巖石爆破理論課件

1、5巖石爆破理論5.1巖石爆破破壞基本理論炸藥爆炸引起巖石 破壞，這是一個高能轉(zhuǎn)化釋放、傳遞作功的過程。在這個過程中，巖石受力情況極其復(fù)雜，而歷時又極為短暫，因此要正確地解釋巖石爆破破碎機理，就極為困難，人們已作了多年的努力，仍沒有一個確切全面的唯一的解釋，而是各執(zhí)一詞。但將多類解釋的基本觀點和理論依據(jù)歸類，可概括為三大假說：5.1.1 爆生氣體膨脹作用理論這種理論是從靜力學(xué)的觀點出發(fā)，認為：巖石的破碎主要是由爆炸氣體產(chǎn)物的膨脹壓力引起。(1) 炸藥爆炸時，產(chǎn)生高壓膨脹氣體，在周圍介質(zhì)中形成壓應(yīng)力場。炸藥爆炸生成大量氣體產(chǎn)物，在爆熱的作用下，處于高溫高壓的狀態(tài)，而急劇膨脹，這些膨脹氣體以極高的壓

2、力作用于周圍介質(zhì)，而形成壓應(yīng)力場。(2) 氣體膨脹推力使質(zhì)點產(chǎn)生徑向位移，而產(chǎn)生徑向壓應(yīng)力，其衍生拉應(yīng)力，產(chǎn)生徑向裂隙。很高的壓應(yīng)力場，勢必使周圍巖石質(zhì)點發(fā)生徑向移動，這種位移又產(chǎn)生徑向壓應(yīng)力，形成徑向壓應(yīng)力的傳遞；質(zhì)點在受徑向壓應(yīng)力時，將產(chǎn)生徑向壓縮變形，而在切向伴隨有拉伸變形生產(chǎn)，這個拉伸應(yīng)變就是徑向壓應(yīng)力所衍生的切向拉應(yīng)力所產(chǎn)生。當(dāng)巖石的抗拉強度低于此切向拉應(yīng)力時，就將產(chǎn)生徑向裂隙；巖石的抗拉強度遠遠地小于抗壓強度（常為其1/101/15），所以拉伸破壞極易發(fā)生，而形成徑向裂隙。(3) 質(zhì)點移動所受阻力不等，引起剪切應(yīng)力，而導(dǎo)致徑向剪切破壞。質(zhì)點位移受到周圍介質(zhì)的阻礙，阻力不平衡在介質(zhì)中

3、就會引起剪切應(yīng)力，若藥包附近有自由面時，質(zhì)點位移的阻力在最小抵抗線方向最小，其質(zhì)點位移速度最高，偏離最小抵抗線方向阻力增大，質(zhì)點位移速度降低，這樣在阻力不等的不同方向上，不等的質(zhì)點位移速度，必然產(chǎn)生質(zhì)點間的相對運動而產(chǎn)生剪切應(yīng)力。在剪切應(yīng)力超過巖石抗剪強度的地方，將發(fā)生徑向剪切破壞。(4) 當(dāng)介質(zhì)破裂，爆炸氣體尚有較高的壓力時，則推動破裂塊體沿徑向朝外運動，形成飛散。上述破壞發(fā)生將消耗大量的爆炸能，如果爆炸氣體還有足夠大的壓力，則將推動破碎巖塊作徑向外拋運動，若壓力不夠就可能僅是松動爆破破壞，而沒有拋散，甚至只是內(nèi)部爆破。用這種理論來解釋破巖原因，可簡化為：氣體推動壓應(yīng)力場徑向位移外拋5.2.

4、2 爆炸應(yīng)力波反射拉伸作用理論這種理論是從爆轟動力學(xué)觀點出發(fā)，認為：爆破時巖石的破壞主要是由自由面上應(yīng)力波反射，轉(zhuǎn)變成的拉應(yīng)力波所造成。當(dāng)炸藥在巖石中爆轟時，生成的高溫、高壓和高速的沖擊波猛烈沖擊周圍的巖石，在巖石中引起強烈的應(yīng)力波，它的強度大大超過了巖石的動抗壓強度，因此引起周圍巖石的過度破碎。當(dāng)壓縮應(yīng)力波通過粉碎圈以后，繼續(xù)往外傳播，但是它的強度己大大下降到不能直接引起巖石的破碎見圖5-2(a) p143。當(dāng)它達到自由面時，壓縮應(yīng)力波從自由面反射成拉伸應(yīng)力波，雖然此時波強度己很低，但是巖石的抗拉強度大大低于抗壓強度，所以仍足以將巖石拉斷。這種破裂方式亦稱“片落”見圖5-2(b) p143。

