第四章岩石爆破基本理论
岩土爆破理论
1
岩石爆破理论的发展 岩石中的爆炸应力波
岩石中的爆炸气体
2 3 4
岩石的爆破破碎机理
5
爆破漏斗理论 装药量计算原理
影响爆破作用的因素
6 7
1
岩石爆破理论的发展 岩石中的爆炸应力波
岩石中的爆炸气体
2 3 4
岩石的爆破破碎机理
1.1 岩石爆破理论的发展阶段
爆破理论作为一个学科，划分其发展的不 同阶段，在时间上是很难划分清楚的，但就其 发展过程来说，又必然存在着不同的发展阶段。 即早期发展阶段、爆破理论的确立阶段、爆破 理论的最新发展阶段。
反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落
反射拉应力波破坏过程示意图
a—入射压力波波前；b—反射拉应力波波前
反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落
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
反射拉伸波引起径向裂隙的延伸 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 隙梢处的应力场互相叠加， 可使径向裂隙大大地向前 延伸。
1 1 2
E G 2 2 C s =[ ] =[ ] 2ρ(1 + ν ) ρ
1
式中
E——介质的弹性模量，kPa； ν——介质的泊松比； G——介质的剪切模量，kPa。
2.3.3 应力波的反射 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。
4.1 炸药在岩石中爆破作用的范围
4.1.1 炸药的内部作用 假设岩石为均匀介质，当炸药置于无限均 质岩石中爆炸时，在岩石中将形成以炸药为中 心的由近及远的不同破坏区域，分别称为粉碎 区、裂隙区及弹性震动区。
岩石爆破作用基本原理和作用共173页文档
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。
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。
爆破工程8第四章------掘进控制爆破
辅助孔本身也应分段起爆。首先，与掏槽孔相邻的辅助孔先起 爆，然后再依次使其他辅助孔起爆。就顺序而言，接下来的是周 边孔的起爆（平巷、斜井掘进时，先起爆腰孔，即两帮中部的孔， 然后是顶孔，最后为底孔）。
实际工作中，q值可按国家定额标准或用经验 公式计算确定。
四、装药量计算
1、按下式计算出每一次循环所需的总装药量Q
Q ＝ qV = qSLη
式中 V——每一循环预定爆破岩石体积，m3；
S——巷道掘进断面面积，m2；
L——工作面炮孔的平均深பைடு நூலகம்，m；
η一炮孔利用率，η=L/L/=0.8~0.95；
周边孔的作用是控制巷道断面形状和方向，使井巷断 面尺寸、形状和方向符合要求。
一、掏槽孔布置
1、掏槽孔布置的原则为：掏槽孔一般应布置 在开挖断面的中部或中下部；在岩层层理明显 时，炮孔方向应尽可能垂直于岩层的层理面；
小型断面的掏槽孔数一般为4~6个，大型断面 要根据开挖方式来确定掏槽孔的部位和数量。
但是，过大的炮孔直径将导致凿岩速度显著下降，而 且要减少炮孔数目，使岩石的破碎质量降低，巷道周 壁平整度变差，从而降低了爆破效果。
因此，必须根据凿岩设备和工具、炸药性能和掘进具 体条件等加以综合分析，必要时可进行对比试验，合 理选定炮孔直径。大断面巷道（＞6 rn2）掘进爆破可 采用38~45mm的药卷；小断面（＜4 rn2＝且岩石坚硬 时，应使用高威力炸药和小直径药卷（25~32mm）。 通常，炮孔直径比装入的药卷直径大5~10mm为宜。
第四章岩石爆破基本理论PPT课件
2020/3/28
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3 爆破破岩机理
图3-32中的药包布置在断层的破碎带中。当断 层内的破碎物胶结不好时，爆炸气体将从断层破碎 带冲出，造成冲炮并使爆破漏斗变小。图3-33中的 药包位于断层的下面。爆破后，爆区上部断层上盘 的岩体将失去支撑，在重力的作用下顺断层面下滑， 从而使爆破方量增大，甚至造成原设计爆破影响范 围之外的建筑物损坏。
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3 爆破破岩机理
6.2.2爆破漏斗
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。在自 由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，这个坑称为爆破漏 斗。
（1）爆破漏斗几何要素
