爆破破岩基本机理与计算原理
爆破破岩机理
爆破破岩机理【转发】：一、爆生气体膨胀压力作用破坏论Kutter和Hagan从静力学的观点出发，提出了“气楔作用”（PneumaticWedgtng)这种假说，认为炸药爆炸后产生的高温高压的气体，由于膨胀而产生的推力作用在炸药周围的岩壁上，引起岩体质点的径向位移，从而在岩体中形成剪切应力。
当这种剪切应力超过岩体的极限抗剪强度时，就会引起岩体的破坏。
当爆生气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面附近的岩体隆起、鼓开并沿径向方向抛掷。
这种假说认为，动能仅占炸药总能量的5％~15％，绝大部分能量包含在爆生气体产物中，另一方面，岩体爆破时岩石发生破裂和破碎所需的时间小于爆生气体作用于岩体的时间。
二、应力波反射拉伸作用破坏论以Coates和Hin。
为代表的这种假说，从爆轰动力学的观点出发，认为炸药爆炸后，强大的冲击波冲击和压缩周围的岩体，在岩体中激发出强烈的压缩应力波。
当压缩应力波传播到自由面时，从自由面处反射而形成拉伸波。
当拉伸波的强度超过岩体的极限抗拉强度时，从自由面处开始向爆源方向产生拉伸片裂作用。
三、应力波和爆生气体联合作用破坏论以Fairhurst为代表的这种假说认为，爆破时岩体的破坏是应力波和爆生气体共同作用的结果。
但在解释破碎岩体的主导原因时存在不同观点。
一种观点认为，应力波在破碎岩体时不起主导作用，只是在形成初始径向裂隙时起先锋作用，岩体的破碎主要依靠爆生气体的膨胀推力和尖劈作用；另一种观点则认为，爆破时破碎岩体的主导作用取决于岩体的性质，即取决于岩体的波阻抗。
对于波阻抗为（10一15）× 10^5g/(cm^2．s）的高波阻抗的岩体，即极致密坚韧的岩体，爆炸应力波在其中的传播性能好，波速高。
爆破时岩体的破碎主要由应力波引起。
对于波阻抗为（2一5）× 10^5 g/（cm^2. s) 低波阻抗的松软而具有塑性的岩体，爆炸应力波在其中的传播性能较差，波速低，爆破时岩体的破碎主要依靠爆生气体的膨胀压力；对于波阻抗为（5～10）× 10 ^5g/〈cm^2.S )的中等波阻抗的中等坚硬的岩体，应力波和爆生气体同样起重要作用。
爆破工程4第五章---岩石中的爆破作用原理
该理论在爆破动力问题上，直接采用爆轰冲击荷 载作用于岩壁的状态方程，利用动力有限元方法 计算爆区的应力状态。其实质是认为岩体爆破动 力是爆炸应力波和爆轰气体的膨胀作用，两者相 辅相成，不可或缺。
第二节 冲击载荷的特征和应力波 一、冲击载荷的特征
一、爆轰气体膨胀压力作用破坏论
这派观点是从静力学的观点出发，认为药包爆炸后， 产生大量高温高压的气体，这种气体膨胀时所产生 推力，作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的 径向位移，由于作用力的不等引起的不同的径向位 移，导致在岩石中形成剪切应力，当这种剪切应力 超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石的破裂， 当爆轰气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面 附近的岩石隆起、鼓开并沿径向方向推出，这派观 点完全否认冲击波的作用。
（一）岩体中冲击波的传播规律
冲击波的初始波峰压力就是爆轰波给予岩 石的最初压力，其值的大小取决于炸药的 性质、岩石的性质和炸药与岩石的耦合情 况。
波阻抗越大的岩石，在炮孔壁上产生的压 力也越大，如表5—1所示。
给予岩石的初始峰压越大，则岩石的变形 也越大，破碎越厉害，消耗能量也越多。 因此，在工程爆破中必须根据工程的要求 来合理地控制岩体中的初始峰压值。
压碎区的半径很小，一般约为药包半径的 2~3倍。破坏范围虽然不大，但破碎程度大， 炸药消耗能量多。
2.破裂区(破坏区) 当冲击波通过压碎区以后，随 着冲击波传播范围的扩大而导致单位面积上的能 流密度降低，压缩波（即压缩应力波），其强度 已低于岩石的动抗压强度，所以不能直接压碎岩 石。但是，它可使压碎区外层的岩石遭到强烈的 径向压缩，使岩石的质点产生径向位移，因而导 致外围岩石层中产生径向扩张和切向拉伸应变， 如图5—10所示。如果这种切向拉伸应变超过了 岩石的动抗拉强度的话，那么在外围的岩石层中 就会产生径向裂隙。这种裂隙以（0.15~0.4）倍 压缩应力波的传播速度向前延伸。当切向拉伸应 力小到低于岩石的动抗拉强度时，裂隙便停止向 前发展。另外在冲击波扩大药室时，压力下降了 的爆轰气体也同时作用在药室四周的岩石上，在 药室四周的岩石中形成一个准静应力场。
