井巷工程課件

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巖石的性質(zhì)及其工程分級

**第一節(jié)概述基本概念

1.巖石

2.

巖塊

3.巖體

4.表土

5.基巖

組成地殼的基本物質(zhì)，由礦物或巖屑在地質(zhì)作用下按一定規(guī)律而形成的自然地質(zhì)體，包括巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。從地殼中切取出來的小塊體，不包含軟弱面（巖體中的地質(zhì)遺跡、層理、節(jié)理、斷層、裂隙面），近似認為各向同性的連續(xù)介質(zhì),。地下工程周圍較大范圍內(nèi)的自然地質(zhì)體。從煤礦采掘工程角度：包括巖石、地下水、瓦斯。巖體的性質(zhì)復(fù)雜，是我們研究的主要對象。

建井工作者把覆蓋在地殼上部的第四紀沉積物成為表土，也稱為松散性巖石，如：黃土、流沙、粘土等。表土以下的固結(jié)性巖石稱為基巖、巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。**

巖塊：**巖體**

表土和基巖**第二節(jié)巖石的物理性質(zhì)一、巖石的相對密度、密度

二、巖石的孔隙性三、巖石的水理性質(zhì)四、巖石的碎脹性

1．相對密度(曾稱比重)

巖石的相對密度是指巖石固體實體積(不包括孔隙體積)的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量的比值。計算公式為：式中：

d——巖石的相對密度(無量綱量);G—絕對干燥時體積為VC的巖石質(zhì)量，g；

VC—巖石固體實體積，cm3；

ρW——水的密度，g／cm3。**一、巖石的相對密度、密度

**2．密度巖石單位體積(包括巖石內(nèi)孔隙體積)的質(zhì)量，稱為巖石的密度，亦稱質(zhì)量密度。兩種：干密度和濕密度。前者是單位體積巖石絕對干燥后的質(zhì)量，后者是天然含水或飽水狀態(tài)下的密度。

ρC——巖石的干密度，g／cm3；ρ——巖石的濕密度，g／cm3；G——巖石試件烘干后的質(zhì)量，g；G1——巖石試件的質(zhì)量(天然含水或飽水)，g；V——巖石試件的體積，cm3。3．重度(重力密度)

單位體積巖石質(zhì)量所受的重力。

γ=ρg式中：γ——巖石的重度，N／m3；

ρ——巖石密度，kg／m3；

g——重力加速度，9.8m／s2。**二、巖石的孔隙性巖石的孔隙性是指巖石的孔隙和裂隙的發(fā)育程度，它通常用孔隙度n和孔隙比e來表示。孔隙度是指巖石試件內(nèi)各種裂隙、孔隙的體積總和與試件總體積V之比(常以百分數(shù)表示)，孔隙比是巖石試件內(nèi)各種裂隙、孔隙的體積總和與試件內(nèi)固體礦物顆粒體積Vc之比。**三、巖石的水理性質(zhì)1．巖石吸水率：W是指巖石試件在標準大氣壓下吸入水的質(zhì)量與試件烘干后質(zhì)量G之比值。表1-1為巖石密度、孔隙比及吸水率的指標。影響吸水率的因素：⑴巖石所含孔隙，裂隙的數(shù)量、大小、開閉程度及其分布情況有關(guān)；⑵試驗條件，試驗表明，整體巖石試件的吸水率要比同一巖石的碎塊試樣吸水率小，隨著吸水水時間的增加，吸水率也會有所增大。吸水率對巖石力學性質(zhì)有影響。

**三、巖石的水理性質(zhì)**2．巖石的透水性地下水存在于巖石的孔隙和裂隙之中，而且大多數(shù)巖石的孔隙和裂隙是相互貫通的，因而，在一定水壓作用下，地下水可在巖石中滲透，這種巖石能被水透過的性質(zhì)，稱為巖石的透水性。Q—滲水量;A—滲透面積；I—水力坡度;

K-滲透系數(shù)

影響因素：地下水壓力、巖體應(yīng)力狀態(tài)、孔隙發(fā)育程度、連通程度等。

表1-2為巖石滲透系數(shù)**三、巖石的水理性質(zhì)**

3．巖石的溶蝕性

由于水的化學作用而把巖石中某些組成物質(zhì)帶走的現(xiàn)象稱為巖石的溶濕性。導致巖石致密程度降低，孔隙度增大，強度降低,貴州761礦巷道中的鐘乳石、石筍。4．巖石的軟化性巖石浸水飽和后強度降低的性質(zhì)，稱為軟化性，用軟化系數(shù)(ηc)表示。ηc定義為巖石試件的飽和抗壓強度(Rcw)與干抗壓強度(Rc)的比值，即**5．巖石的膨脹性和崩解性。⑴膨脹性：軟巖浸水后體積增大和響應(yīng)的引起壓力增大的性質(zhì)，用膨脹應(yīng)力和膨脹率來表示。膨脹應(yīng)力：巖石與水進行物理化學反應(yīng)后，隨時間變化會產(chǎn)生體積增大的現(xiàn)象，這時，使試件體積保持不變所需要的壓力稱膨脹應(yīng)力。膨脹率：巖石與水進行物理化學反應(yīng)增大后的體積與原體積的比率。

⑵崩解性：軟巖浸水后發(fā)生解體的性質(zhì)。用耐崩解指數(shù)表示：巖石試件在承受干燥和濕潤兩個標準循環(huán)后，巖樣對軟化和崩解表現(xiàn)出來的抵抗力。用耐崩解儀測定。**四、巖石的碎脹性巖石的碎脹性

巖石破碎后因巖塊間空隙增多而總體積增大的性質(zhì)稱為碎脹性。碎脹程度的大小可用碎脹系數(shù)表示。K—巖石的碎脹系數(shù)；V1—巖石破碎膨脹后的體積；V—巖石處于整體狀態(tài)下的體積。表1-4為常見巖石碎脹系數(shù)。**第三節(jié)巖石的力學性質(zhì)一、巖石的變形特征二、巖石的強度特征三、巖石的硬度

四、巖石的可鉆性和可爆性**㈠靜載荷下巖石的變形特征（單向壓縮）第三節(jié)巖石的力學性質(zhì)一、巖石的變形特征㈡巖石在三向靜荷載壓縮條件下的變形特征㈢動壓條件下巖石的變形特征**㈠靜載荷下巖石的變形特征（單向壓縮）一、巖石的變形特征⑴應(yīng)力應(yīng)變曲線

⑵體積應(yīng)變,

⑶三種破壞形式

**⑴應(yīng)力應(yīng)變曲線I—OA階段裂隙壓密閉合階段

Ⅱ—AB階段線彈性階段

Ⅲ—BC段破裂發(fā)展階段

Ⅳ一CD，軟化階段

**⑵體積應(yīng)變,巖石的體積改變量ΔV與原體積V的比值,也稱體積改變率。一般巖石具有在彈性階段體積變小和塑性階段體積增大的特點、轉(zhuǎn)折點在附近。巖石在塑性階段體積增大的性質(zhì)稱為擴容現(xiàn)象,對于研究巷道變形和圍巖對支護造成的壓力等問題有重要意義。**⑶三種破壞形式脆性破壞：永久變形或全變形小于3%者為脆性破壞。具有這種特性的巖石稱為脆性巖石；塑性破壞：永久變形或全變形大于5%者塑性破壞。具有這種特性的巖石稱為塑性巖石；過度狀態(tài)：永久變形或全變形在3%到5%之間。

**（二）巖石在三向靜荷載壓縮條件下的變形特征真三軸試驗

1>2>3

常規(guī)三軸試驗

1>2=3

**特點：⑴彈性段與單軸壓縮基本相同；⑵巖石表現(xiàn)出明顯的塑性變形；⑶屈服極限，強度峰值、殘余強度與圍壓大小成正比；⑷大部分巖石在一定臨界圍壓下出現(xiàn)屈服平臺，呈塑性流動現(xiàn)象；⑸達到臨界圍壓后，繼續(xù)提高圍壓，不在出現(xiàn)峰值，應(yīng)力—應(yīng)變出現(xiàn)單調(diào)增長趨勢。**（三）動壓條件下巖石的變形特征⑴動荷載的特點⑵巖石在動荷載作用下的變形特征⑶波的反射和投射

**⑴動荷載的特點**

ΔL—質(zhì)點擾動位移，CP—質(zhì)點擾動的傳播速度（波速），Δt—波的傳播時間，CPΔt—在Δt—時間內(nèi)變形范圍。

F⑵巖石在動荷載作用下的變形特征

ΔL**表面波(勒夫波)

：沿介質(zhì)邊界傳播c；體積波：在介質(zhì)內(nèi)部傳播，分為橫波和縱波橫波：介質(zhì)振動方向和波的傳播方向垂直，產(chǎn)生剪切變形b；縱波：質(zhì)點振動方向和波的傳播方向一致，產(chǎn)生壓縮、拉伸變形a；瑞利波：質(zhì)點運動軌跡為橢圓的波，為地震波的主要形式

d⑶波的反射和投射**ρ—為介質(zhì)密度；ω—區(qū)段截面積；ρCP—為波阻抗。介質(zhì)密度和波速的乘積，表征介質(zhì)對于應(yīng)力波的阻尼作用。

