也可以大大提高采矿的效率和收益。
2. 超声引爆技术在石油勘探和采收中的应用在石油勘探和采收的过程中，切削岩心是不可或缺的一环。
超声引爆技术可以帮助岩心快速切削，进而提高勘探效率。
同时，在油井的采收过程中，超声引爆技术也可以帮助提高采收效率，从而缩短生产周期。
三、超声引爆技术的发展趋势随着科技的发展，超声引爆技术在岩石破碎中的应用研究也呈现出了明显的发展趋势。
目前，采用超声引爆技术的研究和应用主要集中在煤矿、石油勘探、建筑工程和铁路施工等领域。
未来的发展趋势主要体现在技术的创新和应用的广泛程度上。
在技术的创新方面，超声引爆技术将更加注重应用零部件的优化和设计，以及工艺方法和工具的研发。
在应用广泛程度方面，超声引爆技术有望应用到更多领域，如建筑工程的爆破、煤气抽采和钻井等。
岩石爆破原理与方法
岩石爆破原理与方法嘿，咱今儿就来讲讲这岩石爆破！你说这岩石啊，那可真是顽固得很呢，就像那怎么都赶不走的倔驴！那咱要怎么对付它呢？这就得靠爆破啦！想象一下，岩石就像是一个坚固的堡垒，而爆破就是我们攻打这个堡垒的秘密武器。
爆破的原理呢，其实就是利用炸药爆炸时产生的巨大能量，让岩石瞬间破碎。
这就好比是给岩石来了一记猛拳，一下子就把它给打散了。
那这炸药是怎么发挥作用的呢？当炸药爆炸的时候，会产生极高的温度和压力，就像一个小太阳在岩石内部爆发一样。
这股强大的力量会迅速向四周扩散，把岩石从内部往外撑开，最后“嘭”的一声，岩石就被炸得七零八落啦！说到爆破的方法，那也是有讲究的。
就像做菜一样，不同的菜有不同的做法，这爆破也得根据岩石的具体情况来选择合适的方法。
有一种叫浅孔爆破的，就像是用小针轻轻地扎一下。
它适合那些不太厚的岩石，在岩石上打几个小孔，把炸药放进去，就能把岩石炸碎啦。
这种方法比较精细，就像绣花一样，一点点地把岩石瓦解。
还有深孔爆破呢，这可就像是用大锤子狠狠地砸下去。
它是在岩石上打很深的孔，放很多炸药进去，然后来个大规模的爆破。
这种方法适合对付那些大块头的岩石，一下子就能把它们炸得稀巴烂。
另外啊，还有预裂爆破，这就像是给岩石划一道口子，让它顺着这条口子裂开。
这样可以减少对周围岩石的破坏，让爆破更加精准。
不过啊，爆破可不是随便就能玩的，这可是个技术活，也是个危险活。
要是不小心弄错了，那可不得了，说不定会引起大灾难呢！就像放鞭炮一样，你要是不小心把鞭炮扔到了不该扔的地方，那后果可不堪设想啊！所以啊，进行岩石爆破的时候，一定要找专业的人来干，他们有经验，知道怎么安全地把岩石给炸了。
而且，爆破前的准备工作也很重要呢！得先好好勘察一下地形，看看周围有没有什么建筑物啊、人啊之类的，可不能伤到他们。
还要计算好炸药的用量，用多了浪费，用少了又炸不碎岩石，这可得好好掂量掂量。
总之啊，岩石爆破这事儿，既有趣又危险。
我们要好好利用它的原理和方法，把那些顽固的岩石给征服了，同时也要注意安全，可别让它反过来伤到我们自己哟！你说是不是这个理儿？。
岩石的爆破破碎机理2008
岩石的爆破破碎机理2008-07-09 17:39一、岩石爆破破碎的主因破碎岩石的炸药能量以两种形式释放出来，一种是冲击波，一种是爆炸气体。
但是岩石破碎的主要原因究竟是冲击波作用的结果还是爆炸气体作用的结果，由于认识和掌握资料的不同，便出现了不同的结果。