5、隨著反射波往里傳播，“片落”繼續(xù)發(fā)生，一直將漏斗范圍內(nèi)的巖石完全拉裂為止。因此巖石破碎的主要部分是入射波和反射波作用的結(jié)果，爆生氣體的作用只限于巖石的輔助破碎和破裂巖石的拋擲。該理論的試驗基礎(chǔ)是巖石桿件的爆破試驗（亦稱為霍普金森桿件試驗）和板件爆破試驗。桿件爆破試驗是用長條巖石桿件，在一端安置炸藥爆炸，則靠炸藥一端的巖石被炸碎，而另一端巖石也被拉斷成許多塊，桿件中間部分沒有明顯破壞，如圖5-3（p143）所示。板件爆破試驗是在松香平板模型的中心鉆一小孔，插入雷管引爆，除平板中心形成和類似同心圓的破碎區(qū)外，在平板的邊緣部分形成了由自由面向中心發(fā)展的拉裂區(qū)，如圖5-4（p143）所示。這些試驗說明

6、了拉伸波對巖石的破壞作用。這種理論也稱為動作用理論。 5.2.3 爆生氣體和應(yīng)力波共同作用理論該理論認為，實際爆破中，爆生氣體膨脹和爆炸應(yīng)力波都對巖石破壞起作用，是其共同作用的結(jié)果。而哪一種作用是主要作用，應(yīng)根據(jù)不同的情況來確定。經(jīng)驗表明：對松軟的塑性土壤，波阻抗很低，應(yīng)力波衰減很大，這類巖土的破壞主要靠爆生氣體的膨脹作用。而對致密堅硬的高波阻抗巖石，應(yīng)主要靠爆炸應(yīng)力波的作用，才能獲得較好的爆破效果。即這種理論認為：巖體內(nèi)最初裂隙的形成是由沖擊波或應(yīng)力波造成的，隨后爆生氣體滲入裂隙并在準靜態(tài)壓力作用下，使應(yīng)力波形成的裂隙進一步擴展。爆生氣體膨脹的準靜態(tài)能量，是破碎巖石的主要能源。因此，巖石的爆

7、破破壞與巖石特性和裝藥條件等因素有關(guān)，即不同巖性選用炸藥不同，應(yīng)使其波阻抗相互匹配。為此將巖石和炸藥按波阻抗值分為三類：第一類，高阻抗巖石。其波阻抗為1525 MPa.s/m，其破壞主要取決于應(yīng)力波，包括入射波和反射波，應(yīng)選用高波阻抗、高猛度、高爆速炸藥。第二類，中阻抗巖石。其波阻抗為515 MPa.s/m。這類巖石的破壞，主要是入射應(yīng)力波和爆生氣體綜合作用的結(jié)果，選用中等炸藥。第三類，低阻抗巖石。其波阻抗小于5 MPa.s/m。這類巖石的破壞，以爆生氣體形成的破壞為主。選用低波阻抗、低爆速、低猛度、高爆力炸藥。5.2單個藥包爆破作用5.2.1內(nèi)部作用爆破作用只發(fā)生在巖體的內(nèi)部，未能達到自由面

8、，這種作用叫做爆破的內(nèi)部作用；或者說，爆破后地表不會出現(xiàn)明顯破壞，亦稱為裝藥在無限介質(zhì)中的爆破作用。此時，巖石的破壞特征隨距藥包中心距離的變化而明顯不同，在耦合裝藥條件下可分為三個不同特征區(qū)域（p144圖5.6）：1、粉碎區(qū)（壓縮區(qū)）；2、裂隙區(qū)（破裂區(qū)）；3、震動區(qū)。（1） 粉碎區(qū)（壓縮區(qū)）炸藥爆炸產(chǎn)生的強沖擊波和高壓氣體對藥包周圍的巖石產(chǎn)生著強烈的作用，其強度遠遠超過了巖石的動抗壓強度，使與藥包接觸巖石產(chǎn)生壓縮破壞，并將巖石壓得粉碎，直至作用強度小于巖石的動抗壓強度為止，故此區(qū)域稱為粉碎區(qū)。同時強烈壓縮形成巖移、壓縮成空洞，即形成比原裝藥空間大的一個空腔。在靠藥包幾毫米幾十毫米內(nèi)的巖石甚至