①當ρ1CP1=ρ2CP2時，σr=0，σt=σi，不產(chǎn)生波的反射。

②當ρ2CP2>ρ1CP1時，σr>0，σt>0，說明交界面上既有透射波、又有反射波。

③當ρ2CP2=0或ρ2CP2≤ρ1CP1時，即當應(yīng)力波到達的交界面為自由面時，σr=-σi，σt=0，疊加結(jié)果是交界面的應(yīng)力值為零。

④當ρ2CP2<ρ1CP1時，交界面既有透射壓縮波又有反射拉伸波，也能破碎巖石。為垂直反射系數(shù)為垂直透射系數(shù)AB介質(zhì)1ρ1，CP1σi，viσr，vr介質(zhì)2ρ2，CP2σt，vt**⑴大多數(shù)情況下，巖石表現(xiàn)為脆性破壞；⑵同種巖石強度并非常數(shù)；⑶不同受力情況下，巖石的極限強度相差懸殊。三向等壓抗壓強度>三向不等壓抗壓強度>雙向抗壓強度>單向抗壓強度>單向抗剪強度>單向抗彎強度>單向抗拉強度。單向抗壓強度RC、單向抗剪強度τ、單向抗拉強度Rt之間有下列關(guān)系：；；

二、巖石的強度特征1．巖石在靜荷載作用下的強度

**2．動荷載作用下的強度

**

三、巖石的硬度巖石的硬度是巖石抵抗其他較硬物體侵入的能力。

1．靜壓入硬度：

2．回彈高度

以重物落于巖石表面后的回彈高度來表示。巖石越硬，回彈高度越大。常用肖氏硬度計和施米特錘來測定。施米特錘用來測定混凝土硬度，我國生產(chǎn)的施米特錘叫回彈儀。巖石的硬度是巖石抵抗其他較硬物體侵入的能力。硬度與強度又有區(qū)別。

h**四、巖石的可鉆性和可爆性1．鑿碎比功：即破碎單位體積巖石所作的功．現(xiàn)以a表示,單位為J／厘米3。

2．釬刃磨鈍寬：即巖石的磨蝕性，量出釬刃兩端向內(nèi)4㎜處的磨鈍寬度，以b表示，單位為㎜。目前，使用便攜式巖石鑿測器，測定巖石的鑿碎比能和鑿480次后釬刃磨鈍的寬度

鑿測器圖1-釬頭；2-承擊臺；3-銷釘；4-導向桿；5-落錘；6-卡套；7-轉(zhuǎn)動手柄

**、巖石工程分級的必要性第四節(jié)巖石的工程分級二、分級方法**、巖石工程分級的必要性：按成因不同，將巖石分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖三類，對于采掘工程來說，又要求要求對巖石進行定量的區(qū)分，以便能正確地進行工程設(shè)計，合理地選用施工方法、施工設(shè)備、機具與器材，準確地制定生產(chǎn)定額和材抖消耗定額等。因此，提出了巖石工程分級與巖體工程分類問題。**二、分級方法ＲＣ—巖石單向抗壓強度，MPa；10—單位為MPa；普氏分級的優(yōu)點：普氏巖石分級法簡明，便于使用，因而多年來在蘇聯(lián)及一些東歐國家獲得廣泛應(yīng)用。

缺點：它沒有反映巖體的特征。關(guān)于巖石堅固性正各方面表現(xiàn)趨于一致的觀點，對少數(shù)巖石也不適用，如粘土就鉆眼容易，而爆破困堆。1．普氏分級法：

用一個綜合性的指標”堅固性系數(shù)f”來表示巖石破壞的相對難易程度，通常稱f為普氏巖石堅固性系數(shù)。

根據(jù)f的大小將巖石分為10級15種**巖石按堅固性分級**

2．根據(jù)錨噴支護需要，按照煤礦巖層特點制定的圍巖分類。**

即鉆探時將鉆孔中直接獲取的巖心的總長度，扣除破碎巖心和軟弱夾泥的長度，再與鉆孔總進尺相比。具體計算巖心長度時，只計算大于10cm的堅硬和完整的巖心，既：

3．巖心質(zhì)量指標分級法（R．Q．D）

R．Q．D=*

鉆眼爆破*第一節(jié)鉆眼機具一、風動鑿巖機

二、液壓鑿巖機

三、電鉆

四、鑿巖機釬子

五、電鉆鉆具*一.風動鑿巖機

以壓縮空氣為動力的鉆孔機具。按支架形式分為：手持式、氣腿式、向上式、導軌式。按沖擊頻率分為：低頻、2000次/min以下，中頻2000～2500次，高頻超過2500次/min。應(yīng)用廣泛的是氣腿鑿巖機，其結(jié)構(gòu)見圖氣腿鑿巖機結(jié)構(gòu)。

**YT23（7655）型氣腿鑿巖機的工作系統(tǒng)㈠沖擊機構(gòu)：由氣缸、活塞和配氣系統(tǒng)組成，借助配氣系統(tǒng)自動變換壓氣進入氣缸的方向，使活塞完成往復(fù)運動，沖程和回程(沖擊作用原理)。

㈡轉(zhuǎn)釬機構(gòu):YT23（7655）型采用棘輪、螺旋棒、并利用活塞的往復(fù)運動，經(jīng)過轉(zhuǎn)動套筒等運動來轉(zhuǎn)動釬子（見轉(zhuǎn)釬機構(gòu)及炮眼形成過程）。㈢排粉機構(gòu):濕式排粉，利用軸向供水系統(tǒng)，水經(jīng)過柄體上的給水接頭和水道進入水針，水針插入釬子中心內(nèi)，水經(jīng)由釬子中心孔進入鉆眼的眼底。注水與巖粉形成漿液后從釬桿與鉆眼壁之間的間隙流出孔外，見排粉系統(tǒng)。㈣潤滑系統(tǒng):鑿巖機正常工作減少機件磨損、延長機件壽命?，F(xiàn)代鑿巖機均采用獨立的自動注油器實現(xiàn)潤滑，懸掛式注油器見圖。**轉(zhuǎn)釬機構(gòu)及沖擊式鑿巖炮孔形成過程

**壓氣與油霧*以液壓為動力的新型鑿巖機械，壓力大、油循環(huán)使用。二、液壓鑿巖機㈠沖擊機構(gòu)。液壓鑿巖機借助配油閥使高壓油交替的進入活塞的前后油腔形成壓力差，使活塞做往復(fù)運動。

㈡液壓鑿巖機的轉(zhuǎn)釬機構(gòu)采用獨立機構(gòu)，由液壓馬達帶動一組齒輪再帶動釬子轉(zhuǎn)動。㈢排粉機構(gòu)，側(cè)向供水排除巖粉。

鑿巖臺車：為了提高鉆眼機械化程度，出現(xiàn)了高效能的鑿巖臺車，組成：行走部分、鉆臂和鑿巖機的推進機構(gòu)。

**鑿巖臺車

*三、電鉆在旋轉(zhuǎn)式鉆眼法破巖中，切割型鉆頭在軸壓力P和回轉(zhuǎn)力Pc的作用下，克服巖石的抗切削強度，將巖石一層層的切割下來，鉆頭運行軌跡是沿螺旋線前進，破碎的巖屑被排至孔外。

*㈠煤電鉆：電動機、減速器、散熱風扇、開關(guān)、手柄、鉆桿。㈡巖石電鉆：適用在中等硬度（σc=40～80MPa）巖石上鉆眼、扭矩功率大于煤電鉆。

**四、鑿巖機釬子兩種：組合釬子和整體釬子

鉆眼工具是安裝在鉆眼機械上用以破碎巖石的工具，在鑿巖機上使用的叫釬子。(a)組合釬子1-釬頭；2-釬梢；3-釬身；4-釬肩；5-釬尾；6-中心水孔

(b)整體釬子1-釬頭；2-釬桿；3-釬肩；4-釬尾*㈠釬頭：釬頭形狀,一字型、十字型和球齒釬頭。*㈡釬頭結(jié)構(gòu)參數(shù)指標刃角：釬頭兩個刃面夾角，一般90°～120°，多為110°；隙角：釬頭體兩側(cè)面夾角，3°，球齒釬頭7°；釬刃：端面為一字型做成曲率為18㎜的弧型，球齒釬頭周邊齒向外傾斜30°～35°；釬頭直徑：38～43㎜，保證藥卷裝入炮眼；排粉溝：布置在釬頭頂端和側(cè)面的排出底部巖漿的溝槽。