自由面（free face）是指被爆破的介质与空气接触的面，又叫 临空面,如图中AB面。 最小抵抗线W（minimum burden）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 爆破作用和岩石抛掷的主导方向。
另外，工业炸药的密度也不能进行大幅 度的变动，例如当铵梯炸药的密度超过其极 限值后，就不能稳定爆轰。因此，根据爆破 对象的性质，合理选择炸药品种并采取适宜 的装药结构，从而提高炸药能量的有效利用， 是改善爆破效果的有效途径。
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3 爆破破岩机理
爆速是炸药本身影响其能量有效利用的一 个重要性能指标。不同爆速的炸药，在岩 体内爆炸激起的冲击波和应力波的参数不 同，从而对岩石爆破作用及其效果有着明 显的影响。
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；Rc－粉碎区半径；Rp－破裂区半径径向裂隙和环向裂隙的形成原理
岩土中爆炸的基本理论
我国武汉岩土力学研究所通过现场试验得出的应力波 衰减指数为
在应力波作用区，岩石中柱状应力波的径向应力与切 向应力之间有如下关系
第三节 岩石爆破破碎机理
★ 岩石爆破破坏机理的三种假说: 1）爆生气体膨胀推力作用假说； 2）爆炸应力波反射拉伸作用假说； 3）爆生气体和爆炸应力波综合作用假说。 ★ 装药爆破作用： ＊内部作用：岩石在炸药作用下发生破坏的物理过程 ＊外部作用：爆破漏斗
应变率/s－1 荷载状态 加载方式 <10－6 流变 稳定加载 10－6 ~10－4 静态 液压机加载 10－6 ~10 准静态 10~103 准静态 > 104 动态 爆炸加载
压气机加载 冲击杆加载
一、岩石的物理力学性质（续）
爆炸荷载下岩石的力学反应： 1）炸药爆炸首先在岩石中产生冲击波，峰值压力高， 作用时间短，由于能量的大量消耗，衰减很快，衰变成应 力波。 2）岩石中某局部被激发的应力脉冲（冲击波或应力 波）是时间和距离的函数，岩石中产生明显的应力不均现 象。近处应力值高，而远处应力值低。 3）岩石中各点的应力呈动态，即岩石的变形、位移均 与时间有关，岩石中的应力场随时间变化。 4）岩石与炸药间的匹配关系影响爆源周围的动态应力 场。（两者的阻抗匹配）。
二、爆炸荷载下岩石的强度特性（续）
★动载下岩石强度（岩石动态强度）： 提高加载速度，就提高了岩石的应变率，岩石由弹塑 性、塑性向脆性转化，弹性模量增大，强度也随之提高。 岩石的动态强度和加载速率有关，速率越高，强度提 高越大。影响程度抗压强度高于抗拉强度。
d K lg j
通常认为：岩石动态强度比静态强度约提高10~15倍。 教材表5－2列出了几种岩石的动态强度。
《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4章岩石爆破理论
第4章岩石爆破理论4.1 岩石爆破特性及爆炸应力波岩石爆破理论的发展岩石爆破理论在20世纪70年代确立了冲击波拉伸破坏理论、爆炸气体膨胀压碎破坏理论、冲击波和爆炸气体综合作用理论。
随着爆破技术和相邻学科的发展，特别是岩体结构力学、岩石动力学、断裂、损伤力学和计算机模拟爆破技术的发展，使爆破理论的研究更实用化，更系统化。
计算机模拟，用以研究裂纹的产生、扩展。
但是，从总体上看，爆破理论的发展仍然滞后爆破技术的要求，理论研究和生产实际仍有不小的差距。
岩石爆破理论的研究内容应该包括：（1）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；（2）炸药能量向岩石的传递效率；（3）岩石的动态断裂与破坏；（4）爆破过程的数值模拟，预测爆破块度和爆堆形态。
岩石中的爆炸应力波在介质中传播的扰动称为波。
由于任何有界或无界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，这种在压力状态下介质质点的运动或扰动的传播称为应力波。
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。
应力波分类（1）按传播速度分类按传播途径不同，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和横波。
纵波又称P波，其特点是波的传播方向与介质质点运动方向一致，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。
横波又称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生剪切变形。
横波纵波纵波和横波传播过程中质点振动示意图（2）按波阵面形状分类应力波在传播过程中，由于所形成的波阵面形状不同，将应力波分为球面波、柱面波和平面波。
球形药包激起的是球面波；柱状药包沿全长同时起爆时激发的是柱面波；平面药包激起的是平面波。
（3）按传播介质变形性质不同分类由于固体介质变形性质不同，在固体中传播的应力波可分为以下几种：①弹性波。
