爆破理论与技术-讲义-061124

ii 按用途分类


1)起爆药 如雷汞(Mercury fulminate (Hg(CNO)2))和氮化铅 (lead nitride (Pb(N3)2)等，敏感度高，威力不一定很大， 一般用于起爆其它炸药 2)猛炸药 感度较低，威力较大。 3)发射药 如黑火药，火焰感度高，多用于鞭炮。
Q f (n) KW
3
f (n) 0.4 0.6n
3
单孔爆破在有机玻璃中产生的应力波
图14 成组炮孔同时起爆孔间应力波叠加现象
图15 同时起爆孔间应力波叠加分析
6 露天台阶炮孔爆破
6.1 露天台阶炮孔爆破工艺特征
6.2 台阶炮孔微差爆破

初始自由面 瞬时自由面 破碎 抛掷 爆破震动
太钢强化班－－
爆破理论与技术
北京科技大学土木与环境工程学院 2006年 10月
1 绪论


改革开放20多年来，我国的经济建设迅猛发展，为工程爆破技术 的发展和应用提供了广阔的舞台，同时也对工程爆破技术以及爆 破科技人员提出了新的要求。 所谓工程爆破，就是安全高效的利用炸药爆炸产生的能量，使岩 石或其它固体介质产生一定的破坏和运动。 工程爆破的基本特点：工艺、科学、经验的结合。 工程爆破的系统概念：工程爆破是一个物理和力学作用的过程， 过程中影响因素复杂。在具体爆破工程中，存在不少非确知因素。 工程爆破技术在交通土建及矿业工程中的地位、作用及其发展。 课程基本内容：…… 炸药的性质和性能； 待爆介质的性质和特征； 爆破工艺与技术。
2.5 炸药的性能指标



密度 爆速 殉爆距离 猛度 爆力 爆热 爆压 抗水性 流散性能
2.6 炸药产品的选用与检验
• 2.6.1 安全


敏感度 有毒气体
2.6.2 质量与性能指标





炸药成分，物理状态 氧平衡状态 储存的时间与储存条件 起爆感度 抗水性 威力（密度、爆速、爆热、含水量等） 衡量炸药威力的标准（或方法）：指标，经验 阻抗匹配 ρ 炸药D炸药 = ρ 岩石C岩石 (10)
26
600
0.8232
1.42
最难
Q型聚类分析样本矩阵：


x11
x12
…
x1n (11)
x21 X= ┋ xm1
x22 ┋ xm2
… x2n ┋ ┋ … xmn
正规（归一）化（0～1）处理：
xij
xij xi min xi max xi min

假设用 λ 1、λ 2、λ 3、λ 4 分别表示岩体岩石容重、抗 拉强度、动载冲击强度以及岩体的岩体完整性系数四 个指标中第 i 个指标的权重，则待评判岩体样本 j 的距 离系数Dij可表示为：
dc≤d≤dm



理想爆轰 稳定传爆
稳定传爆的必要条件：


D起≥D稳
T反应≤t扩散

不稳定传爆

Dm
Dc
图3 药径d与爆速D的关系
一些炸药的临界直径：

炸药 dc(mm)
2#AN-TNT PETN 15 1.0~1.5
TNT 6
硝酸铵 100
2.3.2.2
侧向扩散


• 4.6.1 聚类分析方法基本原理 • 4.6.2 岩体可爆性分级—加权聚类分析方法
表5 岩体可爆性分级判据指标

可爆性 岩石容重 等级 γ (t/m3) 1 2 3 4 5 6 2.5 2.6 2.75 2.9 3.16 3.3
抗拉强度 σ t(Mpa) 6.6 10 13 17 20 23
– 2.3.2.1 – 2.3.2.2 – 2.3.2.3 爆轰波波阵面结构 侧向扩散 爆速测量
2.3.1 炸药的起爆与敏感度



起爆: 炸药在外界能量作用下开始迅速化学反应的过程 外能: 热能 机械能（撞击和/或摩擦） 冲击波，如相邻炸药爆炸产生的爆炸冲击波 敏感度：外能形式一定时，起爆炸药所需外界能量的 最小值。
W---抵抗线 R---漏斗破裂半径 r---漏斗底圆半径 θ---漏斗张开角 h---漏斗可见深度
n
r W
图13 集中药包条件下爆破漏斗的基本形式
(a)---Standard cratering (b)---Reinforced cratering (c)---Alleviated cratering (d)---Loosening
iii 按威力大小分类

