《实用爆破技术》PPT课件.ppt

实用爆破技术,工程技术学院土木工程教研室葛克水电话：62306683/13366721752,第一章爆破理论基础,第一节 爆炸和炸药的基本概念一、爆炸现象 定义：爆炸是物质系统一种急剧的物理或化学变化，在变化过程中放出大量的能量对周围及介质做机械功，同时伴随有声、光和热等效应。三类：1、物理爆炸；2、化学爆炸；3、核爆炸。二、炸药爆炸的必备条件三个条件：,第一章爆破理论基础,1、放热反应（是高速自动进行的首要条件）（NH4)2C2O4-2NH3+H2O+CO+CO2-263KJ/mol Ag2C2O4-2Ag+2CO2+123KJ/mol2、反应高速进行 煤、炸药 3、生成大量气体（气体是做功的介质）2Al+Fe2O3-Al2O3+2Fe+841.4kJ/mol三、炸药化学反应形式爆炸不是炸药唯一的反应形式四种形式：,第一章爆破理论基础,1、热分解2、燃烧 数米/秒 密闭-爆炸3、爆炸 没有处在理想状态 数百米/秒-爆轰4、爆轰 数千米/秒 最大稳定速度进行、定值上述形式可相互转化四、炸药的分类1、按炸药的组成分：两种：单质炸药（军用）；混合炸药（工业炸药）2、按用途分：,第一章爆破理论基础,2、氮化鉛分子式：Pb(N3)2颜色：白色针状晶体敏感度：比雷汞热感度低，起爆威力大，且不因潮湿而降低；因此，可用在水下爆破。反应：在有二氧化碳存在的潮湿环境中，极易与铜反应生成氮化铜，极敏感，因此，不能用铜壳，可用铝、纸壳。,第一章爆破理论基础,二、单质炸药单质炸药是一种具有强烈爆炸作用的化合物，与起爆药相比，敏感度较低，爆炸威力较大，可用作雷管的加强药。工业上常用的单质猛炸药有：梯恩梯、黑索金、泰安、硝化甘油。,第一章爆破理论基础,1、梯恩梯分子式：C6H2(NO2)3CH3 三硝基甲苯简称：TNT.颜色：黄色晶体溶解度：几乎不溶于水安定性：好。常温不分解，遇火燃烧，密闭爆炸，机械感度较低，加细砂感度增高，工业炸药敏化剂。爆速：7000m/s.,第一章爆破理论基础,2、黑索金分子式：C3H6N3(NO2)3 环三次甲基三硝胺简称：RDX 颜色：白色晶体溶解度：几乎不溶于水安定性：好。机械感度比TNT高，威力、爆速均高爆速：8300m/s用途：导爆索,第一章爆破理论基础,第三节 混合炸药混合炸药是由爆炸性成分和非爆炸性成分按照一定配比混合制成的敏感度较起爆药低但威力较大、土石方爆破常用之。又称之为工业炸药。常见的工业炸药有：铵锑炸药、铵油炸药、浆状炸药、乳化炸药、硝化甘油炸药。一、铵锑炸药1、硝酸铵。是氧化剂、铵锑炸药的主要成分。其本身是弱性炸药，不能直接被一只普通工业雷管引爆，吸湿性强、易溶于水。,第一章爆破理论基础,2、梯恩梯。敏化剂、兼起还原剂、提高感度和威力3、石蜡和沥青。抗水剂、防吸湿结块。4、木粉。松散剂、又是还原剂。5、食盐。消焰剂、不参加爆炸反应、目的降低爆炸温度（主要用于含瓦斯的煤矿）用途较广。优点：爆炸性能好，威力较大，原材料广，成本较低。缺点：易吸湿结块，不适合在潮湿有水环境中使用型号：1#、2#、3#岩石炸药。,第一章爆破理论基础,二、铵油炸药（Dry Blasting Agent)1、硝酸铵。氧化剂。2、柴油。可燃剂、还原剂。3、木粉。疏松剂。优点：价格便宜。三、铵松蜡炸药1、硝酸铵。氧化剂。2、松香和石蜡。还原剂和防水剂。3、木粉。疏松剂。能接近2#岩石炸药。优点：防潮抗水能力强。,第一章爆破理论基础,四、浆状炸药它是一种防水炸药，它为硝铵类炸药的应用开辟了新领域，解决了硝铵类炸药应用于水中爆破的问题1、氧化剂水容液采用硝酸铵饱和水溶液，有时加入少量硝酸钠。2、敏化剂及可燃剂因含水使其起爆感度下降，未能顺利起爆需加入敏化剂提高其起爆感度。两类：一类是高敏度炸药：如TNT、硝化甘油；另一类是可燃剂：如铝粉、镁粉、柴油。3、胶凝剂,第一章爆破理论基础,起增稠作用，使炸药固体颗粒呈悬浮状态。并将氧化剂水溶液、不溶于水的敏化剂颗粒及其它组分胶凝在一起。胶凝剂有：魁豆胶、田箐胶、皂角胶、聚丙烯酰胺。4、胶联剂促使胶凝剂分子中的基团互相键和，进一步连接成为巨型网状结构，增稠和抗水。主要成份：硼砂或硼砂与重铬酸钠的混合溶液。5、安定剂（尿素）特点：高威力防水炸药，防水性能良好、密度大、可用于水下爆破；缺点是感度低、一只8#雷管不能起爆，需起爆药包起爆，成本较高。,第一章爆破理论基础,五、水胶炸药它是在浆状炸药基础上发展起来的，性质与浆状炸药基本相同；不同之处在于敏化剂，它是采用一种可溶于水的甲基安硝酸盐，水偶合较好。