5爆破破岩机理讲解PPT课件
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第二章岩石的破碎理论PPT课件
24
二、液压凿岩机
液压凿岩机是一种以液压为动力的新型凿岩机。由于油压比压气压力大得多，通 常都在10 MPa以上，并有粘滞性、几乎不能被压缩也不能膨胀做功，以及油可以循环 使用等特点，因而使液压凿岩机的构造与压气凿岩机的基本部分既相似又有许多不同 之处。液压凿岩机也是由油缸冲击机构、转钎机构和排粉系统所组成。
26
（一）钎头
钎头形状
钎头结构参数
1、刃角；2、隙角；3、钎刃、 4、钎头直径；5、排粉沟。
钎头材料
原来用40号、45号钢，现凿岩机钎头通常使用的硬质合金牌号（牌号表示 硬质合金的成分和性能）为YG8C，YG10C、YG11C、YGl5X。Y表示硬质合金 ，G表示钴，其后数字表示含钻的百分数，C表示粗晶粒合金，X表示细晶粒 合金。
钎尾是承受和传递能量的部位。其长度和断面尺寸应与配套的凿岩 机转动套相适应。气腿式凿岩机钎尾长108mm。 钎肩形状有两种 ，六角形钎杆用环形钎肩，圆钎杆用耳形钎肩，。向上式凿岩机用 的钎子没有钎肩，因机头内有限定钎尾长度的砧柱。
28
四、电钻钻具
煤电钻的钻具如图由钻头1和麻花钻杆4组成。钻杆前部的方槽2和 尾孔3，是用来插入钻头的，钻头插入后，从尾孔3上的小圆孔中插入销 钉固定钻头。麻花钻杆尾部5车成圆柱形，用以插入电钻的套筒内。套筒 前端有两条斜槽，可以卡紧在麻花螺纹上．以传送回转力矩。
爆炸的分类：
▪ 物理爆炸（不发生化学变化 ） ▪ 核爆炸 （核裂变或核聚变 ） ▪ 化学爆炸（有新的物质生成 ）
2
炸药爆炸的三要素
1
2
3
反应的放热性
反应过程的高速度
反应中生成大量气 体产物
炸药爆炸必须的能 源
爆炸反应区别一般 化学反应的重要标 志
二、液压凿岩机
液压凿岩机是一种以液压为动力的新型凿岩机。由于油压比压气压力大得多，通 常都在10 MPa以上，并有粘滞性、几乎不能被压缩也不能膨胀做功，以及油可以循环 使用等特点，因而使液压凿岩机的构造与压气凿岩机的基本部分既相似又有许多不同 之处。液压凿岩机也是由油缸冲击机构、转钎机构和排粉系统所组成。
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（一）钎头
钎头形状
钎头结构参数
1、刃角；2、隙角；3、钎刃、 4、钎头直径；5、排粉沟。
钎头材料
原来用40号、45号钢，现凿岩机钎头通常使用的硬质合金牌号（牌号表示 硬质合金的成分和性能）为YG8C，YG10C、YG11C、YGl5X。Y表示硬质合金 ，G表示钴，其后数字表示含钻的百分数，C表示粗晶粒合金，X表示细晶粒 合金。
钎尾是承受和传递能量的部位。其长度和断面尺寸应与配套的凿岩 机转动套相适应。气腿式凿岩机钎尾长108mm。 钎肩形状有两种 ，六角形钎杆用环形钎肩，圆钎杆用耳形钎肩，。向上式凿岩机用 的钎子没有钎肩，因机头内有限定钎尾长度的砧柱。
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四、电钻钻具
煤电钻的钻具如图由钻头1和麻花钻杆4组成。钻杆前部的方槽2和 尾孔3，是用来插入钻头的，钻头插入后，从尾孔3上的小圆孔中插入销 钉固定钻头。麻花钻杆尾部5车成圆柱形，用以插入电钻的套筒内。套筒 前端有两条斜槽，可以卡紧在麻花螺纹上．以传送回转力矩。
爆炸的分类：
▪ 物理爆炸（不发生化学变化 ） ▪ 核爆炸 （核裂变或核聚变 ） ▪ 化学爆炸（有新的物质生成 ）
2
炸药爆炸的三要素
1
2
3
反应的放热性
反应过程的高速度
反应中生成大量气 体产物
炸药爆炸必须的能 源
爆炸反应区别一般 化学反应的重要标 志
第5章简单版 凿岩爆破PPT课件
腿连接轴； 10—自动注
油器； 11—气腿
导轨式凿岩机： 由轨架（或台车） 支撑凿岩机，并 配有自动推进装 置，其质量比较 大，一般在35 kg 以上，属于大功 率凿岩机，能钻 凿孔径45mm以上， 孔深在15m左右的 中深孔。
右图所示为导轨 式凿岩机与凿岩 支架安装示意图， 安装在导轨上的 凿岩机可在不同 位置钻凿不同仰、 俯角的中深孔。
风动凿岩机分类：
按其安设与推 按配气装置 按活塞冲
进方式
的特点
击频率
手持式
低频（冲
击频率在
风
气腿式
有阀(活阀、 2000 控制阀)式 次·min-1以
动下）凿 岩向上式 Nhomakorabea中频
机
（2000～
导轨式
2500
潜孔式
无阀式
次·min-1） 高频（超
牙轮式