第四章岩石爆破基本理论PPT课件
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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
5岩石爆破破碎机理精品文档
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0.75<n=r <1;<900
（4）松动爆破漏斗 W
n < 0.75
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二、利文斯顿爆破漏斗理论 1.利文斯顿爆破漏斗理论的实质 （1）传递给岩石能量大小的相关因素
岩石性质、炸药性能、药包质量、炸药埋置深 度和起爆方式。 （2）爆破后炸药能量分配
1）岩石的弹性变形； 2）岩石的破碎和破裂； 3）岩石的抛掷； 4）空气冲击波和对气体做功。
出的；
（2）当一定炸药和岩石条件下，爆破破碎岩石 的体积与所用的装药量成正比。即
Q qV
（5-24）
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2.集中药包的药量计算 （1）集中药包的标准抛掷爆破
Qb = qbW3
（5-28）
（2）集中药包的非标准抛掷爆破
Qf(n)qbW3
（5-29）
式中：f n ——爆破作用指数函数；
1-铵油炸药；2-浆状炸药；3-含铝浆状炸药
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3.利文斯顿爆破漏斗理论的实际应用
（1）改进炸药性能，研制新型炸药
（2）用弹性变性能系数E b 评价岩石的可爆性
（3）爆破漏斗理论在工程爆破中进行爆破设计
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§ 5.4装药量计算原理
一、体积公式
1.体积公式的计算原理 （1）体积公式是布若伯格根据爆破相似法则得
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9Hale Waihona Puke ②环状裂隙的形成当爆炸压应力波通过破裂区时，由于岩石受到 强烈的压缩而储蓄了一部分弹性变形能。当压 应力波通过后，这部分能量就会释放出来，从 而引起岩石质点的向心运动而产生径向拉伸应 力。如果这个拉伸应力值高于岩石动抗拉强度， 就会在岩石中产生环状裂隙（即岩石出现卸载 拉伸断裂）。
岩石动力学与爆破技术12
爆破工程
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岩石爆破破碎机理
反射拉伸应力波作用理论（动 作用理论） 该理论单纯强调冲击波 的作用，认为岩石破碎是由 于爆炸产生的压缩应力波从 自由面反射而形成的拉伸应 力引起的这种拉伸应力，从 自由面朝向装药的位置将岩 石成片拉裂。这种假说忽视 了爆生气体的作用。 实验基础：杆件和板件 实验。
Gd c
2 s
4 K d (c 2 c s2 ) p 3
d (c 2c )
2 p 2 s
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岩石中的爆炸应力波
爆破工程
冲击载荷在岩体内引起的应力－－应变
P last ic
Elast ic Y 1
e
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岩石中的爆炸应力波
爆破工程
σθ2
微单元
σθ2
σr1
r1 c 2 t
岩石不会被压碎
产生径向裂隙
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岩石爆破破碎机理
爆破工程