釬頭材料：除硬質(zhì)合金片外的釬頭部分稱為釬頭體，合金鋼。鑲嵌在釬頭上的硬質(zhì)合金為鎢鈷類合金。炭化鎢高硬度、高耐磨性、高抗壓強度，鈷韌性好。**

㈡釬桿：承受活塞沖擊力和回轉(zhuǎn)力矩，傳遞到釬頭上去的細長桿體。兩種：中空六角形和中空圓形。材料：釬鋼。中空8鉻、中空55硅錳鋼、中空40硅鉬釩。

㈢釬尾：承受和傳遞能量的部位，釬尾規(guī)格和淬火硬度對鑿巖速度有很大的影響。

㈣釬肩：六角形釬桿用環(huán)行釬肩，圓形釬桿用耳形釬肩。*五.電鉆鉆具

㈠煤電鉆:鉆具由鉆頭和麻花鉆桿組成；麻花鉆桿用菱形斷面或矩形斷面T7、T8鋼加熱狀態(tài)扭制而成。㈡巖石電鉆：鉆桿由六角中空鋼制成。第二節(jié)炸藥和爆炸概論一、炸藥爆炸的基本特征二、炸藥的分類三、炸藥的氧平衡和爆熱四、炸藥的爆轟五、炸藥的猛度和爆力六、炸藥的敏感度*一、炸藥爆炸的基本特征

爆炸：物質(zhì)發(fā)生快速的物理或化學變化，瞬間放出大量能量，借助于系統(tǒng)原有氣體或生成的氣體的膨脹，對周圍介質(zhì)做功，使之發(fā)生巨大的破壞效應(yīng)，同時可能伴隨有聲光熱效應(yīng)。爆炸現(xiàn)象可分為三類：物理爆炸：

化學爆炸：炸藥爆炸的基本特征1．放出大量熱2．生成大量氣體3．反應(yīng)過程必須高速進行*核爆炸:*二.炸藥的分類

炸藥：在一定條件，能夠發(fā)生快速的化學反應(yīng)，放出能量，生成氣體產(chǎn)物，顯示爆炸效應(yīng)的化合物或混合物，主要元素C、H、O、N，爆炸過程的實質(zhì)是H、C被氧化的過程，O是炸藥本身所含有，自帶氧。

炸藥按其組成成分可分為：1.單質(zhì)炸藥（單體炸藥）如硝化甘油，梯恩梯。2.混合炸藥硝酸銨類炸藥、硝化甘油類炸藥。炸藥按其用途可分為：１.起爆藥雷汞（Hg(CNO)2）、疊氮化鉛Pb(N3)2、和二硝基重氮酚C6H2（NO2）2N2O等。2.猛炸藥黑索金梯恩梯。3.發(fā)射藥(火藥)如黑火藥。*三.炸藥的氧平衡和爆熱

㈠炸藥的氧平衡

C+O2→CO2+395KJ/mol；

2H2+O2→2H2O+240.7KJ/mol；

N→N2

由于O的量不足或有剩余，會生成CO、H2、C、NO、NO2

等。

氧平衡：就是用來表示炸藥內(nèi)含氧量與充分氧化可燃元素所需氧量之間的比例關(guān)系。

用每克炸藥不足或多余氧的克數(shù)來表示。單質(zhì)炸藥的分子式可寫成CaHbNcOd，a、b、c，d分別代表一個炸藥分子中碳、氫、氮、氧的原子個數(shù)，或一摩爾質(zhì)量炸藥中，碳，氫、氮、氧的克原子數(shù)。*氧平衡計算公式：

*適用混合炸藥

⑴Kb>0時正氧平衡,剩余的氧和N反應(yīng)生成NO和N2O5，等有害物質(zhì)，吸熱反應(yīng)，氮氧化物還對瓦斯爆炸起催化作用。⑵Kb<0時負氧平衡，生成CO、C、H2、CO有毒氣體。⑶Kb=0時，零氧平衡,充分氧化，生成大量熱。

g/g適用單質(zhì)炸藥CaHbNcOd例題：①計算硝酸銨NH4NO3，的氧平衡值②在銨油炸藥中，（硝酸銨和柴油混合物）加入4%的木粉做松散劑，按氧平衡配方。解：查表P31NH4NO3+0.2g/g，柴油-3.42g/g，木粉-1.37g/g。*X=92.21克，Y=3.79克，NH4NO3=92.2%，柴油=3.8%，木粉=4%。

設(shè)100g中，NH4NO3X克，柴油y克（二）爆熱

爆熱：單體質(zhì)量炸藥在定容條件下爆炸時放出的熱量，KJ/mol，KJ/kg，是評價炸藥威力的直接標志。爆熱的計算理論：蓋斯定律：化學反應(yīng)的熱效應(yīng)與反應(yīng)進行的路徑無關(guān)，而只取決于反應(yīng)的初態(tài)和終態(tài)。

*蓋斯三角形Q1=Q+Q2

爆熱

Q=Q1-Q2

例題：計算太恩C（CH2ONO2）4的爆熱。C（CH2ONO2）4→3CO2+2CO+4H2O+2N2

查表得各物質(zhì)生成熱：CO2395KJ/mol；CO113.8KJ/mol；H2O240.7KJ/mol；太恩512.5KJ/molQ1=395×3+113.8×2+240.7×4=2375.4KJ/molQ2=512.5KJ/molQ=Q1-Q2=2375.4-512.5=1862.9KJ/mol，或Q=1862.9×1000/316=5895.3KJ/Kg**四、炸藥的爆轟㈠炸藥的燃燒和爆轟㈡沖擊波㈢爆轟波㈣爆速及其影響因素㈤炸藥傳播的間隙效應(yīng)*㈠炸藥的燃燒和爆轟

炸藥有三種化學反應(yīng)形式：

⑴緩慢分解（熱分解）：緩慢進行的化學變化過程，環(huán)境溫度升高，熱分解速度加快，有可能發(fā)生爆炸。

⑵燃燒：在熱源火焰作用下，引起溫度、壓力升高，極限情況可能發(fā)生爆炸。

⑶爆轟：炸藥瞬間反應(yīng)的一種形式，是爆轟波的傳播形式。*燃燒和爆轟的區(qū)別：

傳遞方式：

燃燒：通過熱傳導傳遞能量，激起化學反映；爆轟：通過壓縮沖擊波的作用傳遞能量和激起化學放應(yīng)；受環(huán)境影響不同

燃燒：受環(huán)境影響大；爆轟：不受環(huán)境影響；反應(yīng)狀態(tài)不同燃燒：反應(yīng)速度慢，幾十米每秒，最大幾百米，反應(yīng)產(chǎn)物運動方向與傳播方向相反；爆轟：反應(yīng)速度快，2000～9000m/s，反應(yīng)產(chǎn)物運動方向與傳播方向相同。*燃燒爆轟㈡沖擊波：1、壓縮波基本概念（1）實驗*在無限長氣筒活塞右側(cè)充滿壓力為P0的氣體，當活塞在F力的作用下向右運動時，活塞右側(cè)氣體存在三個區(qū)域：壓力為P1的均勻區(qū)；壓力介于P1與P0之間的擾動區(qū)；壓力仍為P0的未擾動區(qū)。

F（2）壓縮波的定義擾動傳播后，使介質(zhì)狀態(tài)參數(shù)(P、ρ、T)增加的波稱為壓縮波。在均勻區(qū)與未擾動區(qū)之間，存在過渡的擾動區(qū)。（3）壓縮波的特點1）其介質(zhì)質(zhì)點運動方向u與波的傳播方向c相同；2）其壓力的增加是連續(xù)的。（4）波陣面介質(zhì)中已受擾動區(qū)和未受擾動區(qū)的界面。（5）波速擾動波沿介質(zhì)傳播的速度，也就是波陣面的傳播速度。*2、沖擊波（1）沖擊波的形成*P0Rt0R0

R=R0瞬間，管中的氣體未受擾動。

在R=R1瞬間，活塞從靜止開始運動，前端的氣體受到壓縮，產(chǎn)生一道壓縮波，在未擾動的介質(zhì)中傳播，波陣面在A1-A1,傳播速為未擾動氣體介質(zhì)的音速。

在R=R2瞬間，活塞前端氣體產(chǎn)生了第二道壓縮波，波陣面為A2-A2，波速大于音速，與第一道壓縮波疊加。

在R=Rn瞬間，第n道壓縮波會與n-1道壓縮波疊加，形成一個強壓縮波，波陣面An-An上的介質(zhì)參數(shù)突躍性變化，從而產(chǎn)生沖擊波。

A1t1PA1RR1PA2t2R2A2R·PRnAntnAnR*

（2）沖擊波定義沖擊波是炸藥爆炸后在介質(zhì)中產(chǎn)生的傳播速度高于介質(zhì)聲速的一種壓縮波，其波陣面有陡峭的前沿，介質(zhì)壓力在波陣面發(fā)生突躍上升。經(jīng)長距離傳播后，壓力上升逐漸趨于平緩或下降，沖擊波最終將衰減成聲波。

（3）性質(zhì)

