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1、第一节第一节 破岩原理破岩原理一）爆轰气体压力作用学说一）爆轰气体压力作用学说 这种学说从静力学观点出发，认为岩石的破碎主这种学说从静力学观点出发，认为岩石的破碎主要是由于爆轰气体（要是由于爆轰气体（explosion gasexplosion gas）的膨胀压力引）的膨胀压力引起的。起的。药包爆炸产生大量的药包爆炸产生大量的高高温高压气体温高压气体，这些爆炸气体，这些爆炸气体产物迅速膨胀并以极高的产物迅速膨胀并以极高的压压力作用于力作用于药包周围的药包周围的岩壁岩壁上，上，形成压应力场。当岩石的抗形成压应力场。当岩石的抗拉强度低于压应力在切向衍拉强度低于压应力在切向衍生的拉应力时，将产生径向
2、生的拉应力时，将产生径向裂隙裂隙。一一.爆破作用学说爆破作用学说二）应力波作用学说二）应力波作用学说 这种学说以爆炸动力学为基础，认为应力波是引这种学说以爆炸动力学为基础，认为应力波是引起岩石破碎的主要原因。起岩石破碎的主要原因。其其基本观点如下：基本观点如下：爆轰波冲击和压缩药包周围的岩壁，在岩壁中激爆轰波冲击和压缩药包周围的岩壁，在岩壁中激发形成冲击波并衰减为应力波。发形成冲击波并衰减为应力波。此应此应力波在周围岩体内形成力波在周围岩体内形成 裂隙裂隙的同时向前传播，的同时向前传播，当应当应力波传到自由面时，力波传到自由面时，产生反产生反射拉应力波。射拉应力波。应力波单独作用应力波单独作用
3、该如何研究呢该如何研究呢三）应力波和爆轰气体压力共同作用学说三）应力波和爆轰气体压力共同作用学说 这种学说认为，岩石的破坏是应力波和爆轰气体这种学说认为，岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同作用的结果。其基本观点如下：共同作用的结果。其基本观点如下：爆轰波爆轰波波阵面的波阵面的压力和传播速度压力和传播速度大大大大高于爆轰高于爆轰气体产物的压力和传播速度气体产物的压力和传播速度。爆轰波爆轰波首先首先作用于作用于药药包周围的包周围的岩壁岩壁上，在岩石中激发形成冲击波并很快上，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衰减为应力波。冲击波在药包附近的岩石中产生“压碎压碎”现象
4、，应力波在压碎区域之外产生径向裂隙。现象，应力波在压碎区域之外产生径向裂隙。随后，随后，爆轰气体产物爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎的岩继续压缩被冲击波压碎的岩石，爆轰气体石，爆轰气体“楔入楔入”在应力波作用下产生的在应力波作用下产生的裂隙裂隙中，中，使之继续向前延伸和进一步张开。当爆轰气体的压力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。足够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动。对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆轰气对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆轰气体的作用程度是不同的。体的作用程度是不同的。在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装
5、药不在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合系数较小的条件下，应力波的破坏作用是主要偶合系数较小的条件下，应力波的破坏作用是主要的；的；在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条件下，爆轰气体的破坏作用是主要的。大的条件下，爆轰气体的破坏作用是主要的。一）单个药包的爆破作用一）单个药包的爆破作用自由面和最小抵抗线自由面和最小抵抗线如果将一个球形或立方体形炸药包如果将一个球形或立方体形炸药包(爆破上称之为集中爆破上称之为集中药包药包)埋入岩石中，岩石与空气接触的表面称为埋入岩石中，岩石与空气接触的表面称为自由面自由面。最小抵抗线最小抵抗线:药包中心
