第三章爆破破岩机理(lihw)

3.1.2 岩石爆破理论研究的内容 ①爆轰波理论的研究； ②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； ③炸药能量向岩石的传递效率； ④岩石的动态断裂与破坏； ⑤爆破过程的数值模拟，预测爆破块度和爆堆形态。

本节参考文献：
[1]齐金铎.现代爆破理论[M].北京:冶金工业出版社, 1997. [2]孙波勇，段卫东，郑峰等.岩石爆破理论模型的研究现状及 发展趋势[J].矿业研究与开发. 2007，27(2):69~71. [3]戴 俊.岩石动力学特性与爆破理论[M].北京:冶金工业出 版社, 2002. [4]杨 军,金乾坤,黄凤雷.岩石爆破理论模型及数值计算[M]. 北京:科学出版社, 199
3.2 岩石爆破破碎原因的几种学说
3.2.1 爆炸气体膨胀压理论 该理论的代表人物：村田勉等。 基本观点如下：
某 待 爆 破 的 山 体
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，引起 岩石质点的径向位移， 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。
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。
第三章 岩石爆破理论
岩石爆破理论是用来说明爆破时的破岩机理, 并 指导岩石爆破工程进行合理设计和施工的一门学科。 爆破理论作为一门特殊的力学学科,是随着炸药、起爆 器材的发明和应用、爆破量测技术的进步以及相邻学 科发展而发展的。
3.1岩石爆破理论的发展
随着爆破技术和相邻学科的发展，爆破理论的研 究也有了长足的进步。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，更系统化了。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。
图3-1 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
炸药在岩石中爆破破坏过程 第一阶段：爆炸后冲击波径向压缩阶段；
第二阶段:冲击波反射拉伸引起自由面处的岩
石片落； 第三阶段:爆炸气体的膨胀，岩石受爆炸气体 超高压力的影响，在拉伸应力和气楔的双重 作用下，径向初始裂隙迅速扩大。
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
大的条件下，爆轰气体的破坏作用是主要的。
某 土 石 方 爆 破 后 形 成 的 爆 堆
1
2 (a) (b) (c) (c)
对该观点的评述 重要意义：
给爆破理论的研究注入新的活力，是爆破 理论的研究进入新的阶段。
不足之处：
限于当时的技术条件，许多问题冲击波拉 伸破坏理论还不能完全解释。
理论研究
3.2.3冲击波和爆炸气体综合作用理论 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
3.1.1岩石爆破理论的发展阶段 早期发展阶段、爆破理论的确立阶段和爆破理论 的最新发展阶段。 3.1.1.1 早期发展阶段 1613年德国人马林（Marlin）、韦格尔（Weigel） 在弗雷斯帕格（Freisberg）矿山首先用炸药掘进坑 道，开创了爆破采矿的历史。应该说从炸药用于爆破 作业起，人们就有了计算炸药量的方法，也就出现了 早期的爆破理论。 阶段特征:出现了炸药量计算公式，但是对爆破过 程并未作实质性的说明。
3.1.1.3爆破理论的最新发展阶段 爆破理论的最新发展阶段始于20世纪80年代，标 志之一是裂隙介质爆破机理的产生,并且相继提出了多 种岩石爆破理论的模型。 岩石爆破理论的模型：弹性理论阶段、断裂裂隙 阶段、损伤理论阶段、分形损伤理论阶段。
阶段特征： ①裂隙岩体爆破理论的深入研究和岩体结构面岩石爆 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（分形、逾渗、混沌等理论）。
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岩石的动态抗拉强度处时停止。
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
缺陷
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。
观点依据：
⑴固体应力波的研究成果提供了可贵的借鉴 玻璃内的冲击波 吸收了考尔斯基对固体应力波研究最主要的 成果。 ⑵脆性固体抗拉强度 抗拉强度的重要性 破裂论提供了裂隙发展的原理和计算方法
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。
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

3.1.1.2 爆破理论的确立阶段 20世纪60年代初日野熊雄和美国矿业局戴维尔 （Duvall.W.L）提出冲击波拉伸破坏理论和村田勉提 出爆炸气体膨胀压破理论开始，到70年代L.C朗 （L.C.Long）明确提出爆破作用的三个阶段为止。

阶段特征： ①岩石爆破破碎机理确立(岩石破岩机理的三种假说）； ②在爆破破坏主因是冲击波压力还是爆炸气体膨胀压 方面展开激烈的争论，在争论中各派都不断的完善 和发展自己的观点； ③争论结果，冲击波和爆炸气体综合作用理论，爆破 过程的3个阶段论逐步得到多数人的承认。 ④利用现代测量仪器，例如高速摄影机进行的观测， 大大丰富和完善了爆破理论的内容，初步揭示了爆 破破坏的本质现象。
该理论的不足之处：
从裸露药包破碎大块来看，岩石破碎主要 依靠冲击波动压作用。 爆炸膨胀气体的准静压只有冲击波波阵面 压力的50%~25%，单独有这样地准静压能否在岩 石中引起初始破裂令人怀疑。
某 山 体 爆 破
3.2.2冲击波拉伸破坏理论 代表人物：日野熊雄、美国矿业局的戴维尔
这种学说以爆炸动力学为基础，认为应力波是引
破岩的五种模式： ①炮孔周围岩石的压碎作用； 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爆炸气体扩展应变波所产生的裂隙。

某 土 石 方 爆 破 后 形 成 的 爆 堆
某 土 石 方 爆 破 工 程