1）其波速D大于介質(zhì)音速C；

2）其波陣面是完全陡峭的，在此面上介質(zhì)參數(shù)劇增；

3）當D<C時，其復(fù)原為壓縮波，擾動區(qū)重新出現(xiàn)，過程復(fù)原。㈢爆轟波

⑴定義：帶有化學反應(yīng)區(qū)的沖擊波稱為爆轟波。沖擊波頭與其后的化學反應(yīng)區(qū)以相同的速度向前傳播，稱為爆速。*爆轟波在藥包中的傳播爆轟波模型

⑵爆轟波波頭的理想模型：爆轟波是在炸藥中傳遞的帶有反應(yīng)能以補充能量穩(wěn)定的特殊沖擊波，是爆轟作用的激發(fā)源。由捷里道維奇、諾依曼和達爾林各自獨立提出的爆轟波結(jié)構(gòu)模型如圖所示，稱為Z-N-D模型：*㈣爆速及其影響因素：*測定儀器，專用BS-1型爆速儀。

爆速的影響因素

1.藥卷直徑：

D—藥卷直徑d

時的爆速；

D1—理想爆速；

a—與炸藥性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。*

2.裝藥密度單質(zhì)炸藥隨密度增加，爆速增大，D=a+bρ0，a、b隨炸藥品種變化的常數(shù)，ρ0—炸藥密度。混合炸藥在達到最佳密度前，隨炸藥密度增加，爆速增加，超過最佳密度，隨密度增加有壓死現(xiàn)象。D1炸藥爆速裝藥密度*

3.裝藥外殼在極限直徑范圍內(nèi)，增加外殼，限制爆炸產(chǎn)物飛散。

4.炸藥粒度一般，同一種炸藥粒度越細，會增加爆速，臨界直徑、極限直徑減小。但混合炸藥，敏感成分粒度越細，臨界直徑小，爆速高，鈍感成分粒度細臨界直徑增大，爆速減小，但粒度小到一定程度，臨界直徑隨粒度減小爆速增加。*㈤炸藥傳播的間隙效應(yīng)

⑴定義

連續(xù)多個混合炸藥藥卷在空氣中都能正常傳爆，但在炮眼內(nèi)如果藥卷與炮眼孔壁存在間隙，常常會發(fā)生爆轟中斷或爆轟轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵默F(xiàn)象，稱為間隙效應(yīng)或管道效應(yīng)。

⑵原因：藥卷在炮眼內(nèi)起爆后，爆轟波在炮眼與藥卷之間產(chǎn)生了超前于爆轟波傳播的沖擊波，波速為爆轟波的1.2倍，沖擊波的壓力使藥卷壓縮，藥卷直徑縮小，密度增大，若有效直徑減小到臨界直徑以下或密度增大到一定程度時，爆速下降，爆轟中斷。**⑶解決辦法采用偶合散裝炸藥可以從根本上克服間隙效應(yīng)亦可在連續(xù)藥卷上，隔一定距離套上硬紙板或其它材料做成的隔環(huán)，以阻止間隙內(nèi)空氣沖擊波的傳播或削弱其強度。通過試驗表明，采用水膠炸藥或乳化炸，可以消除因間隙效應(yīng)發(fā)生的爆轟中斷現(xiàn)象。*五.炸藥的猛度和爆力炸藥爆炸對周圍介質(zhì)(例如巖石)產(chǎn)生的破壞能力，分別以猛度與爆力來表示。㈠猛度：炸藥爆炸瞬間爆轟波和爆轟產(chǎn)物對鄰近的局部固體介質(zhì)的破碎能力，表征炸藥的動作用。用鉛柱壓縮法實驗測定：炸藥爆炸后量出壓縮前后的高度差（㎜），即炸藥的猛度。*ΔH=H1-H2㈡爆力：炸藥爆力是指爆生氣體在高溫下膨脹作功破壞周圍介質(zhì)的能力。常用鉛鑄擴孔法來衡量，表征炸藥的靜作用。炸藥爆炸后，孔眼擴大成梨形，可用量筒向內(nèi)注水測得其容積Ｖ，從中減去原孔眼體積Ｖ１和雷管擴孔體積Ｖ２，即為炸藥爆力數(shù)據(jù)，單位為mL。試驗時標準溫度為15℃，若試驗時的溫度不同于標準溫室，擴孔值應(yīng)進行修正。*炸藥爆力測定法的鉛鑄爆炸前的鉛鑄；爆炸后的鉛鑄ΔＶ=V-V1-V2六.炸藥的敏感度炸藥在外界起爆能的作用下，發(fā)生爆炸的難易程度，稱為炸藥的敏感度。㈠熱敏感度：⑴加熱感度：通常用爆發(fā)點來表示，用爆發(fā)點測定器，炸藥溫度升高后，自行加速分解，轉(zhuǎn)為爆炸時的溫度，稱為爆發(fā)點。⑵火焰感度：是炸藥在明火(火焰、火星)作用下發(fā)生爆炸的難易程度，常以導火索燃燒時噴出的火焰點燃0.5g炸藥試樣的最大距離來表示。⑶熱安定度：炸藥試樣在75°C時加熱48小時，稱其質(zhì)量失重的百分數(shù)，并與質(zhì)量可靠的炸藥失重的百分數(shù)進行對比。**爆發(fā)點測定器1-合金浴鍋；2-電熱絲；3-隔熱層；4-銅試管；5-溫度計㈡機械感度機械敏感度是炸藥對沖擊、摩擦、擠壓、針刺等機械作用的敏感程度。其中最主要的是沖擊感度，常以落錘儀測定測定。即以10kg落錘自25cm的高度自由下落，沖擊位于砧子和沖桿之間的0.05g炸藥試樣。重復(fù)試驗：25次，用25次實驗中炸藥試樣發(fā)生爆炸的百分數(shù)表示該炸藥的沖擊感度。*㈢爆轟感度爆轟感度是指炸藥對別的炸藥爆炸時所產(chǎn)生的爆轟沖擊的敏感程度。⑴單質(zhì)炸藥：通常用起爆它所需要的最小起爆藥量來表示。⑵混合炸藥：用殉爆距離來表示。殉爆：裝有雷管的主動藥包爆炸時，能使相隔一定距離的另一同種藥包發(fā)生爆炸的現(xiàn)象。**殉爆距離的測定

殉爆距離：裝有雷管的主動藥包爆炸時，能使相隔一定距離的另一同種藥包百分百發(fā)生爆炸的最大距離。殉爆安全距離：裝有雷管的主動藥包爆炸時，使相隔一定距離的另一同種藥包百分百不能發(fā)生爆炸的最小距離。第三節(jié)工業(yè)炸藥一、單質(zhì)猛炸藥二、硝銨類炸藥三、漿狀炸藥四、水膠炸藥

五、乳化炸藥

*一.單質(zhì)猛炸藥

1.梯恩梯（TNT）三硝基甲苯（C6H2（NO2）3CH3），淡黃色晶體，吸濕性小，幾乎不溶于水。熱安定性好，180°C才分解。爆熱4229KJ/kg，爆速6850m/s，爆力285～300ml，猛度19.9㎜，機械感度低，主要為硝銨類炸藥的敏化劑，單獨使用是重要的軍事炸藥。*

2.黑索金（RDX）環(huán)三次甲基三硝胺（（CH2NNO2）3）白色晶體、不吸濕，不溶水，50oC以下長期不分解，機械感度比較高，ρ=1.66g/cm3，爆力520ml，猛度16㎜，爆速830m/s，一般做導爆索的藥芯和雷管中的加強藥。

3.太恩（PETN）季戊四醇四硝酸脂(C(CH2ONO2)4))，無色晶體，不溶于水，密度1.74g/cm3，爆力500ml，猛度15㎜，爆速840m/s。作用同黑索今。4．硝化甘油三硝酸甘油酯