岩石爆破理论
爆轰压力、爆炸压力、爆炸作用时间、能量利用率
炸药爆热、爆温、 爆轰气体体积
7.7.2 岩石特性对爆破作用的影响
• 岩石特性——物理力学性质、动载特性和地 质条件。实际是岩石对应力波传播的影响
• 结构面对应力波传播的影响：加剧了应力波 能量的吸收；改变了应力波的传播方向（反 射、透射）。决定了爆破裂隙的扩展程度。
为了获得较好的爆破效果，应使炸药的波阻抗尽量 接近岩石的波阻抗。
• 岩石中的动应力场
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 间变化，而且随距离远近而变化。
最大主应力、最小主应力、剪应力
7.3岩石中的爆炸气体
• 冲击波在前，爆炸气体在后 • 冲击波时间短，爆炸气体作用时间长 • 爆炸气体能量大 • 按准静态分析
爆破理论确立阶段 ：冲击波拉伸破坏理论；爆炸气体膨胀压破坏理论； 冲击波和爆炸气体综合作用理论，爆破过程3阶段论。
爆破理论最新发展阶段 ：裂隙岩体爆破理论；断裂力学和损伤力学引入； 计算机模拟和再现，爆破块度和爆堆形态预测； 新思想和新方法进入爆破理论研究。
岩石爆破理论研究的内容：
• 爆轰波理论的研究
• 应力波分类：
应力波 （传播途径）
体积波
表面波
纵波P波
运动方向一致 压缩波
横波S波
运动方向垂直 剪切波
瑞利波R波
能量大 地震破坏
勒夫波 Q波
按波阵面形状分类：球面波、柱面波、平面波 按介质变形性质分类：弹性波、粘弹性波、塑性波、冲击波
冲击荷载的特征： 承受载荷作用的物体自重非常重要； 在承载体中诱发出的应力是局部性的； 承载体的反应是动态的
第四章 岩石爆破作用原理
岩石爆破作用原理
在岩石的挖掘工程中，目前广泛利用炸药爆炸时所释放的能 量来破碎岩石。由于炸药在岩石中爆破时所释放的能量只有少 部分用于破碎岩石，而大部分能量都消耗在产生空气冲击波、 地震波、噪声和飞石等有害效应方面，炸药在岩石中爆破时的 能量利用率很低，大部分能量都浪费掉了。因此，提高炸药的 能量利用率并改善岩石的破碎效果，是工程爆破中最根本、最 重要的任务之一。为了达到这一目的，就必须搞清楚如下问题： 岩石的性质，地质条件；爆破器材的性能，炸药的爆轰机理及 其稳定爆轰；炸药在岩石中爆炸所释放的能量通过何种形式作 用于岩石；岩石在爆炸冲击能作用下处于何种应力状态；岩石 在此应力状态下如何产生变形和破坏，以及这种破坏和变形存 在什么规律等等。
3
V
r
3
2
W W
3
( n 1, r W )
， m3
（4-4）
因此，标准抛掷爆破的装药量为：
Q qW
3
, kg
（4-5）
根据相似定律，在保持岩石性质、炸药性质和药包埋置深度不 变的条件下，通过改变装药量就可以形成加强抛掷爆破漏斗或减 弱抛掷爆破漏斗。因而可以用以下公式来统一表示各种类型的抛 掷爆破装药量：
Q ( 0 . 33 ~ 0 . 55 ) qW
3
， kg
（4-8）
在确定以上各式中的q值时，应考虑以下几种情况： （1）查表、参考定额或有关资料的数据； （2）参照工程中爆破条件相似的实际单位炸药消耗量q值的 统计数据； （3）在需要进行爆破的岩石中作标准抛掷爆破漏斗试验。 在实际计算装药量时，应根据具体条件确定每一个药包所能 爆下的体积，分别求出每一个药包的装药量，然后进行累计， 最后得出总装药量。表4-2列出了爆破各种岩石的单位炸药消耗 量。
爆破工程复习纲要完整解答
爆破工程复习纲要完整解答第一章炸药与爆炸基本理论1、广义爆炸？爆炸(从化学变化的角度如何定义)？爆破？广义爆炸：爆炸是物质急剧的能量释放过程，能量在瞬间急剧释放或转化的现象都可以称为爆炸。
爆炸化学角度：由化学变化引起的爆炸成为化学爆炸。
如，瓦斯煤尘爆炸，炸药爆炸。
工程爆破：指利用炸药能量对介质做功，以达到预定工程目标的作业。
.2、炸药发生化学变化三种基本形式，如何相互转化？1，缓慢分解，2，燃烧，3，爆炸，在一定的条件下，炸药的上述三种变化形式都是能够相互转化的；缓慢分解可因热量不能及时散失而发展为燃烧、爆炸；反之，爆炸也可以转化为燃烧、缓慢分解。
3、炸药爆炸三要素？1，放出热量，2生成气体产物，3反应的高速度4、炸药、单质炸药、混合炸药、起爆药、猛炸药概念。
炸药，是在一定的外界能量的作用下，由自身能量发生爆炸的物质。
单质炸药：由单一化合物组成的炸药，又称单体炸药或化合炸药。
混合炸药：由两种或两种以上的物质组成的炸药。
起爆药：指在较弱的初始冲能作用下即能发生爆炸，且爆炸速度变化大，易于由燃烧转爆轰的炸药。
猛炸药：指那些利用爆轰所释放的能量对介质做功的炸药。
5、氧平衡？通式，计算方法。
工业炸药一般应使其氧平衡接近于____氧平衡。
氧平衡：指炸药中所含的氧用以完全氧化其所含的可燃元素后，所多余或不足的氧量。
