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1、第六章第六章 岩土爆破理论岩土爆破理论6.1.2 爆破理论研究的内容爆破理论研究的内容n n岩石爆破理论的研究内容应该包括：n n(1)爆轰波理论的研究；n n(2)岩石特性，包括岩体结构、构造特征和岩石动力学性质及其对爆破效果的影响；n n(3)炸药能量向岩石的传递效率；n n(4)岩石的动态断裂与破坏；n n(5)爆破过程的数值模拟，预测爆破块度和爆堆形态。6.2 岩石中的爆炸应力波岩石中的爆炸应力波n n在介质中传播的扰动称为波。由于任何有界或无界介质的质点是相互联系着的，其中任何一处的质点受到外界作用而产生变形和扰动时，就要向其他部分传播，这种在应力状态下介质质点的运动或扰动的传播称为
2、应力波。炸药在岩石和其他固体介质中爆炸所激起的应力扰动（或应变扰动）的传播称为爆炸应力波。6.2.1 应力波分类应力波分类n n6.2.1.1 按传播途径分类按传播途径分类n n按传播途径不同，应力波分为两类：在介质内部传播的应力波称为体积波；沿着介质内、外表面传播的应力波称为表面波。体积波按波的传播方向和在传播途径中介质质点扰动方向的关系又分为纵波相横波。n n纵波亦称P波，其特点是波的传播方向与介质质点运动方向相一致，由于纵波传播垂直应力，在传播过程中引起压缩和拉伸变形。因此，纵波又可分为压缩波和稀疏波。n n横波亦称S波，特点是波的传播方向与介质质点运动方向垂直，在传播过程中会引起介质产
3、生剪切变形。n n图6-1示出P波和S波在传播过程中质点运动示意图。固体、液体、气体介质均能传播P波。但是，液体、气体介质不能传播S波，只有固体介质才能传播S波。n n表面波可以分为瑞利波和勒夫波。瑞利波简称R波；勒夫波简称Q波。在瑞利波传播的过程中受扰动的质点将遵循椭圆轨迹作后退运动，但不产生剪切变形，在这一点上它与P波相似。Q波与S波相似。波中被扰动的质点与波传播方向成横向的振动。n n体积波特别是纵波由于能使岩石产生压缩和拉伸变形，它是爆破时造成岩石破裂的重要原因。表面波特别是瑞利波，携带较大的能量，是造成地震破坏的主要原因。若震源辐射出的能量为100，则纵波和横波所占能量比为7%和26
4、%；而表面波为67%。n n6.2.1.2 按波阵面形状分类按波阵面形状分类n n将应力波分为球面波、柱面波和平面波。n n6.2.1.3 按传播介质变形性质不同分类按传播介质变形性质不同分类n n（1）弹性波n n（2）黏弹性波n n（3）塑性波n n（4）冲击波6.2.3 爆炸应力波的传播爆炸应力波的传播n n6.2.3.1 冲击波，应力波和地震波冲击波，应力波和地震波n n冲击波在岩体内传播时，它的强度随传播距离的增加而减小。波的性质和形状也产生相应的变化。根据波的性质、形状和作用性质的不同，可将冲击波的传播过程分为三个作用区，冲击波衰减成不具陡峻波峰的应力波，如图6-3所示。n n6.