二、硝銨類炸藥以NH4NO3為主要成分的混合炸藥㈠銨梯炸藥（硝銨炸藥）㈡銨油炸藥㈢高威力硝銨炸藥*㈠銨梯炸藥（硝銨炸藥）⑴組成：氧化劑：硝酸銨（NH4NO3）提供氧元素；敏化劑：改善炸藥性能，增加起爆感度，可燃劑，常用的TNT；疏松劑：木粉，使硝酸銨不容易結(jié)塊，平衡多余的氧；防水劑：在防水品種炸藥中加入石蠟、瀝青。消焰劑：在煤礦許用炸藥中加入適量食鹽（NaCl），吸收熱量、降低爆溫，防止引起瓦斯爆炸。⑵種類：分煤礦、巖石、露天三類。**《煤礦安全規(guī)程》煤礦許用炸藥的選用應(yīng)遵守下列規(guī)定：低瓦斯礦井的巖石掘進工作面必須使用安全等級不低于一級的煤礦許用炸藥。低瓦斯礦井的煤層采掘工作面、半煤巖掘進工作面必須使用安全等級不低于二級的煤礦許用炸藥；高瓦斯礦井、低瓦斯礦井的高瓦斯區(qū)域，必須使用安全等級不低于三級的煤礦許用炸藥；有煤（巖）與瓦斯突出危險的工作面，必須使用安全等級不低于三級的煤礦許用含水炸藥。巖石硝銨炸藥，適用于井下無瓦斯煤塵爆炸危險的巖石爆破作業(yè)，抗水型用于有水工作面，2號、3號煤礦硝銨炸藥及其相應(yīng)的抗水炸藥，分別適用于低瓦斯礦井和高瓦斯礦井，抗水型適用于有水工作面，國產(chǎn)巖石硝銨炸藥、煤礦硝銨炸藥的成份、性能與爆炸參數(shù)，見表。*⑶應(yīng)用**⑷規(guī)格型號：巖石、煤礦炸藥一般均制成直徑32、35、38mm，重l00、150、200g藥卷，藥卷長度隨直徑不同而不同，有190㎜和170mm等。藥卷一端為平頂，另一端向內(nèi)凹入稱為聚能穴，爆炸能量在聚能穴所指方向上比較集中，有利于傳爆，在裝藥時應(yīng)予注意。*⑸巖石硝銨炸藥有效使用期限為6個月，煤礦硝銨炸藥有限使用期限為4個月。㈡銨油炸藥

⑴組成：硝酸銨與柴油的混合物。硝酸銨約95%，柴油約占5%，為改善爆轟性能，可加一些木粉、松香以提高爆轟惑度，加一些鋁粉以提高威力;加一些表面活性劑(如十二烷基磺酸鈉)以拌和均勻，使爆轟更為穩(wěn)定;加少許明礬及氯代十八烷胺以降低吸濕結(jié)塊性。煤礦許用的銨油炸藥還必需加入適量的食鹽以降低爆溫。⑵應(yīng)用：這類炸藥因不含梯恩梯，故原料來源豐富，加工簡單，使用安全，它的價格也特別低廉。因此在露天礦，金屬礦、水力鐵道等工程中使用較多。⑶特點：這類炸藥的不足之處是爆炸威力較低，比較鈍感，易吸濕結(jié)塊，貯存期短。*㈢高威力硝銨炸藥提高硝銨炸藥威力的途徑有以下幾種：

1．增大密度增大密度可以操高爆轟壓力，并在單位體積內(nèi)容納更多的藥量，但硝銨類炸藥密度增高以后起爆感度降低，起爆能量不足時爆速與猛度反而下降，故增大密度的效果是有限的。

2．加入鋁粉在炸藥中摻入研磨極細的鋁粉或鋁鎂合金粉，它們在氧化時產(chǎn)生大量的熱，使爆溫增高，能明顯提高炸藥的爆力和猛度。鋁粉的摻量一般在4~7％之間。3．加入猛炸藥將5~20％的黑索金混入含梯思梯的硝銨炸藥，對提高炸藥威力效果非常明顯，一般可使爆速達到4000m/s，猛度達6~19mm，爆力達到400~500mL。國產(chǎn)硝銨高威力炸藥大都屬于增加猛炸藥這一類，稱為銨梯黑炸藥，也有既加黑索金又加鋁粉的，稱為銨梯黑鋁炸藥。*三、漿狀炸藥⑴組成：氧化劑水溶液：硝酸銨、少量硝酸鈉、硝酸鉀敏化劑：猛炸藥，TNT；金屬物質(zhì)，鋁粉；燃料，柴油、煤粉、硫磺；發(fā)泡劑，亞硝酸鈉，形成敏化氣泡。膠凝劑：在炸藥中起增稠作用，包括膠結(jié)劑和交聯(lián)劑。

**

⑵優(yōu)點：炸藥密度高，具有較好的可塑性，可以裝滿孔底并填滿炮孔；抗水性強；使用安全性好。⑶缺點：感度低，一般露天礦用漿狀炸藥不能直接用8號雷管起爆，需用猛炸藥制作的藥包來起爆。表面活性劑：十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉，控制硝酸鈉晶粒發(fā)育，保持炸藥塑性；防凍劑：已二醇，提高炸藥耐凍能力。四、水膠炸藥⑴組成：是在原有漿狀炸藥基礎(chǔ)上發(fā)展起來的含水炸藥。敏化劑：甲基胺硝酸鹽水溶液，這樣就便氧化劑同還原劑的耦合狀況大為改善，從而獲得更好的爆炸性能。這類炸藥的爆轟感度較高，能用雷管直接起爆。甲基胺硝酸鹽的比重為1.42，氧平衡-34％，比硝酸銨更易溶于水，不含水時可直接用雷管起爆。當溫度≤95℃時，濃度低于86%的甲基胺硝酸鹽水溶液用雷管不能起爆。人們利用這種特性，采用低于86％的甲基胺硝酸鹽水溶液來生產(chǎn)水膠炸藥以保證安全。⑵優(yōu)點：爆炸性能如爆速和起爆感度高，可用8號雷管直接起爆；抗水性強；可塑性好；使用安全，且炸藥密度、爆炸性能可在較大范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，故適應(yīng)性強。⑶缺點：價格較貴。*五、乳化炸藥⑴組成氧化劑水溶液：硝酸銨為主，并可添加硝酸鈉作輔助氧化劑。燃料油：柴油同石蠟的混合物，并使其具有3.1Pa·s的粘度。乳化劑：制造乳化炸藥的關(guān)鍵組分，一般認為采用斯本—80(失水山梨醇單油酸脂)，作乳化劑，效果較為理想。敏化劑：化學發(fā)泡劑或多孔性物質(zhì)(空心玻璃微珠，珍珠巖

等)，能形成敏化氣泡。⑵特點：氧化劑水溶液與燃料油經(jīng)乳化而成的油包水型乳狀液是它的爆炸性基質(zhì)。薄層油膜包覆在氧化劑水溶液微滴表

面，既可防止內(nèi)部水分蒸發(fā)，又可阻止外部水分浸入，使它具有非常好的抗水性能。**

⑶分類：煤礦許用乳化炸藥、巖石乳化炸藥和露天乳化炸藥三類。⑷優(yōu)點：密度可調(diào)，因而適用范圍廣；爆炸性能好，爆速一般可達4000~5500m/s，由于爆速與密度均較高，乳化炸藥猛度比2號巖石硝銨炸藥高，可達15~19㎜；可用8號雷管直接起爆；乳化炸藥比漿狀炸藥與水膠炸藥抗水性更強，生產(chǎn)與使用安全；不需要添加猛炸藥，原料來源廣。⑸缺點：炸藥爆力卻不比銨油炸藥高，故在硬巖中使用的乳化炸藥應(yīng)加入熱值較高的物質(zhì)如鋁粉、硫磺粉等。*第四節(jié)起爆材料一、雷管二、導爆索和繼爆管三、導爆管*一、雷管火雷管*電雷管*煤礦許用瞬發(fā)電雷管、煤礦許用毫秒延期電雷管

㈠電雷管的種類和結(jié)構(gòu)*1．瞬發(fā)電雷管

管殼：金屬或紙制圓筒；

起爆藥：二硝基重氮酚；

加強藥：黑索今；

電點火裝置：

直插式：橋絲直接插入二硝基重氮酚，腳線、密封塞，無加強帽；

藥頭式：橋絲、腳線、密封塞、橋絲周圍涂有引火藥，制成圓珠狀的引火頭（氯酸鉀、木炭、二硝基重氮酚和骨膠），有加強帽。起爆過程：藥頭式：腳線通電→橋絲在電流作用下點燃引火頭→火焰通過加強帽的中心孔使起爆藥起爆→猛炸藥爆炸；直插式：：腳線通電→橋絲在電流作用下使起爆藥起爆→猛炸藥爆炸；2.秒延期雷管定義：通電以后經(jīng)過一段時間后，才爆炸的雷管，叫延期雷管，延期時間以秒為單位計量的，叫秒延期雷管。結(jié)構(gòu)：與瞬發(fā)雷管的不同之處在于引火頭與起爆藥之間有一段精致的導火索做延期藥，用導火索的長度來控制延期秒量。引火頭周圍的管殼上有排氣孔，排除燃燒生成的氣體，避免壓力升高，影響燃燒速度。*3.毫秒延期雷管定義：通電后經(jīng)過若干毫秒起爆的雷管。結(jié)構(gòu)：延期內(nèi)管，固定和保護延期藥，并作為容納延期藥燃燒時生成的氣體的空間，保證壓力不變。延期藥有兩種：①硅鐵、鉛丹、硫化銻、硅藻土；②過氧化鋇、硫化銻、硅藻土。延期秒量根據(jù)延期藥量控制。硅藻土能吸收氣體，減小壓力。國產(chǎn)延期雷管系列見表。