9、可能被熔化，而呈塑性流態(tài)。故此區(qū)域又稱為壓縮區(qū)。壓縮區(qū)厚度不大，一般不超過藥包半徑的兩倍。此區(qū)以抗壓強度定界。其半徑Rc可用（5-1）式(P145)進行估算，式中爆后空腔半徑Rb可以用（5-2）式進行估算。 (5-1)式中:Rc粉碎區(qū)半徑(m)；Rb爆破后形成的空腔半徑,m)；c巖石的單軸抗壓強度（Pa）；s巖石密度(kg/m3)；cp巖石縱波速度(m/s)。爆破后形成的空腔半徑由下式計算: (5-2)式中：rb炮孔半徑（mm）；pm炸藥的平均爆壓 (Pa) ，pm=sD2/8；D炸藥爆速，m/s；0多向應(yīng)力條件下的巖石強度（Pa），雖然粉碎區(qū)的范圍不大，但由于巖石遭到強烈粉碎，能量消耗卻很大

10、，又使巖石過度粉碎加大礦石損失，因此爆破巖石時應(yīng)盡量避免形成壓碎區(qū)。（2） 裂隙區(qū)（破裂區(qū)）巖石在受沖擊波壓縮作用后，壓力迅速衰減，沖擊波衰減為壓縮應(yīng)力波，雖然不足再將巖石壓碎，卻可使粉碎區(qū)外層巖石受到強烈徑向壓縮而產(chǎn)生徑向位移。由此而衍生的切向拉伸應(yīng)力，使巖石產(chǎn)生徑向破壞，而形成徑向裂隙（p146，圖5-7、8）。隨著壓縮應(yīng)力波的進一步擴展和徑向裂隙的產(chǎn)生，動壓力急劇下降。這樣，壓縮應(yīng)力波所到之處巖石先受到徑向壓縮作用，雖然沒將巖石壓碎，卻在巖石中儲有了相當(dāng)?shù)膲嚎s變形能或稱彈性變形能；而沖擊波通過，應(yīng)力解除后，巖石能量快速釋放，巖石變形回彈，形成卸載波，即產(chǎn)生徑向卸載拉伸應(yīng)力，使巖石形成環(huán)狀

11、裂隙（p146，圖5-7、8）。爆炸氣體對巖石也有同樣的破壞作用，但其氣楔作用更能使爆生氣體象尖劈一樣滲入裂隙，將壓縮應(yīng)力波形成的初始裂隙進一步擴大、延伸。因此，在壓縮應(yīng)力波和爆炸氣體的共同作用下，壓縮區(qū)外圍巖石徑向裂隙和環(huán)狀裂隙的交錯生成、割裂成塊，故亦稱破裂區(qū)。此區(qū)以抗拉強度定界，其計算方法有兩種：1）按應(yīng)力波作用計算。徑向裂隙是由切向拉應(yīng)力引起的，當(dāng)巖石中的切向拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強度時，產(chǎn)生徑向裂隙，其半徑Rc可用（5-3）式估算 （5-3）式中： Rp破裂區(qū)半徑（m）；側(cè)應(yīng)力系數(shù)，只依賴于泊松比的系數(shù)，=（1-），泊松比；p2炮孔壁初始壓力峰值（Pa）；t巖石的抗拉強度（Pa）； 應(yīng)

12、力波衰減系數(shù)；rb炮孔半徑（mm）。2）按爆生氣體準靜壓作用計算。封閉在炮孔內(nèi)的爆生氣體以準靜壓的形式作用于炮孔壁，其應(yīng)力狀態(tài)類似于均勻內(nèi)壓的厚壁筒。根據(jù)彈性力學(xué)的厚壁圓筒理論及巖石中的抗拉強度準則，有Rp=pjt12rb（54）式中pj為作用于炮孔壁的準靜態(tài)壓力，視裝藥條件分別計算，當(dāng)采用柱狀不耦合裝藥時，有pj=18sD2rcrb6（55）式中rc為裝藥半徑(m)。一般來說，巖體內(nèi)最初形成的裂隙是由應(yīng)力波造成的，隨后爆生氣體滲入裂隙起氣楔作用，并在靜壓作用下，使應(yīng)力波形成的裂隙進一步擴大。(P146)。和（5-4）式進行（3） 震動區(qū)爆炸能量經(jīng)壓縮區(qū)和裂隙區(qū)的消耗和衰減，已余下多，在繼續(xù)傳