因此，该炸药高度较高，可用一只8#雷管起爆，成本较高。六、乳化炸药乳化炸药是氧化剂水溶液被乳化成微细液滴分散地悬浮在连续的油相中，构成油包水型防水炸药。水包油型（浆状炸药、水胶炸药）：水溶液为连续相，悬浮的固体颗粒为分散相。,第一章爆破理论基础,1、氧化剂水溶液主要为硝酸铵和硝酸钠的饱和水溶液。2、敏化剂猛炸药：TNT；金属粉：铝、镁粉；发泡剂、空心球3、可燃剂主要为油相材料-柴油、石蜡或凡士林。4、乳化剂能在氧化剂水溶液中形成油包水型乳状体系。5、少量添加剂主要为乳化促进剂、晶型改性剂和稳定剂之类的物质,第一章爆破理论基础,特点：抗水性能强、爆炸威力高、可在水下爆破，缺点是安全性差、成本高，使用数量占总药量的0.51.0%。第四节 炸药的起爆一、炸药的起爆与起爆机理1、炸药的起爆与起爆能炸药是具有相对稳定性和爆炸性的物质，欲使它发生爆炸，必须提供一定的外界能量，以打破原来相对平衡状态。在外界能量作用下，使炸药发生爆炸的过程称为起爆。这种使炸药发生爆炸的外界能量称为起爆能。起爆能主要有三种形式：热能、机械能、爆炸能。,第一章爆破理论基础,2、起爆机理 起爆能能否起爆炸药，不仅与起爆能的大小有关，而且还取决于能量的集中程度。另外，根据活化能理论，反应是在活化分子之间发生。要起爆-足够外能、多-反应越快-活化能越多-足够的活化分子-发生-作用在部分炸药分子-活化分子-活化分子越多爆炸。热能起爆机理炸药在热能作用下发生热分解，但不一定爆炸。只有在下列条件下发生爆炸：炸药化学反应放出的热量大于散失的热量。,第一章爆破理论基础,机械能起爆机理炸药在摩擦、撞击等作用下，由机械能-热能-来不及均匀地分布到全部炸药分子-集中到个别小点上（结晶的两面角、多面棱角或微小气泡等）-即所谓的热点-温度很高-自身反应的同时-灼热周围炸药分子-发生热积累-爆炸。这种热点称为热核。热点形成的原因：炸药中微小气泡的绝热压缩；炸药颗粒间或掺和物间的强烈摩擦；高粘性液体炸药的流动生热。炸药中经常加入发泡剂、珍珠岩、空心玻璃微球和坚硬掺和物等，目的就是有利于热点形成。,第一章爆破理论基础,炸药的感度包括：热感度（0.05g）：加热感度、火焰感度；撞击感度（0.05g）：摩擦感度（0.05g）：爆炸能感度：单质炸药（极限药量0.5g）、混合炸药（殉爆度）几种单质猛炸药的极限起爆药量,第一章爆破理论基础,几种单质猛炸药的极限起爆药量,第一章爆破理论基础,了解炸药感度的高低，对于炸药的生产、贮存、运输、使用具有重要意义。2、影响炸药感度的因素炸药的化学结构 炸药的分子结构结合得越脆弱，其感度就越高；反之就越低。混合炸药的感度取决于炸药中结构最脆弱的组分的感度。炸药的物理性质 炸药的相态 熔融状态比固态感度高，因为，固态熔融吸收熔化潜热内能较高。,第一章爆破理论基础,掺和物炸药中加入一定量掺和物可使炸药感度法甚显著变化两种情况：高熔点、高硬度、导热性差的掺和物（石英、玻璃）可提高撞击、摩擦感度；石蜡、石墨等软质掺和物可降低感度。三、起爆系统良好的起爆方式既有利于安全可靠的准爆，确保爆破过程根据工程需要，在时间上和空间上按一定的顺序进行，又有利于提高炸药能量的利用率，改善爆破质量、降低爆破危害。,第一章爆破理论基础,1、火雷管:由管壳（铜、铝、纸）、起爆药（良好火感、二硝基重氮酚）、猛炸药（感度略低但威力较大黑索金、泰安）、加强帽（1.92.1mm小孔金属罩，铜片制，加强起爆药爆轰的约束条件，密封作用，减少外界影响）组成。,传爆方向,导爆索,消爆管,大内管,延期药,起爆药,猛炸药,导爆索,单向继爆管,第一章爆破理论基础,1、电雷管结构与火雷管类似，不同的是引火部分。（火雷管是导火索；而电雷管是由脚线、桥丝和引火头组成点燃装置）电雷管的类别：瞬发电雷管延期电雷管（秒延期电雷管、毫秒延期电雷管）,第一章爆破理论基础,秒延期时间为：0.5s、1s、or 2s.与瞬发电雷管不同之处是：秒延期电雷管的引火头与起爆药之间装有一段精致导火索。国产秒延期电雷管为1到7段（见下表）,第一章爆破理论基础,KBmaxKBminI2tqmin 即 I2（KBmax KBmin)tqmin即 I（KBmax KBmin）tqmin 1/2尽管单个雷管最小准爆电流不大于0.7 A，但为了可靠起见规定：采用直流电起爆时，电流大于2.5A;采用交流电起爆时，电流大于4A。