5、2.3.3 应力波的反射应力波的反射n n应力波在传播过程中，遇到自由面或节理、裂隙、断层等薄弱面时都要发生波的反射和透射。当波遇到界面时，一部分波改变方向，但不透过界面，仍在入射介质中传播的现象称为反射。当波从一个介质穿过界面进入另一介质，入射线由于波速的改变，而改变传播方向的现象称为透射。n nA 应力波在自由面上的反射应力波在自由面上的反射n n应力波传播到自由面时均要发生反射，无论是纵波，还是横波经过自由面反射后都要再度生成反射纵波和反射横波。n n自由面上部为空气，与岩石密度相比，空气的密度可以认为是零。因此，应力波在自由面引起的位移不受限制，自由面上的应力也等于零。当应力波到达自由
6、面时，将全部发生反射。n n当纵波、横波在介质内部传播时，在介质中均要产生应力和应变。n n反射前后的波峰应力值和波形完全一样，但极性相反，由反射前的压缩波变为反射后的拉伸波，从原介质中返回。随着反射波的前进，介质从原来的压缩应力下被解除的同时，而承受拉伸应力。n nB 应力波在不同介质分界面上的反射和透应力波在不同介质分界面上的反射和透射射n n当应力波传到不同介质的分界面时，均要发生反射和透射。假设入射波为纵波（P）时，一般要激发四种波，即反射纵波Pr，反射横波Sr，透射纵波Pt和透射横波St（图6-7）。n n波的反射部分和透射部分的应力波的形状变化取决于不同介质的边界条件。n n入射应
7、力波到达自由面时，入射波全部反射成拉伸波。n n由于岩石的抗拉强度大大低于岩石的抗压强度，因此可能引起岩石破坏，说明自由面在提高爆破效果方面的重要作用。6.2.4 岩石中的动应力场岩石中的动应力场n n爆炸荷载为动荷载，在爆炸荷载作用下，岩石中引起的应力状态表现为动的应力状态，它不仅随时间而变化，而且随距离远近而变化。n n(1)自由面对应力极大值的变化有很大影响。n n(2)自由面附近岩石主要靠反射纵波的拉伸应力破坏。6.3 岩石中的爆炸气体岩石中的爆炸气体n n如果将爆炸气体与冲击波相比较，从出现的时间讲，冲击波在前，爆炸气体在后。从对岩石的作用时间讲，冲击波作用时间短，爆炸气体作用时间长
8、。尽管爆炸气体出现的时间晚，但是，由于它携带有巨大的能量和较长的作用时间，在破碎岩石中的作用是不可忽视的。n n在爆轰气体静压的作用下，岩体中产生破坏的裂隙方向。6.4 岩石的爆破破碎机理岩石的爆破破碎机理n6.4.1 岩石破碎是爆炸冲击波和岩石破碎是爆炸冲击波和爆炸气体综合作用的结果爆炸气体综合作用的结果6.4.2 炸药在岩石中爆破作用范围炸药在岩石中爆破作用范围n n6.4.2.1 炸药的内部作用炸药的内部作用n nA 粉碎区粉碎区n nB 裂隙区裂隙区n nC 弹性振动区弹性振动区n n6.4.2.2 炸药的外部作用炸药的外部作用n n当集中药包埋置在靠近地表的岩石中时，药包爆破后除产生
9、内部的破坏作用以外，还会在地表产生破坏作用。在地表附近产生破坏作用的现象称为外部作用。n n根据应力波反射原理，当药包爆炸以后，压缩应力波到达自由面时，便从自由面反射回来，变为性质和方向完全相反的拉伸应力波，这种反射拉伸波可以引起岩石“片落”和引起径向裂隙的扩展。n nA 反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落n n当压缩应力波到达自由面时，产生了反射拉伸应力波，并由自由面向爆源传播。由于岩石抗拉强度很低，当拉伸应力波的峰值压力大于岩石的抗拉强度时，岩石被拉断，与母岩分离。随着反射拉伸波的传播，岩石将从自由面向药包方向形成“片落”破坏，其破坏过程如图6-17所示。
10、n nB 反射拉伸波引起径向裂隙的延伸反射拉伸波引起径向裂隙的延伸n n从自由面反射回岩体中的拉伸波，即使它的强度不足以产生“片落”，但是反射拉伸波同径向裂隙梢处的应力场相互叠加，可使径向裂隙大大地向前延伸。裂隙延伸的情况与反射应力波传播的方向和裂隙方向的交角有关。如图6-19所示。6.4.3 炸药在岩石中的爆破破坏过程炸药在岩石中的爆破破坏过程n n从时间来说，将岩石爆破破坏过程分为三个阶段。n n第一阶段为炸药爆炸后冲击波径向压缩阶段。如图6-20(a)所示。n n第二阶段为冲击波反射引起自由面处的岩石片落。如图6-20(b)所示。n n第三阶段为爆炸气体的膨胀，岩石受爆炸气体超高压力的影
