爆破工程第五章.ppt

武汉理工大学,爆破工程精品课程,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,2,主要内容,第五章岩石爆破理论,5.1岩石爆破破坏基本理论5.2单个药包爆破作用5.3延长装药爆破作用,5.4成组药包爆破时岩石破坏特征5.5炸药起爆能量平衡原理与装药量计算5.6影响爆破作用的主要因素,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,3,,,爆炸生成气体产物的膨胀作用,,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,,,第一节岩石爆破破坏基本理论（1）,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,4,,,反射拉应力波破坏作用,a入射压力波波前；b反射拉应力波波前,岩石爆破破坏基本理论（2）,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,5,,,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,,,岩石爆破破坏基本理论（3）,爆生气体和应力波综合作用理论的实质,哈努卡耶夫把岩石按波阻抗值分为三类,1第一类岩石属于高阻抗岩石。其波阻抗为1525MPas/m.这类岩石的破坏，主要取决于应力波，包括入射波和反射波。2第二类岩石属于中阻抗岩石。其波阻抗为515MPas/m。这类岩石的破坏,主要是入射应力波和爆生气体综合作用的结果3第三类岩石属于低阻抗岩石。其波阻抗小于5MPas/m。这类岩石的破坏，以爆生气体形成的破坏为主。,岩体内最初裂隙的形成是由冲击波或应力波造成的，随后爆生气体渗入裂隙并在准静态压力作用下，使应力波形成的裂隙进一步扩展。爆生气体膨胀的准静态能量，是破碎岩石的主要能源。,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,6,爆炸应力波反射拉抻作用理论的试验基础,水泥板的爆轰破坏1空气冲击波波阵面；2水泥板中冲击波波阵面；3水泥板,岩石杆件的爆破,板件爆破试验1装药孔2破碎区3拉裂区4震动区,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,7,第二节单个药包爆破作用,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,内部作用,（1）粉碎区（压缩区）,（2）裂隙区（破裂区）,径向裂隙和环向裂隙的形成原理,径向压缩引起的切向拉伸,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,8,单个药包爆破外部作用（1）,外部作用,（1）反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落,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,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,9,单个药包爆破外部作用（2）,外部作用,（2）反射拉伸波引起径向裂隙的延伸,反射拉伸波对径向裂隙的影响,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,10,主应力1和2的作用方向,单个药包爆破外部作用（3）,外部作用,（3）自由面影响下的应力场分析,岩体中任一点A的应力分析,拉伸应力2达到极大值时1和2的方向,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,11,炸药在岩石中爆破的破坏过程,,,炸药爆炸后冲击波径向压缩阶段.,,,,A第一阶段,,,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。,,,,C第三阶段,,,,,,对应力波反射引起自由面处的岩石片落。,B第二阶段,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,12,炸药在岩石中爆破的破坏模式,,,,主要的五种破坏模式,1,,2,径向裂隙作用；,,3,卸载引起的岩石内部环状裂隙作用；,,5,爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。,,4,反射拉伸引起的“片落”和引起径向裂隙的延伸；,,炮孔周围岩石的压碎作用；,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,13,爆破漏斗,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,爆破作用指数,（craterindex）,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,14,爆破漏斗的基本形式,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,15,第三节延长装药爆破作用,,装药垂直自由面的爆破漏斗,装药倾斜自由面的爆破漏斗,装药平行自由面的爆破漏斗,当药包的长度和它横载面的直径（或最大边长）之比值大于某一值时，叫做延长药包。,延长药包,（extendedcharge）,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,16,第四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。,相邻炮孔应力波相遇叠加,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（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,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,17,应力降低的分析,多排成组药包的齐发爆破效果不好，得不到实际使用。,应力降低的分析图,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,18,第五节能量平衡原理与装药量计算,外部药包效应,相似法则,体积法则,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,19,能量平衡原理与装药量计算（2）,体积法则,相似法则,,在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积同所用的装药量成正比，即,QKV,如果药包是集中药包,标准抛掷爆破时爆破作用指数n的值为1，即rW,所以，爆破漏斗体积的大小为,,标准抛掷爆破的装药量可以认为是,,于是,,fn为爆破作用指数函数（functionofcraterindex）,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,20,利文斯顿爆破漏斗理论,利文斯顿爆破漏斗示意图,利文斯顿将岩石爆破时的变形和破坏形态分为四种类型,（1）弹性变形,（4）空气中爆炸,（2）冲击破坏,（3）碎化破坏,,相关名词解释临界深度，最适宜深度，转折深度。