2、导线电爆网路中的导线通常用绝缘良好的铜线和铝线，大量爆破时，电线用量大。在网路的不同部分需要采用不同规格导线。通常可分为：端线、连接线、区域线、主线。,第一章爆破理论基础,、端线:在深孔或药室爆破中，由于脚线不够长，需要在脚线上加接一段导线，称为端线。深孔：截面为0.20.4mm2铜芯多股塑料软线；药室：截面为11.5mm2铜芯多股塑料软线。、连接线:连接各孔口或药室之间的电线称为连接线。、区域线:连接连接线与主线的电线，称为区域线。、主线:连接区域线和爆破电源的电线称为主线。主线一般可反复使用。,第一章爆破理论基础,3、起爆电源:常用的有：起爆器：发电机式、电容式（常用）照明电或动力电源（除瓦斯矿外，均可使用）4、电爆网路的连接方式及其计算 连接方式:串联、并联、混联、串联 注意：、要使通过每个雷管的电流足够大（直流电：2.5A;交流电：4A.),第一章爆破理论基础,、各雷管阻值接近，差值不应大于规定值（康铜丝：0.25欧姆、镍铬丝：0.8欧姆。）、同厂同批；、通过每个雷管的电流值应满足：i=I=U/(R线+n.r)i准 U-电源电压、R线-主线电阻、n-串联雷管数、r-每个雷管电阻值。、优缺点 优点：连接容易，所需总电流小，导线消耗少。缺点：一个雷管不通，整个网路都不通。并联,第一章爆破理论基础,注意：、当采用雷管激发导爆管时，应使雷管的聚能穴与传爆方向相反；、当采用导爆索激发导爆管时，应尽量使导爆管与导爆索垂直。2、导爆管起爆网路导爆管起爆网路为：串联（逐孔起爆法）、并联、混联根据导爆管雷管在网路中的作用分：传爆雷管（地表雷管）、起爆雷管（孔内雷管）,第一章爆破理论基础,特点：优点：操作简单，使用安全，能抗杂散电流和静电；可节省大量棉纱和金属材料，成本低。缺点：不能用仪表检查网路质量，不能用于瓦斯、矿尘爆炸危险的地点。,第一章爆破理论基础,第五节 炸药的传爆一、冲击波的基本概念1、波的基本概念扰动：在外界作用下，介质局部状态参数（如压力、密度、质点移动速度、温度）的变化叫做扰动。波：扰动在介质中传播，称为波。压缩波：使介质状态参数增高的扰动波成为压缩波。稀疏波（拉伸波）：使介质状态参数降低的扰动波称为稀疏波。冲击波：它是一种介质状态参数发生突跃式增加的强压缩波。2、冲击波的性质,第一章爆破理论基础,冲击波以脉冲形式传播，不具有周期性。其波阵面上介质状态参数呈突跃式升到最高值。冲击波引起介质质点移动的方向与波的传播方向一致，其速度小于波速。冲击波波速大于未扰动介质中的音速。冲击波波速与波的强度有关。二、爆轰波及其结构1、定义：爆轰波是在炸药中传播的、带有化学应区的特殊形式的冲击波。2、爆轰波结构,第一章爆破理论基础,爆轰波结构图,第一章爆破理论基础,3、爆轰波参数（通常是指反应终了面上的状态参数）爆轰压力：P=0D2/4爆轰产物移动速度：u=D/4爆轰结束瞬间爆轰产物密度：2=40/3 式中：0-炸药密度；D-爆速。三、化学反应区反应机理爆轰波在炸药中传播引起反应区的化学反应机理可归纳为两种类型：1、整体均匀灼热引起的化学反应（在炸药中爆炸）激起爆轰波-传播-波阵面压力作用下-其前方炸药薄层均匀地受到强烈压缩，压力、温度速升-产生剧烈化学反应（爆炸）由于炸药整体均匀作用，需提供较强的冲击能量。,第一章爆破理论基础,现在我们已知道工业炸药都是混合炸药，而混合炸药是由多种不同性质的成分组成，因此，反应具有多阶段性；在冲击波波阵面压力作用下，炸药各组分首先分解（称为第一次反应），分解产物互相作，生成最终爆轰产物（称为第二次反应）。由于混合炸药的多阶段反应，加大了反应区宽度，反应时间增长、爆速降低。四、影响稳定传爆的因素爆速是爆轰波的一个重要参数，它的变化直接反映了化学反应区释放出能量的大小和速度以及爆轰波传播的状态。因此，可以通过爆速的变化规律来分析各种因素对爆轰波传播过程的影响。,第一章爆破理论基础,从上图看出：药包直径存在极限直径dL和临界直径dc.当d dc时，爆轰完全中断，即不稳定爆轰。当dcddL时，Dd 爆轰以小于极限速度的定常速度传播，即稳定爆轰。当ddL时，爆速趋于恒定的极限值，即理想爆轰。Dc和dL同爆速D一样，都是衡量炸药爆轰性能的重要指标。从工程角度看，应避免不稳定爆轰的发生，而力求达到理想爆轰。亦即尽量使ddc或ddL。由于某些技术限制，往往很难达到。如混合炸药极限直径很大、光面爆破等。因此，采用大孔径爆破、洞室爆破可提高爆破效率。,为什么药包直径对爆速有影响呢？