第4章 爆破工程地质

能量准则是研究岩石破坏的根本准则。
(2)分级方法
根据爆破漏斗的体积大小和岩块的组成来分级。
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• 5.我国岩石分级
概念上用普氏分级，但普氏系数f值的确定并无统一 一标准。
东北工学院（现为东北大学）建议根据岩石的可钻性、 爆破性和稳定性分别进行分级。 东北工学院岩石可爆性分级：
分级依据：可爆性指数F
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• (4)能量泄漏作用 • 软弱带或软弱面与地表或溶洞贯通，炸药爆炸的部分 能量将以“冲炮”或其他形式向临空面或溶洞泄出， 使爆破效果明显降低。 • (5)高压气楔作用 • 高温、高压爆轰气体侵入岩体结构面，对岩体产生气 楔劈裂破坏作用，使结构面进一步扩展。
• 2.岩体结构面对爆破作用的影响
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• 4.地下水对爆破的影响 • 地下水会降低炸药的敏感度和威力，甚至使炸药失效 而产生拒爆； • 使堵塞不紧而产生冲炮； • 使雷管受潮或电爆网路短路，影响网路的质量。 • 在有水的地方爆破，应采取严密的防水措施。
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• §4.4 • 1.爆破裂隙
爆破引起的工程地质问题
爆后断裂面，斜坡裂缝
断层
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• 另外，当山体较薄，出露于山体后面的断层，或侧向 有深切山沟，出露于冲沟附近的断层，都有可能引起 最小抵抗线方向的改变。
• 断层的存在，可能改变抛Βιβλιοθήκη Baidu方向。I为可能改变的抛 掷方向。
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• ⑤处理断层对爆破作用影响的措施 • a.在断层两侧布臵药包； • b.避免最小抵抗线与断层平行，最好是互相垂直，可 防止弱面突出； • c.用多药包齐爆，有时可以减弱断层的影响。
采掘工程中，选用装载、运输、提升等设备容器时， 必须考虑碎胀系数； 岩石爆破所需膨胀空间与岩石碎胀系数有关。
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• (4)岩石的波阻抗
岩石密度与纵波在岩石中传播速度的乘积。即
Z Cp
波阻抗表示岩石对应力波传播的阻尼作用，一般波阻 抗越大，凿爆越困难； • 波阻抗对爆破能量在岩体中的传播效率有直接影响， 当炸药的波阻值与岩石的波阻抗值相接近（相匹配） 时，爆破传给岩石的能量就多，在岩石中所引起的应 变值就越大，获得的爆破效果就越好。
冲炮
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• 3.地形条件对爆破效果的影响 • (1)地形对爆漏斗形状的影响 ①平地：倒立的圆锥体； ②斜坡：倒立的椭圆锥体； ③山脊：两个倒立椭圆锥体组成； ④孤立山头：多个倒立椭圆锥体组成。 • (2)地形对抛掷方向的影响 ①平地：向上抛； ②斜坡：沿斜坡面法线方向抛出； ③山脊：向两侧抛掷； ④孤立山头：四面开发； ⑤山嘴：向三个方向飞散。
• 动载：载荷随时间而变化。它不是一个常数，而是时 间的函数。
• 动载特点： • a.其大小与加载速度有关，不是一个定数； • b.抗压强度比静载大得多，而抗拉强度与静载相近。
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• 1.炸药爆炸的载荷性质
炸药爆炸产生的载荷属冲击载荷。
• 2.岩石在爆炸冲击载荷作用下的力学反应 • 爆炸冲击载荷作用下，岩石中产生(爆炸)应力波。 • 爆炸应力波在岩石中传播时，岩石既产生运动，又产 生变形甚至破坏。
• 说明： • 当岩体受到多组发育节理交割时，其情况与上述有所 不同。 • 由于岩体被切割成碎块，所以各节理都不能起主导作 用，这时岩体接近于均质岩体。因此对W方向、爆破 漏斗形状及爆破方量，基本上都不产生不利影响，但 要适当减少炸药单耗。
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• (5) 溶洞或老硐对爆破效果的影响 • 影响：改变W方向；降低爆破威力造成破碎不均匀， 影响爆破效果；严重时会引起冲炮，造成安全事故。