1、冲击波拉伸破坏理论（该观点的代表人物日野熊、美国矿业局的戴维尔）当炸药在岩石中爆轰时，生成的高温、高压和高速的冲击波猛烈冲击周围的岩石，在岩石中引起强烈的应力波，它的强度大大超过了岩石的动抗压强度，因此引起周围岩石的过度破碎。
当压缩应力波通过粉碎圈以后，继续往外传播，但是它的强度已大大下降到不能直接引起岩石的破碎。
当它达到自由面时，压缩应力波从自由面反射成拉伸应力波，虽然此时波的强度已很低，但是岩石的抗拉强度大大低于抗压强度，所以仍足以将岩石拉断。
这种破裂方式亦称“片落”。
随着反射波往里传播，“片落”继续发生，一直将漏斗内的岩石完全拉裂为止。
因此岩石破碎的主要部分是入射波和反射波作用的结果，爆炸气体的作用只限于岩石的辅助破碎和破裂岩石的抛掷。
2、爆炸气体的膨胀压理论（该观点的代表人物村田勉等）从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量高温、高压气体，这种气体膨胀时所产生的推力作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力不等引起的不同的径向位移，导致在岩石中形成剪切应力。
当这种剪切应力超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石的破裂。
当爆炸气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面附近的岩石隆起、鼓开并沿径向方向推出。
它在很大程度上忽视了冲击波的作用。
3、冲击波和爆炸气体综合作用理论（该观点的代表人物有C.W.利文斯顿、φ.A.鲍姆，伊藤一郎，P.A.帕尔逊、H.K.卡特尔，L.C.朗和N.T.哈根等）这种观点的学者认为：岩石的破碎是由冲击波和爆炸气体膨胀压力综合作用的结果。
即两种作用形式在爆破的不同阶段和针对不同岩石所起的作用不同，爆炸冲击波（应力波）使岩石产生裂隙，并将原始损伤裂隙进一步扩展；随后爆炸气体使这些裂隙贯通、扩大形成岩块，脱离母岩。
岩石爆破破坏机理及爆破地震波的特性研究
岩石爆破破坏机理及爆破地震波的特性研究作者：王文等来源：《科学与财富》2015年第27期摘要：随着爆破技术的广泛应用，其所产生的震动、空气冲击波、噪音、飞石等负面影响日益引起了人们的关注，其中爆破震动被认为是各种公害之首。
爆破所产生的地震波对各种结构均有不同程度的影响，尤其是地下结构，可能出现巷道围岩失稳、支护结构失效破坏、诱发冲击矿压等严重后果。
因此，研究爆破地震波对巷道围岩的影响，探讨掘进爆破巷道围岩的动力响应尤为重要，是爆破震动研究领域中的重点内容。
关键词：爆破地震波，巷道围岩，爆破振动一、岩石爆破破坏机理当岩体采用爆破开挖的方法，炸药在炮孔中起爆后，岩石发生的变形破坏大致有以下几个过程：（1）强大的冲击波压应力使炮孔周围岩石受压破碎，在瞬时形成压缩破碎和初始裂隙；（2）环向拉应力及应力波反射拉应力使岩石中的裂隙扩展，引起岩石进一步破裂，包括初始裂隙的形成和二次裂隙的扩展；（3）爆生气体膨胀作用使岩石中的裂隙贯穿形成碎块，碎胀体积增加，岩石运动，形成爆破漏斗。
根据岩石的破坏情况，除了在装药处形成的空腔，大致可将其分为三个区域：压缩粉碎区、破裂区和震动区。
如图1.1所示，图中：1—震动区；2—破裂区；3—粉碎区；4—空腔。
图1.1 爆破作用下岩石的破坏特征二、爆破地震波概述2.1 爆破地震波的形成药包在岩石中爆炸后，最初施加在岩石上的是冲击荷载，产生冲击波，作用于爆炸中心近区岩体。