过2500 次·min-1）
按回转结 构
内回转式
外回转式
死
活
头
头
钎
钎
子
子
一字型钎头 十字型钎头 柱齿型钎头
钎头直接破碎岩石，其形状和材质对凿岩速度影 响很大。通常，钎头体用优质碳素工具钢、合金 钢制作，刃部镶焊片状或柱状硬质合金，以提高 使用寿命。
（2）中深孔凿岩
中深孔是指孔径为45~50mm以上、孔深15m 左右的炮孔。在地下开采中，为避免在井下开凿 较大的凿岩硐室，满足换钎的需要，在有些采矿 方法（如无底柱分段崩落法等）中，多采用接杆 式凿岩法，即使用数根钎杆，随着凿岩加深，不 断接长，直到达到设计的钻孔深度。
接杆式凿岩所用的钻头、钎杆、钎尾等都分 开制作。每根钎杆长1.0m左右，两端车有内螺纹 或外螺纹，用作接杆连接。
油器； 11—气腿
导轨式凿岩机： 由轨架（或台车） 支撑凿岩机，并 配有自动推进装 置，其质量比较 大，一般在35 kg 以上，属于大功 率凿岩机，能钻 凿孔径45mm以上， 孔深在15m左右的 中深孔。
右图所示为导轨 式凿岩机与凿岩 支架安装示意图， 安装在导轨上的 凿岩机可在不同 位置钻凿不同仰、 俯角的中深孔。
风动凿岩机分类：
按其安设与推 按配气装置 按活塞冲
进方式
的特点
击频率
手持式
低频（冲
击频率在
风
气腿式
有阀(活阀、 2000 控制阀)式 次·min-1以
动下）凿 岩向上式 Nhomakorabea中频
机
（2000～
导轨式
2500
潜孔式
无阀式
次·min-1） 高频（超
牙轮式
过2500 次·min-1）
按回转结 构
内回转式
外回转式
死
活
头
头
钎
钎
子
子
一字型钎头 十字型钎头 柱齿型钎头
钎头直接破碎岩石，其形状和材质对凿岩速度影 响很大。通常，钎头体用优质碳素工具钢、合金 钢制作，刃部镶焊片状或柱状硬质合金，以提高 使用寿命。
（2）中深孔凿岩
中深孔是指孔径为45~50mm以上、孔深15m 左右的炮孔。在地下开采中，为避免在井下开凿 较大的凿岩硐室，满足换钎的需要，在有些采矿 方法（如无底柱分段崩落法等）中，多采用接杆 式凿岩法，即使用数根钎杆，随着凿岩加深，不 断接长，直到达到设计的钻孔深度。
接杆式凿岩所用的钻头、钎杆、钎尾等都分 开制作。每根钎杆长1.0m左右，两端车有内螺纹 或外螺纹，用作接杆连接。
5爆破破岩机理
爆破漏斗又叫加强松动爆破漏斗。 ④松动爆破漏斗。如图5-5(d)所示，当0＜n＜0.75时，爆 破漏斗为松动爆破漏斗，这时爆破漏斗内的岩石只产生破裂、 破碎而没有向外抛掷的现象。从外表看，没有明显的可见漏斗 出现。
r
W W
r
θ
45
°
45
θ
°
(a)
(b)
r
r
W
θ
W
θ
(c)
图5-5 爆破漏斗分类
(d)
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。 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。
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的； 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。
研究成果还不很完善，但它们基本上反映了岩石爆破作用
中的某些客观规律，对爆破实践具有一定的指导意义和应 用价值。
5.1 岩石爆破破碎原因的几种学说
(1)爆轰气体压力作用学说（explosion gas failure
theory）
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（explosion gas）的膨胀压力引起的。这种学说
` `
θ θ θ θ
`
`
区贯通的径向裂隙(crack)。
σr
`
θ θ
σ
σ (a)
σr (b)
`
随着径向裂隙的形成,作用在岩石上的压力
迅速下降,药室周围岩石随即释放出在压缩过程
θ θ θ
σr
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45
°
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(a)
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(c)
图5-5 爆破漏斗分类
(d)
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。 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。