爆生气体作用在爆炸空腔 的岩壁上，形成准静压应力场 。在高压气体的膨胀挤压、气 楔作用下，径向裂隙继续扩展 和延伸，并且在裂隙尖端处的 气体压力下引起应力集中，加 速裂隙的扩展，构成了靠近粉 碎区的内密外疏、开始宽末端 细的径向裂隙。
d (l ) dt d d ( E ) d E E dt dt dt v
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爆破工程
霍普金森实验系统
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爆炸载荷下岩石的力学反应
爆破工程
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，以 致于可在岩石表面形成冲击波，并在岩石中传播。 岩石中某局部被激发的应力脉冲是时间和距离的函数 。由于应力作用时间短，往往其前沿才传播一小段距 离而荷载已作用完毕，因此在岩石中产生明显的应力 不均现象。 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而变化。 载荷与岩体之间有明显的“匹配”作用。
岩石爆破原理与方法
岩石爆破原理与方法嘿，咱今儿就来讲讲这岩石爆破！你说这岩石啊，那可真是顽固得很呢，就像那怎么都赶不走的倔驴！那咱要怎么对付它呢？这就得靠爆破啦！想象一下，岩石就像是一个坚固的堡垒，而爆破就是我们攻打这个堡垒的秘密武器。
爆破的原理呢，其实就是利用炸药爆炸时产生的巨大能量，让岩石瞬间破碎。
这就好比是给岩石来了一记猛拳，一下子就把它给打散了。
那这炸药是怎么发挥作用的呢？当炸药爆炸的时候，会产生极高的温度和压力，就像一个小太阳在岩石内部爆发一样。
这股强大的力量会迅速向四周扩散，把岩石从内部往外撑开，最后“嘭”的一声，岩石就被炸得七零八落啦！说到爆破的方法，那也是有讲究的。
就像做菜一样，不同的菜有不同的做法，这爆破也得根据岩石的具体情况来选择合适的方法。
有一种叫浅孔爆破的，就像是用小针轻轻地扎一下。
它适合那些不太厚的岩石，在岩石上打几个小孔，把炸药放进去，就能把岩石炸碎啦。
这种方法比较精细，就像绣花一样，一点点地把岩石瓦解。
还有深孔爆破呢，这可就像是用大锤子狠狠地砸下去。
它是在岩石上打很深的孔，放很多炸药进去，然后来个大规模的爆破。
这种方法适合对付那些大块头的岩石，一下子就能把它们炸得稀巴烂。
另外啊，还有预裂爆破，这就像是给岩石划一道口子，让它顺着这条口子裂开。
这样可以减少对周围岩石的破坏，让爆破更加精准。
不过啊，爆破可不是随便就能玩的，这可是个技术活，也是个危险活。
要是不小心弄错了，那可不得了，说不定会引起大灾难呢！就像放鞭炮一样，你要是不小心把鞭炮扔到了不该扔的地方，那后果可不堪设想啊！所以啊，进行岩石爆破的时候，一定要找专业的人来干，他们有经验，知道怎么安全地把岩石给炸了。
而且，爆破前的准备工作也很重要呢！得先好好勘察一下地形，看看周围有没有什么建筑物啊、人啊之类的，可不能伤到他们。
还要计算好炸药的用量，用多了浪费，用少了又炸不碎岩石，这可得好好掂量掂量。
总之啊，岩石爆破这事儿，既有趣又危险。
我们要好好利用它的原理和方法，把那些顽固的岩石给征服了，同时也要注意安全，可别让它反过来伤到我们自己哟！你说是不是这个理儿？。
5爆破破岩机理
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
σr
` `
σr
` `
南华大学-岩石的爆破破碎机理-7页精选文档
南华大学-岩石的爆破破碎机理第七章岩石的爆破破碎机理概论爆破是目前采矿工程中和其他基础工程中应用最广泛最频繁的一种破碎岩石的有效手段。
为了更有效的利用炸药爆炸释放的能量达到一定的工程目的，研究炸药包爆炸作用下岩石的破碎机理是一项重要的科研课题。
炸药爆轰过程属于超动态动力学问题，从药包起爆到岩石破碎，只有几十微秒。
岩石的爆破机理研究是在生产实践的基础上，借助于高速摄影，模拟试验，数值分析对爆破过程中在岩石内发生的应力、应变、破裂、飞散等现象的观测基础上总结而成的。
（讲课时间5分钟）第一节岩石爆破破坏的几种假说一、爆炸气体产物膨胀压力破坏理论（讲课时间10分钟）岩石主要由于装药空间内爆炸气体产物的压力作用而破坏。