11、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，如图6-20(c)所示。6.4.4 岩石中爆破作用的岩石中爆破作用的5种破坏模式种破坏模式n n在爆破的整个过程中，起主要作用的是5种破坏模式：n n(1)炮孔周围岩石的压碎作用；n n(2)径向裂隙作用；n n(3)卸载引起的岩石内部环状裂隙作用；n n(4)反射拉伸引起的“片落”和引起径向裂隙的延伸；n n(5)爆炸气体扩展应变波所产生的裂隙。6.5 爆破漏斗理论爆破漏斗理论n n当药包爆炸产生外部作用时，除了将岩石破坏以外，还会将部分破碎了的岩石抛掷，在地表形成一个漏斗状的坑，这个坑称为爆破漏斗。6.5.1 集中药包的爆破漏斗集中药
12、包的爆破漏斗n n6.5.1.1 爆破漏斗的几何参数爆破漏斗的几何参数n n置于自由面下一定距离的球形药包爆炸后，形成爆破漏斗的几何参数如图6-21所示。n n（1）自由面。被爆破的岩石与空气接触的面叫做自由面，又叫临空面。如图6-21中的AB面；n n（2）最小抵抗线W。自药包重心到自由面的最短距离，即表示爆破时岩石阻力最小的方向，因此，最小抵抗线是爆破作用和岩石移动的主导方向；n n（3）爆破漏斗半径r。爆破漏斗的底圆半径；n n（4）爆破作用半径R。药包重心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离，简称破裂半径；n n（5）爆破漏斗深度D。自爆破漏斗尖顶至自由面的最短距离；n n（6）爆破漏斗的
13、可见深度h。自爆破漏斗中岩堆表面最低洼点到自由面的最短距离。n n（7）爆破漏斗张开角。爆破漏斗的顶角。n n在爆破工程中，还有一个经常使用的参数，称为爆破作用指数(n)。它是爆破漏斗半径r和最小抵抗线W的比值，即 n n (6-27)n n6.5.1.2 爆破漏斗的基本形式爆破漏斗的基本形式n nA.标准抛掷爆破漏斗标准抛掷爆破漏斗n nB.加强抛掷爆破漏斗加强抛掷爆破漏斗n nC.减弱抛掷（简称加强松动）爆破漏斗减弱抛掷（简称加强松动）爆破漏斗n nD.松动爆破漏斗松动爆破漏斗6.5.2 延长药包的爆破漏斗延长药包的爆破漏斗n n按药包长径比（药包长度与其直径的比值）的不同可将药包分为集中
14、药包（长径比4）和延长药包（长径比4）。n n在抛掷堆积分布方面，两种药包却不相同：集中药包抛出岩土堆积在漏斗四周，而延长药包的抛体却集中在药包轴线两侧药包长度的范围内，堆体峰值线在过药包轴心的垂线附近，但在药包两端却无抛体堆积。6.5.3 利文斯顿爆破漏斗理论利文斯顿爆破漏斗理论n n6.5.3.1 基本观点基本观点n n6.5.3.2 对岩石破坏的分类对岩石破坏的分类n n（1）弹性变形带；n n（2）冲击破裂带；n n（3）破碎带；n n（4）空爆带。n n在临界深度可以观察到三种破坏形式：n n（1）冲击式破坏：对脆性岩石而言；n n（2）剪切式破坏：对塑性岩石而言；n n（3）碎化疏
15、松式破坏：对松散无内聚力岩石而言。n n6.5.3.3 利文斯顿爆破漏斗试验及利文斯顿爆破漏斗试验及V/Q-曲线曲线n n为了更全面地表示漏斗的特性并消除由于Q变化而引起的曲线变化，常将V除以Q而成为“单位重量炸药所爆下的岩石体积”作为纵坐标，将Ly（各任意深度）与临界深度Le之比称为深度比作为横坐标。由于在一组试验条件下，Q是常量，横坐标因Le对一定岩石也是一常数，这样可得出另一组曲线，如图6-23所示。n n6.5.3.4 利文斯顿的弹性变形方程利文斯顿的弹性变形方程n n弹性变形方程是以岩石在药包临界深度时才开始破坏为前提，描述了三个主要变量间的关系。n n Le=Eb(Q)1/3 (6
16、-28)n n式中 Le药包临界深度，m;Eb弹性变形系数；Q 药包重量，kg。n n弹性变形系数对特定岩石与特定炸药来说是常数。n n与最大岩石破碎量和冲击式破坏上限有关的最佳药包埋深可用下式确定：n n Lj=o Eb(Qo)1/3 (6-29)n n式中 Lj 最佳埋深，m;Eb 弹性变形系数；Qo 最佳药量，kg;o 最佳深度比，对某一种特定岩石来说，o是一个定值。n n在处于最佳深度比条件下，药包爆炸后大部分的能量用于岩石破碎过程，而少量能量消耗于无用功。n n6.5.3.5 利文斯顿爆破漏斗理论在露天矿的利文斯顿爆破漏斗理论在露天矿的应用应用n n6.5.3.6 利文斯顿爆破漏斗理
17、论在地下矿的利文斯顿爆破漏斗理论在地下矿的应用应用6.6 装药量计算原理装药量计算原理6.6.1 装药量计算的基本公式装药量计算的基本公式n n通过量纲分析理论推导，爆破药量计算的基本公式可以表示为：n nQ=k2W2+k3W3+k4W4 (6-30)n n式(6-30)第一项（k2W2）的物理意义是表示克服张力形成断裂面所需要的能量；第二项（k3W3）表示介质体积变形所需要的能量；第三项（k4W4）表示介质克服重力场所需要的能量。n n瑞典学者兰格福尔斯(U.Langefors)在现代岩石爆破一书中，提出的在一般岩石中采用松动爆破情况下的药量计算公式为：n nQ=0.07W2+0.35W3+