*國產(chǎn)延期雷管的延期系列表

*4．抗雜散電流電雷管

抗雜散電流電雷管主要有以下幾種形式：

(1)無橋絲電雷管。在電雷管的電點火元件中取消橋絲，使腳線直接插在點火藥頭上，點火藥中加入一定導電成分，當腳線兩端電壓較小時，點火藥電阻很大，電流很小，點火藥升溫小，不足以引起點火藥燃燒；當電壓很大時，電流很小，點火藥電阻減小，電流大，點火藥升溫高，被點燃，雷管被引爆。這種雷管在雜散電流影響下不會被引爆。此外，還有利用電極的高壓放電來點燃點火藥的無橋絲電雷管。

(2)低阻率橋絲電雷管。這種雷管橋絲電阻較低，增大橋絲直徑或長度，只有大電流才能引爆雷管。

(3)電磁雷管。雷管的腳線繞在一個環(huán)狀磁芯上呈閉合回路，放炮時將單根導線穿過環(huán)狀磁芯，用其兩端接至高頻發(fā)爆器，高頻電流由環(huán)狀磁芯產(chǎn)生感應(yīng)電流引爆雷管。這種雷管不會受到雜散電流的影響。*㈡電雷管主要性能參數(shù)

腳線電阻：包塑鍍鋅鐵腳線，d=0.52mm，每米不大于0.6Ω。

橋絲電阻：l=4㎜，康銅絲，d=50μm，電阻0.8±0.13Ω；鎳鉻絲，d=40μm，電阻3±0.4Ω。按腳線2m計算，康銅絲雷管電阻不大于4Ω，鎳鉻絲雷管不大于6.3Ω，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定電雷管在發(fā)紿放炮員前，必須對電雷管進行逐個檢查，嚴禁發(fā)放不導通和電阻不合格的電雷管。常用的檢測儀器有205型爆破電橋和歐姆表等，不論用哪種儀表，測量時的工作電流都必須小于50mA，為保證起爆可靠，成組起爆力雷管，其雷管之間的電阻差不能大于0.25Q．*1．電雷管電阻2．最大安全電流和最小發(fā)火電流

電雷管引爆灼熱原理：Q=I2Rt⑴最大安全電流雷管技術(shù)標準規(guī)定，通以恒定直流電5min不爆的電流值為最大安全電流，實測的最大安全電流值都在150mA以上。為了安全起見，技術(shù)標準中規(guī)定：安全電流以通入50mA直流電持續(xù)5min不爆為合格，這是雷管對于電流的安全指標，所有檢測雷管的儀表，其電流值都不能超過50mA，雜散電流也不能超過這一值。⑵最小發(fā)火電流：若從最大安全電流開始，將電流逐漸增大，則雷管爆炸的百分數(shù)也逐漸增加，當電流達到某一數(shù)值時，將會達到99.9999%發(fā)火，這時的電流值稱為最小發(fā)火電流。按雷管技術(shù)標準規(guī)定，以700mA的恒定直流電通入1min發(fā)火的雷管應(yīng)達到上述百分數(shù)，故700mA為規(guī)定的最小發(fā)火電流，這是起爆單發(fā)雷管必須滿足的電流值。*3.發(fā)火沖能⑶100ms發(fā)火電流：通電100ms使雷管100%爆炸的電流。⑷6ms發(fā)火電流：通電6ms使雷管100%爆炸的電流。因為我國規(guī)定瓦斯礦井放炮的通電時間必須小于6ms，以免電路被炸斷時產(chǎn)生火花，因而是設(shè)計放炮器必須參考的數(shù)據(jù)。*⑴發(fā)火沖能：是橋絲加熱到足以使引火藥發(fā)火的溫度時，橋絲單位電阻所產(chǎn)生的熱能。Ke=I2t

I—為通過橋絲的電流（A）；t—發(fā)火時間，從雷管開使通電到引火藥開始發(fā)火的一段時間（s）。⑵標準發(fā)火沖能：Kb=（2I100）2t把對應(yīng)于兩倍百毫秒發(fā)火電流的發(fā)火沖能，稱為標準發(fā)火沖能，并用它來比較雷管的電發(fā)火性能，其值越小，雷管就容易引燃爆炸。⑶雷管發(fā)火感度：標準發(fā)火沖能的倒數(shù)，S=1/Kb。⑷熔斷沖能：Km=I2tm，使橋絲熔斷的沖能。其值大于發(fā)火沖能，保證雷管在發(fā)火之前不熔斷?！睹旱V安全規(guī)程規(guī)定》，不同廠家、不同品種、不同期生產(chǎn)的雷管不能同時使用。*2I100I100IKeKb4．傳導時間和成組雷管的準爆條件⑴傳導時間：從點火頭開始燃燒到雷管爆炸或延期藥點燃的這一段時間。⑵準爆條件：tmax≤tmin+θtmin——最敏感雷管的發(fā)火時間；tmax——最鈍感雷管的發(fā)火時間；θ——傳導時間。各雷管的θ值也不是一致的，為使成組雷管的爆炸可靠，應(yīng)取最小值。雷管技術(shù)標準規(guī)宅，直流電起爆時，串聯(lián)準爆電流值，康銅絲雷管為2A．鎳鉻橋絲雷管為1.5A。使用交流電起爆，準爆電流值應(yīng)取得高些。*5．電雷管的起爆能力

按起爆能力，工業(yè)雷管分為10個號別(1—10號)，號數(shù)愈大，起爆能力愈大。但通常只生產(chǎn)6號和8號兩種雷管，使用最多的是8號雷管。雷管的起爆能力決定于它的裝藥量。8號雷管的裝藥量：起爆藥(二硝基重氮酚)不低干0.28g（無加強帽者不低于0.32g），加強藥(黑索金)不低于0.60g。雷管起爆能力通常用鉛板穿孔法(圖2—32)來檢驗驗。鉛板直徑為30mm，厚度：6號雷管為4㎜，8號雷管為5㎜。起爆后，炸穿鉛板的孔徑不得小于雷管的外徑。*二、導爆索和繼爆管㈠導爆索：導爆索是以猛炸藥為藥心，外面纏繞數(shù)層紗線、紙條，并有兩層防潮層而制成的繩索狀起爆材料。⑴種類：普通導爆索和安全導爆索(加裹一層食鹽)兩類。國產(chǎn)導爆索以黑索金為藥心，藥量不小于12g/m，普通導爆索外徑不大于6.2mm，爆速不低于6500m/s．安全導爆索外徑不大于7.3mm．爆速不低于6000m／s。*普通導爆索的結(jié)構(gòu)

⑵導爆索起爆先由雷管爆炸引爆導爆索，再由導爆索起爆炸藥爆炸。起爆裝藥群時，可將導爆索敷設(shè)成網(wǎng)路，由于導爆索爆速很高，無論采取哪種網(wǎng)路形式，都能使各裝藥幾乎同時起爆。*㈡繼爆管由消爆管和不帶點火裝置的毫秒延期雷管組成，對導爆索起延期作用。分單向繼爆管和雙向繼爆管。**導爆破索多用于露天深孔爆破和硐室大爆破。近年煤礦爆破作業(yè)中，出現(xiàn)了深孔爆破等新技術(shù)，相應(yīng)提出使用導爆索起爆問題。但煤礦井下不準使用普通導爆索，只能使用安全導爆索。㈢導爆索和繼爆管起爆三、導爆管導爆管是管內(nèi)壁涂有薄層炸藥的塑料軟管。軟管外徑為3mm，內(nèi)徑1.5mm，炸藥可采用奧克托金與鋁粉的混合物或黑索金與鋁粉的混合物，藥量為20mg／m。導爆管不能直接起爆炸藥，只能起傳爆作用，起爆炸藥仍需一個起爆雷管。導爆管的作用原理是：當起爆槍(或?qū)П?、雷?對著管腔激發(fā)時，在管腔中產(chǎn)生沖擊波，管壁的炸藥受沖擊波的作用發(fā)生反應(yīng)，給沖擊波補充能量，從而使沖擊波穩(wěn)定地傳播，速度達2000m/s。**由于導爆管外徑比雷管的內(nèi)徑小很多，必須用卡口塞相連。聯(lián)接各種段別的延期雷管。

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，煤礦井下禁止使用導爆管放炮。

導爆管；2-卡口塞；3-雷管第五節(jié)電雷管起爆法一、起爆電源二、電爆網(wǎng)路的聯(lián)接方式及其計算三、爆破事故預(yù)防和處理*㈠發(fā)爆器

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，井下放炮都必須使用發(fā)爆器(礦用防爆型)。發(fā)爆器有發(fā)電機式和電容式兩類，目前常用的，幾乎都是電容式的。電容式發(fā)爆器通常由以下幾部分組成：①直流電源。②交流器。③整流線路。④充電器。⑤充電電壓指示。⑥毫秒限時開關(guān)及放電回路。⑦防爆外殼。*一、起爆電源*FB系列發(fā)爆器