炸药爆炸—气体产物（高温，高压）—在岩中产生应力场—引起应力场内质点的径向位移—径向压应力—切向拉应力—岩石产生径向裂纹；如果存在自由面，岩石位移的阻力在自由面方向上最小，岩石质点速度在自由面方向上最大，位移阻力各方向上的不等形成剪切应力导致岩石剪切破坏；爆炸气体剩余压力对岩块产生进一步的抛掷。
这种理论认为：1、炸药的能量中动能仅为5%~15%，大部分能量在爆炸气体产物中；2、岩石发生破裂和破碎所需时间小于爆炸气体施载于岩石的时间。
二、冲击波引起应力波反射破坏理论（讲课时间5分钟）岩石的破坏主要是由自由面上应力波反射转变成的拉应力波造成的。
爆炸冲击波在自由面反射为拉伸波，岩石的抗拉强度低，岩石易受拉破坏。
这种理论主要依据：1、岩体的破碎是由自由面开始而逐渐向爆心发展的；2、冲击波的压力比气体膨胀压力大得多。
图7-1 反射拉伸破坏三、爆炸气体膨胀压力和冲击波所引起的应力波共同作用理论（难点）（讲课时间10分钟）爆破时岩石的破坏是爆炸气体和冲击波共同作用的结果，它们各自在岩石破坏过程的不同阶段起重要作用。
爆轰波衰减成应力波造成岩石“压碎”，压碎区以外造成径向裂隙。
气体产生“气楔作用”使裂隙进一步延伸和张开，直到能量消耗完。
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。
钻爆作业爆破破岩作用机理及有关概念无限介质中的爆破
4.3.2 钻爆作业1. 爆破破岩作用机理及有关概念（1）无限介质中的爆破作用假定将药包埋置在无限介质中进行爆破，则在远离药包中心不同的位置上，其爆破作用是不相同的。
大致可以划分为四个区域，如图7—1所示。
◆压缩粉碎区——指半径为1 R 范围的区域。
该区域内介质距离药包最近，受到的压力最大，故破坏最大。
当介质为土壤或软岩时，压缩形成一个环形体孔腔；介质为硬岩时，则产生粉碎性破坏，故称为压缩粉碎区。
◆抛掷区——1 R 与 2 R 之间的范围叫抛掷区。
在这个区域内介质受到的爆破力虽然比压缩粉碎区小，但介质的结构仍然被破坏成碎块。
炸药爆炸能量除对介质产生破坏作用外，尚有多余能量使被破坏的碎块获得运动速度，在介质处于有临空面的空间时，则在临空面方向上被抛掷出去，产生抛掷运动。
◆破坏区——该区又叫松动区，是指2 R 与 3 R 之间的区域。
爆炸能量在此区域内只能使介质破裂松动，已没有能力使碎块产生抛掷运动。
◆震动区——3 R 与 4 R 之间的范围叫爆破震动区。
在此范围内，爆破能量只能使介质发生弹性变形，不能产生破坏作用。
举例：移山填海、自已参与科研常德烟厂基础拆除爆破、水池爆破等。
（2）爆破基本概念◆临空面——又叫自由面，是指暴露在大气中的开挖面。
◆爆破漏斗——在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆锥形的爆破凹坑就叫爆破漏斗。
如图7—2所示。
◆最小抵抗线（W ）——药包中心到自由面的最短距离。
◆爆破漏斗半径（r）——最小抵抗线与自由面交点到爆破漏斗边沿的距离。
◆爆破作用指数——爆破漏斗半径r与最小抵抗线W 的比值n，称为爆破作用指数，这是一个描述爆破漏斗大小，爆破性质，抛掷堆积情况等因素的重要相关系数。
通常把n=1的爆破称为标准抛掷爆破，其漏斗称为标准抛掷爆破漏斗；n＞1的爆破称为加强抛掷爆破或扬弃爆破；0.75<n<1的爆破称为加强松动或减弱抛掷爆破；n≤0.75的爆破称为松动爆破。
平坦地形的松动爆破结果，只能看到岩土破碎和隆起，并没有爆破漏斗可见。
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。
4-爆破破岩机理 (3)
这种学说以爆炸动力学为基础，揭示了应力波引起岩石破碎的作 用机理。这种学说没有考虑爆轰气体的破坏作用。其基本观点如下： ① 爆轰波对药包周围岩壁的冲击压缩作用，在岩壁中激发形成冲 击波，并进而衰减为向外传播的径向压缩应力波。 ② 当岩石为弹性介质时，此径向压缩应力波首先引起岩石的径向 弹性位移，进而引起岩石的切向拉伸变形和切向拉伸应力。当岩石的 动态抗拉强度低于此拉伸应力时，就会使岩石产生切向拉伸破坏，形