主要原因是在炸药的传播过程中，发生能量的侧向扩散。（见下图）侧向扩散对反应区结构的影响,第一章爆破理论基础,从上图可看出：冲击波阵面抵达处的炸药薄层被强烈压缩发生急剧化学反应化学反应区生成高温、高压气体迅速向外膨胀自反应区发生侧向扩散强大的扩散气流中含有：完全反应的爆轰产物、来不及发生反应的炸药颗粒、反应未完全的炸药颗粒化学反应区热效应降低能量损失爆速、爆压降低。因此，爆轰波的传播实际上是靠有效反应区释放出的能量来维持的。不同药包直径侧向扩散对反应区结构的影响（见下图）,第一章爆破理论基础,不同药包直径侧向扩散对反应区结构的影响,L,L,a、不稳定传爆,b、非理想稳定爆轰,L,c、理想爆轰,第一章爆破理论基础,随着药包直径的减小，有效反应区宽度相应减小如果设药包周边扩散至中心所经历的时间为t1，炸药颗粒开始反应到反应完全所经历的时间为t2。则：当t1 t2时，药包中心部分在反应过程中未受 侧向扩散影响。有效反应区宽度等于炸药固有宽度，有足够能量维持传播，即理想爆轰；当t1 t2时，药包中心部分受侧向扩散影响，有效反应区宽度略小于固有宽度，维持传播能量减小，但能维持稳定传爆，即非理想爆轰。当t1 t2时，侧向扩散严重，有效反应区宽度大大缩小，释放能量不足以维持稳定传爆，即不稳定爆轰。,第一章爆破理论基础,2、装药密度的影响单质炸药混合炸药,第一章爆破理论基础,3、药包外部约束条件的影响当ddL时，外部约束对稳定传爆无影响；只有当ddL时，外部约束对炸药稳定传爆才有明显影响。两种情况：对于低威力炸药：外壳的强度对炸药稳定传爆影响显著，外壳强度越强，炸药的临界直径越小，越有利于稳定传爆。对于高威力炸药：外壳强度已不起作用，外壳的密度起主导作用。因为，密度大质量大，侧向扩散时消耗能量大，侧向扩散减小。4、径向间隙效应定义：药包与炮孔之间的间隙，称为径向间隙。,第一章爆破理论基础,其值大小对稳定传爆影响显著（尤其混合炸药)原因：炸药在炮孔内爆炸孔内产生空气冲击波其波速比在炸药中传播的爆速略高炸药前端未反应区出现“压死”现象爆轰终止。径向间隙量：经验表明：其值为1015mm时，间隙效应最显著。消除办法：不留间隙或增大间隙。5、炸药粒度的影响颗粒越细炸药分解、反应速度越高反应区宽度越小侧向扩散损失小有利于稳定传爆。对于混合炸药，其粒度比也很重要。应使感度低的炸药颗粒小于感度高的炸药颗粒，这样有利于相互作用,第一章爆破理论基础,因此，从提高炸药爆炸威力；充分利用炸药能量；降低有毒气体生成量的角度来看，显然应力求在爆炸反应时，炸药中的C、H被完全氧化生成二氧化碳和水，而避免生成一氧化碳和氮氧化物。、炸药的氧平衡炸药的爆炸是瞬间的过程，它所需用的氧原子全部需本身供应。而爆炸反应究竟生成什么产物，也受到炸药中O量同C、H含量比例的影响。这就涉及到一个氧平衡问题。定义：一克炸药生成C、H氧化物时，以克为单位来表示氧的剩余量。根据养剩余量情况，OB可分为：炸药中的氧含量足够将C、H量完全氧化，且有剩余，称为正氧平衡。,第一章爆破理论基础,炸药中的氧恰够将C、H量完全氧化，不多不少，称为零氧平衡。炸药中的氧不足以将C、H量完全氧化，称为负氧平衡。由此看出，只有零氧平衡时，其放热量最大；而负氧平衡生成CO，正氧平衡生成氮氧化物而且吸热，因此，后两种情况均不利于发挥炸药的最大潜能。1、氧平衡的计算方法将炸药分子式改写为：CaHbOcNd.a、b、c、d分别代表一个炸药分子中C、H、O、N的含量。炸药发生爆炸反应时，C、H完全氧化按下式进行：,第一章爆破理论基础,C+O2CO2 一个C需2个O.H2+1/2O2H2O 一个H需1/2个O。a个C需2a个氧原子，b个H需1/2b个氧原子，炸药本身含有c个氧原子。c与（2a+1/2b）的差值，就反映了OB的三种情况：当c-(2a+b/2)0时，为正氧平衡。当c-(2a+b/2）=0时，为零氧平衡。当c-(2a+b/2）0时，为负氧平衡。、单质炸药的氧平衡计算方法O.B=c-(2a+b/2)16/M100%(单位：g/g或%）式中：16-为氧的原子量、M-为炸药的摩尔质量。,第一章爆破理论基础,例一、求硝酸铵的O.B值。解、硝酸铵的分子式为：NH4NO3C0H4O3N2 M=80O.B=3（20+4/2）16/80=+0.2g/g或+20%例二、求TNT的O.B值。解、TNT的分子式为：C6H2(NO2)3CH3C7H5O6N3 M=227O.B=6(27+5/2)16/227=0.74g/g 或74%、混合炸药的氧平衡计算方法它是在已知炸药组成成分、及其在炸药中的配比的基础上求得的。