㈡照明或動力線路電源

220v或380v交流電源：這種電源的電流強度大，因此在電爆網(wǎng)路中的雷管數(shù)量多，網(wǎng)路連接復(fù)雜，需要總電流強度大時應(yīng)用較多?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，煤礦井下放炮不能用這種電源，只能用于無瓦斯的井筒工作面和露天放炮。采用交流電源時，必須在放炮的安全地點設(shè)置放炮接線盒。接線盒應(yīng)滿足：①設(shè)置電源開關(guān)刀閘和放炮刀閘兩個開關(guān)，且都必須是雙刀雙擲刀閘；②設(shè)置指示燈，當電源開關(guān)刀閘合上以后，指示燈發(fā)光表明電源接通；③在煤礦立井施工中，在接近和通過瓦斯煤層時，在接線盒上應(yīng)設(shè)置毫秒限時開關(guān)。為提高交流電源的起爆能力，可采用三相交流全波整流技術(shù)，將三相交流電源變成直流電源，并提高電源的輸出電壓。*㈠各種聯(lián)接方式

⑴串聯(lián)：⑵并聯(lián)：⑶串并聯(lián)電路：

*二、電爆網(wǎng)路的聯(lián)接方式及其計算㈡各種連接電路的電流計算通用公式：每個雷管的電流U—電源電壓，r—雷管電阻，R—母線電阻R1和電源電阻R2之和。串聯(lián)時，n為串聯(lián)雷管個數(shù)，m=1；并聯(lián)時，m為并聯(lián)雷管個數(shù)，n=1；串并聯(lián)時，n為每個串聯(lián)組中串聯(lián)個數(shù)，m為并聯(lián)組數(shù)。*例題：某工程爆破，一次起爆60個炮眼，每個炮眼裝一發(fā)3Ω電雷管,用串并聯(lián)電爆網(wǎng)路,每串組10發(fā)雷管,6組并聯(lián),導線電阻5Ω,問220v交流電能否起爆.(交流準爆電流4A)<4,不可靠。用380v，I=6.33，可靠。三、爆破事故預(yù)防和處理*

㈠瞎炮通電起爆后，工作面雷管全部或少數(shù)不爆稱為瞎炮。⑴原因：全部不爆多由電路斷路所致，如母線斷了，接頭不良，或串聯(lián)電路中有一發(fā)不導通等；發(fā)爆器電源不夠，使各雷管電流不夠；工作失誤，錯接、漏接、個別雷管短路；殘暴，炸藥原因引起不爆現(xiàn)象，炸藥變質(zhì)，使用不當；⑵電路故障排除：

觀測法：

1/2淘汰法：將整個網(wǎng)路分為兩部分，測一部分電阻，正常的拋開，剩下的一部分再分為兩半，正常的一部分拋開，不斷縮小范圍。*

⑶處理：瞎炮處理應(yīng)按《煤礦安全規(guī)程》進行。由于連線不良造成的拒爆，可重新連線起爆。在距拒爆炮眼0.3m以外另打與拒爆炮眼平行的新炮眼，重新裝藥起爆。嚴禁用鎬刨或從炮眼中取出原放置的起爆藥卷或從起爆藥卷中拉出電雷管。不論有無殘余炸藥,嚴禁將炮眼殘底繼續(xù)加深；嚴禁用打眼的方法往外掏藥；嚴禁用壓風吹拒爆（殘爆）炮眼。處理拒爆的炮眼爆炸后，爆破工必須詳細檢查炸落的煤、矸點進行與處理拒爆無關(guān)的工作。

㈡早爆爆炸材料比預(yù)定起爆時間提前爆炸的現(xiàn)象，這種事故很可能造成人身傷亡。這種事故的發(fā)生大多由于下述原因：1．器材問題炸藥雷管變質(zhì)，雷管外客破損，裝藥時，起爆藥受到?jīng)_擊、摩擦，雷管腳線絕緣損壞，裝藥時誤觸帶電設(shè)備等都可能引起早爆。因此，質(zhì)量有問題的器材應(yīng)該報廢，不應(yīng)湊合使用。

2．操作問題如砸碰雷管，裝引藥時沖擊擠壓了雷管，加深炮窩子，瞎炮未及時處理或采用拉出雷管等危險辦法進行處理，放炮器管理不嚴，放炮信號不明確等都可能產(chǎn)生早爆造成事故。

3．雜散電流影響井下雜散電流多由設(shè)備漏電、電車線漏電等引起?；瘜W電，硝銨類炸藥溶解形成正負離子，在大地正負極的作用下向兩極移動，形成電流。*第六節(jié)破巖原理與爆破技術(shù)一、在爆破作用下的巖石破碎機理二、柱狀裝藥的爆破特點三、瓦斯礦井的安全爆破四、微差爆破五、光面爆破*㈠自由面和最小抵抗線*

如果將一個球形或立方體形炸藥包(爆破上稱之為集中藥包)埋入巖石中，巖石與空氣接觸的表面稱為自由面。藥包中心到自由面的垂直距離W稱為最小抵抗線。一、在爆破作用下的巖石破碎機理㈡爆破作用下的巖石破碎幾種情況*⑴當W1很大時，自由面對爆破不產(chǎn)生影響，由藥包中心向外依次形成粉碎區(qū)、裂隙區(qū)、震動區(qū)，爆破的破壞范圍較小。

*

⑵當W2逐漸減小，應(yīng)力波在自由面處反射形成拉伸波，產(chǎn)生了由自由面向藥包一層層剝落的拉伸破壞（拉斷區(qū)）剝落的拉伸破壞（拉斷區(qū)）;⑶當W3在小一些，拉斷區(qū)和裂隙區(qū)連接起來，通過爆生氣體的做功，形成爆破漏斗。衡量爆破作用的效果：爆破作用指數(shù)

r—爆破漏斗半徑；W—最小抵抗線。當n=1時，形成標準拋擲漏斗（c）；1<n<3時，形成加強拋擲漏斗（d）；0.75<n<1時，形成減弱拋擲漏斗（b）；n=0.75時，巖石只形成松動而不形成拋擲，叫做松動漏斗（a）；n<0.75時，爆破漏斗不能形成。*㈢自由面數(shù)對爆破效果的影響*如果自由面不止一個，則應(yīng)力波在各個方向都能形成反射，也都能形成由自由面向藥包中心的拉斷破壞區(qū)。因此增加自由面就可使炸落單位體積巖石的炸藥消耗量降低，而且?guī)r石的塊度比較小而均勻。有些資料認為，兩個自由面的炸藥消耗量只是一個自由面的60％，三個自由面可以降低到40％，實際上由于其它因素影響，只接近這個數(shù)字。因此，在爆破工程實踐中，使幾個炮眼首先爆破，為后繼炮眼的爆破創(chuàng)造附加的自由面，這種方法稱之為掏槽。二、柱狀裝藥的爆破特點

長條裝藥可以看作是若干個小的集中藥包，最接近眼口的幾段，抗線短，具有加強拋擲的作用，接近眼底的幾段，由于抵抗線大，可能只具有松動作用，炮眼最底部的藥包甚至不能形成爆破漏斗，總的漏斗坑形狀，就是這些漏斗的外部輪廓線，大致呈喇叭形，眼底破壞極少，形成“炮窩子”。通常把實際爆落深度與炮眼深度之比叫炮眼利用系數(shù)。*Ll

*三、瓦斯礦井的安全爆破2003對國有煤礦重大事故發(fā)生地點，按采煤工作面、掘進工作面、巷道（包括大巷）、井筒和其它地點進行統(tǒng)計分析，如圖所示。

掘進工作面發(fā)生重大事故的危險性最大，共發(fā)生22起、死亡110人、重傷16人，發(fā)生起數(shù)、死亡人數(shù)和重傷人數(shù)分別占總數(shù)的36.67%、40.44%和84.21%。其次是采煤工作面，共發(fā)生19起重大事故、死亡83人，分別占總數(shù)的31.67%和30.51%。巷道發(fā)生了11起重大事故、死亡48人。井筒內(nèi)發(fā)生重大事故5起、死亡18人。其它地點發(fā)生重大事故2起、死亡8人。均為地面事故。*對10人以上事故發(fā)生地點按采煤工作面、掘進工作面、巷道（包括大巷）、井筒、火區(qū)和其它，進行統(tǒng)計分析，如圖所示。

*2003年重特大瓦斯爆炸事故分析

⑴按作業(yè)地點，瓦斯爆炸事故統(tǒng)計分析如圖所示。采煤工作面發(fā)生重特大瓦斯爆炸事故3起、死亡46人，占總起數(shù)的14.29%和死亡人數(shù)的11.25%；掘進工作面發(fā)生12起、死亡195人，占57.14和47.68%；巷道（包括大巷）4起、死亡74人，占19.05%和18.09%；密閉內(nèi)2起、死亡94人，占9.52%和22.98%。*

(2)引爆火源分析除靜電火花外（2002年曾因靜電火花引起1起瓦斯爆炸），井下可能存在的其它火源都引起過瓦斯爆炸，以爆破火焰和電氣火花造成的事故最多，見圖所示。*