到自由面的最短距离叫爆破漏斗可见深度，如图4-9中h 所示。 ⑦爆破漏斗张开角，即爆破漏斗的顶角，如图4-9中 的θ所示。
2)爆破作用指数（crater index）
爆破漏斗底圆半径与最小抵抗线的比值称为爆破作用指数，
用n表示，即：
r n W
（4-1）
爆破作用指数n值的变化，直接影响到爆破漏斗的大小、岩
中所起的作用，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： 爆轰波的传播速度和波阵面上的压力大大高于爆轰气体 产物膨胀产生的压力和传播速度。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。 冲击波可使药包附近的岩石产生“压碎”现象，而应力波可 在压碎区域之外产生径向裂纹和环向裂纹，形成弹性破坏区。
随着药包埋深的减小，爆破漏斗体积减小，炸药用于破碎、抛
掷岩石和声音的能力逐渐增大。介于临界深度和最佳深度之间的药包埋
深称为过渡深度hg ；
4.3 装药量计算的基本原理
目前，在岩土工程爆破中，精确计算装药量(charge quantity)的问题尚未得到圆满解决。工程技术人员更多的是在 各种经验公式的基础上，结合实践经验确定装药量。其中，体积 公式是装药量计算中最为常用的一种经验公式。
《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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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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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，
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n W
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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
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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℃
爆破破岩基本机理和计算原理
早在1613年德国人马林（Marlin）、韦格尔（Weigel） 在弗雷帕格（Freisberg）矿山首先用炸药开掘坑道，开创 了爆破采矿的历史。
国内外学者们经过长期探索，包括高速摄影技术、现场爆破试验和 计算机模拟技术，提出了岩石爆破机理的种种假说。
内部作用时，根据岩石的破坏情况，除在装药周围 扩大爆腔外，还将在岩石中自爆源向外依次形成粉碎区 （或称压缩区、压碎区）、破裂区（或称裂隙区）和震 动区。
爆破内部作用岩石破坏分区示意图
R0—药包半径； R1—粉碎区半径； R2—破裂区半径
R0
R1 R2
装药内部爆破作用——粉碎区
密闭在岩体中的药包爆炸时，产生高温高压气体，爆 轰压力在数微秒内急剧增高到数万兆帕，强烈冲击药包周 围岩石，激起起冲击波，产生很高的径向和切相压应力， 其强度远远超过岩石的动态抗压强度。结果造成爆腔扩 大，周围岩石形成粉碎性破坏，形成粉碎区。（对于坚硬 岩石，粉碎性破坏明显，而对于松软岩石则被压缩形成空 腔，空腔表面形成较为坚实的压实层，故这种情况下的粉 碎区又称为压缩区。
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。
工程爆破实践中应根据岩石条件、爆破效果要求，合 理选择炸药品种和爆破方法（特别是装药结构）
第二节 岩石中爆炸应力波
炸药在岩石中的爆炸时，最初施加在岩石上的是冲击荷 载，在极短的时间内上升到峰值压力，而后又迅速下降， 爆炸载荷的整个作用过程很短。在此冲击荷载作用下， 岩石内激起爆炸应力波。冲击压缩岩石，造成岩石破坏。
p2 p110D21/rCP
式中Cp为岩石中的弹性波速度；ρr为岩石的密度；D1为爆轰波