O.B=Bi.Ki式中：Bi-为某一成分的氧平衡值%、Ki-为该成分在炸药中的百分率%。,第一章爆破理论基础,例、求铵油炸药的O.B值。解、已知铵油炸药的成分配比为：硝酸铵：92%、木粉：4%、柴油：4%。查表或计算得各成分的O.B值：硝酸铵：+20%、柴油：-327%、木粉：-137%。根据公式：O.B=Bi.K=92%20%+4%（-327%）+4%（-137%）=-0.16%、根据氧平衡值设计混合炸药配比单质炸药和炸药的单质成分的O.B值是由其分子所决定的，不能人为地加以改变，然而，人们可以将几种物质按某种比例混合在一起以调整总的氧平衡值。、两种成分的混合炸药配比方法设炸药中氧化剂、还原剂两种成分的合适配比为：x、y,第一章爆破理论基础,其强度主要取决于爆热和爆炸气体体积，测量方法：铅柱扩孔法，单位：mL.2、炸药的殉爆一个药包爆炸后，引起与它不相接触的临近药包爆炸的现象。在一定程度上，反映了炸药对爆轰波的敏感度。单位：cm.3、爆速爆轰波在炸药中的传播速度，称为爆速。它是衡量炸药爆炸性能的一个重要指标。测定方法：导爆索法、导爆管法、电测法、高速摄影法。,第一章爆破理论基础,作用力、反作用力相等应力波的叠加性纵波的垂直入射,第一章爆破理论基础,讨论分析：、当1.cp1=2.cp2 即两侧介质波阻抗相等。,Rr=0 Rt=1 r=0 r=t 不反射。、当 1.cp12.cp2 则Rr0 r0 t0 界面 处既有透射又有反射，性质与入射波相同。若：1.cp12.cp2 则 Rr=1 Rt=2 r=i t=2.i vt=0、当1.cp12.cp2 时，则Rr0 Rt0 r0 t0 在界面处既有透射压缩波（t0）又有反射拉伸波（r0）。,第一章爆破理论,二、脆性介质爆破破坏机理在矿山、水利、建筑及交通等工程中均涉及岩石等脆性介质破碎问题。爆破是使用最频繁，也是最有效的手段。为了改善爆破效果、确定合理的爆破参数，以及提高炸药的能量利用率和获得最优的技术、经济指标，就必须研究脆性介质在爆炸作用下的破坏机理。1、爆破破坏机理的几种假说归纳起来有三种：爆生气体膨胀压力破坏理论反射拉伸波破坏理论反射拉伸波和爆生气体压力共同作用理论,第一章爆破理论,、爆生气体膨胀压力破坏理论该理论认为：爆炸引起的破坏，主要是由于爆生气体的膨胀压力做功的结果。主要破坏过程如下：炸药在孔内爆炸爆生气体膨胀孔壁产生极高压孔周产生应力场质点径向位移衍生出切向拉应力径向裂隙（若有自由面）在最小抵抗线方向阻力最小该方向质点移动速度最大质点移动速度不同引起剪应力剪切破坏；如果药室中爆生气体压力足够大，还可以将岩块径向抛出。该理论只强调爆生气体压力准静态作用而忽视了应力波对介质的动作用。不符合实际,第一章爆破理论,、反射拉伸波破坏理论该理论认为：破坏主要是应力波传到自由面反射变成拉伸应力波造成对介质破坏所致。该理论依据：岩石抗拉强度远小于岩石抗压强度，在工程实践中确实发生拉断破坏现象。但该理论只强调动作用，同样片面。、反射拉伸波和爆生气体压力共同作理论该理论认为：二者都是引起介质破坏的主要因素。二者既密切相关又互相影响，它们分别在介质破坏过程中的不同阶段起着重要作用。一般说来，介质破坏首先是爆炸应力波的动作用，然后是爆生气体压力的静作用。该理论较符合实际，为大多数所接受。,第一章爆破理论,形成过程：炸药爆炸高温高压冲击波压碎区应力波裂隙区自由面拉、剪应力漏斗内的岩石脱离原岩在爆生气体作用下，鼓起、抛移漏斗几何参数：,第一章爆破理论,所以，为克服炮孔连线中心区出现应力降低区（大块区），必须增加孔距，降低最小抵抗线（或排距）（孔距至少是最小抵抗线的倍），爆破效果才能得以改善。单排成组药包的齐发爆破产生的应力波相互作用情况更为复杂，多排成组药包齐发爆破时，自由面不充分，夹制力较大，效果不佳，一般不用而采用逐排微差爆破。、装药量计算原理体积法则：在一定的炸药、岩石和爆破参数条件下，爆下的岩石等介质体积，同所用的装药量成正比。即：.v其中：Q-装药量；q-炸药单位消耗量 kg/m3,v-爆破漏斗体积m3.若药包是集中药包，爆破作用指数n=1，即：标准抛掷爆破漏斗；r=W。