随着冲击波传播距离的增大，其波阵面会因破坏作用而倾斜，波的正压作用时间会随着波传播距离的增加而增加。
随着传播距离的增大，应力波衰减的速度较慢，作用范围较大，一般为装药半径的120-150倍。
当传播距离超过药包半径的400～500倍时，应力波的幅值大大减小，但其所产生的移动能长时间作用在岩体上即正压作用时间加长，使岩体的裂隙加宽，产生明显的相对移动，此时压缩应力波衰变为具有周期性振动的地震波。
2.2 爆破地震波的分类爆破地震波是由应力波从远区传播到界面，并且在界面上产生反射和折射叠加而形成的。
裂隙岩体爆破块度分布特征影响机理及预测模型研究
裂隙岩体爆破块度分布特征影响机理及预测模型研究1. 引言1.1 概述本文的研究主题是裂隙岩体爆破块度分布特征影响机理及预测模型的研究。
随着工程领域对于裂隙岩体爆破技术应用的增加，对于爆破块度分布特征的认识和预测成为了一个重要的问题。
裂隙岩体在地下工程和采矿等方面具有广泛应用，而其力学性质与结构特性会直接影响块度分布情况，从而影响工程的稳定性和效果。
1.2 背景和研究意义在工程建设中，我们经常需要进行岩体爆破来实现开挖、拆除或者采集等目标。
然而，由于裂隙岩体存在不规则或者复杂的结构特点，导致了爆破后产生的块度分布存在一定的不确定性。
因此，深入研究裂隙岩体爆破产生块度分布特征以及其影响机理具有重要意义。
准确预测裂隙岩体爆破块度分布能够为工程设计和实施提供指导和参考，同时也可帮助优化爆破参数选择，提高工程安全性和经济效益。
此外，对于裂隙岩体爆破块度分布影响机理的研究可以加深对裂隙岩体本质特性的认识，并为进一步开展相关领域的研究提供基础。
1.3 研究目的本研究旨在深入分析裂隙岩体爆破块度分布特征以及与其相关的影响机理，建立相应的预测模型，从而提供工程实践中对于裂隙岩体爆破块度的预测依据。
具体研究内容包括：- 进行裂隙岩体性质分析，探讨其力学特性、结构构造等对于爆破块度分布的影响；- 系统分析爆破过程对于裂隙岩体形成块度分布的机理，并通过实验或模拟方法验证；- 建立预测模型，将裂隙结构和爆破参数与块度关联起来，以实现对裂隙岩体爆破块度分布的预测；- 验证模型在工程实践中的应用效果，并提出改进建议。
本研究的成果将对于裂隙岩体爆破技术应用具有重要意义，可以指导相关工程项目的设计与施工，提高施工效率和安全性。
同时，也可为进一步研究裂隙岩体及其爆破行为提供参考和借鉴。
2. 裂隙岩体爆破块度分布特征分析2.1 裂隙岩体性质分析裂隙岩体是由于受到地壳运动、构造应力等因素的影响而形成的具有一定断裂能力和稳定度的岩石。
裂隙岩体在工程建设中常作为爆破施工的对象，了解其性质对于预测爆破块度分布特征具有重要意义。
关于岩石爆破破碎机理及影响爆破作用的因素
关于岩石爆破破碎机理及影响爆破作用的因素班级：____________姓名：____________学号：____________指导教师：__________关于岩石爆破破碎机理及影响爆破作用的因素摘要：岩石爆破破坏是一个高温、高压、高速的瞬态过程，在几十微秒到几十毫秒之内即完成。
使得研究岩石爆破破碎机理变得困难，所提出的各种破岩理论还只能算是假说。
关键词：岩石爆破、压力膨胀、冲击波1.岩石爆破破碎机理研究的问题1.1岩石爆破破碎机理研究的主要内容（1）炸药爆炸释放的能量是通过何种形式作用在岩石上；（2)岩石在这种能量作用下处于什么样的应力状态；（3）岩石在这种应力状态中怎么发生破坏、变形和运动的。