18、0.004W4 (6-31)n nQ=k3W3 (6-32)n n式(6-32)即是工程爆破常用的体积药量计算公式。由此可以认为，在工程中，最小抵抗线取4012.0m是合理和经济的。n n此外，还有一个体积公式的形式为：n nQ=q Vn n式中 Q装药量，kg；n n q爆破单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3；n n V被爆破的岩石体积，m3。n n由上式看出：装药量Q与岩石体积V成正比；爆破单位体积岩石的炸药消耗量q不随岩石体积V的变化而变化。应该指出，体积公式只有当介质是松散的或者黏结很差的情况下，以及最小抵抗线W变化不大时才是正确的。实际上，在很多情况下，药包爆破时产生的能量，不仅要
19、克服岩石的重力，也要克服岩石的抗剪力、惯性力等。因此，装药量与被爆破岩石体积的关系还应根据现场试验和工程类比来确定。6.6.2 集中药包装药量计算公式集中药包装药量计算公式n n6.6.2.1 集中药包的标准抛掷爆破集中药包的标准抛掷爆破n nQb=qbW3 (6-33)n n式中Qb形成标准抛掷漏斗的装药量，kg;n n qb形成标准抛掷爆破漏斗的单位体积岩石的炸药消耗量，一般称为标准抛掷爆破单位用药量系数，kg/m3。n n6.6.2.2 集中药包的非标准抛掷爆破集中药包的非标准抛掷爆破n n Q=f（n）qb W3 (6-34)n n式中，f（n）为爆破作用指数函数。n n对于标准抛掷爆
20、破f（n）=1.0，减弱抛掷爆破或松动爆破f（n）l。n n Q=（0.4+0.6n3）qbW3 (6-35)n n Q=（0.330.5）qbW3 (6-36)6.6.3 延长药包装药量计算公式延长药包装药量计算公式q q=KWKW2 2f fc c（n n）(6-37)(6-37)n n式中式中 Q Q条形药包装药量，条形药包装药量，kgkg；n n L L条形药包长度，条形药包长度，mm；n n q q炸药线装药密度，炸药线装药密度，kg/mkg/m；n n K K标准抛掷爆破单位用药量，标准抛掷爆破单位用药量，kgkgmm3 3；n n WW最小抵抗线，最小抵抗线，mm；n nf fc
21、 c（n n）条条形形药药包包爆爆破破作作用用指指数数函函数数，n n为为爆爆破破作用指数。作用指数。n n条形药包爆破作用指数fc（n）和集中药包爆破作用指数f（n）在含义和形式上是不相同的。对于条形药包爆破作用指数函数fc（n），中国铁道科学研究院建议的公式为：n n fc（n）=（）(6-38)6.7 露天台阶爆破的破碎机理露天台阶爆破的破碎机理n n台阶爆破的破碎机理与一个自由面爆破的破碎机理是基本相同的，只是由于台阶爆破具有两个自由面，更有利于岩石的破碎。6.8 土中爆破机理土中爆破机理n n土是由固体颗粒、水和空气组成的一种三相介质，包括黏性土和非黏性（松散）土。在爆炸载荷作用下，
22、土体的工程特性和效应与土体的结构及含水量密切相关。6.8.1 非饱和土中的爆破作用非饱和土中的爆破作用n n爆炸空腔的半径与土体的抗压强度、密度、颗粒组成、孔隙率等物理力学性质以及所用炸药种类等有关。对于集中装药，有以下经验公式：n nR=kro (6-39)n nR=k (6-40)n n式中 R爆炸空腔半径，m；n n ro装药半径，m；n n Q装药质量，kg；n n k无量纲比例常数，与炸药和土壤性质有关，可由试验测定；n n k比例常数，与炸药和土壤性质有关，m/kg1/3，可由试验测定。TNT装药条件下，不同土壤中爆炸时的比例系装药条件下，不同土壤中爆炸时的比例系数见表数见表6-4
23、。表表6-4不同土壤中爆炸时的比例系数不同土壤中爆炸时的比例系数k土壤土壤类类型型塑性黏土、塑性黏土、湿沙、湿沙、饱饱和黏土和黏土侏侏罗纪罗纪黑色黏土黑色黏土冰冰碛碛黏土黏土棕黄色棕黄色耐火土耐火土暗暗红红色色耐火土耐火土软质软质粉碎粉碎泥灰泥灰岩、岩、黄土黄土软质软质破碎破碎泥灰泥灰岩、岩、黄土黄土暗暗蓝蓝色色脆性黏土脆性黏土重砂重砂质质 黏土、黏土、砂砂质质黏土黏土K K11.311.313.113.18.68.69.99.97.07.09.59.57.07.07.67.66.56.57.47.46.66.67.77.75.45.46.56.55.45.46.26.24.84.86.76.