,第一章爆破理论,则：V=1/3.r2.ww3标准抛掷爆破漏斗的装药量计算式为：Q标=q.w3适用于各种类型的抛掷爆破的装药量计算式为：Q抛=f(n).q.w3式中：f(n)-爆破作用指数的函数；其表达式有许多，应用较广的为：f(n)=0.4+0.6n3Q抛=（0.4+0.6n3)qw3对于松动爆破的装药量，更为合适的经验公式为：Q松=（0.330.55)qw3,第一章爆破理论,炸药单耗q 是爆破工程中一项重要的技术指标，受许多因素影响。确定q的方法较多，主要有：查表法经验类比法经验公式法 q=0.4+（/2450)2试爆法三、影响爆破的因素在爆破工程中，为了提高炸药能量的有小利用率，改善爆破效果，有必要对影响爆破效果的各种因素进行全面分析，以指导爆破工作进行。,第一章爆破理论,影响因素主要有：炸药爆炸特性岩石等介质的爆破特性爆破参数与爆破工艺、炸药特性对爆破效果的影响对爆破效果有影响的炸药性能参数有：炸药密度爆速炸药波阻抗爆轰压力爆炸压力,第一章爆破理论,3、爆炸压力(Pb)由于炸药爆轰反应过程极为短暂，常在岩石破坏过程尚未完成之前即告结束。所以，爆轰压力的作用时间远不如在后来达到某一峰值的爆炸压力作时间长，尤其在较软弱的岩石中。岩石中爆破时，爆炸压力对改善爆破效果显得更为重要。裂隙在较低应力作用下开始出现，然后在较长时间的爆生气体（爆炸压力）作用下裂隙扩展延伸，能量分配合理。下图即为岩石爆破压力-时间曲线图,第一章爆破理论,岩石爆破压力-时间曲线图,第一章爆破理论,6、起爆药位置起爆药包在炮孔装药部分的位置决定：爆轰波传播方向、岩石中的应力分布。在炮孔装药中，起爆药包的位置主要有（两种）：正向起爆：起爆药包位于孔口第二个药卷处，方便、压应力。反向起:爆起爆药包位于孔底第二个药卷处，有水时，装药不利，拉应力。洞室装药，放中心。,第二章 露天爆破技术,露天爆破技术在国民经济中有着广泛的应用前景，主要用于露天采矿、兴修水利、道路工程、定向筑坝、移山填海、农业造田等开挖工程第一节 露天台阶爆破设计一、爆破参数1、炮孔直径（d）露天台阶爆破的孔径与下列因素有关：台阶高度岩石性质炸药性能钻孔机械类型,第二章 露天爆破技术,孔径大，有利于提高生产效率，提高延米爆破量，但块度有可能增大。用潜孔钻时为：100200mm、牙轮钻：250300mm。2、底盘抵抗线露天台阶爆破有两种抵抗线：最小抵抗线（w):由装药中心至台阶坡面的最小距离。底盘抵抗线（wd)：第一排炮孔中心至台阶坡底线的水平距离。底盘抵抗线是影响露天台阶爆破的重要参数，其值选过大，爆破质量不佳，产生根底，后冲增强。其值过小，爆破能量得不到充分利用，效率降低。不仅浪费炸药，而且还增加钻孔工作量。,第二章 露天爆破技术,、按钻机安全作业要求（见下图）Wd=c+H.ctg H-台阶高、c-安全值（2.53.0m)、-坡角（6080度）,第二章 露天爆破技术,、按每孔装药量计算 Wd=d.(7.85./m.q)1/2(m)式中：d-炮孔直径 单位：dm.-装药密度kg/dm3.-装药系数 0.60.8。m-密集系数m=a/w.q-炸药单耗 kg/m3.a-炮孔间距 m.,第二章 露天爆破技术,3、炮孔间距（a)、排距（b)、密集系数（m)两炮孔之距为a、两排之距为b、密集系数：m=a/w.孔距与排距一般称为孔网参数；确定孔网参数，通常是以每个炮孔容许装入药量为依据，再计算每个炮孔所负担的爆破体积，最后得出炮孔间距。,第二章 露天爆破技术,式中：L-炮孔深度，L=H+h qL-每米炮孔装药量，kg/m，其值为：-为炮孔装药密度，其值为900kg/m31000kg/m3。d-炮孔直径，m。,第二章 露天爆破技术,炮孔密集系数m值的确定该值得确定一般取决于起爆方式：当采用斜线起爆时其值为：0.91.2；当采用逐排起爆时其值为：2为佳。炮孔排距的确定（b）b=(0.90.95)Wd,第二章 露天爆破技术,4、超深（h)目的：克服底盘夹制力，减小根底。h=（0.150.35）Wd难爆时，取大值；易爆时，取小值。h值一般不超过3.5m。5、堵塞高度（l)堵塞物：钻孔岩粉、碎石粉、尾矿粉、砂、粘土。目的：延长爆生气体在岩石中的作用时间，提高炸药利用率，减少碎石飞散、降低声响，防止过早从孔口喷出。l=(1232)d6、装药量的计算单孔装药量Q,以炮孔爆破负担体积岩石所需的炸药量计算确定：,第二章 露天爆破技术,Q=q.Wd.a.H按上式计算得出的炸药量，还需要以每一炮孔可能装入的最大药量来验算：QqL(L-l)若Q不满足上式，则Q大于容许炮孔装药量，Q不能全部装入炮孔。原因：主要是：Wd、a、或q值偏大、或炮孔直径偏小。要重新设计。