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的； 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。
研究成果还不很完善，但它们基本上反映了岩石爆破作用
中的某些客观规律，对爆破实践具有一定的指导意义和应 用价值。
5.1 岩石爆破破碎原因的几种学说
(1)爆轰气体压力作用学说（explosion gas failure
theory）
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（explosion gas）的膨胀压力引起的。这种学说
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区贯通的径向裂隙(crack)。
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随着径向裂隙的形成,作用在岩石上的压力
迅速下降,药室周围岩石随即释放出在压缩过程
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第二章岩石的破碎理论PPT课件
殉爆距离是指主发药包爆炸时一定引爆被发药包的两药包 间的最大距离 。
炸药的殉爆能力用殉爆距离表示，单位一般为cm
5
研究殉爆的目的：
确定炸药生产房间的安全距离（safety distance），为厂 房设计提供基本数据；改进工 业炸药的性质，提高在工程爆破 时起爆或传爆的可靠性。
在采用炮孔法进行爆破工作时，为保证相邻药卷完全殉爆， 对药卷之间的殉爆距离有一定要求。
装药时，应尽可能使相邻药卷紧密接触，防止岩粉或碎石 等惰性物质将药卷隔开。因有惰性介质时，殉爆距离将明显减 小。
6
炸药爆力是指爆生气体在高温下膨胀做功破坏周围 介质的能力。
炸药爆炸作功示意图
7
炸药的敏感度
炸药在外界起爆能的作用下发生爆炸的难易程度称为炸药 的敏感度(简称炸药的感度)。各种炸药的敏感度相差非常大， 例如半冻结的硝化甘油胶质炸药只要轻轻弯折一下就会爆炸， 而对硝酸铵施加冲击、摩擦、点火，也几乎都不能使它爆炸。
爆炸的分类：
▪ 物理爆炸（不发生化学变化 ） ▪ 核爆炸 （核裂变或核聚变 ） ▪ 化学爆炸（有新的物质生成 ）
2
炸药爆炸的三要素
1
2
3
反应的放热性
反应过程的高速度
反应中生成大量气 体产物
炸药爆炸必须的能 源
爆炸反应区别一般 化学反应的重要标 志
炸药爆炸对外做功 的媒介
3
第二节 爆炸理论与炸药
炸药猛 度
1. 硝酸铵是主要成分兼起氧化剂作用；
露天铵梯炸药
2. 梯恩梯为敏化剂兼起还原剂作用；
岩石铵梯炸药
3. 木粉为疏松剂。
硝酸铵 85±1.5 梯恩梯 11±1.0
木粉 4±0.5
成分 性能
《岩土爆破理论》课件
可持续发展要求
合理利用资源、降低能耗 、提高效率、推动技术创 新等
和减震降噪技术， 实现绿色施工
05
岩土爆破理论展望
岩土爆破理论研究前沿
数值模拟与物理模拟相结合
通过建立更精确的数值模型，结合物理实验，深入研究岩土爆破 过程中的力学行为和破坏机制。
智能爆破技术
岩土爆破的基本原理
01
炸药爆炸产生的高温高压气体使岩土介质破碎或松 动。
02
炸药爆炸产生的冲击波和爆炸气体在岩土中形成冲 击应力波和剪切波，使岩土介质产生破坏。
03
炸药爆炸产生的爆炸气体膨胀作用将破碎的岩土介 质抛出，形成爆破漏斗。
岩土爆破的历史与发展
01
19世纪中叶，炸药和爆破技术开始应用于采矿和隧道开挖领域 。
利用微震监测技术，实时监测爆破过 程中的振动和破坏情况，提高爆破效 果和安全性。
通过控制炸药爆炸的方向和能量分布 ，实现特定方向的岩土破碎和分离。
岩土爆破工程实践展望
1 2 3
复杂环境下的爆破工程
针对复杂地形、地貌、地质条件下的岩土爆破工 程，研究相应的技术和方法，提高工程安全性和 可靠性。
城市地下空间开发中的爆破工程
确保使用的爆破设备和工具符合安全标准， 并定期进行检查和维护。
应急预案
制定应急预案，以应对可能发生的意外情况 ，包括人员伤亡、设备损坏等。
岩土爆破效果评估
01
02
03
破碎效果评估
根据破碎后的岩土粒径分 布、破碎程度等指标，评 估爆破效果是否达到预期 要求。
经济效益评估
比较不同爆破方案的施工 成本、经济效益等指标， 选择最优方案。
根据岩土性质、爆破条件和爆破 要求，选择合适的炸药类型和规 格，以达到最佳的爆破效果。
第5章 爆破工程岩石爆破基本原理