,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,21,集中药包装药量计算,鲍列斯阔夫提出的经验公式（适用于抛掷爆破装药量的计算）,,集中药包抛掷爆破装药量的计算通式,,,松动爆破的装药量公式可以表示为,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,22,延长药包装药量计算,,,,延长药包垂直于自由面,,,延长药包平行于自由面,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,23,单位炸药的耗药量,,,,,Kb指单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n1）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，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n0.75），爆破每1m3岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的质量，称作松动爆破单位用药量系数。,需要强调的符号含义,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,24,Kb与Ks的选取,,,,,,,,A查表,B工程类比,C试验,对于普通的岩土爆破工程，Kb和Ks的值可由相关表格中查出；,采用标准抛掷爆破漏斗试验确定Kb的值。,参照条件相近工程的单位用药量系数确定Kb和Ks的值；,,标准抛掷爆破漏斗试验中Kb的计算,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,25,群药包的单位耗药量,,,,上页所提到的Kb与Ks都只是单个集中药包爆破时装药量与所爆落岩体体积之间的一个关系系数。,当群药包共同作用时，群药包的总装药量与群药包一次爆落的岩体总体积的比值称为单位耗药量，简称炸药单耗，用字母q来表示，即,炸药单耗,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,26,最小抵抗线原理（1）,最小抵抗线方向,最小抵抗线原理,破碎和抛掷、堆积的主导方向。,抛掷、堆积同最小抵抗线的关系。,各种爆破方法的最小抵抗线,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,27,最小抵抗线原理（2）,适于集中抛掷堆积的凹形地形改变最小抵抗线的辅助药包,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,28,最小抵抗线原理（3）,药包位置与起爆顺序对最小抵抗线方向的影响,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选择和安全防护。施工时应认真测量核实最小抵抗线W的大小和指向。由于装药量Q与W的3次幂有关,W值的错误测算往往会导致严重的爆破事故。,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,29,毫秒爆破作用理论,它是利用毫秒雷管（millIseconcondMS）或其他毫秒延期引爆装置，将同一网路的装药分组，以毫秒级的时间间隔进行顺序起爆的方法。,毫秒爆破,（MSblasting）,毫秒爆破又称微差爆破或毫秒微差爆破.,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,30,毫秒爆破作用机理,,,,,,,,,,,B,,A,3.剩余应力叠加,2.形成新的自由面,1.应力波相互干涉,,,,,4.岩块碰撞辅助破碎,5.毫秒爆破的减振作用,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,31,1）我国长沙矿冶研究院提出的公式△t2040Wo/f2）U.Langefors（兰格弗斯）等人的瑞典经验公式△t3.3KW3）前苏联矿山部门的公式△tKW24–f,毫秒间隔时间计算原理,,C,按地震效应最小的原则确定,,D,依经验公式计算,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,32,第六节影响爆破作用的主要因素,,,,,,,,,,,,,,,,,,密度、爆热和爆速,爆轰压力、爆炸压力,炸药爆炸能量利用率,A,B,C,炸药完成爆炸反应以后，爆轰气体产物膨胀作用在炮孔壁上的压力。,爆轰压力是指炸药爆炸时爆轰波波阵面（C-J面）上的压力。,区分,爆轰压力,爆炸压力,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,33,自由面在爆破中的作用,①反射应力波。当爆炸应力波遇到自由面时发生反射，压缩应力波变为拉伸波，引起岩的片落和径向裂隙的延伸。②改变岩石应力状态及强度极限。在无限介质中，岩石处于三向应力状态，而自由面附近的岩石则处于单向或双向应力状态。故自由面附近的岩石强度接近岩石单轴抗拉或抗压强度,比在无限介质中承受爆破作用时相应的强度减少几倍甚至十几倍。③自由面是最小抵抗线方向，应力波低达自由面后，在自由面附近的介质运动因阻力减小而加速，随后而到的爆炸气体进一步向自由面方向运动，形成鼓包,最后破碎、抛掷。,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,34,自由面大小方向和位置对爆破作用的影响,自由面数对爆破效果的影响,炮孔与自由面相关位置对爆破的影响（a）垂直布置炮眼（b）倾斜布置炮眼（c）自由面在炮孔下方（d）自由面在炮孔上方,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,35,,炸药与岩石匹配关系及对爆破作用的影响,岩石（或其他介质）的密度同岩石（或其他介质）纵波速度的乘积。,波阻抗,（waveimpedance）,间隔装药,不耦合装药,连续装药,耦合装药,装药结构,,,药包与孔壁的不耦合程度常用不耦合系数来表示,Rd＝,⑴降低了作用在炮孔壁上的冲击压力峰值。,⑵增加了应力波作用时间。,⑶增大了应力波传给岩石的冲量，而且比冲量沿炮孔分布较均匀。,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,36,爆破工艺对爆破作用的影响,炮孔堵塞的作用,（1）保证炸药充分反应，使之放出最大热量和减少有毒气体生成量.,（2）降低爆生气体逸出自由面的温度和压力，提高炸药的热效率，使更多的热量转变为机械功。,（3）在有瓦斯的工作面内，除降低爆炸气体逸出自由面的温度和压力外，炮泥还起着阻止灼热固体颗粒（例如雷管壳碎片等）从炮孔内飞出的作用，提高爆破安全性。,,2020/7/20,第五章岩石爆破理论,37,起爆方法,正向起爆,反向起爆,并敷装药（superpositioncharge）两种固有爆速不同的爆炸材料并排敷设.,（2）导爆索并敷起爆,（1）正向起爆（explosion）与反向起爆（indirectinitiation）,武汉理工大学,ThankYou,