岩石爆破理论
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和理论依据归类，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。
第三章爆破破岩机理(lihw)
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（图3-1）。
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
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。
观点依据：
①岩石发生破坏的时间在爆炸气体作用的时间 内。 ②炸药中冲击波的能量仅占炸药总能量的 5%~15%。
对该观点的评论： 全面阐述了爆炸气体在岩石破碎中的作用。
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。
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（本章第五节）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
第三章巷道破岩山科资料
山东科技大学资源与环境工程学院
通常把用指数
n r
w
r—爆破漏斗半径；w—最小抵抗线。
当n=1时，形成标准抛掷漏斗（图c）；
1<n<3时，形成加强抛掷漏斗（图d）；
0.75<n<1时，形成减弱抛掷漏斗（图b）；
n=0.75时，岩石只形成松动而不形成抛掷，叫做松动漏
其氧平衡乘积之和计算：
Kb miki
式中 mi ，ki ——第i种组分的百分比和氧平衡值。工业炸 药中常用成分的氧平衡值见表3.1
⑴Kb>0时，正氧平衡,剩余的氧和N反应生成NO和N2O5等有害 物质，吸热反应，氮氧化物还对瓦斯爆炸起催化作用。
⑵Kb<0时，负氧平衡，生成CO、C、H2。 ⑶Kb=0时，零氧平衡,充分氧化，生成大量热。这时：
炸药的猛度是指炸药爆炸瞬间爆轰波和爆轰产物对邻近的局部固体 介质的破碎能力，它反应的是炸药爆炸作用的动作用。
炸药的猛度是用一定规格的铅柱被压缩的程度来表示。实验测定如 下图所示：炸药爆炸后量出铅柱压缩前后的高度差（㎜），即炸药 的猛度。
ΔH=H1-H2
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2）炸药的爆力（做功能力） 炸药的爆力（做功能力）是指爆生气体在高温下膨胀做功破坏
斗（图a）；
n<0.75时，爆破漏斗不能形成。
6
3） 自由面数对爆破效果的影响
如果自由面不止一个，则应力波在各个方向都能形成反射，也都 能形成由自由面向药包中心的拉断破坏区。因此增加自由面就可使炸 落单位体积岩石的炸药消耗量降低，而且岩石的块度比较小而均匀。
有些资料认为，两个自由面的炸药消耗量只是一个自由面的60％， 三个自由面可以降低到40％，实际上由于其它因素影响，只接近这个 数字。
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爆生气体膨胀推力作用假说
这种学说从静力学观点出发，认为岩石的破碎主要是 由于爆轰气体的膨胀压力引起的。这种学说忽视了岩体中 冲击波和应力波的破坏作用，其基本观点如下：
药包爆炸，产生大量高温高压气体，这些爆炸气体迅 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 点径向位移，由于不同方向受力不等引起径向位移速度不 等，导致在岩石中形成剪切应力。当剪切应力超过岩石抗 剪强度时，岩石即产生剪切破坏。破碎岩块又在爆轰气体 推力作用下沿径向抛出，形成爆破漏斗坑。（内——外）
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，其基本观点如下：
炸药爆炸后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。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。自由面的反射拉伸作用同样也加强了径向裂 隙的扩展，并造成岩石片落。