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• §4.3 地质条件对爆破作用的影响 • 一、岩石性质对爆破作用的影响 • 主要影响：炸药单耗、孔网参数、爆破松散系数、爆 破地震强度计算系数等很多爆破设计参数和安全计算 系数。 • 二、岩体结构对爆破作用的影响 • 1.结构面对爆破作用的影响 • 结构面：是指发育于岩体中，具有一定方向和延伸性 的各种地质界面，如断层、节理、层理及不整合面等。
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• 结构面对爆破有如下影响作用：
• (1)应力集中作用
结构面尖端产生应力集中,使岩体从结构面处先开裂。 • (2)应力波反射拉伸作用 压应力波遇结构面反射为拉应力波,产生反射拉伸裂隙. • (3)能量隔离与吸收作用 应力波通过张开裂隙或软弱带时，引起应力波反射以 及软弱带内的介质产生压缩变形，对爆破能量起到了 一定程度的隔离或吸收作用。
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• (3)地形与爆破方量的关系 临空面多，夹制作用小，方量大； 临空面少，夹制作用大，方量小。 如孤立山头爆破的方量要比平地大，平地爆破方量要 比洼地、山沟大。 • (4)地形与不同爆破类型的关系 • ①松动爆破和加强松动爆破一般不受地形条件限制。 岩石破碎，但不抛掷。 • ②抛掷爆破对地形条件的要求较高 岩石破碎、抛掷；将岩石抛向指定位臵,并堆积成一定 的形状，故对地形条件要求较高。 地形坡度愈陡，抛掷率愈高。
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• ③斜交：爆破抛掷方向将受到影响，爆破方量多数是 减少，少数也可能增加；一般来说爆破方量在钝角一 侧会增大，锐角一侧会缩小。
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• (4)节理裂隙对爆破效果的影响 • 岩体仅受1组节理切割时，对爆破的影响与层理的影 响相似。 • 当两组X型交割时，W方向为其钝角等分线时，爆破 方量可能增大； • W方向为其锐角等分线时，爆破方量可能减少，但两 者均不改变抛掷方向。
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• ②断层与最小抵抗线相交 • 断层远离药包，影响小，反之则大；断层与最小抵抗 线的交角大，影响小；反之则大。
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• ③断层切割爆破漏斗 • 影响爆破漏斗体积的大小：距药包远影响小，反之则 大。
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• ④断层在爆破漏斗范围以外 • 对爆破影响较小；如果断层在边坡体内，爆破后将严 重影响边坡的稳定性。
• (3)容重
包括孔隙在内的岩石单位体积重量,又称岩石的体重。
G V
• 岩石的孔隙度、密度、容重主要影响岩石的抛掷、堆 积和装运。
• 几种岩石的孔隙度、密度、容重详见表1-1（P6）。
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• (4)岩石的碎胀性
碎胀性是指岩石破碎后，总体积增加的性质。
碎胀性常用碎胀系数或松散系数K，则 K V0 V 。
7 e 67.22 K d .42 c 2.03 F ln 38.44V 1.89 4.75 K p Kx e
根据可爆性指数F，可将岩石分为5个等级。
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• 评价：
• (1)具有可行性;
• (2)块度测定工作的劳动强度大，并有一定的随机性； • (3)求算指数的计算式不够简便。
爆破一般会产生爆破裂隙，它分为两类： • 一类是新裂隙;另一类是原有裂隙的扩展(由于爆破作 用引起岩体中原有节理、裂隙的张开或扩大)。 • 2.后缘地表破坏：崩塌、危石、滚石等 • 3.爆破引起的工程地质问题 • ①边坡稳定问题：滑坡、崩塌等； • ②基础稳定问题：爆破裂隙所至；
• ③渗漏问题：爆破裂隙所至。
用生产现场实测的数据，按照凿岩性和爆破性的四个 指标分类，将岩石分为16个等级。
• (3)评价
指标与生产实际一致，可在现场测定，有现实意义， 但失去了概括性，测定复杂，修正系数多，没有广泛 在我国推广。
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• 3.哈努卡耶夫岩石分级方法