• 也就是药包在自由面附近爆炸时，岩石是怎样破坏的。 又称自由面的破坏作用。
§5
岩石爆破基本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理
• (1)反射拉应力波引起自由面岩石破坏(片落)
• 即由霍布金森效应引起的破坏。
• ①当入射压应力波传播到自由面时，一部分或全部反 射回来成为同传播方向正好相反的拉应力波，拉应力 超过岩石的抗拉强度时，发生片落现象。这种效应叫 做霍布金森(Hopkinson)效应。
下
§5
岩石爆破基本原理
σr σr
径向拉应力 岩石开裂 环向裂隙 返回
`
`
§5
岩石爆破基本原理
• ④产生剪切裂隙的原因
• 在径向裂隙和环向裂隙形成的同时,岩石还受到径向 应应力和切向应力的的共同作用,进而产生剪切裂隙。 如下图所示。
• 4. 岩石的分区 • 根据岩石的破坏特征，由内向外，可将岩石大致分为 三个区： • ① 压缩（粉碎）区（近区） • 形成的空腔称为压缩区。
§5
岩石爆破基本原理
• ②(8～150)r：应力波作用区;
• 特点：冲击波压应力波，波阵面上的状态参数变化 比较平缓；波速等于岩石中的声速。
• 由于压应力波的作用，岩石处于非弹性状态，可导致 岩石的破坏或残余变形。 • 应力衰减与距离二次方成正比。
爆炸应力波及其作用范围 r—药包半径 tH—介质状态变化的时间 ts—介质状态恢复到静止状态的时间
§5
岩石爆破基本原理
• 3.爆破漏斗的几何参数
θ
r
H h W
• (1)最小抵抗线W • (3)爆破作用半径R
•(4)爆破漏斗深度H •(6)爆破漏斗张开角θ
• (2)爆破漏斗底圆半径r •(5)爆破漏斗可见深度h •说明：(1)、(2)、(3)称为爆破漏斗三要素。
岩石爆破作用基本原理和作用PPT文档共173页
岩石爆破作用基本原理和作用
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
31、园日涉以成趣，门虽设而常关。 32、鼓腹无所思。朝起暮归眠。 33、倾壶绝余沥，窥灶不见烟。
34、春秋满四泽，夏云多奇峰，秋月 扬明辉 ，冬岭 秀孤松 。 35、丈夫志四海，我愿不知老。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
岩石爆破破岩机理
岩石爆破破岩机理论文导读：岩体在冲击荷载的作用下产生应力波或冲击波，它在岩体中传播，引起岩石变形乃至破坏。
炸药爆炸首先形成应力脉冲，使岩石表面产生变形和运动。
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。
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。
岩体中爆炸应力波在自由面反射后形成反射拉伸波引起岩石破碎，岩石的破坏形式是拉应力大于岩石的抗拉强度而产生的，岩石是被拉断的。
同样，反射拉伸波也加强了径向裂隙的扩展。
关键词：爆炸，气体膨胀，应力波，爆破，自由面，径向裂隙岩体在冲击荷载的作用下产生应力波或冲击波，它在岩体中传播，引起岩石变形乃至破坏。
炸药爆炸首先形成应力脉冲，使岩石表面产生变形和运动。
由于爆轰压力瞬间高达数千乃至数万兆帕，从而在岩石表面形成冲击波，并在岩石中传播。
1、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。
2、爆炸应力波反射拉伸作用岩体中爆炸应力波在自由面反射后形成反射拉伸波引起岩石破碎，岩石的破坏形式是拉应力大于岩石的抗拉强度而产生的，岩石是被拉断的。
岩石爆破破碎正是爆生气体和爆炸应力波综合作用的结果。
因为冲击波对岩石的破碎作用时间短，而爆生气体的作用时间长，爆生气体的膨胀促进了裂隙的发展；同样，反射拉伸波也加强了径向裂隙的扩展。
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。
《爆破理论基础》PPT课件
（3）生成的气体多。
硝酸铵炸药爆炸全部生成气体。 1kg工业炸
药爆炸时约产生700 ～1000升的气体。
例如：C H N （NO ）→ 26.12.2020
3 63
2
2 3C2 O 2 3C O 2 3N 2 O 2 3H 2 3 N 2
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3
二、炸药及其分类 1、炸药的概念 炸药是在一定条件下能够发生快速
岩石铵梯炸药分为：1号、2号、2号抗水、3号抗水、 42号6.12抗.202水0 等。