24、7注：表中数据的装药为TNT。对近地表处土体中的药包爆炸，由于土体可往临空面方向运动、变形，药包以下的土体被压实，而药包以上土体则被抛散，形成爆破漏斗。6.8.2 饱和土中的爆破作用饱和土中的爆破作用n n饱和砂土中爆炸过程，在爆炸波产生的超孔隙动水压力作用下，在饱和砂土中出现土体骨架剪切变形、液化、排水、颗粒结构重新排列及土体压密等爆炸效应。n n由于水的不可压缩性，饱和土中的爆炸展现出与水中爆炸某些相似的特征，如饱和土中传播的爆炸压力波具有陡峭的波前，衰减较非饱和土中要慢。n n在密度为1450l600kg/m3、含水量3%6%、孔隙率为0.4的包括自然湿度的、饱和的和非饱和细砂土中，使用
25、TNT集中药包，药量0.2l000kg，封闭爆炸条件下实测的土中冲击波超压衰减规律为：Pm=k (6-41)式中 Pm冲击波超压，105Pa；n n k比例系数；n n 衰减系数。n n k和的实测值见表6-5。表表6-5 k 和和的实测值的实测值 砂土种类k饱和砂3=06001.05饱和砂3=510-44501.50饱和砂3=10-22502.00饱和砂3=410-2452.5非饱和砂(=16001700kg/m3)52.8非饱和砂(=12001600kg/m3)7.53.0非饱和砂(=14501500kg/m3)2.53.5注：3为土体中空气的相对体积；为密度，kg/m3。n n在上述土中
26、实测的土中压力波的冲量Im（105Pa s）表达式为：n n Im=k (6-41)n nK和的实测值见表6-6。表表6-6 K和和的实测值的实测值砂土种类砂土种类K饱和砂3=00.081.05饱和砂3=510-40.075 1.10饱和砂3=10-20.045 1.25饱和砂3=410-20.0351.4非饱和砂(=15201600kg/m3)0.0301.5n n现场实验和工程实践表明，在饱和土中总存在一些微小气泡，其体积可占土体的1%3%，饱和黏土仍具有一定压缩性，在饱和土体中爆炸后，从药包往外，仍出现明显的爆破空腔和强压缩区。另外，饱和黏土中爆炸后，土体中的水能通过淤泥表面以“泉涌”方
27、式，集中排水，达到动力排水固结效果。n n用爆炸的方法使淤泥软基快速排水固结就是在不均匀的介质中，通过爆炸载荷作用，使土体中产生超孔隙水压力，使土体中的水集中排出，降低含水量，提高承载力，达到加固软基的目的。6.9 影响爆破作用的因素影响爆破作用的因素n n影响爆破作用的因素很多，归纳起来主要有三方面，即炸药性能、岩石特性、爆破条件和爆破工艺。其中有些因素已在有关章节中论述过。6.9.1 炸药性能对爆破作用的影响炸药性能对爆破作用的影响n n6.9.1.1 炸药密度、爆热和爆速炸药密度、爆热和爆速n n图6-26示出了两种不同的粉状硝铵类炸药（曲线1和曲线2）在直径为100mm装药密度与爆速的
28、关系。n n6.9.1.2 爆轰压力爆轰压力n n6.9.1.3 爆炸压力爆炸压力n n图6-27表示孔内药包起爆后，炮孔内压力随时间变化曲线。n n爆炸压力的大小取决于炸药爆热、爆温和爆轰气体的体积。而爆炸压力作用的时间除与炸药本身的性能有关以外，还与爆破时炮泥的填塞质量有关。因此在工程爆破中除了针对岩石性能和爆破目的，选用性能相适应的炸药品种外，还应注意填塞质量。n n6.9.1.4 炸药能量利用率炸药能量利用率n n炸药爆炸时的能量分配包括：n n(1)克服岩体中的凝聚力使岩体粉碎和破裂；n n(2)克服岩体中的凝聚力和摩擦力使爆破范围内的岩石从母岩体中分离出来；n n(3)将破碎后岩块