(1) 通式为CaHbOcNd(a,b,c,d分别表示一个炸药分子中碳，氢，氧，氮的原子个数)计算方法：单质炸药：OB=[c-(2a+0.5b)]*16/M混合炸药：OB=OB1m1+OB2m2+…+Obnmn，使其氧平衡接进于零的氧平衡6、爆热、爆温、爆容、爆炸压力？爆炸压力与爆轰压力有何不同？爆热：在规定条件下，单位质量炸药爆炸时放出的热量称为炸药的爆热爆温：炸药爆炸时放出的热量使爆炸产物定容加热所达到的最高温度爆容：指单位质量炸药爆炸时，生成的气体产物在标准状况下(0 ℃、1 个大气压) 所占的体积(L/kg)爆炸压力：炸药爆炸时生成的热气体所产生的压力称为爆炸压力7、冲击波？爆轰波及其与冲击波的关系。
岩石爆破理论
2.爆炸 爆炸是某一种物质系统在有限空间和极短 时间内,大量能量迅速释放或急聚转化的物理、化学 过程。在这种变化过程中通常伴随有强烈放热、发 光和声响等效应。通常可以将爆炸归纳为三大类， 即：物理爆炸、核爆炸和化学爆炸。
3.爆轰 炸药以最大而稳定的爆速进行传播的过程 叫做爆轰。它是炸药所特有的一种化学变化形式， 并且与外界的压力、温度等条件无关。各种不同炸 药爆轰的传播速度一般为每秒数千米乃至万米。比 如，梯恩梯的爆速为6800m/s，对于任何一种炸药 来说，在给定的条件下，爆轰速度均为常数。在爆 轰条件下，爆炸具有最大的破坏作用。
▪ ①裂隙岩体爆破理论的深入研究和岩体结构面对岩 石爆破的影响和控制。
▪ ②断裂力学和损伤力学的引入。
▪ ③计算机模拟和再现爆破过程，用以研究裂纹的产 生、扩展；预测爆破块度的组成和爆堆形态；供计
▪ 算机模拟用的爆破模型不断涌现。
▪ ④一些新的思想，新的研究方法开始进入爆破理论 的研究。
▪ 4.岩石爆破理论研究的内容 ▪ 岩石爆破理论研究的内容包括以下几方面： ▪ ⑴爆轰波理论的研究；
▪ 十一、临界埋深和最佳埋深
▪ 药包大小一定，在一定的埋深范围内，随着埋置深度的 增加，爆破漏斗的体积也有所增加，当深度达到一定值时， 再增加埋置深度，漏斗体积反而减小，到达某一个深度时， 不再出现爆破漏斗。把爆破漏斗体积最大的埋深成为最佳埋 深，把不再出现爆破漏斗的最小埋深称为临界埋深。美国科 罗拉多矿业学院的利文斯顿经长期研究，发现临界埋深和最 佳埋深均与炸药量的三分之一次方成正比。
爆炸和爆轰并无本质上的区别，只不过传播速 度不同而已。爆轰的传播速度是恒定的，爆炸的传 播速度是可变的。从这个意义上来讲，也可认为爆 炸就是爆轰的一种形式，即不稳定的爆轰。
岩石爆破
1、什么叫岩石的爆破性？影响其的主要因素有哪些？岩石的爆破性是岩石本身物理力学性质和炸药爆破工艺的综合效应。
影响因素有：炸药爆炸所释放能量；岩石的结构特征；变形性质和动力特性；内聚力，裂隙性，岩石物理力学性质。
2、简述炸药起爆的基本理论？①炸药热能起爆理论：炸药在热能作用下都会产生放热分解，但不一定都导致爆炸，只有在一定的温度和压力下，炸药放热反应速度大于散热速度，产生热的累积，温度不断升高使反应自动加速，导致爆炸。
②机械能起爆理论：当炸药受到撞击摩擦等机械能的作用时，机械能首先转化成热能，并聚集在小的局部范围内形成“热点”，在热点处发生热分解，由于分解的放热性，分解速度迅速增加，热点内形成强烈反应，结果引起部分炸药或全部炸药爆炸。
③爆炸冲击能起爆理论：利用起爆装置瞬时爆炸产生的高温高压气体和强冲击波，作用于未爆炸药，是炸药受到强烈冲击和压缩，局部的密度温度和压力突跃升高形成热点，从而导致起爆，再进一步扩展。
4、什么是爆力？什么是猛度？如何表示。
爆力: 炸药的爆力是动静作用做功的整体能力，也是衡量炸药爆炸特性作用的重要指标。
猛度：是指炸药在爆炸瞬间对与药包邻接的介质所产生的局部压缩、粉碎和击穿能力。
如何表示：爆力用其热化学参数表示，猛度用爆炸总冲量的先头部分表示。
6、试述乳化炸药的主要组分和特点。
⑴组成：氧化剂水溶液、燃料油、乳化剂、稳定剂、敏化发泡剂、高热剂等。
⑵特点：乳化炸药的密度可调范围较宽、爆速、起爆敏感度高、猛度较高、抗水性能比水胶炸药更强；加工使用安全，可实现装药机械化；原料广泛，加工简单；适合各种条件下的爆破作业。
7、煤矿许用炸药有什么特点？在什么情况下必须使用。
(1)煤矿许用炸药的能量要有一定的限制，其爆热、爆温、爆压和爆速都要求低一些，使爆炸后不致引起矿井大气的局部高温，这就可能使瓦斯、煤尘的发火率降低。
(2)煤矿许用炸药应有较高的起爆敏感度和较好的传爆能力，以保证其爆炸的完全性和传爆的稳定性。
岩石爆破理论
5岩石爆破理论5.1岩石爆破破坏基本理论炸药爆炸引起岩石破坏，这是一个高能转化释放、传递作功的过程。
在这个过程中，岩石受力情况极其复杂，而历时又极为短暂，因此要正确地解释岩石爆破破碎机理，就极为困难，人们已作了多年的努力，仍没有一个确切全面的唯一的解释，而是各执一词。
但将多类解释的基本观点与理论依据归类，可概括为三大假说：5.1.1 爆生气体膨胀作用理论这种理论是从静力学的观点出发，认为：岩石的破碎主要是由爆炸气体产物的膨胀压力引起。
(1) 炸药爆炸时，产生高压膨胀气体，在周围介质中形成压应力场。
炸药爆炸生成大量气体产物，在爆热的作用下，处于高温高压的状态，而急剧膨胀，这些膨胀气体以极高的压力作用于周围介质，而形成压应力场。