13、播中已不能造成巖石的破壞，而只能引起巖體的彈性震動。在這個區(qū)域內(nèi)能量以地震波的形式傳播，傳播距離很遠，直至其能量完全被巖石所吸收。其范圍可用（5-6）式估算。5.2.2外部作用就是爆破后，地表有明顯破壞，亦稱為爆破在有限介質(zhì)中的作用。爆炸作用通達地表，自由面的存在使其爆破作用過程分為了兩個階段：（1）應(yīng)力波朝離開裝藥的各個方向傳播，這時自由面還未起作用，其巖石破壞規(guī)律與爆破內(nèi)部作用相同，即形成三個作用圈（壓碎、裂隙、震動）；（2）應(yīng)力波到達自由面，壓縮波反射成拉伸波，并與入射波疊加在巖體中形成復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)。（1） 反射拉伸波引起自由面附近巖石的片落壓縮應(yīng)力波傳播到自由面，一部分或全部反射回來成

14、為同傳播方向正好相反的拉伸應(yīng)力波，當(dāng)拉伸應(yīng)力波的峰值壓力大于巖石的抗拉強度時，可使脆性巖石拉裂造成表面巖石與巖體分離，形成片落（軟巖則隆起），這種效應(yīng)叫霍普金森（Hopkinson）效應(yīng)。片落的過程如圖5-9所示。（2） 反射拉伸波引起徑向裂隙的延伸入射壓應(yīng)力波在自由面反射形成拉伸波，其強度若不足以引起巖石的片落，也將加強巖石裂隙的發(fā)展。入射時應(yīng)力場是以同心圓向四周擴散，反射時也在反射點形成反射拉伸同心圓應(yīng)力場。因此，各質(zhì)點受拉伸應(yīng)力作用方向為同心圓弧的法線方向，這個方向勢必與原應(yīng)力波入射所產(chǎn)生的裂隙形成一定的角度。（1）90°，即徑向裂隙與拉伸波傳體方向成90°角時，裂隙

15、所受拉伸應(yīng)力最大，拉伸延伸效果最好。（2）90°，存在一個sin方向的拉伸分力，促使徑向裂隙的擴展和延伸，或造成一條分支裂隙。(3) 0 ，即在最小抵抗線方向的徑向裂隙與反射波方向重合，反射應(yīng)力波會在切向上引起壓縮應(yīng)力，使得垂直自由面方向的徑向裂隙不但不會張開，反而會重新閉合。當(dāng)藥包爆炸產(chǎn)生外部作用時，除了將巖石破壞以外，還會將部分破碎了的巖石向外拋擲，因此在地表形成一個爆破坑，呈漏斗狀，通常叫做爆破漏斗。5.2.4爆破漏斗（1） 爆破漏斗幾何參數(shù)見圖5-15（P.150）。 自由面； 最小抵抗線W，在此方向巖石抵抗破壞的能力最小，因此是爆破作用和巖石移動的主導(dǎo)方向； 爆破漏斗半徑r

16、； 爆破作用半徑R，也稱破裂半徑； 爆破漏斗深度H； 爆破漏斗的可見深度h； 爆破漏斗張開角。此外，在爆破工程中，還有一個經(jīng)常使用的指數(shù)，稱為爆破作用指數(shù)n。它是爆破漏斗半徑和最小抵抗線的比值，即n=rW（57）(2) 爆破作用指數(shù)與爆破強弱的分類對于等量炸藥在一定埋深范圍內(nèi)，埋置深度越小，其爆破作用越強，所形成的爆破坑越大；若最小抵抗線不變，即埋深不變，爆破作用越強所形成的漏斗底圓半徑越大。為了反應(yīng)這種爆破作用的強弱，引入了爆破作用指數(shù)n的概念。表示為，爆破作用指數(shù)是爆破漏斗底圓半徑r與最小抵抗線W的比值：根據(jù)爆破作用指數(shù)n的不同，即根據(jù)爆破作用強弱的不同，將各種爆破歸為下列類型：標(biāo)準拋擲爆