6、到自由面的垂直距离药包中心到自由面的垂直距离W W。二二.爆破作用爆破作用 当药包在岩体中的埋置深度很大，爆破作用达不到自当药包在岩体中的埋置深度很大，爆破作用达不到自由面时，这种情况下的爆破作用叫作爆破的由面时，这种情况下的爆破作用叫作爆破的内部作用内部作用。当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察到当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。这种情自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。这种情况下的爆破作用叫作爆破的况下的爆破作用叫作爆破的外部作用外部作用，其特点是在自，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，称为由面上形成了一个倒圆锥形爆坑
7、，称为爆破漏斗爆破漏斗。爆破的爆破的内部作用内部作用爆破的爆破的外部作用外部作用粉碎区粉碎区 （压缩区）压缩区）破裂区破裂区震动区震动区根据岩石的破坏特征，受爆炸影响的岩石可分为根据岩石的破坏特征，受爆炸影响的岩石可分为三个区域：三个区域：爆破漏斗爆破漏斗（一（一 ）爆破漏斗的几何要素）爆破漏斗的几何要素 自由面自由面(临空面临空面)是指被爆破的介质与空气接触的面。是指被爆破的介质与空气接触的面。最小抵抗线是指药包中心距自由面的最短距离。爆最小抵抗线是指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破坏，它是爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的破作用
8、和岩石抛掷的主导方向主导方向。l爆破漏斗半径是指形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。爆破漏斗半径是指形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。常用常用r r表示爆破漏斗半径。表示爆破漏斗半径。l爆破漏斗破裂半径爆破漏斗破裂半径(破裂半径破裂半径)是指从药包中心到爆是指从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。破漏斗底圆圆周上任一点的距离。R R表示爆破漏斗破表示爆破漏斗破裂半径。裂半径。l爆破漏斗深度：爆破漏斗顶点至自由面的最短距离爆破漏斗深度：爆破漏斗顶点至自由面的最短距离叫爆破漏斗深度。叫爆破漏斗深度。H H表示爆破漏斗深度。表示爆破漏斗深度。爆破漏斗的几何要素最小抵抗线最小抵抗线爆破漏斗半径爆破漏斗半径
9、爆破漏斗深度爆破漏斗深度爆破漏斗爆破漏斗可见深度可见深度爆破漏斗爆破漏斗张开角张开角爆破漏斗爆破漏斗破裂半径破裂半径自由面自由面爆破漏斗可见深度：爆破漏斗中碴堆表面最低点到自爆破漏斗可见深度：爆破漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离叫爆破漏斗可见深度。由面的最短距离叫爆破漏斗可见深度。爆破漏斗张开角：即爆破漏斗的顶角爆破漏斗张开角：即爆破漏斗的顶角。（二）爆破作用指数。爆破漏斗底圆半径与最小抵抗线（二）爆破作用指数。爆破漏斗底圆半径与最小抵抗线的比值称为的比值称为爆破作用指数爆破作用指数，用，用n n表示，即：表示，即：爆破作用指数爆破作用指数n n在工程爆破中是一个极重要的参数。在工程爆破
10、中是一个极重要的参数。爆破作用指数爆破作用指数n n值的变化，直接影响到爆破漏斗的大小、值的变化，直接影响到爆破漏斗的大小、岩石的破碎程度和抛掷效果。岩石的破碎程度和抛掷效果。衡量爆破作用的效果：衡量爆破作用的效果：当当n=1n=1时，形成标准抛掷漏斗（时，形成标准抛掷漏斗（c c）；）；1n31n3时，形成加强抛掷漏斗（时，形成加强抛掷漏斗（d d）；）；0.75n10.75n1时，形成减弱抛掷漏斗（时，形成减弱抛掷漏斗（b b）；）；n=0.75n=0.75时，岩石只形成松动而不形时，岩石只形成松动而不形成抛掷，叫做松动漏斗（成抛掷，叫做松动漏斗（a a）；）；n0.75n0.75时，爆破