(2) 气体膨胀推力使质点产生径向位移，而产生径向压应力，其衍生拉应力，产生径向裂隙。
很高的压应力场，势必使周围岩石质点发生径向移动，这种位移又产生径向压应力，形成径向压应力的传递；质点在受径向压应力时，将产生径向压缩变形，而在切向伴随有拉伸变形生产，这个拉伸应变就是径向压应力所衍生的切向拉应力所产生。
当岩石的抗拉强度低于此切向拉应力时，就将产生径向裂隙；岩石的抗拉强度远远地小于抗压强度（常为其1/10～1/15），所以拉伸破坏极易发生，而形成径向裂隙。
(3) 质点移动所受阻力不等，引起剪切应力，而导致径向剪切破坏。
质点位移受到周围介质的阻碍，阻力不平衡在介质中就会引起剪切应力，若药包附近有自由面时，质点位移的阻力在最小抵抗线方向最小，其质点位移速度最高，偏离最小抵抗线方向阻力增大，质点位移速度降低，这样在阻力不等的不同方向上，不等的质点位移速度，必然产生质点间的相对运动而产生剪切应力。
在剪切应力超过岩石抗剪强度的地方，将发生径向剪切破坏。
(4) 当介质破裂，爆炸气体尚有较高的压力时，则推动破裂块体沿径向朝外运动，形成飞散。
上述破坏发生将消耗大量的爆炸能，如果爆炸气体还有足够大的压力，则将推动破碎岩块作径向外抛运动，若压力不够就可能仅是松动爆破破坏，而没有抛散，甚至只是内部爆破。
爆破工程复习资料整理
爆破工程复习资料整理第一章爆破工程概论1.工程爆破主要有哪些方法？答：1）按药包形状分类：集中药包法。
最长边不超过最短边的4倍（辐射状作用）。
平面药包法。
炸药包的直径大于其厚度的3或4倍（柱面波作用）。
延长药包法。
最长边超过最短边或直径的4倍（长度大于17~18倍直径）（近似平面波作用）异形药包法。
2）按装药方式与装药空间形状的不同分类药室法、药壶法、炮孔法、裸露药包法3)、按爆破技术分类定向爆破、预裂、光面爆破、微差爆破、聚能爆破、其他特殊条件下的爆破技术第二章爆破器材与起爆技术2.1对工业炸药的基本要求有哪些？答：1）具有足够的炸药能量，爆炸性能良好，且有足够的爆炸威力；2）具有合适的感度，既能用工业雷管引爆，又能确保制造、运输、储存和使用等方面的安全；3）炸药的反应接近零氧平衡，即爆后生成的有毒气体不得超过安全规定所允许的标准；4）具有一定的化学安定性，在存储中不变质、老化、失效甚至爆炸，具有一定的存储期；5）原料来源广，制造工艺简单，价格便宜。
2.2试比较铵梯炸药、铵油炸药的优缺点及组成成分。
答：铵梯炸药组成：NH4NO3 ─铵梯炸药的主要成分---氧化剂TNT (黑索金）─敏化剂（还原剂）、可燃剂木粉（柴油、Al粉）─可燃剂沥青（石蜡、松香等）─憎水剂谷糠（木粉）─疏松剂NaCl(KCl) ─消焰剂岩石硝铵炸药。
适用于岩石隧道、巷道的掘进，由硝酸铵、梯恩梯和木粉三种成分组成。
（有毒气体80L.kg-1）。
露天硝铵炸药。
梯恩梯含量低。
煤矿硝铵炸药。
有毒气体生成量少，瓦斯、煤尘爆炸。
高威力硝铵炸药。
高威力炸药、中威力炸药（猛度10～16mm ，爆速3000m/s～4000m/s；），低威力炸药。
铵油炸药：是一种无梯炸药(廉价炸药)最广泛使用的一种是含粒状硝酸铵（94％）和轻柴油（6％）的氧平衡混合物。
为了减少炸药的结块现象，可适量加入木粉作为疏松剂,和表面活性剂。
特点：铵油炸药与铵梯炸药相比成分简单，原料来源充足，成本低，制造使用安全，可自己制造，一般用于露天爆破。
岩土中爆炸的基本理论
岩土中爆炸的基本理论第一节 岩石的动态特性和可爆性一、岩石的物理性质 (一)岩石的孔隙度岩石的孔隙度η是指岩石中各孔隙的总体积V 0。
对岩石总体积V 之比，用百分率 表示。
100%V Vη=⨯ 孔隙的存在削弱了岩石颗粒之间的连接力而使岩石强度降低，孔隙度越大，岩石强度的降低就越严重。
(二)岩石的密度和重力密度岩石的密度ρ是指构成岩石的物理质量M 对该物质所具有的体积0V V -之比，即M V V ρ=-岩石的重力密度γ是指岩石的重力G 对包括孔隙在内的岩石体积V 之比，即G Vγ=岩石的密度和重力密度性质不同，一般情况下，岩石的密度和重力密度越大，岩石就 越难以破碎，在抛掷爆破时需消耗较多的能量去克服重力的影响。
(三)岩石的波阻抗岩石的波阻抗是指岩石密度ρ与纵波在该岩石中传播速度p c 的乘积。
其物理意义是 使岩石介质产生单位质点运动速度所需要的应力波的应力值，它反应了应力波使岩石质点 运动时，岩石阻止波能传播的作用。
岩石的波阻抗值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(相等或相接近)时，爆破传给岩石的能量最多，在岩石中引起的应变值就大，可获得较好的爆破效果。
(四)岩石的碎胀性岩石破碎后因碎片间孔隙增多而总体积增大，这一性质称为岩石的碎胀性。
碎胀性可 用碎胀系数η表示，其值为岩石破碎膨胀后的体积1V 与原岩破碎前体积V 之比，即1V Vη=二、岩石爆破荷载特性炸药爆炸施加于岩石的是冲击荷载，压力峰值高、作用时间短，即加载速度高，属动 力学范畴，研究岩石的爆破破碎就必须研究岩石的动态特性。