炸药在岩土介质中爆炸发展图像
1)岩石中爆炸应力波的演变
炸药在岩土介质中爆炸发展图像（续）
2) 冲击载荷作用下岩石的变形及其对应的各种应力波
爆生气体的膨胀作用
爆炸应力波反射拉伸作用假说
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，也忽视了压应力的作用，其基本观点如下：
爆轰波冲击和压缩药包周围的岩壁，在岩石中激发形 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。自由 面形成片落爆破漏斗。（外——内）
霍普金森压杆试验示意图
不同药量的岩石压杆爆破试验
自由面附近应用波的发射作用
岩石条爆破试验：
１－雷管； ２－炸药； ３－岩石条试件； ４－粉碎区； ５－裂隙区； ６－震动区； ７－片落区
霍普金森效应
试验：在岩石压杆的一端安置炸药，起爆后，靠近炸 药一端的岩石被炸碎，压杆中间部分没有明显的破坏， 而杆件的另一端则被拉断呈许多块。
爆破破岩基本机理 和计算原理
爆破破岩基本机理和计算原理
4.1 岩石爆破理论发展阶段 4.2 岩石中的爆炸应力波 4.3 岩石爆破作用 4.4 炸药在岩石中的爆破破坏过程 4.5 爆破漏斗理论 4.6 光面爆破和预裂爆破
4.7 4.8 聚能效应 4.9 装药量计算原理 4.10 影响爆破效应的因素
4.1 岩石爆破理论发展阶段
原理：炸药爆炸后，在岩石压杆中产生沿压杆轴向传 播的爆炸压缩应力波，到达压杆的另一端遇端面（自由 面）将发生反射，形成拉伸应力波反射入压杆，当此拉 伸波的拉应力值高于岩石的抗拉强度时，岩石将从该端 被拉断，随着反射波的传播，拉断的块数增多，直至拉 应力小于岩石的抗拉强度停止
爆生气体和爆炸应力波综合作用假说
岩石爆破机理早期发展阶段主要为 L.W.利文斯顿的爆破 理论、流体动力学理论以及炸药量与岩石破碎体积成比例 理论。
4.1 岩石爆破理论发展阶段
直到20世纪60年代日野熊雄的冲击波拉伸破坏理论的出 现，标志着早期爆破理论发展阶段的结束，爆破机理发展 第二阶段的开始。
岩石爆破理论发展的第二阶段主要提出了岩石爆破机理 的三种假说：
★ 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
一、岩石爆破破坏机理的三种假说
由于岩石是一种非均质、各向异性的介质，爆炸本身 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。尽管如此， 理论研究方面仍取得重大成果，归结起来岩石爆破破坏机 理有三种假说
第二节 岩石中爆炸应力波
炸药在岩石中的爆炸时，最初施加在岩石上的是冲击荷 载，在极短的时间内上升到峰值压力，而后又迅速下降， 爆炸载荷的整个作用过程很短。在此冲击荷载作用下， 岩石内激起爆炸应力波。冲击压缩岩石，造成岩石破坏。
爆炸应力波在距爆源不同距离的区段内可表现为：爆炸 冲击波、爆炸应力波和爆炸地震波。在爆源近区是冲击 波，具有陡峭的波阵面并以超声速传播，波阵面前后的 岩石状态参数（压力、密度、温度、岩石质点移动速度） 都发生突跃变化。冲击波在传播过程中能量消耗大、衰 减快。随着距离增大，冲击波衰变为压缩应力波，波头 变缓，以声速传播，能量衰减较慢。随传播距离增大， 应力波又衰变为周期性振动的地震波。
岩石爆破破坏机理的三种假说（综合）
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ห้องสมุดไป่ตู้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。
工程爆破实践中应根据岩石条件、爆破效果要求，合 理选择炸药品种和爆破方法（特别是装药结构）
从古代至今，采用炸药爆炸来破碎岩体仍然是一种最有效的方法。炸 药爆炸作用下，岩体是如何破碎的呢？
早在1613年德国人马林（Marlin）、韦格尔（Weigel） 在弗雷帕格（Freisberg）矿山首先用炸药开掘坑道，开创 了爆破采矿的历史。
国内外学者们经过长期探索，包括高速摄影技术、现场爆破试验和计 算机模拟技术，提出了岩石爆破机理的种种假说。