多排孔爆破时，第一排炮孔装药量计算同上；从第二排起，因爆破时受到岩石夹制作用，装药量适当加大，其单孔装药量计算为：,第二章 露天爆破技术,Q=kqabHK-岩石夹制系数，采用微差爆时：k=1.11.3;齐发爆破时：k=1.21.5.二、炮孔布置方式与起爆顺序随着爆破技术的发展，爆破规模，排数，微差爆破。露天台阶爆破的两种钻孔形式：垂直钻孔：钻孔速度高，但爆破效果不好；倾斜钻孔：钻孔速度较低，但爆破效果较好。1、布孔参数与起爆参数布孔参数：相对于台阶眉线而言，计算出的孔网参数。即孔网参数（ab）,第二章 露天爆破技术,大块孤石的爆破法（见下图）,钻孔法,外敷法,聚能穴法,第二章 露天爆破技术,最小抵抗线方向，决定着介质的抛掷方向，其大小，对飞石、振动、破碎程度、装药量、布药间距等有着一定的影响。最小抵抗线的方向和大小是设计人员根据工程实际人为确定的。根据最小抵抗线原理，就可以利用凹形地形将爆破岩体向某一处集中堆积；如地形不利，可利用辅助药包和合理起爆顺序控制抛掷方向。（参见下图）,第二章 露天爆破技术,利用地形或辅助药包控制抛掷方向,第二章 露天爆破技术,若WA=WB,可实现A、B两侧等量等距的抛掷，见图a。欲使介质沿A方向抛掷，而B方向加强松动时，见图a所示，应使：WA=f(nB)/f(nA)1/3.WB 式中：WA-A方向的最小抵抗线 WB-B方向的最小抵抗线 nA-加强抛掷爆破作用指数 nB-加强松动爆破作用指数欲使介质沿A方向加强抛掷，B方向为松动爆破时，,第二章 露天爆破技术,群药包作用原理,第二章 露天爆破技术,4、重力作用原理利用地形，在陡峭而狭窄的山谷，搞定向爆破可不用抛掷爆破方法，而是布置松动药包将山谷上部岩石炸开，靠重力作用是爆松的岩土滚落到沟底，形成堆体。三、抛体堆积原理1、抛体堆积的基本概念在斜坡地形条件下，药包爆炸将产生半径为R1的压碎圈，下坡方向的爆破作用半径为R，上坡方向爆破作用半径为R，分别称为下破裂半径和上破裂半径（见下图）。,第二章 露天爆破技术,抛体堆积情况,W,R,R,O,D,C,W,R,R,D,C,第二章 露天爆破技术,-岩土的压缩系数，其值见下表：,第二章 露天爆破技术,当药包上部岩土呈平台或山脊地形时上部破裂范围按破裂角确定，破裂角值一般取为5565度。对于土壤或n值较大时，取小值，对于硬岩或n值较小时，取大值。见下图。,R,第二章 露天爆破技术,2、抛体的质心运动规律爆破介质抛体质心运动规律遵循质心系运动的基本原理。若忽略空气阻力影响，可认为抛体质心基本上沿弹道轨道运行，见下图。,R,第二章 露天爆破技术,其计算式为：,式中：v抛体初速度，单位为m/s;g-重力加速度，g=9.8m/s;-抛角；H-抛体起、落点建的高差，m;S-抛体起、落点建的水平距离，m.,第二章 露天爆破技术,、药室布置原则。对于一般爆破工程，药包的最小抵抗线控制在550m；如果地形条件适宜，爆破方量和抛掷方量均不过大时，应尽量采用单排药室爆破；如果地形条件不允许，单排药室爆破满足不了对爆破方量和对破坏范围的要求时，则应考虑双排或多排药室爆破；若地形高差适宜，即药包的最小抵抗线与药包中心至地表垂直距离之比:（W/H)=0.60.8时，药室可按一层布置，破碎与抛掷效果均较好；,第二章 露天爆破技术,当地形高差较大时，即W/H0.50.6或要求爆破破碎质量较高时，应考虑双层或多层药室布置；若对爆破块度无严格要求时，对于陡坡，可采用崩塌爆破，此时，W/H可小于0.5。若W/H0.8时，宜出现“冲天”炮不宜采用。（见下图）,第二章 露天爆破技术,、松动爆破装药量斜坡或台阶地形时为：Q=e.q松W3或 Q=0.36eqw3式中：q松-松动爆破时的单位炸药消耗量，kg/m3.平坦地形或掘沟爆破时为：Q=0.44eqW3 或 Q=eq松W3,第二章 露天爆破技术,、单位炸药消耗量q的确定单位炸药消耗量对爆破效果、成本和安全等都有很大影响，因此一定要选得准确。Q值为标准抛掷爆破的单位炸药消耗量，一般采用下面几种方法确定：查表法经验类比法经验公式确定法：主要根据爆破地区的岩石密度（kg/m3)来计算q值。即：q=0.4+(/2450)2通过现场试爆来确定。具体步骤如下：,第二章 露天爆破技术,边坡保护层,第二章 露天爆破技术,五、施工设计药室爆破设计主要包括：导洞设计药室设计装药堵塞设计起爆网路设计安全距离计算1、导洞设计连通地表和药室的井巷称为导洞。导洞一般可分为：平硐、竖井。导洞和药室之间用横巷相联。