(一)岩石爆破的荷载性质静载时，岩石内应力场与时间无关，岩石呈静态。
爆炸荷载作用时，岩石内引起应力，应变以波的形式在岩石中传播，即岩石内应力场随时间变化，岩石呈动态。
区别动、静荷载，一般用应变率或加载速度作为指标。
应变率为应变随时间的变化率，它表征在时间增量dt 内，外荷载所引起的岩石应变增量d ε与dt 的比值，即d dtεε=式中t ——岩石受载时间；ε——岩石应变，l l ε∆=，l ∆为岩石受载后的变形量。
爆破安全工程 第4章 岩石爆破理论
W0 = Δ0 × WC = Δ0 E b Q
13
31
4.4 C.W.Livingston爆破漏斗理论 4. C.W.Livingston爆破漏斗的应用 例题：在某岩石中，药包重4.5kg，球状药包装药，通 过爆破试验，测得最适宜深度为1.5m，监界埋深为 3m。求： (1) 应变能系数和最适宜深度比是多少？ (2) 450kg重的药包在该岩石中的最佳埋深是多少？ (3) 在30m深处埋置药包进行最适宜爆破，药包量应 为多少？ 解： (1) 应变能系数值为
Wc = E bQ1/ 3 = E b
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4.6 C.W.Livingston爆破漏斗理论 4. C.W.Livingston爆破漏斗的应用 (2) 用弹性变形能系数评价岩石的可爆性：
Wc = E bQ1/ 3 = E b
① 爆破坚韧岩石，1kg炸药爆破的Wc值较小，则Eb较 小，则吸收能量小→破坏岩石消耗能量大→岩石难爆。 ② 爆破非坚韧岩石，1kg炸药爆破Wc值较大，则Eb较 大，则吸收能量大→破坏岩石消耗能量小→岩石易爆。
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4.2 单个药包的爆破作用 2. 爆破的外部作用 当药包在岩体中埋置比较浅，爆破作用能到达自由 面的爆破作用 爆破外部作用相当于单个药包在半无限介质中的爆破 爆破外部作用将造成地表附近的岩石破坏
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4.2 单个药包的爆破作用 2. 爆破的外部作用 Hopkinson效应 当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，当拉应力超过 岩石的抗拉强度时将发生片落现象。这种效应叫霍金 逊效应。 ρc −ρc ⎧ ⎪σ = ρ c + ρ c σ ⎪ ⎨ ⎪σ = 2 ρ c σ ⎪ ρc +ρc ⎩ ρ 2c p 2 = 0
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延长装药药量计算
延长药 包
（extended charge）
当药包的长度和它横载面的直径（或 最大边长）之比值 大于某一值时，叫 做延长药包。
延长药包是在工程爆破中应用最为广泛的药包。 如炮眼爆破法和深孔爆破法中使用的柱状药包以 及峒室爆破法中使用的条形药包都属于延长药包。
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第六章 岩石爆破基本理论
爆炸应力波反射拉抻 作用理论
哈努卡耶夫把岩石按波阻抗值分为三类：
(1) (2) 第一类岩石属于高阻抗岩石。其波阻抗为15~25MPa· s/m . 第二类岩石属于中阻抗岩石。其波阻抗为5~15MPa· s/m。 第三类岩石属于低阻抗岩石。其波阻抗小于5MPa· s/m。
这类岩石的破坏，主要取决于应力波，包括入射波和反射波。 这类岩石的破坏,主要是入射应力波和爆生气体综合作用的结果 爆生气体和应力波综合 作用理论 (3) 这类岩石的破坏，以爆生气体形成的破坏为主。
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群药包的单位耗药量
炸药单 耗 当群药包共同作用时，群药包的总装药量与群药包一次爆落的岩体 总体积的比值称为单位耗药量，简称炸药单耗，用字母q来表示，即：
Q q V
上页所提到的 Kb 与 Ks都只是单个集中药包爆破时装药量与所爆落岩体 体积之间的一个关系系数。
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第六章 岩石爆破基本理论
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3 爆破破岩机理
炸药性能对爆破效果的影响 炸药的密度、爆热、爆速、作功能力和 猛度等性能指标，反映了炸药爆炸时的作功 能力，直接影响炸药的爆炸效果。增大炸药 的密度和爆热，可以提高单位体积炸药的能 量密度，同时提高炸药的爆速、猛度和作功 能力。