分级依据：岩石波阻抗。
岩石波阻抗值小者易爆，大都难爆。 根据岩石波阻抗值的大小可将岩石分为5级。 • 4.以能量消耗为准则的利文斯顿爆破漏斗岩石分级方法 (1)基本观点
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• 脆性：在外载荷作用下，岩石没有产生显著的永久变 形(塑性变形)就开始破坏的性质，一般岩石呈脆性破 坏。 • 注：与脆性相反，塑性岩石在破坏前有较明显的永久 变形。 • (2)岩石的强度和硬度
强度：指岩石抵抗外力破坏的能力。
硬度：指岩石抵抗工具侵入的能力。
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• 3.岩石的动力学性质
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• 2.岩石的静力学性质
• 静载—载荷不随时间变化或随时间变化不大。
• (1)岩石的弹性、塑性及脆性 弹性：在弹性变形范围内，当外载去掉后，岩石恢复 原形的性质。这种性质的变形称为弹性变形。 岩石在弹性极限内呈弹性，岩石可用与材料力学中各 弹性常数一样表示。 塑性：载荷去掉后，岩石形状大小不能完全恢复而产 生残余(永久)变形的性质，这种性质的变形称为塑性 变形。 如泥页岩，高岭土矿，巷道底鼓。
• 主要取决于结构面的性质、产状与药包位臵的关系。 • (1)结构面对爆破块度的影响。 • 爆破碎块大小首先取决于原生裂隙面，其次为爆破作 用形成的新鲜破裂面（次生破裂面）。
• 结构面的发育程度对块度分布有控制性影响，原生裂 隙越多，块度愈大。
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• (2)断层对爆破效果的影响
• ①断层通过药包位臵。 • 对爆破不利，容易引起冲炮或爆轰气体泄漏，降低爆 破威力，影响爆破效果。
• 二、岩石分级方法
• 1.普氏分级法(按岩石坚固性分类)
• (1)基本观点 岩石的坚固性是凿岩性、爆破性及采掘性等的综合， 也是岩石物理力学性质的概括体现，即岩石硬度、强 度、凿岩性、爆破性是一致的。 • (2)分级方法 用普氏坚固性系数f来大致概括，作为分级的根据。
f R 100 f R 30 R 3 或
《爆破工程》
• 第4章
爆破工程地质
• §4.1
• 1.岩石的物理性质
岩石的性质
• (1)孔隙度
岩石中孔隙的总体积V0与岩石的总体积V之比。即
V0 V 100%
岩石（体）存在孔隙，会削弱岩石的强度。
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• (2)密度
岩石的质量M与其体积（V-V0）之比。即
M V V0
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• (3)层理对爆破效果的影响
• 层理面对爆破的影响，主要取决于层理面的产状与最 小抵抗线方向的关系。 • ①平行：不改变抛掷方向，将减少爆破方量，爆破漏 斗呈方形坑，岩块抛掷距离比预计的要远；爆后常出 现欠挖，容易留根底，还有可能顺层发生冲炮。
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• ②垂直：不改变抛掷方向，将扩大爆破漏斗，增加方 量。
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• §4.2 岩石分级
• 一、岩石分级的意义
• (1)选择最佳方法和设备来破碎各种不同的岩石，以达 到最佳的经济效果和最高的劳动生产率； • (2)选择合理的开采和维护方法，最安全、可靠地保护 不应破坏的岩石，以正确有效地处理采矿中破坏与维 护岩石这一最基本的矛盾。
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共分10级,详见P89，表4-1。
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• (3)该分级方法的评价
强调了一致性，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，如难凿的 岩石不一定难爆，但简单易行，易于推广。多年来在 各类矿山流行使用。
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• 2.苏氏分级法
• (1)基本观点 与普氏分级法的基本观点相反，强调个性、差异性。 • (2)分级方法