（4）影响岩石破坏的因素。
（5）炸药装药量和爆破效果关系。
1.2岩石爆破破碎机理研究存在的主要困难(1)炸药爆炸荷载复杂性:高速、高温、高压、高能量密度荷载(2)岩体本身的复杂性:不均质性，各向异性，非连续，非线性(3)爆破施工工艺多样性2.岩石爆破破碎的主因破碎岩石时炸药能量以两种形式释放出来，一种是冲击波，一种是爆炸气体。
但是，岩石破碎的主要原因是冲击波作用的结果还是爆炸气体作用的结果，由于认识和掌握资料的不同，便出现了不同的结果。
2.1爆炸气体产物膨胀压力破坏理论2.1.1爆炸气体产物膨胀压力破坏理论基本观点1953年以前，该派观点在爆破界极为流行。
从静力学观点出发，认为药包爆炸后，产生大量高温、高压气体，这种气体膨胀时所产生的推力作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力不等引起的不同径向位移，导致在岩石中形成剪切应力。
当这种剪切应力超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石的破裂。
当爆炸气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面附近的岩石隆起、鼓开并沿径向方向推出。
它在很大程度上忽视了冲击波的作用。
后来经过村田勉等人的努力，利用近代观点重新做了解释，形成了一个完整的体系。
2.1.2理论依据（1）炸药爆炸→气体产物（高温，高压）→在岩中产生应力场→引起应力场内质点的径向位移→径向压应力→切向拉应力→岩石产生径向裂纹（2）如果存在自由面，岩石质点速度在自由面方向上最大，位移阻力各方向上的不等，产生剪切应力，通过剪切破坏岩石。
爆生气体作用下孔壁岩石开裂的机理及影响因素研究
第36卷第3期2008年5月 石 油 钻 探 技 术PETROL EUM DRILL IN G TECHN IQU ESVol136,No13May,2008收稿日期:20071217;改回日期:20080229基金项目:中国石油化工股份有限公司科研项目“水力裂缝层内爆炸提高采收率技术基础研究”(编号:P03051)部分研究成果作者简介:林英松(1964—),女,山东乳山人,1987年毕业于华东石油学院钻井专业,1993年获石油大学硕士学位,2007年获中国科学院力学研究所博士学位,副教授,主要从事岩石力学在石油工程中应用方面的研究工作。
联系电话:(0546)8399080!钻井与完井#爆生气体作用下孔壁岩石开裂的机理及影响因素研究林英松1 张宝康1 蒋金宝1 刘兆年1 丁雁生2(11中国石油大学(华东)石油工程学院,山东东营 257061;21中国科学院力学研究所,北京 100081)摘 要:开发低渗透油气田最有效的手段是改善低渗透储层物性,但目前常用的水力压裂、酸化和高能气体压裂等措施也各有其不足,因此对岩石具有应力波和爆生气体双重作用的“层内爆炸”方法应运而生。
针对爆生气体作用下孔壁岩石的开裂问题,通过分析试验数据,建立了考虑试样惯性的力学模型,并从动力学角度对动态载荷作用下孔壁岩石产生多裂缝的机制做了数值模拟研究。
试验及数值模拟结果表明,爆生气体动态载荷作用下孔壁岩石产生多裂缝的实质是试样对动态载荷的结构响应,孔壁岩石能否产生多裂缝主要取决于载荷、约束、结构和材料属性等因素的影响。