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第六章 岩石爆破基本理论
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岩石爆破破坏基本理论（3）
爆生气体膨胀作用理论
爆生气体和应力波综合作用理论的实质：
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。爆生气体膨胀的准静态能量，是破碎岩石的主 要能源。
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①集中药包标准抛掷爆破
标准抛掷爆破漏斗体积 根据标准抛掷爆破漏斗的定义
1 2 V r W 3
r n 1 W
1 V W 3 W 3 3
标准抛掷爆破装药量可以认为是：
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Q KW 3
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第六章 岩石爆破基本理论
3 爆破破岩机理
集中药包非标准抛掷爆破装药量计算公式为：
安徽能源技术学校
矿山爆破
二0一二年四月
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第六章 岩石爆破理论
主要内容 ：
6.1 岩石爆破破坏基本理论
6.2 装药量计算原理
6.3 影响爆破作用的主要因素
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第六章 岩石爆破基本理论
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第一节 岩石爆破破坏基本理论（1）
爆生气体膨胀作用理论
爆速是炸药本身影响其能量有效利用的一 个重要性能指标。不同爆速的炸药，在岩 体内爆炸激起的冲击波和应力波的参数不 同，从而对岩石爆破作用及其效果有着明 显的影响。
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3 爆破破岩机理
地质条件对爆破效果的影响
(1)自由面对爆破效果的影响
在爆破工程中自由面的作用是非常重要的。有了自由
实践证明，在药包爆破作用范围内的断层
（fault）或大裂隙能影响爆破漏斗的大小和形
状，从而减少或增加爆破方量，使爆破不能达到 预定的抛掷效果甚至引起爆破安全事故。因此， 在布置药包时，应查明爆区断层的性质、产状和 分布情况，以便结合工程要求尽可能避免其影响。
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3 爆破破岩机理
另外，工业炸药的密度也不能进行大幅
度的变动，例如当铵梯炸药的密度超过其极
限值后，就不能稳定爆轰。因此，根据爆破
对象的性质，合理选择炸药品种并采取适宜
的装药结构，从而提高炸药能量的有效利用，
是改善爆破效果的有效途径。
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3 爆破破岩机理
W 25m 1 W / 25 W 25m
Qp (0.4 0.6n3 )kbW 3
集中药包松动爆破的装药量公式可以表示为：
Qs (0.33 ~ 0.5)kbW 3
即集中药包松动爆破的单位用药量约为标准抛掷爆破单位用药量的三 分之一到二分之一。
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第六章 岩石爆破基本理论
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Kb与Ks的选取
A 查表 B 工程类比 C 试验
对于普通的岩土 爆破工程， Kb 和Ks的值可由相 关表格中查出；
参照条件相近工 程的单位用药量 系数确定Kb和 Ks的值；
采用标准抛掷爆 破漏斗试验确定 Kb 的值。
Q 标准抛掷爆破漏斗试验中Kb的计算： k b (0.4 0.6n 3 )W 3
Q f n* kb *W
鲍列斯科夫经验公式
3
f n 0.4 0.6n3
代入：
Qp (0.4 0.6n3 )kbW 3
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第六章 岩石爆破基本理论
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应用上式计算加强抛掷爆破的装药量时，结果与实际 情况比较接近。但是，当最小抵抗线W大于25m，上 式计算出来的装药量偏小，应乘以修正系数
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单位炸药的耗药量
需要强调的符号含义：
Kb 指单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n=1）时，爆破每1m3岩石或土壤