29、推移和抛掷；n n(4)形成爆破地震波、空气冲击波、噪声和爆破飞石。n n造成岩石的过度粉碎，产生强烈的抛掷，形成强大爆破地震波、空气冲击波、噪声和爆破飞石均属无益消耗的爆炸功。因此，必须根据爆破工程的要求，采取有效措施来提高炸药爆炸能量的利用率。例如，根据岩石性质来合理选择炸药的品种，合理确定爆破参数，选择合理的装药结构和药包的起爆顺序，以及保证填塞质量等等，都可以提高炸药在岩体中爆炸时的能量利用率。6.9.2 岩石性质对爆破作用的影响岩石性质对爆破作用的影响n n岩石的基本性质决定了岩石的可钻性和可爆性，也影响爆破参数的选择。具体的爆破设计中，设计计算参数的选取与岩性有密切关系：n n(1
30、)炸药品种的选择；n n(2)岩石单位炸药耗药量的确定；n n(3)进行爆破漏斗及方量计算时的压缩圈系数、上破裂线系数、预留保护层厚度系数、药包间排距；n n(4)岩石的爆后松散系数，抛掷堆积计算的抛距系数和塌散系数；n n(5)爆破安全计算中的不逸出半径、地表破坏圈范围，以及爆破振动计算中有关系数等。n n各种土石爆破后松散系数见表6-7。表表6-7 各种土石爆破抛落后的松散系数各种土石爆破抛落后的松散系数岩石名称岩石名称松散系数松散系数岩石名称岩石名称松散系数松散系数砂土、砾石砂土、砾石1.11.21.11.2软泥岩石软泥岩石1.31.371.31.37腐殖土腐殖土1.21.31.21.3
31、黏质页岩、比较软的岩石黏质页岩、比较软的岩石1.351.451.351.45砂质黏土大块漂石砂质黏土大块漂石1.21.251.21.25中等硬度的岩石中等硬度的岩石1.41.61.41.6重壤土重壤土1.241.301.241.30硬的，及非常硬的岩石硬的，及非常硬的岩石1.451.81.451.8n n上述计算参数的选取，大多是根据大量试验和生产数据统计分析整理而得，带有一定的经验性。6.9.3 结构面对深孔爆破的影响结构面对深孔爆破的影响n n岩层的分布种类繁多，现选择四种有代表性的情况予以说明。n n6.9.3.1 炮孔沿岩层走向布置炮孔沿岩层走向布置n n图6-28相图6-29均为炮孔
32、沿岩层走向布置，但两者爆破效果截然不同。前者后冲较小，岩体位移也小，爆堆高，台阶底部阻力大；后者后冲较大，爆堆较低，除岩层、倾角小于设计台阶坡面角较多的情况以外，一般不易产生“根底”。n n6.9.3.2 炮孔与岩层走向斜交或垂直布置炮孔与岩层走向斜交或垂直布置n n炮孔与岩层走向斜交或垂直布置，如图6-30所示。沿台阶面的岩层多，且各岩层的力学性质差别较大，将产生不等的后冲和不规则的台阶坡面，爆破效果不佳。n n6.9.3.3 水平岩层时，炮孔与岩层面垂直布置水平岩层时，炮孔与岩层面垂直布置n n水平岩层与台阶坡面垂直布置，如图6-31所示。爆后可形成接近90的台阶坡面角，沿药包长度方向的抵
33、抗线相等，爆破块度比较均匀，且不易产生“根底”。爆破条件较理想。6.9.4 炸药波阻抗和岩石波阻抗的匹配炸药波阻抗和岩石波阻抗的匹配n n前已说明，岩石的波阻抗是指岩石的密度p与纵波在该岩石中的传播速度CP的乘积。它反映了应力波使岩石质点运动时，岩石阻止波能传播的作用。岩石波阻抗对爆破能量在岩石中的传播效率有直接影响。通常认为炸药的波阻抗与岩石的波阻抗相匹配时，炸药传递给岩石的能量最多，在岩石中引起的应变值就大，可获得较好的爆破效果。n n对于工程上常用的硝铵类炸药来说，其波阻抗一般为5105g/（cm2 s），而坚硬致密岩石的波阻抗为（1025）105g/（cm2 s），由此可见，普通硝铵类
34、炸药尚不能满意地符合爆破致密坚硬岩石的要求。因此，通过提高装药密度来提高炸药的波阻抗值，也是提高爆破效果的有效途径之一。表68为各种应选用的炸药的性能。表表6-8 各种岩石应选用炸药的性能各种岩石应选用炸药的性能岩石波阻抗岩石波阻抗/10/106 6kgmkgm-2-2s s-1-1坚固性系数坚固性系数f f炸药爆炸性质炸药爆炸性质爆轰压爆轰压/10/102 2MPaMPa爆速爆速/10/103 3msms-1-1密度密度/gcm/gcm-3 316201620142014202002006.36.31.21.41.21.4141614169149141651655.65.61.21.41.2