此外还得到了不同加载速率和初始损伤条件下孔壁岩石开裂的一般规律。
关键词:爆炸压裂;裂纹;数值模拟;应力分析中图分类号:TE21 文献标识码:A 文章编号:10010890(2008)03005005 随着石油勘探的日益深入,低渗油田的储量还会增多,怎样来提高该类油田的开发效果是一个迫在眉睫的问题[1]。
改善低渗储层物性是开发低渗透油气田最有效的手段。
岩石爆破理论模型
岩石爆破理论模型摘要：岩石爆破模型的研究是爆破理论和技术发展的关键，通过研究爆破过程及其参数的变化规律可揭示爆破作用的本质，为完善和发展爆破理论及技术提供基础。
关键词：岩石爆破模型;弹性;断裂;损伤1、岩石爆破机理在岩石爆破机理研究中，一般认为造成岩石破坏的原因是冲击波和爆炸生成气体膨胀压力共同作用的结果；但是关于爆炸冲击波和爆炸生成气体准静态压力哪个起主要作用，目前仍存在着两种不同的观点。
一种观点认为冲击波的作用只表现在对形成初始径向裂纹起先导作用，而大量破碎岩石则是依靠爆炸生成气体膨胀压力作用。
另一种观点则认为爆破过程中哪种载荷起主要作用要取决于岩石的阻抗波，即高波阻抗岩石应力波起主要作用，低波阻抗岩石爆炸生成气体起主要作用；对于均质岩体以应力波作用为主；对于整体性不好、节理裂隙发育的岩体，以爆炸生成气体作用为主。
爆生气体膨胀作用炸药爆炸生成高温高压气体,膨胀做功引起岩石破坏。
爆生气体膨胀力引起岩石质点的径向位移,由于药包距自由面的距离在各个方向上不一样,质点位移所受的阻力就不同,最小抵抗线方向阻力最小,岩石质点位移速度最高。
正是由于相邻岩石质点移动速度不同,造成了岩石中的剪切应力,一旦剪切应力大于岩石的抗剪强度,岩石即发生剪切破坏。
破碎的岩石又在爆生气体膨胀推动下沿径向抛出,形成一倒锥形的爆破漏斗坑。
按理论基础可将爆破模型分为以下几类:以弹性理论处理爆破问题的弹性力学模型;以断裂理论特别是线弹性断裂力学为基础的断裂力学模型;以研究损伤演化特别是细观损伤演化为框架的损伤力学模型;以及将岩石由损伤累积而导致的破坏视为一种逾渗转变的逾渗模型。
2、弹性力学模型2、1 G.Harries模型G.Harries模型是建立在弹性应变波基础上的高度简化的二维模型,将岩石视为均质连续的弹性介质。
假设岩石为以炮孔轴线为中心的厚壁圆筒,爆炸应力波使与炮孔轴线垂直的平面内质点产生径向位移,当径向位移派生出的切向应变值超过岩石的动态极限抗拉应变T时,岩石中形成径向裂隙。
爆破作用原理
岩石破碎机理露天爆破作为爆破技术的一种，其破碎岩石的原理遵循岩石破碎的基本原理。
因此，解露天爆破技术，首先要了解岩石破碎基本原理。
1 岩体破碎机理的几种观点由于炸药的爆炸反应是一个高温、高压和高速的瞬态过程，岩体性质和爆破条件复杂多变，同时岩体爆破又是一个历时极短和危险性极大的过程，因此给直接观测和研究岩体的破坏过程造成了极大的困难。
迄今为止，人们对岩体爆破作用过程仍然了解的不透彻，没有形成一套完整而系统的爆破理论。
关于岩石破碎机理，有几种观点：（1）爆轰气体作用的破碎观点；（2）应力波作用的破碎观点；（3）应力波和爆轰气体共同作用的破碎观点。
2 岩石的爆破作用由于炸药在岩石体内的埋深不同，其爆破作用形式也不同。
当炸药的埋深很大，其破碎岩石作用不能达到岩体的自由面时，称为岩体爆破的内部作用；当炸药埋深较小、破碎岩石作用能达到自由面时，称为岩体爆破的外部作用。
