第五章 岩石爆破理论

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。
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。
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当单个药包在岩体中的埋置
外
部
深度不大时，可以观察到自由面
作
上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷
用
现象。这种情况下的爆破作用叫
爆破的外部作用。
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（1）反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落 外 部 作 用
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
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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爆炸应力波反射拉抻作用理论 (爆破的外部作用-----霍金逊效应)
岩石杆件的爆破
爆破漏斗张开角：爆破漏斗的顶角。（ θ）
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最小抵抗线方向 ——破碎和抛掷、堆积的主导方向。
各种爆破方法的最小抵抗线
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爆破漏斗的基本形式
爆破作用 指数
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 r W
部
情况下的爆破作用叫作爆破的内部
作
用
作用，相当于单个药包在无限介质
中的爆破作用。
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（1）粉碎区（压缩区）
内
（2）裂隙区（破裂区） （3）震动区
部
作
用
径向压缩引起的切向拉伸
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 径向裂隙和环向裂隙的形成原理
破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的主导方向。 （W） 爆破漏斗半径：形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。（r ） 爆破漏斗破裂半径：从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。 （R） 爆破漏斗深度：爆破漏斗顶点至自由面的最短距离。 （H） 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。 （h ）
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板件爆破试验
1—装药孔 2—破碎区 3—拉裂区 4—震动区
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
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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
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。
爆生气体和应力波综合 作用理论
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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
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。
C
第三阶段
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。
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炸药在岩石中爆破的破坏模式
1 炮孔周围岩石的压碎作用；
主要的 五种破 坏模式
2 径向裂隙作用 ； 3 卸载引起的岩石内部环状裂隙作用； 4 反射拉伸引起的“片落”和引起径向裂隙的延伸；
5 爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。
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爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆 坑，称为爆破漏斗。
爆 破 漏 斗
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爆破漏斗的几何要素 自由面：被爆破的介质与空气接触的面，又叫临空面。 最小抵抗线：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
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a n = 1.0
标准抛掷爆破漏斗
b n > 1.0
加强抛掷爆破漏斗
0.75 < n < 1.0
c 减弱抛掷爆破漏斗 （也称加强松动爆破漏斗）
d n < 0.75
松动爆破漏斗
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第三节 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。
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。
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第二节 单个药包爆破作用
当药包在岩体中的埋置深度很大，
内
其爆破作用达不到自由面时，这种
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主要内容 5.1 岩石爆破破坏基本理论
5.2 单个药包爆破作用
5.3 成组药包爆破时岩石破坏特征
5.4 装药量计算
5.5 利文斯顿爆破漏斗理论
5.6 影响爆破作用的主要因素
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第一节 岩石爆破破坏基本理论
爆生气体膨胀作用理论
爆炸应力波反射拉抻 作用理论
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相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析
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（2）反射拉伸波引起径向裂隙的延伸 外 部 作 用
反射拉伸波对径向裂隙的影响
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炸药在岩石中爆破的破坏过程
A
第一阶段
炸药爆炸 后冲击波径 向压缩阶段 .
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B
第二阶段
对应力波 反射引起自 由面处的岩 石片落。