17、破，n=1，=90°，所形成的漏斗稱為標(biāo)準拋擲爆破漏斗，藥包為標(biāo)準拋擲爆破藥包。加強拋擲爆破，n1，90°，所形成的漏斗稱為加強拋擲爆破漏斗，藥包加強拋擲爆破藥包。當(dāng)n3時，爆破漏斗的破壞范圍不再隨n值的增加而明顯增大。所以，爆破工程中加強拋擲爆破作用指數(shù)范圍為1n3；一般情況下，取n=1.22.5。減弱拋擲爆破，0.75n1，90°，所形成的漏斗稱為減弱拋擲爆破漏斗，藥包減弱拋擲爆破藥包。 松動爆破，0n0.75，這時只有巖石的破裂、破碎，沒有外拋，從外表看沒有明顯的漏斗形成。又可細分為標(biāo)準松動爆破、加強和減弱松動爆破，爆破時所用的藥量最小。5.4成組藥包爆破時

18、巖石破壞特征前面論述了單藥包爆破時巖石破碎機理的幾個方面的問題。然而在實際爆破工程中極少采用單藥包爆破，往往要靠使用成組藥包爆破來達到預(yù)期的目的。成組藥包爆破的應(yīng)力分布變化情況和巖石破壞過程要比單藥包爆破時復(fù)雜得多，研究成組藥包的爆破作用機理對于合理選擇爆破參數(shù)有重要的指導(dǎo)意義。5.4.1單排成組藥包齊發(fā)爆破高速攝影紀錄表明，多個藥包齊發(fā)爆破時：最初應(yīng)力波以同心球狀向外傳播；各應(yīng)力波相遇，產(chǎn)生相互疊加，出現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)力狀況；應(yīng)力重新分布，在炮眼連心線上應(yīng)力得到加強，而連心線中部兩側(cè)附近出現(xiàn)應(yīng)力降低區(qū)。其原因：（1）根據(jù)應(yīng)力波破壞理論，當(dāng)兩個藥包的爆炸應(yīng)力波波陣面相遇時，將發(fā)生應(yīng)力疊加。沿炮眼連心線

19、上的兩壓應(yīng)力壓方向相反，所產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)完全一致，而形成相互和的疊加，尤其波陣面切線方向上的衍生拉應(yīng)力拉合成為合，而增強了炮眼連心線上的拉應(yīng)力作用，即應(yīng)力得到了加強，如圖示。 （2）炸藥爆炸，爆生氣體在孔內(nèi)形成的準靜態(tài)壓力作用時間較長，并產(chǎn)生切向伴生拉應(yīng)力，由于炮孔連線方向受阻最小、應(yīng)力集中最大，產(chǎn)生的切向伴生拉應(yīng)力在炮孔壁炮孔連線方向上最大（見圖5-21），因此裂隙將由孔口開始向炮孔連線發(fā)展，若炮眼相距較近，合應(yīng)力較大，超過巖石的抗拉強度，則沿炮眼連心線將產(chǎn)生徑向裂隙，使兩炮孔沿中心連線斷裂。應(yīng)力降低區(qū)的形成：應(yīng)力降低區(qū)發(fā)生在，兩藥包的輻射狀應(yīng)力波作用線互成直角的相交處，此處應(yīng)力波疊加發(fā)生壓

20、縮和拉伸應(yīng)力的相互抵消，而產(chǎn)生應(yīng)力降低。如圖示（圖5-22，P.153），1#藥包對單元體A，沿徑向作用壓應(yīng)力，切線方向出現(xiàn)衍生拉應(yīng)力；2#藥包同樣如此。因此1#、2#藥包同時起爆，使得巖石單元體A所受到的由1#藥包爆轟引起的壓（拉）應(yīng)力，正好與2#藥包所引起的拉（壓）應(yīng)力相抵消或削弱，應(yīng)力相互的減疊加，使總應(yīng)力變小，而形成應(yīng)力降低區(qū)?？梢姡m當(dāng)減小最小抵抗線或增大孔距，使應(yīng)力降低區(qū)處在破碎巖石之外的空中，有利于減少大塊的產(chǎn)生。此外，相鄰兩排炮眼的V形布置，起到應(yīng)力補充作用，比矩形布置有利于減少大塊產(chǎn)生。那么最小抵抗線與孔距應(yīng)如何配置？通常取決于裝藥密集（臨近）系數(shù)，也稱炮孔密集（臨近）系數(shù)m