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17
26.12.2020
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26.12.2020
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19
铵梯炸药，一般制成直径27mm、 32mm、35mm、38mm，重100g、150g、 200g的药卷；
聚能穴:药卷一端为平顶，另一端内凹 入，称为聚能穴。
最小抵抗线：药包中心到自由面的垂直
距离叫最小抵抗线。
爆破漏斗：炸药爆炸后在靠近自由面一
侧所形成的漏斗状的坑叫爆破漏斗。
爆破作用指数：爆破漏斗半径γ与最小抵
抗线W之比，
26.12.2020
n W
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37
2、破岩原理 将药包埋入岩石中，起爆后的瞬间产生高
温高压气体，它以冲击波的形式（压缩级）作 用于药包周围的岩石上，并以药为中心，以每 秒数千米的速度向四周作径向传播，在药包附 近形成一个粉碎圈，在粉碎圈外形成一个环状 裂隙圈，当冲击波达到自由面后，产生反射而
26.12.2020
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6
3、炸药的爆温 爆温是指炸药爆炸瞬间放出的
热在定容条件下爆炸产物被加热达 到的最高温度。
单质炸药：3000～5000℃ 矿用混合炸药：2000～2500℃
第五章 岩石爆破基本原理
第5章 岩石爆破基本原理第1节 爆破破碎原理炸药在岩体内爆炸瞬间释放出巨大的能量，使岩体产生不同程度的变形和破坏。
为了达到低能耗、高效率破碎岩体的目的，并能有效地控制爆破产生的各种危害，就必须了解爆炸荷载作用下岩体的变形与破坏规律，分析爆破破碎原理，指导爆破设计与施工。
只有这样，才能合理地确定爆破参数和有效地控制爆破作用。
由于炸药的爆炸反应是高温、高压和高速的瞬态过程，岩体性质和爆破条件复杂多变，加之爆破工作具有较大的危险性，因此给直接观测和研究岩体的爆破破坏过程造成了极大的困难。
迄今为此，人们对岩体爆破作用过程仍然了解得不透彻，尚不能形成一套完整而系统的爆破理论。
尽管如此，随着长期实践经验的积累和现代科学技术的发展，借助先进的爆破测试技术以及模拟爆破试验，对爆破作用原理的研究取得了较大的进展，提出了多种岩体爆破机理的观点，在一定程度上反映了岩体的爆破破坏规律，具有一定的指导意义和实用价值。
一、爆破作用的基本原理1． 爆破破坏作用的基本观点爆破破坏作用的观点很多，大致可归纳为如下三种：（1） 爆轰气体破坏作用的观点。
从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量的高温、高压气体。
这种气体膨胀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。
当药包埋深不大时，在最小抵抗线方向（即地表方向），岩1石移动的阻力最小，运动速度最高。
由于存在不同速度的径向位移，在岩体中形成剪切应力，当这种剪切应力超过岩石的动态抗剪强度时就会引起岩石破裂。
在爆轰气体膨胀推力作用下，自由面附近的岩石隆起、开裂，并沿径向方向推出，如图5—1。
这种观点不考虑冲击波的破碎作用。
（2） 应力波破坏作用观点。
从爆炸动力学的观点出发，认为药包爆炸产生强烈的冲击波，冲击、压缩周围的岩体，造成邻近药包的岩体局部压碎，之后冲击波衰减为压应力波继续向外传播。
当压应力波传播到岩体界面（自由面）时，产生反射拉应力波，若此拉应力波超过岩石的动态抗拉强度时，从界面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏，如图5—2所示。
5 爆破工程地质 sjsppt 3 122页PPT文档
但是这种方法忽视了各岩石 特性的特殊性和差异性，因 此有一定的误差，显得有些 片面和笼统
如坚硬（强度高）但节理裂 隙发育，完整性差的岩体， 普氏系数大，但实际不难爆。
23
*
(2)前苏联库图佐夫 岩石爆破性分级方法 （多种指标）
24
*
(3)东北大学岩石分级法 东北大学综合考虑了爆破材料、工艺、参数等条件，进行了爆破
体材料那样有明显的屈服点，而是在所谓的弹塑性范围
内呈现弹性和塑性，甚至在弹性变形一开始破关系）。
9
*
岩石的主要力学特性
10
*
岩石的主要力学特性
非
线 性
弹
性
线
变
性
形
弹
性
变 形