重点分析岩石爆破的内部作用：当药包在无限介质中爆炸时，在岩体中激发出应力波，其强度随着传播距离的增加而迅速衰减，因此对岩体施加的作用也随之变化。
按照破坏特征，大致可以将岩体分为以下三个区域：（1）粉碎区当密闭在岩体中的炸药爆炸时，爆轰压力在数微秒内达到数千至数万兆帕，瞬间冲击药包周围的岩体，在冲击荷载的作用下，与药包直接接触的岩体被粉碎，称为粉碎区。
粉碎区的半径很小，一般为药包直径的几倍。
（2）破裂区冲击波通过粉碎区后，继续向外层岩石中传播，径向压缩粉碎区外层岩石，产生径向扩张和切向拉伸应变，如果切向拉伸应变超过岩石的动态抗拉强度，则岩石产生径向裂隙，并以0.15—0.38倍的压缩应力波的传播速度向前延伸，直至低于岩石的动态抗拉强度停止扩张；同时爆生气体膨胀并进入径向裂隙中，引起裂隙的扩张，裂隙尖端由于有气体压力引起的应力集中现象，导致径向裂隙向前延伸，并呈现出内密外稀的分布规律；压缩波通过以后，岩体受到强烈压缩时存储的一部分弹性变形能开始释放，产生与压缩应力波作用相反的向心拉伸应力，使岩石质点产生反向的径向运动，拉伸应力大于岩石的动抗拉强度时，在岩体中产生环向裂隙，径向裂隙和环向裂隙相互交错，该区域内岩体被切割成块，此区域为破裂区，其破裂半径一般为药包半径的70—120倍，是工程爆破中岩石破坏的主要部分。
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爆破作用下的岩石破碎和破裂机理研究
岩石爆破技术已经广泛的应用于矿山开采及工程施工中，然而，爆破作用下
的岩石破碎和破裂机理非常复杂，需要进行系统的探讨。介绍了常见的爆破破岩
理论，分析了炸药在岩石中爆破作用的范围，包括压碎区、破裂区及震动区，分
析了各范围的作用机理及破坏特点。
标签：爆破 岩石破碎 压碎区 破碎区 震动区
1引言
在工程施工、矿山开采等活动中，经常需要对岩石进行爆破。爆破时，需要
根据施工要求及岩石的特点，选择合适的爆破手段。研究爆破作用下的岩石破碎
和破裂机理，对于精确掌握爆炸作用下的岩石破碎区域、破裂程度与炸药类型的
关系，掌控爆炸效果，优化爆破方案具有重要的意义。
2爆破破岩理论介绍
2.1爆炸气体产物膨胀压力破坏理论
根据爆炸气体产物膨胀压力破坏理论，岩石中的炸药爆炸时，产生了大量的
气体，温度和压强不断增大，随着气体的不断膨胀，产生了强大的压力作用在岩
石岩壁上。因为各方位的作用力不同，引起了不同的径向位移，形成了剪切应力。
当剪切应力达到一定程度后，会引起岩石的破裂。
根据爆炸气体产物膨胀压力破坏理论，岩石只有在爆炸气体作用的时间内发
生破碎，且产生冲击波的能量仅占炸药总能量的5%～15%，这样少的能量很难
使整块岩石破碎。实际应用说明，在爆炸时，还有其他作用对岩石产生了巨大的
影响。
2.2冲击波引起应力波反射破坏理论
根据冲击波引起应力波反射破坏理论，岩石的破坏主要是由自由面上应力波
反射转变成的拉应力波造成的。
该理论的主要依据：（1）冲击波波阵面的压力比爆炸气体产物的膨胀压力大
得多；（2）岩石的抗拉强度比抗压强度低得多，在自由面处确实常常发现片裂、
剥落现象。（3）根据应力波理论：压缩应力波在自由面处反射成为拉伸应力波。
2.3爆炸气体膨胀压力和应力波共同作用
根据该理论，岩石的破坏是高温、高压气体和应力波共同作用的结果。爆炸