高威力炸药 (HE)，爆速大于其声速，密度较大，爆压
(3.4×103 ～ 2.7×105 Atm)较高，威力较大，且具有8 ＃雷管感度

低威力炸药 (LE)或爆破剂，爆速小于其声速，如铵油
炸药（ANFO）
2.1.4炸药化学反应的基本形式



热分解 燃烧 爆燃 爆轰

应力，应变、位移及其速度和动能
机理研究现状的特征：模糊，不确知

5.1 内部作用


1---粉碎性破坏区（压碎区） 2---弹性破坏区（径向裂纹、环向裂纹） 3---弹性震动区

1---粉碎性破坏区 2---弹性破坏区 3---药包


4---径向裂纹
5---切向裂纹
图7 药包近区岩石的破坏形式
模糊不确知51内部作用药包近区岩石的破坏形式52自由面的作用和爆破漏斗应力波垂直入射不连续面时的透射和反射图10爆轰气体与岩体不连续面的相互作用图12爆破漏斗几何参数w抵抗线r漏斗破裂半径r漏斗底圆半径漏斗张开角h漏斗可见深度图13集中药包条件下爆破漏斗的基本形式astandardcrateringbreinforcedcrateringcalleviatedcrateringdloosening单孔爆破在有机玻璃中产生的应力波图14成组炮孔同时起爆孔间应力波叠加现象图15同时起爆孔间应力波叠加分析61露天台阶炮孔爆破工艺特征62台阶炮孔微差爆破爆破震动63技术参数爆破效果及其评估爆堆松散度块度爆堆形状64炮孔平面布置型式65炮孔起爆方式图19台阶炮孔爆破排间微差起爆图20台阶炮孔爆破v型排间微差起爆图21台阶炮孔爆破逐孔微差起爆注
2.1.3 炸药及其分类

成分特点：氧化剂，还原剂


化学特性：不稳定物质体系。 在和外界能量相互作用 之前处于暂时的相对稳定状态。 一定形式和一定大小的外界能量可用于克服炸药的这 种相对稳定状态，从而引爆炸药。
i 按化学成分分类


---单质炸药，如TNT ---混合炸药，如ANFO和乳化炸药
延期时间（ms） 9 17 25 42 65 100
4 爆破工程地质与岩石可爆性分级

可爆性，爆破性

爆破分级，爆破工艺与参数，效果
岩石（岩体）属性：

岩石的基本物理力学性质：
密度或容重，强度，波速等

岩体的结构特征：
原生结构面，次生结构面，包括断层

图4 台阶爆破条件下岩体中的地质结构面
2.2常用工业炸药的基本构成与物化状态



构 成：氧化剂、还原剂，添加剂 物化状态：固态（熔铸块状，粉状，粒状） 粘稠脂膏状（水胶炸药，乳化炸药） 液态 储存时间与条件及其对炸药物化状态和爆炸性能的 影响。
2.3 爆炸冲击波的产生与传播
• 2.3.1 炸药的起爆与敏感度 • 2.3.2 爆轰波的传播
图4 装药直径对测向扩散的影响
a) 不稳定爆轰 b) 非理想爆轰 c) 理想爆轰
2.3.2.3爆速测量(导爆索法、爆速仪法)
2.4 炸药的氧平衡及其意义

氧化剂＋还原剂 H2O, CO2，以及可能的N2，NO, CO, NH2, CH4, 等等

CaHbOcNd
O.B.=16[c-(2a+b/2)]/M O.B.= ∑((O.B.)i×ki) (8) (9)





岩石＋炸药

结果
2 炸药及其爆炸性能



2.1 爆炸和炸药概念
2.1.1 爆炸现象
物理爆炸
化学爆炸 核爆炸
2.1.2 化学爆炸基本特征
i) 放热 – Ag2 C2O4 2Ag+2CO2＋123.3 kJ/mol – (NH4)C2O4 2NH3+H2O+CO+CO2－263.3 kJ/mol – ii) 高速 –功率: 5个 150g 2# 铵梯炸药药卷的功率约为1.4X107 kW, 大 – 致相当于一个大型水电站的功率 –能量: 煤 40,000kj/kg, 一般民用炸药 2900～6300kj/kg – iii) 气体产物 – 炸药爆炸对外界做功的媒介，炸药爆炸在气体产物膨胀 过程中对外界做机械功： – ZnC2O4=Zn+2CO2-205.00kJ/mol – CuC2O4=Cu+2CO2+23.86kJ/mol – Ag2C2O4=2Ag+2CO2+123.3kJ/mol
图20 台阶炮孔爆破V型排间微差起爆
图21 台阶炮孔爆破逐孔微差起爆
注：图中294等红色数字表示起爆延期时间
4.3 爆破漏斗法