所消耗的2号岩石铵梯炸药的质量，称作标准抛掷爆破单位用药量系数，简称标
准单位用药量系数。
Ks 则是指单个集中药包形成松动爆破漏斗时（一般n<0.75），爆破每1m3岩
石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的质量，称作 松动爆破单位用药量系数。
内 部 作 用
（1）粉碎区（压缩区） （2）裂隙区（破裂区）
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；Rc－粉碎区半径；Rp－破裂区半径 径向裂隙和环向裂隙的形成原理
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3 爆破破岩机理
（３）震动区
破裂区以外的岩石中，由于应力波引起的应力状态和爆轰 气体压力建立起的准静应力场均不足以使岩石破坏，只能引 起岩石质点作弹性震动，直到弹性震动波的能量被岩石完全 吸收为止，这个区域叫弹性震动区或地震区。在震动区，由 于地震波的作用，有可能引起地面或地下建筑物的破裂、倒 塌，或导致路堑边坡滑坡，隧道冒顶，片帮等灾害 。
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十几倍。
③ 自由面是最小抵抗线方向，应力波低达自由面后，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。
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第六章 岩石爆破基本理论
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3 爆破破岩机理
(2) 断层对爆破效果的影响
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3 爆破破岩机理
R`1 R`2 R` R2 R1
1
F R
F
图3-32 药包布置在断层中 1-药室；F-断层；R2-实际下破裂线 R1-设计下破裂线；R‘2-实际上破裂线 R‘1-设计上破裂线
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图3-33药包布置在断层下
第六章 岩石爆破基本理论
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爆炸应力波反射拉抻作用理论 的试验基础
岩石杆件的爆破
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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第六章 岩石爆破基本理论
第二节 单个药包爆破作用
3 爆破破岩机理
图3-32中的药包布置在断层的破碎带中。当断
层内的破碎物胶结不好时，爆炸气体将从断层破碎
带冲出，造成冲炮并使爆破漏斗变小。图3-33中的 药包位于断层的下面。爆破后，爆区上部断层上盘 的岩体将失去支撑，在重力的作用下顺断层面下滑， 从而使爆破方量增大，甚至造成原设计爆破影响范 围之外的建筑物损坏。
面，爆破后的岩石才能向这个面破坏和移动。增加自由
面的个数，可以在明显改善爆破效果的同时，显著地降
低炸药消耗量。合理地利用地形条件或人为地创造自由 面，往往可以达到事半功倍的效果。
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第六章 岩石爆破基本理论
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自由面在爆破中的作用归纳有三点：
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 岩的片落和径向裂隙的延伸。 ② 改变岩石应力状态及强度极限。 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
第六章 岩石爆破基本理论
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3 爆破破岩机理
爆破漏斗半径r（crater radius）是指形成倒锥形爆破漏斗的 底圆半径。常用r表示爆破漏斗半径。 爆破漏斗作用半径R，又叫破裂半径，是指从药包中心到爆破 漏斗底圆圆周上任一点的距离。下图中的R表示爆破漏斗破裂 半径。 爆破漏斗深度H 。爆破漏斗顶点至自由面的最短距离叫爆破漏 斗深度。图中的H表示爆破漏斗深度。 爆破漏斗可见深度h 。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。如图中的h表示。 爆破漏斗张开角θ ，即爆破漏斗的顶角，如图中的θ表示。