爆破火焰出現(xiàn)的主要原因是：不填或少填炮泥等違章爆破（6起），引爆雷管（1起），爆破母線短路（1起）。電氣火花的主要原因是：帶電檢修（4起），信號電纜失爆（1起），砸斷電鉆電纜（1起），礦燈火花（1起）。

2起摩擦火花引爆瓦斯事故分別是：排瓦斯鐵風筒連接處斷裂產(chǎn)生摩擦火花，導致風筒內(nèi)瓦斯燃燒，引爆采空區(qū)瓦斯；掘進面停風，瓦斯積聚，刮斗機鋼絲繩與滑輪間摩擦產(chǎn)生火花引爆瓦斯。

㈠炸藥爆炸可能引爆瓦斯煤塵的因素有三：空氣沖擊波，熾熱的固體微粒和爆炸生成的高溫氣體。㈡瓦斯礦井安全爆破掘進工作面不得有阻塞斷面1/3以上的物體，以免造成沖擊波的反射；并且不能使用秒延期雷管，以防止先爆炮眼對瓦斯預(yù)熱；煤礦炸藥必須爆轟穩(wěn)定可靠，含鋁鎂等金屬粉末的炸藥因增溫作用大，絕對不能使用。不得在裝藥時任意加入金屬絲或金屬片；煤礦炸藥的氧平衡特別重要，變質(zhì)炸藥，起爆能不足的雷管都會因爆炸作用不完全而產(chǎn)生上述不良氣體產(chǎn)物，所以禁止使用。此外，炮眼必須進行良好的充填后才準放炮。**放炮前應(yīng)檢查工作面附近20m的瓦斯?jié)舛?，超過1%就不能放炮；在瓦斯礦井放炮必須使用煤礦許用炸藥，常用的煤礦許用炸藥有：被筒炸藥、當量炸藥、離子交換炸藥NaNO3+NH4CL→NH4NO3+NaCl）等。煤炭部部頒標準規(guī)定煤礦許用炸藥的安全等級共有五級級數(shù)越高安全程度越高。前面講的一，二、三號煤礦炸藥的安全等級約為l一2級，被簡炸藥和當量炸藥約為3—4級，離子交換炸藥則可達4—5級。*

2005年11月27日21時22分，龍煤礦業(yè)集團有限責任公司七臺河分公司東風煤礦發(fā)生一起特別重大煤塵爆炸事故，死亡171人(還有2名在地面皮帶機房中工作的女工也在爆炸中身亡)，傷48人，直接經(jīng)濟損失4293.1萬元?，F(xiàn)已查明，這起事故的直接原因是放炮人員使用非專用炸藥違章作業(yè)處理煤倉堵塞，導致煤塵飛揚達到爆炸界限，放炮火焰引起煤塵爆炸。調(diào)查認定這是一起重大責任事故。*四、微差爆破

利用毫秒雷管或其他設(shè)備控制放炮的順序，使每段之間只有幾十毫秒的間隔，叫做毫秒爆破或微差爆破。實踐證明，毫秒爆破具有爆破巖石塊度小而均勻，炮眼利用率高，巖幫震動小、巷道規(guī)格好等特點。

幾種假說：

㈠應(yīng)力波干涉假說若相鄰兩裝藥間隔若干毫秒爆炸，先起爆的裝藥在巖體內(nèi)形成的應(yīng)力場尚未消失，而后起爆裝藥又立即起爆，使兩者產(chǎn)生的應(yīng)力波相互疊加，從而加強破碎效果。

㈡自由面假說先起爆的裝藥在巖體內(nèi)已已造成某種程度的破壞，形成一個新的爆破漏斗，有一定寬度的裂隙和附加自由面，對后起爆的裝藥將是一個有利的條件，相當于新增加自由面并處于應(yīng)力狀態(tài)作用下。**

瓦斯礦井爆破，雷管的總延期時間應(yīng)在130ms內(nèi)，防止瓦斯在先爆炮眼爆炸后達到1%，預(yù)熱，在后期炸藥爆炸后引爆瓦斯。高瓦斯礦井炸藥爆炸后160ms后瓦斯?jié)舛冗_0.3%~0.5%，260ms后達到0.3~0.95%，360ms后0.35%~1.6%。所以130ms為360ms的三分之一多一點，有一定安全系數(shù)。㈣殘余應(yīng)力假說先期爆炸的應(yīng)力波在炮孔周圍的巖體內(nèi)形成動態(tài)應(yīng)力場，并產(chǎn)生徑向裂隙向外擴展，其后，高溫高壓的爆生氣體滲入裂隙，在較長的時間內(nèi)使巖體處于準靜應(yīng)力狀態(tài)，使裂隙進一步擴展。后期裝藥若在此刻爆炸，就可利用巖體內(nèi)已經(jīng)形成的殘余應(yīng)力來改善巖石的破碎質(zhì)量。㈢巖塊碰撞假說先后相繼爆破下的巖塊在運動過程中發(fā)生相互碰撞，利用動能使其再次發(fā)生破碎，導致運動速度降低，拋擲距離減小，爆堆減小。五、光面爆破

㈠定義光面爆破的實質(zhì)，是在井巷掘進斷面的輪廓線上，布置間距較小、相互平行的炮眼，控制每個炮眼的裝藥量，選用低密度和低爆速的炸藥，采用不耦合裝藥同時起爆，使爆炸作用剛好產(chǎn)生炮眼連線上的貫穿裂隙，并沿各炮眼的連線——井巷輪廓線，將巖石崩落下來。㈡質(zhì)量標準光面爆破的質(zhì)量標準為：1．圍巖面上留下均勻眼痕的周邊眼數(shù)應(yīng)不少于其總數(shù)的50%。2．越挖尺寸不應(yīng)大于150㎜，欠挖尺寸不得超過質(zhì)量標準規(guī)定；3．圍巖面上不應(yīng)有明顯的炮震裂縫。

**㈢光面爆破的機理當光爆炮眼同時起爆后，在各炮眼的眼壁上產(chǎn)生細微的徑向裂隙，由于起爆器材的起爆時間誤差，各炮眼不可能在同一時刻爆炸，先爆炮眼的徑向裂隙，由于相鄰后爆炮眼所起的導向作用，結(jié)果沿相鄰兩炮眼的連心線的那條裂隙得到優(yōu)先發(fā)展，并在爆生氣體的作用下擴展，形成貫穿裂縫。貫穿裂縫形成后，周圍巖體內(nèi)的應(yīng)力因釋放而下降，從而能夠抑制其他方向上有裂隙發(fā)展，同時又隔斷了從自由面反射的應(yīng)力波向圍巖傳播，因而爆破形成的壁面平整。

*㈣施工⑴預(yù)留光爆層施工法：**⑵全斷面一次掘進：**

巷道斷面設(shè)計一、巷道斷面設(shè)計原則巷道斷面設(shè)計主要是選擇斷面形狀和確定斷面尺寸。設(shè)計的原則是：在滿足安全、生產(chǎn)和施工要求的條件下，力求提高斷面利用率，取得最佳的經(jīng)濟效果。

**

二、巷道斷面設(shè)計的內(nèi)容和步驟㈠選擇巷道斷面形狀、確定巷道凈斷面尺寸，并進行風速驗算；㈡根據(jù)支架參數(shù)和道床參數(shù)計算出巷道的設(shè)計掘進斷面尺寸，并按允許的超挖值求算出巷道的計算掘進斷面尺寸；㈢布置水溝和管纜；㈣繪制巷道斷面施工圖，工程量表、材料消耗量一覽表。第一節(jié)巷道斷面形狀

**一、巷道斷面形狀

二、影響巷道斷面選擇的因素一、巷道斷面形狀按構(gòu)成的輪廓線分兩種：折線型：矩形、梯形、不規(guī)則形；曲線型：直墻拱形(如三心拱形、半圓拱形、圓弧拱形)以及封閉拱形、橢圓形、圓形等。見圖3-1巷道斷面形狀。**一、巷道斷面形狀**二、影響巷道斷面選擇的因素㈠作用在巷道上的地壓大小和方向在選擇巷道斷面形狀時起主要作用。㈡巷道用途和服務(wù)年限也是選擇巷道斷面形狀不可缺少的重要因素。㈢礦區(qū)的支架材料和習慣使用的支護方式，也直接影響巷道斷面形狀的選擇；㈣掘進方法和掘進設(shè)備對于巷道斷面形狀的選擇也有一定影響。㈤需要風量大的礦井，選擇通風阻力小的斷面和支護方式，有利于安全和具有經(jīng)濟效益。******第二節(jié)巷道斷面尺寸一、巷道凈寬度的確定二、巷道的凈高度三、巷道的凈斷面面積四、巷道風速驗算五、巷道設(shè)計和計算掘進斷面面積****

直墻拱形巷道的凈寬度系指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平間距。矩形巷道的凈寬度，系指巷道兩側(cè)內(nèi)壁或錨桿露出長度終端之間的水平間距。梯形巷道，當其內(nèi)通