21、，其定義為：炮孔間距a與最小抵抗線W的比值，即：m=a / W （5-8）根據(jù)工程實踐，取得以下結(jié)論：1） 當(dāng)m2，即a2W時，兩裝藥各自形成單獨的爆破漏斗圖5-23(a)。2） 2m1時，兩裝藥形成一個爆破漏斗，但往往兩裝藥之間底部破碎不充分圖5-23（b）。3） 當(dāng)m=0.81時，兩裝藥形成一個爆破漏斗，且漏斗底部平坦，漏斗體積最大圖5-23（c）。4）當(dāng)m0.8時，兩裝藥距離較近，大部分能量用于拋擲巖石，漏斗體積反而減小圖5-23（d）。5.4.2多排成組藥包齊發(fā)爆破應(yīng)力情況更為復(fù)雜，巖體受力的實際效應(yīng)是多重應(yīng)力疊加的結(jié)果。這種多重應(yīng)力疊加，一方面造成極高的應(yīng)力狀態(tài)，有利于改善爆破碎效果

22、；同時由于是多排的齊發(fā)爆破，只有第一排具有兩具自由面，因此后排爆破受到很大的鉗制作用，而會惡化爆破效果。所以，多排齊發(fā)爆破得不到實際使用，但采用微差爆破技術(shù)改變了自由面情況，使多排爆破享有單排爆破的條件，不僅進一步改善了爆破效果，還極大的提高了爆破效率。5.5 能量平衡原理與裝藥量計算5.5.4 裝藥量計算爆破破碎巖石需用炸藥。炸藥太少，不足以將巖石破碎；太大，又造成浪費和增大危險。因此，藥量計算成為爆破技術(shù)中極為重要的問題。目前，這個問題的解決不是很完滿，至今仍主要是從實踐得到大致范圍，再用理論推導(dǎo)來解釋、提煉上升為數(shù)學(xué)公式，再返回實踐去檢驗和完善，因此得到的多是經(jīng)驗公式和一些試驗回歸方程，

23、即仍主要處在摸索的階段。我們從最早的思維來看藥量計算的設(shè)計思想：要將一定體積的巖石從巖體上爆破下來，并達到所要求的破碎度。因此，首先應(yīng)將巖塊從巖體中分離出來，其次將其破碎到要求的破碎度，所以，爆破能需要往分離和破碎這兩個方向分配。根據(jù)這個思路我們以巖石爆破的基本單元爆破漏斗的形成為例，推導(dǎo)藥量計算公式：設(shè)：所需總藥量為Q，應(yīng)為兩個分量之和：QQ1+Q2。將漏斗塊體從巖體中分離出來形成爆破漏斗，顯然所需藥量同漏斗的表面積成正比：將漏斗塊體破碎，所需藥量與塊體體積成正比：式中：、為單位破壞能系數(shù)。為了簡化問題，當(dāng)爆破作用指數(shù)n1時，rw，則：C1W2C2W3 可見：Q1與表征漏斗表面積的W2，成正

24、比；Q2與表征漏斗體積的W3，成正比（W3近似等于n1時的爆破漏斗體積）。故： QC1W2 +C2W3 = 表面分量 + 體積分量 （5-9）實際上，爆破還常常要將巖石拋移一定距離。在其他條件不變得情況下，拋移距離和埋置深度，即跟w有關(guān)，w（），拋移（）。可見炸藥的拋移分量是w的函數(shù)，按上式指數(shù)遞增，設(shè)想為C3W4，即：QC1W2 +C2W3+ C3W4 = 表面（分離）分量 + 體積（破碎）分量 + 拋移分量 （5-10）在一般巖土工程爆破中，巖塊破碎所消耗的爆破能，遠大于巖塊分離和拋移所消耗能量，即巖體爆破破壞能耗以破碎分量為主，即近似地認為爆破藥量同爆破的巖石體積成正比：QC2W3，得到

25、爆破藥量計算的“體積公式”。事實上，將C2的考慮大一點，即包含分離、拋移分量常數(shù)在里面，則可以認為在一定的炸藥和巖石條件下，爆落的土石方體積同所用的裝量藥成正比，即：Q標(biāo)KW3式中：Q標(biāo)實現(xiàn)標(biāo)準n1時的裝藥量；Kn1時的單位巖體用藥量；W最小抵抗線。n 的增大或減小，在其他條件不變的情況下，受藥量的支配；或作用指數(shù)的改變對應(yīng)著藥量的改變，所以對應(yīng)其他情況下爆破的藥量計算，按下列公式進行：Qf(n)KW3 f(n)爆破作用指數(shù)函數(shù)顯然：f(n)1，加強拋擲；f(n)1，減弱拋擲；f(n)1，標(biāo)準拋擲。具體確定f(n) 的方法很多，其中較常用：f(n)0.4+0.6n3 Q（0.4+0.6n3）K