脆 性
比
破
例
坏
极
限
塑 性 屈 服 变 形
延 性 破 坏
弹性变形区
塑性变形区
γ = G /V
式中 γ ——岩石的堆积密度，N/m3；
G——岩石的重量，N；
V——岩石的体积，m3。
岩石的堆积密度一般为20~30KN/m3。岩石密度大，其容重也 大，岩石的强度和抵抗爆破作用的能力也增强，破碎和移动 岩石所耗费的能量也增加。
在工程实践中常用公式K=0.4+(γ/2450)2(kg·m-3)，来估算
25
*
并按f值的大小将岩石划分为五级，见表4-5。 表4-5 东北大学岩石可爆性分级
级别
I
I1 I2
II
II1 II2
III
III1 III2
IV
IV1 IV2
V
V1 V2
f
<29 29.001～38
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又是一个高温高压高速的变化过程，炸药对岩石破坏的整
个过程在几十微秒到几十毫秒内就完成了，因此研究岩石
爆破作用机理是一项非常复杂和困难的工作。
随着测试技术的进步，相关科学的发展和引入，以及各
类工程对爆破规模和质量要求的不断提高，岩石爆破作用
原理的研究取得了许多新的进展，建立了一些新的学说和
理论体系，提出了很多计算模型和计算公式，尽管这些研
R1 R2
图5-2 爆破的内部作用
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R0-药包半径；R1-粉碎区；R2-破裂区
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1)粉碎区 当密闭在岩体中的药包爆炸时，爆轰压力在数微秒内急剧增高 到数万兆帕，并在药包周围的岩石中激发起冲击波，其强度远远 超过岩石的动态抗压强度。在冲击波的作用下，对于坚硬岩石， 在此范围内受到粉碎性破坏，形成粉碎区；对于松软岩石（如页 岩、土壤等），则被压缩形成空腔，空腔表面形成较为坚实的压 实层，这种情况下的粉碎区又称为压缩区。 虽然粉碎区的范围不大，但由于岩石遭到强烈粉碎，能量消耗 却很大。因此，爆破岩石时，应尽量避免形成压碎区。
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θ
σ
σ
(a)
θ
`
`
σr
σr (b)
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`
`
`
`
`
`
随着径向裂隙的形成,作用在岩石上的压力迅 速下降σ ,药r 室周围岩石随即σr释放出在压缩过σ程r 中 积蓄σ的σ弹r 性σ变形能,形σ 成与σr压σ应力波作用σ方σ向r σ 相
反的拉应力,使岩石质点产生反方向的径向运动。
θ θ θ θ
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随后，爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎的岩石，爆轰气体 “楔入”在应力波作用下产生的裂隙中，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。
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。
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的；
5 爆破破岩机理
在铁路建设、水利工程、 采矿工程以及其它土石方工 程中，爆破是目前应用最为 广泛、最为有效的一种破岩 手段。为了优化爆破参数， 必须了解岩石在爆破作用下 的破碎机理、装药量的计算 原理以及各种相关因素对爆 破效果的影响。
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施工人员正在钻孔
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由于岩石是一种非均质、各向异性的介质，爆炸本身
θ
究成果还不很完善，但它们基本上反映了岩石爆破作用中
的某些客观规律，对爆破实践具有一定的指导意义和应用
价值。
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5.1 岩石爆破破碎原因的几种学说
(1)爆轰气体压力作用学说（explosion gas failure
theory）