横巷与导洞垂直。（见下图）,第二章 露天爆破技术,导洞、横巷与药室,第二章 露天爆破技术,在药室爆破中常用的几种药室形状主要有：正方形：适用于装药量较小，地质条件稳固的岩体中。长方形：适用于装量较大，地质条件较差地层。T字型十字形回字形,第二章 露天爆破技术,药室形状,药室,b,a,a,a,b,横巷,T字形药室,横巷,药室,a,a,a,a,a,a,十字形药室,第二章 露天爆破技术,、爆破震动安全距离、对地面建（构）筑物的安全距离采用爆破引起的质点振动速度指标进行判断：v=K.(Q1/3/R)式中：v-振动速度，cm/s.其值可参考中华人民共和国爆破安全规程。Q-最大一响药量，kg.-地震波的衰减系数，=13.K-同岩石性质、爆破方法等因素有关的系数，K=50200,第二章 露天爆破技术,、对地下井巷的安全距离 R地=K地（Q)1/3式中：R地-爆破中心至被保护巷道的安全距离，m.K地-系数，对于围岩不稳固巷道，K地2时，安全；K地3时无影响；对于围岩稳固的巷道，K地1.5时，安全；K地2时，无影响。Q-最大一响起爆药量，kg。,第二章 露天爆破技术,、空气冲击波安全距离 R空=K空(Q)1/3 式中：R空-爆破空气冲击波的最小安全距离，m.K空-系数，对于一般建筑物为70，对于人员为 2560。Q-最大药室的装药量，kg.上式适用于平坦地形，沿沟谷方向安全距离应增大50%100%；处于山坡背面时，安全距离减少30%70%。,第二章 露天爆破技术,、最小抵抗线w w=b、炮孔堵塞长度（Ld)Ld=22d、单孔装药量Qd Qd=(h-Ld).P,1,2,3,4,1,3,5,7,9,11,13,15,第二章 露天爆破技术,爆扩桩基础和普通施工的条形基础和独立基础相比，具有以下优点：显著减少土方挖掘工程量，减少土方量50%90%；提高了基础施工的机械化程度，大大加快了施工进度，一般能缩短工期%50%；,第二章 露天爆破技术,爆扩桩桩柱的直径一般为300600mm，最大的可达1.5m 左右。桩头的直径约为桩柱直径的2.53.5倍。桩基的埋置深度一般以3.0m6.0m为宜。二、桩柱爆扩成孔爆扩成孔法适用于地下水位较低的均匀土层。它的施工工艺和要求如下：沿桩柱轴线用洛阳铲或钢钎开凿出装药炮孔，直径为47cm。土质较差，地下水位较高可取10cm。,第二章露天爆破技术,二、桩头爆扩包括桩头的空腔时，其工艺流程为：1、根据地质条件，暗算各级要形成的空腔容积计算装药量；2、在桩柱孔底装置炸药包；3、在药包上方浇灌第一次混凝土；4、起爆；5、测量混凝土沉落高度，并根据沉落高度计算爆扩成型后的空腔直径；6、捣实沉落空腔中的混凝土；7、在桩柱孔中放入钢筋网笼；8、浇注第二次混凝土并筑成爆扩桩基础。,第二章露天爆破技术,当采用集中药包爆扩桩头空腔时，装药量可采用下试计算：Q=b.D3式中：Q-装药量，kg;b-与土质有关的装药系数kg/m3;D-桩头空腔直径。在施工过程中，应注意以下几个问题：1、对药包要做好防水。在浇注第一次混凝土前应在药包上面盖上厚1520cm的砂子；,第二章露天爆破技术,3、灌入混凝土后应立即起爆。桩柱间的距离较大时，各桩头可单独起爆；距离较小时，宜同时起爆；相邻扩桩头不在同一标高时，起爆应先浅后深；对于串联桩基起爆应先深后浅。4、爆扩桩时，在地面上的爆破安全距离一般不小于20m.,第三章地下爆破技术,21世纪将是地下空间开发利用的世纪，地下空间将成为城市的地二空间，解决城市交通拥挤问题的关键在于发展高效城市交通，其中地下城市交通是首选方案。随着科学技术的发展和人类进步，地下空间和地下资源的开发利用有着广阔的发展前景。地下工程爆破是地下空间和地下资源开发的重要手段。就地下空间的应用来说，如地下工厂、地下商业街、人防工程等等，既节省土地，又提供了十分稳固的地基，还为各种地下设施创造了合适的温度环境。,第三章地下爆破技术,第一节 井巷爆破技术一、概述井巷掘进爆破是指竖井和水平巷道掘进的爆破技术。目前，井巷施工工艺主要有两方法。1、综合机械化施工方法。2、凿岩爆破法。目前，这种方法是井巷施工的基本方法。若岩石坚固系数f大于6,该法则是唯一经济有效的方法。二、掘进工作的炮孔布置与起爆顺序,第三章地下爆破技术,掘进工作面（掌子面）炮孔安其位置分为：掏槽孔、辅助孔、周边孔。周边孔又可分为：顶孔、底孔、帮孔。（见下图）,第三章地下爆破技术,它们的作用分别是：掏槽孔：将自由面上某一部位的岩石顺井巷前进