药包药量、药包埋深、最小抵抗线等条件参数一定， 根据爆破漏斗的几何参数（特别是爆破漏斗体积）相 对确定岩石（岩体）的可爆性等级
4.4 基于经验的感性判断法

非定量 简便 实用性取决于个人经验的丰富程度和认识的准 确程度
4.5 基于多指标的分级方法
4.6 基于加权聚类分析方法的 岩石可爆性分级
Dij 1 x1i x1 j 2 x 2i x 2 j 4 x 4i x 4 j
2 2





2 1/ 2

且权重系数满足i=1。
5 岩石(体)爆破破碎机理



炸药能量转换的过程、形式与作用： ―――爆炸冲击波、应力波 ―――爆轰气体膨胀准静压力 ―――3D空间，时间 ―――岩体的不连续非均质特性
炸药威力的衡量方法：

爆力（实验室铅壶法，爆破漏斗法） 猛度（铅铸法） 理论计算方法（密度、爆速 、爆热、含水量）
2.6.3 价格

3

起爆器材与起爆方法
起爆方法选择与设计原则：安全、可靠、经济、简便。 器材的意义。 学生自学常规内容。



逐孔微差爆破使用的高精度毫秒雷管。
奥瑞凯非电塑料导爆管雷管：
• 表2 段别与延期时间



孔内延期雷管 地表延期雷管 雷管段别 延期时间（ms）雷管段别 MS 1 25 CD 9 MS 2 50 CD 17 MS 3 75 CD 25 MS 4 100 CD 42 MS 5 125 CD 65 MS 6 150 CD 100 MS 7 175 MS 8 200 MS 8.5 225 MS 9 250 MS 9.5 275 MS 10 300 MS 10.5 325 MS 11 350 MS 11.5 375 MS 12 400 MS 12.5 425 MS 13 450 MS 13.5 475 MS 14 500
图1 爆炸冲能与起爆质量
•
2.3.2 爆轰波的传播

2.3.2.1爆轰波波阵面结构
图 2
柱状装药中爆轰波波阵面结构
C-J面


反应产物
侧向扩散影响区 有效反应区 受压区
炸药
图2΄ 柱状装药炸药爆轰反应状态图示


C-J面：化学反应区前端边界面
爆轰压力Pd 爆速，即爆轰波传播速度，取决于成份， 粒度，密度，约束条件，装药直径，起 爆能与起爆能种类等 临界直径dc，最大直径dm


实际氧平衡状态的影响因素：



理论氧平衡状态 内部物化结构 起爆质量（起爆能大小） 约束条件
氧平衡状态的影响及其意义：
―有毒气体生成量 －能效


课下作业：



已知一种炸药的质量组成为： 硝酸铵NH4NO3, 79%; 水H2O , 15%; 蜡 C18H38,3.6%; 乳化剂 C24H44O6，2.4%。 求其O.B.
4.1 普氏系数法

f=[]/100
4.2 按波阻抗分级方法

表4 按波阻抗岩石分级表 等 级 1 2 3 4 5 6 波阻抗，g﹒cm-3﹒m﹒s-1 16~20 14~16 10~14 8~10 4~8 2~4 普氏系数f 14~20 9~14 5~9 3~5 1~3 0.5~1.0
动载强度 完整性系数 可爆性指数 （Mpa） η ξ rm 160 200 260 310 400 500 0.0494 0.2555 0.3654 0.5122 0.6021 0.7122 0.73 0.90 0.95 1.00 1.15 1.30
可爆性描述
最易 易 较易 中等 较难 难

7
3.45
5.2 自由面的作用和爆破漏斗
应力波垂直入射不连续面时的透射和反射

σ
r
σ
t


σ
i
ρ 1C1 A
ρ 2C2

透射波应力：
2 C2 1C1 t i 2 C2 1C
图 9 反射应力波与岩体不连续面的相互作用

图10 爆轰气体与岩体不连续面的相互作用
图 12 爆破漏斗几何参数


6.3 技术参数





孔距，排距（眼边距/抵抗线） 孔深及超深 炮孔装药量，装药结构 起爆位置 孔口填塞长度与填塞材料 起爆方式 微差时间及其精度 爆破效果及其评估（爆堆松散度、块度、爆堆形状）
6.4 炮孔平面布置型式
6.5 炮孔起爆方式

图19 台阶炮孔爆破排间微差起爆