35、1.41014101459591251254.84.81.01.21.01.2810810353585854.04.01.01.21.01.24848131348483.03.01.01.21.01.224240.510.5120202.52.50.81.00.81.06.9.5 爆破条件、爆破工艺对爆破作用的影响爆破条件、爆破工艺对爆破作用的影响n n6.9.5.1 自由面的大小与方向的影响自由面的大小与方向的影响n n自由面的作用归纳起来有以下三点：n n(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，引起岩石的片落和径向裂隙的延伸。n n(2)改变岩石的应力状态
36、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10倍。n n(3)自由面是最小抵抗线方向，应力波抵达自由面后，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。n n自由面存在有利于岩石破碎。其中，自由面的大小和数目对爆破作用效果的影响更为明显。自由面小和自由面的个数少，爆破作用受到的夹制作用大，爆破困难，单位炸药消耗量增高。n n自由面的位置对爆破作用也产生影响。炮孔中的装药在自由面上的投影
37、面积愈大，愈有利于爆炸应力波的反射，对岩石的破坏愈有利。如果在一个自由面的条件下，垂直于自由面布置炮孔，那么在这种条件下炮孔中装药在自由面的投影面积极小，所以爆破破碎也很小，如图6-32(a)历示。如果炮孔与自由面成斜交布置，那么装药在自由面上的投影面积比较大，爆破破碎范围也比较大，如图6-32(b)所示。n n6.9.5.2 装药结构的影响装药结构的影响n n图6-33表示了空气间隔对p-t曲线的影响，n n6.9.5.3 填塞的影响填塞的影响n n图6-34表示在有填塞和无填塞的炮孔中，压力随时间变化的关系。n n6.9.5.4 起爆药包位置的影响起爆药包位置的影响n n根据起爆药包在炮孔
38、中安置的位置不同，有三种不同的起爆方式：一种是起爆药包装于孔底，雷管的聚能穴朝向孔口，叫做反向起爆；第二种是起爆药包装于靠近孔口的附近，雷管聚能穴朝向孔底，称为正向起爆；第三种是多点起爆，即在长药包中于孔口附近和孔底分别放置起爆药包。n n实践证明：反向起爆能提高炮孔利用率，减小岩石的块度，降低炸药消耗量和改善爆破作用的安全条件。反向起爆取得较好的效果的原因可以解释如下：n n（1）提高了爆炸应力波的作用。n n（2）增长了应力波的动压和爆轰气体静压的作用时间。如图6-35所示。n n(3)增大了孔底的爆破作用。n n我国目前深孔台阶爆破时，多采用多点起爆。每孔装两个起爆药包，分别置于距孔口和
39、孔底各1/3处，可以充分发挥爆炸能量利用率。6.11 精细爆破精细爆破n6.11.1 精细爆破的定义与内涵精细爆破的定义与内涵n n6.11.1.1 精细爆破的定义精细爆破的定义n n6.11.1.2 精细爆破的内涵精细爆破的内涵n n6.11.2 精细爆破的技术体系精细爆破的技术体系n n精细爆破技术体系包括：精细爆破的目标、精细爆破的关键技术、实现精细爆破技术支撑条件、综合评估体系和监理体系。n n6.11.2.1 精细爆破目标精细爆破目标n n6.11.2.2 精细爆破的关键技术精细爆破的关键技术n n6.11.2.3 实现精细爆破的技术支撑条件实现精细爆破的技术支撑条件n n实现精细爆