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（explosion gas）的膨胀压力引起的。这种学说忽
当药包在岩体中的埋置深度很大，其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内部作用，相当于单个药
包在无限介质中的爆破作用。岩石的破坏特征随离药包中心距离
的变化而发生明显的变化。
根据岩石的破坏特征，可将偶合装药条件下，受爆炸影响的
岩石分为三个区域（图5-2）。
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R0
在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合数较大的条件下，爆 轰气体的破坏作用是主要的。
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5.2 单个药包的爆破作用
为了分析岩体的爆破破碎机理，通常假定岩石是均匀介质，
并将装药简化为在一个自由面条件下的球形药包。球形药包的爆
破作用原理是其它形状药包爆破作用原理的基础。
(1)爆破的内部作用
视了岩体中冲击波和应力波（stress wave）的破坏作用，其
基本观点如下：
药包爆炸时，产生大量的高温高压气体，这些爆炸气体产
物迅速膨胀并以极高的压力作用于药包周围的岩壁上，形成
压应力场。当岩石的抗拉强度低于压应力在切向衍生的拉应
力时，将产生径向裂隙。
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作用于岩壁上的压力引起岩石质点的径向位 移，由于作用力的不等引起径向位移的不等， 导致在岩石中形成剪切应力。当这种剪切应力 超过岩石的抗剪强度时，岩石就会产生剪切破 坏。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。
的同时向前传播，当应力波传到自由面时，产生反射拉应力
波。
当拉应力波的强度超过自由面处岩石的动态抗拉强度时，从
自由面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏，直至拉伸波的强
度低于岩石的动态抗拉强度处时停止。
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1 (a)
2
(b)
(c)
(c)
图5-1 反射拉伸波破坏过程示意图 1-压应力波波头；2-反射拉应力波波头
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2)破裂区
在粉碎区形成的同时,岩石中的冲击波衰减成应力波。
`
`
`
θ θ
θ
θ
在应力波的作用下,岩石在σ径r 向产生压应力和压缩σr变形, 而切向方向将产生拉σ 应力和拉σ伸变形。切向σ拉应力大σ于 岩石的抗拉强度时,该处岩σ石r 被拉断,形成与粉碎σ 区r贯通
`
的径向裂隙(crack)。
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应力波作用学说只考虑了拉应力波在 自由面的反射作用，不仅忽视了爆轰气体 的作用，而且也忽视了压应力的作用，对 拉应力和压应力的环向作用也未予考虑。 实际上爆破漏斗主要以由里向外的爆破作 用为主。
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(3)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共同作用 的结果。这种学说综合考虑了应力波和爆轰气体在岩石破坏 过程中所起的作用，更切合实际而为大多数研究者所接受。 其基本观点如下： 爆轰波波阵面的压力和传播速度大大高于爆轰气体产物的 压力和传播速度。爆轰波首先作用于药包周围的岩壁上，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“压碎”现象，应力波在压碎区域之外产 生径向裂隙。
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(2)应力波作用学说（shock wave failure theory）
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。这种学说忽视了爆轰气体的破坏作用，其基本
观点如下：
爆轰波冲击和压缩着药包周围的岩壁，在岩壁中激发形成冲
击波并很快衰减为应力波。此应力波在周围岩体内形成裂隙