26、W3此式可作拋擲爆破藥量計算的通式，尤其用于加強拋擲爆破藥量計算，更為接近實際。對于松動爆破，經(jīng)驗公式：Q松（0.330.55）kw3更為適用。上述是以爆破漏斗為例進行的分析，對其他爆破情況也有類似的關(guān)系：（1）對一定巖石，破碎每立方米所需平均裝藥量是一個定值，稱單位炸藥消耗量q。（2）爆破用藥量與破碎巖石的體積所成正比：Qq·V這是目前應(yīng)用最多，最基本的藥量計算公式，尤其在礦山是巖體破碎為主，主要使用該公式。在其他工程爆破中，這也是藥量計算的基本指導(dǎo)公式。5.5.5單位巖石炸藥消耗量對特定巖石進行爆破時，爆破每單位體積的巖石和所需要的炸藥量是一個定值，這個定植稱為單位巖石炸藥消耗量

27、，通常用q來表示。其確定主要有以下幾個途徑：1） 查表。可從各種經(jīng)驗數(shù)據(jù)表格中查出。但此時多以2號巖石炸藥為標(biāo)準或參照，若使用其他炸藥，則應(yīng)乘以炸藥換算系數(shù)e（見表5-1，p163.）。2） 工程類比法。參照條件相近工程的單位用藥量系數(shù)確定q值。3） 試驗法。做爆破漏斗試驗確定。選擇與爆區(qū)地質(zhì)條件相近的平坦地形，一般取最小抵抗線W=13 m，集中藥包進行實際爆破。爆后根據(jù)最小抵抗線W、裝藥量Q以及爆后實測的爆破漏斗底圓半徑r，計算n值并由式（5-39）計算q值。試驗應(yīng)進行3次以上，并根據(jù)各次的試驗結(jié)果選取接近標(biāo)準拋擲爆破漏斗的裝藥量。試驗是繁復(fù)的，但對于一些重大的工程是必不可少的。目前，工程上

28、常以2號巖石炸藥作為標(biāo)準炸藥，規(guī)定2號巖石炸藥的e=1，并以其做功能力320 mL或猛度12 mm作為標(biāo)準，其他炸藥品種根據(jù)以下兩式：eb = 320/所換算炸藥的做功能力值；或 em=12/所換算炸藥的猛度值求算e值。也可按上述兩式的平均值求算e值，即e=（eb+em）/2，常用炸藥的換算系數(shù)e值見表5-1中（p163）。5.6影響爆破作用的主要因素5.6.1 炸藥性能的影響影響爆破作用的主要炸藥性能參數(shù)：炸藥密度、爆速D、炸藥波阻抗c、爆轟壓力PH、爆炸壓力、爆炸氣體體積V、及爆炸能量利用率等。這里著重講三個因素：（1）爆轟壓力PH的影響我們知道，PH沖擊波壓力值，以應(yīng)力波形式傳播的爆轟能

29、量；在巖石中應(yīng)力，破壞應(yīng)變，就越有利于改善破碎效果。這對高波阻抗巖尤為明顯，但太高會造過粉碎，浪費爆炸能，而惡化破碎效果；尤其對低波阻抗巖石PH太高，無益于對巖石的破碎。（2）爆炸壓力P的影響P的作用時間遠遠地大于PH的作用時間，這使在應(yīng)力波作用下所形成的裂隙，能較長時間地受爆生氣體的尖楔作用，而得到大大地擴展和延伸，對于低波阻抗巖石這形式的破壞甚至居于主要地位。（3）炸藥爆炸能量利用率的影響炸藥為爆破破碎巖石提高能源，顯然提高炸藥能量利用率，能更有效地破碎巖石，改善爆破效果。為此，首先應(yīng)清楚爆破過程中炸藥爆炸能量的分配情況。若不考慮炸藥的熱化學(xué)損失，其能量主要分配在以下方面：形成壓縮區(qū)。即在

30、藥包周圍附近區(qū)域巖石產(chǎn)生強烈的壓縮變形和粉碎破壞；分離、破碎巖體。克服巖石內(nèi)聚力與摩接力，將巖石的巖體中分離出來，破碎成碎塊；推移，拋擲破碎巖塊。產(chǎn)地震效應(yīng)、空氣沖擊波及響聲效應(yīng)等。對于一般工程爆破或礦山爆破而言，第項是我們的目的，而其他能耗都是在作無用功，因此提高就是要增大用于破碎巖體的能耗的比率，而降低其他項、的比率。5.6.2自由面對爆破作用的影響巖石與空氣的交界面就是自由面，也是最典型的自由面，除此之外巖石與液體的交界面，巖石與松散介質(zhì)的交界面，以及二種不同性質(zhì)巖石的交界面等等都可以視為自由面。自由面是產(chǎn)生應(yīng)力波反射拉伸的條件，反射拉伸波有利于巖石的破碎；同時，自由面是巖石破壞阻力減小