时产生的高温、高压气体和应力波有不同的作用。
炸药爆炸后在岩石中产生爆炸冲击波，使炮孔周围附近的岩石被“粉碎”；由
于消耗大量的能量，冲击波衰减为应力波，在粉碎区之外造成径向裂隙，反射应
力波使这些裂纹进一步扩展；爆炸时产生的高温、高压气体，会发挥“气楔作用”
使裂隙扩大，并最终贯通形成岩块。应力波进一步衰减成为弹性波，只能使质点
在平衡位置作弹性振动，不能引起介质破坏。爆破时，岩体初期受到装药爆炸所
激起的应力波的作用，但由它形成的应力状态或动态应力场将很快消失；后期受
到爆炸气体的静压作用，作用时间较长。
3炸药在岩石中爆破作用的范围
假如岩石介质均匀单一，在理想状态下，炸药在岩石中爆炸时，会以炸药为
中心，由近及远形成不同的破坏情况，分别为压碎区、破裂区及震动区。炸药爆
炸的作用范围见图1。
3.1压碎区
岩石中的炸药爆炸时，大量的高温高压气体使爆轰压力在极短的时间内增至
数万兆帕，并激起了强大的冲击波，远远超过岩石的动态抗压强度。在爆炸冲击
波的强动作用，炮孔壁周围的介质被粉碎（坚硬岩石）或强烈压缩（松软岩石），
形成粉碎区或压缩区。由于压缩区处于坚固岩石的约束条件下，而在三轴压缩情
况下岩石的动抗压强度增大，且大多数岩石的可压缩性很差，所以压缩范围很小，
其半径一般不超过药室半径的2倍。
3.2破碎区
如图1所示，破碎区存在环向裂缝、径向裂缝两种情况。在爆炸产生的强大
的应力波的作用下，岩石中先产生了初始裂缝，随着爆炸气体强大的膨胀、挤压
作用，初始裂缝进一步扩大和加深。随着能量的消耗，应力波强度的减弱及高温、
高压气体压力的降低，岩石的裂隙扩展最终停止。
3.2.1径向裂缝
由于压缩或粉碎岩石消耗了大量能量，岩石中的冲击波衰减成压应力波。在
应力波的作用下，岩石在径向产生压应力和压缩变形，而切向方向将产生拉应力
和拉伸变形。当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成与粉
碎区贯通的径向裂隙。
3.2.2环向裂缝
压缩应力波通过压缩区外层岩石时，岩石受到强烈的压缩而储蓄了一部分弹
性变形能；随着径向裂隙的形成，作用在岩石上的压力迅速下降，药室周围的岩
石开始不断释放积蓄的弹性变形能，产生了与压应力波作用方向相反的拉应力，
使岩石质点产生反方向的径向运动。当径向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处
岩石被拉断，形成环向裂隙。
3.3震动区
在破坏区以外的岩体，由于经压缩区和破坏区的能量的消耗和衰减，剩余的
爆炸能已经不多，不能造成岩石的破坏而只能引起弹性震动。这个范围比两个区
大得多，叫震动区。
4结论
由于爆破的特殊性，对于岩石爆破破碎机理的研究具有一定的困难，目前对
于岩石爆破破碎机理的研究大多是实验室结果，虽然已经有了一定的理论基础和
实验成果，但实验与实际生产的差别较大，需要进一步提高实验的准确度和可信
度，条件成熟时，可以综合利用高速摄像技术、图像分析技术、高精度传感器技
术，进行逼真的数值模拟，将岩石破碎过程清楚地再现是爆破工作者今后努力的
方向。
参考文献
[1]卢海湘.爆炸冲击波作用下岩体破碎机理的研究[J].湖南有色金属，2002，
18（3）：1-3.
[2]宗琦.炮孔柱状装药爆破时岩石破碎和破裂的理论探讨[J].矿冶工程，
2004，24（4）：1-3.