40、破的技术支撑条件包括：新技术、新工艺、新材料、新设备，即“四新”技术。n n6.11.2.4 精细爆破的综合评估和监理体系精细爆破的综合评估和监理体系n n精细爆破的综合评估较国家标准、规范的有关规定更加系统、详细和完善，即精细爆破要求的不仅是安全评估，而是范围更为广泛的综合评估。精细爆破综合评估指标及权重表列于表6-14。表表6-14 精细爆破评估指标与权重表精细爆破评估指标与权重表序号序号序号序号评估指标评估指标评估指标评估指标权重权重权重权重子专案指标子专案指标子专案指标子专案指标二级权重二级权重二级权重二级权重1 1爆破安全评估的基爆破安全评估的基础础0.10.1设计和施工单位的资质设
41、计和施工单位的资质0.030.03爆破工程技术人员资质等级和数量爆破工程技术人员资质等级和数量0.030.03持安全作业证的爆破员、安全员、持安全作业证的爆破员、安全员、保管员、押运员数量保管员、押运员数量0.020.02设计所依据数据的完整性和可靠性设计所依据数据的完整性和可靠性0.020.022 2定量化的爆破设计定量化的爆破设计0.20.2调查研究，掌握施爆的客观条件调查研究，掌握施爆的客观条件0.020.02优化爆破方案和爆破参数优化爆破方案和爆破参数0.020.02分散释放全部能量，实施延期爆破分散释放全部能量，实施延期爆破0.020.02定量化的爆破设计定量化的爆破设计0.040.
42、04序号序号评估指标评估指标权重权重子专案指标子专案指标二级权重二级权重3 3精心的爆破施工精心的爆破施工0.20.2设计人员到场率设计人员到场率0.0250.025检查验收，确保关键工序的施工质检查验收，确保关键工序的施工质量量0.0250.025防护措施防护措施0.0250.025施工机械数量，完好程度施工机械数量，完好程度0.0250.0254 4精细的爆破管理精细的爆破管理0.10.1爆破作业人员持证上岗爆破作业人员持证上岗0.030.03爆破器材的购买、运输、储存、使爆破器材的购买、运输、储存、使用、销毁的管理用、销毁的管理0.030.03建立本单位工程爆破质量保证体系建立本单位工程
43、爆破质量保证体系0.040.04序号序号评估指标评估指标权重权重子专案指标子专案指标二级权重二级权重5 5能源和资源的节约能源和资源的节约0.10.1炸药的品种炸药的品种0.010.01炸药数量炸药数量0.020.02单位炸药消耗量单位炸药消耗量/kg m/kg m-3-30.020.02起爆器材的品种起爆器材的品种0.010.01雷管单耗雷管单耗/个个 m m-3-30.010.01成本估算成本估算0.030.036 6爆破有害效应的爆破有害效应的预防和减弱预防和减弱0.20.2爆破振动爆破振动0.040.04爆破冲击波爆破冲击波0.030.03爆破个别飞散物爆破个别飞散物0.030.037
44、 7减少对自然环境的减少对自然环境的影响，与周围自然影响，与周围自然环境相融合环境相融合0.10.1爆破有害气体爆破有害气体0.030.03爆破噪声爆破噪声0.030.03爆尘爆尘0.020.02对水中生物的影响对水中生物的影响0.020.02精细爆破监理是全过程的监理。归纳一下，精细爆破技术体系：归纳一下，精细爆破技术体系：n n1.目标：n n（1）安全可靠 n n（2）控制有害效应n n（3）减少环境污染n n2.技术支撑条件：n n（1）基础理论计算机技术n n（2）爆破器材的发展n n（3）GPS系统的应用n n（4）施工机械化和自动化n n3.关键技术：n n（1）定量化的爆破技术n n（2）精心的爆破施工n n（3）精细化的爆破管理n n4.综合评估体系：n n（1）评估的原则和内容n n（2）评估指标n n（3）评估方法n n5.监理体系：n n（1）监理的定位n n（2）监理的阶段范围n n（3）监理性质n n（4）监理的基本特点u题库中的相关试题题库中的相关试题