31、面，巖石爆破更易在自由面方向發(fā)生破裂、破碎和移動；此外，自由面在存在改變了巖石應(yīng)力狀態(tài)及強度極限。在無限介質(zhì)中，巖石處于三向應(yīng)力狀態(tài)，而自由面附近的巖石則處于單向或雙向應(yīng)力狀態(tài)。故自由面附近的巖石強度，比遠離自由面巖石的強度減少幾倍甚至十幾倍。因此，一定在程度范圍自由面越大、越多，巖石的夾制作用越小，爆破效果越好。一般，裝藥量計算公式是以單自由面來考慮的，因此現(xiàn)場裝藥量計算，還應(yīng)考慮自由面數(shù)量的影響。炸藥消耗量與自由面數(shù)目的關(guān)系：自由面數(shù)目123456相對單位藥耗量14/53/51/22/51/45.6.3 炸藥與巖石匹配關(guān)系對爆破作用的影響5.6.3.1 波阻抗匹配炸藥的波阻抗值越接近巖石的

32、波阻抗值，爆炸能的傳播效率越高，在巖石中引起的應(yīng)變值或破壞效應(yīng)也越大。因此，為了改善爆破效果，必須根據(jù)巖石的波阻抗來選用炸藥品種，使它們各自的波阻抗能夠很好地相互匹配。（2）空氣間隙裝藥就是在裝藥中，在炸藥與孔壁間預(yù)留有空氣間隙。常用的有兩種結(jié)構(gòu)：1）炮孔軸向留空氣間隙這種裝藥結(jié)構(gòu)簡單，炮孔長度上藥量分布相對均勻，爆破塊度減小和均勻，炸藥單耗減小，多用于深孔崩礦。2）沿藥包周邊留環(huán)狀間隙這種裝藥比較均勻地降低炮孔壁上所受的峰值壓力，有助于保護孔壁不受徑向裂隙的破壞，這種結(jié)構(gòu)多用于預(yù)裂爆破，光面爆破等控制爆破中?？諝忾g隙為什么能改善爆破效果？其作用機理？（見圖7-19，P.136）1）孔壁沖擊應(yīng)

33、力峰值降低孔內(nèi)留有環(huán)狀間隙稱為不耦合裝藥，炸藥爆炸能直接作用在空氣上，再由空氣傳播給巖石。使作用在孔壁上的沖擊波應(yīng)力峰值嚴重衰減，也即孔壁所受沖擊壓力大幅降低，從而減少了藥包周圍附近區(qū)域巖石的塑性變形和過粉碎，也即降低了壓縮區(qū)或粉碎區(qū)的以耗。2）爆破作用時間延長一方面沖擊波峰值壓力的降低，使其能量轉(zhuǎn)化為應(yīng)力波能量，延長了應(yīng)力波作用時間；另一方面爆炸壓力峰值的衰減又轉(zhuǎn)化為貯存在空氣間隙中的能量，使空氣間隙起著一種彈簧的作用，爆轟結(jié)束后，受壓空氣將大量貯存能量釋放出來，增強破巖能力和延長了作功時間，即增強了破壞區(qū)的作用能力。當(dāng)兩段裝藥間有空氣柱時，裝藥爆炸時，首先在空氣柱內(nèi)激起相向空氣沖擊波，并在空習(xí)氣柱中心發(fā)生碰換，使壓力增高，同時產(chǎn)生反射沖擊波向相反方向傳播，其后又發(fā)生反射和碰撞，炮孔內(nèi)空氣沖擊波往返傳播，發(fā)生多次碰換，增加了沖擊壓力和激起應(yīng)力波的作用時間。3）爆炸能在空間分布更為合理空氣間隙裝，改善了空間的藥量分布使藥量在空間分布相對更為均勻合理，從而提高了爆炸能的有效利用率。（3）藥包的幾何形狀藥包的幾何形狀用藥包長度L和藥包直徑d的比值表示，藥包長度大于直徑46倍(L/d=46)屬于長條藥包、柱