11、漏斗不能形成。时，爆破漏斗不能形成。二）多个药包的爆破作用二）多个药包的爆破作用三、微差爆破三、微差爆破 利用毫秒雷管或其他设备控制放炮的顺序，使每利用毫秒雷管或其他设备控制放炮的顺序，使每段之间只有几十毫秒的间隔，叫做毫秒爆破或微差爆段之间只有几十毫秒的间隔，叫做毫秒爆破或微差爆破。破。实践证明，毫秒爆破具有爆破岩石块度小而均匀，实践证明，毫秒爆破具有爆破岩石块度小而均匀，炮眼利用率高，岩帮震动小、巷道规格好等特点。炮眼利用率高，岩帮震动小、巷道规格好等特点。几种假说：几种假说：应力波干涉假说应力波干涉假说 若相邻两装药间隔若干毫秒爆若相邻两装药间隔若干毫秒爆炸，先起爆的装药在岩体内形成的应
12、力场尚未消失，炸，先起爆的装药在岩体内形成的应力场尚未消失，而后起爆装药又立即起爆，使两者产生的应力波相互而后起爆装药又立即起爆，使两者产生的应力波相互叠加，从而加强破碎效果。叠加，从而加强破碎效果。自由面假说自由面假说 先起爆的装药在岩体内已已造成某先起爆的装药在岩体内已已造成某种程度的破坏，形成一个新的爆破漏斗，有一定宽度种程度的破坏，形成一个新的爆破漏斗，有一定宽度的裂隙和附加自由面，对后起爆的装药将是一个有利的裂隙和附加自由面，对后起爆的装药将是一个有利的条件，相当于新增加自由面并处于应力状态作用下。的条件，相当于新增加自由面并处于应力状态作用下。瓦斯矿井爆破，雷管的总延期时间应在瓦斯
13、矿井爆破，雷管的总延期时间应在130ms内，内，防止瓦斯在先爆炮眼爆炸后达到防止瓦斯在先爆炮眼爆炸后达到1%，预热，在后期，预热，在后期炸药爆炸后引爆瓦斯。炸药爆炸后引爆瓦斯。残余应力假说残余应力假说 先期爆炸的应力波在炮孔周围先期爆炸的应力波在炮孔周围的岩体内形成动态应力场，并产生径向裂隙向外扩的岩体内形成动态应力场，并产生径向裂隙向外扩展，其后，高温高压的爆生气体渗入裂隙，在较长展，其后，高温高压的爆生气体渗入裂隙，在较长的时间内使岩体处于准静应力状态，使裂隙进一步的时间内使岩体处于准静应力状态，使裂隙进一步扩展。后期装药若在此刻爆炸，就可利用岩体内已扩展。后期装药若在此刻爆炸，就可利用岩
14、体内已经形成的残余应力来改善岩石的破碎质量。经形成的残余应力来改善岩石的破碎质量。岩块碰撞假说岩块碰撞假说 先后相继爆破下的岩块在运动先后相继爆破下的岩块在运动过程中发生相互碰撞，利用动能使其再次发生破碎，过程中发生相互碰撞，利用动能使其再次发生破碎，导致运动速度降低，抛掷距离减小，爆堆减小。导致运动速度降低，抛掷距离减小，爆堆减小。四、光面爆破四、光面爆破 光面爆破实质光面爆破实质，是在井巷掘进断面的轮廓线上，布置，是在井巷掘进断面的轮廓线上，布置间距较小、相互平行炮眼，间距较小、相互平行炮眼，控制控制每个炮眼每个炮眼装药量装药量，选，选用低密度低爆速的炸药，采用用低密度低爆速的炸药，采用不
15、耦合装药不耦合装药同时起爆，同时起爆，使爆炸作用刚好使爆炸作用刚好产生产生炮眼连线上的炮眼连线上的贯穿裂隙贯穿裂隙，并沿各，并沿各炮眼的连线炮眼的连线井巷轮廓线，将岩石崩落下来。井巷轮廓线，将岩石崩落下来。光面爆破机理光面爆破机理 光爆炮眼同时起爆，在各炮眼的眼壁上产生细微光爆炮眼同时起爆，在各炮眼的眼壁上产生细微的径向裂隙，由于起爆器材的起爆时间误差，各炮眼的径向裂隙，由于起爆器材的起爆时间误差，各炮眼不可能在同一时刻爆炸，先爆炮眼的径向裂隙，由于不可能在同一时刻爆炸，先爆炮眼的径向裂隙，由于相邻后爆炮眼所起的导向作用，结果沿相邻两炮眼的相邻后爆炮眼所起的导向作用，结果沿相邻两炮眼的连心线的那条裂隙得到优先发展，并在爆生气体的作连心线的那条裂隙得到优先发展，并在爆生气体的作用下扩展，形成贯穿裂缝。贯穿裂缝形成后，周围岩用下扩展，形成贯穿裂缝。贯穿裂缝形成后，周围岩体内的应力因释放而下降，从而能够抑制其他方向上体内的应力因释放而下降，从而能够抑制其他方向上有裂隙发展，同时又隔断了从自由面反射的应力波向有裂隙发展，同时又隔断了从自由面反射的应力波向围岩传播，因而爆破形成的壁面平整。围岩传播，因而爆破形成的壁面平整。光面爆破机理光面爆破机理预留光爆层施工法预留光爆层施工法全断面一次掘进全断面一次掘进