爆破破巖基本機理和計算原理

1、爆破破巖基本機理和計算原理4.1 巖石爆破理論發(fā)展階段4.2 巖石中的爆炸應力波4.3 巖石爆破作用4.4 炸藥在巖石中的爆破破壞過程4.5 爆破漏斗理論4.6 光面爆破和預裂爆破4.7 4.8 聚能效應4.9 裝藥量計算原理 4.10 影響爆破效應的因素4.1 巖石爆破理論發(fā)展階段 從古代至今，采用炸藥爆炸來破碎巖體仍然是一種最有效的方法。炸藥爆炸作用下，巖體是如何破碎的呢？ 早在1613年德國人馬林（Marlin）、韋格爾（Weigel）在弗雷帕格（Freisberg）礦山首先用炸藥開掘坑道，開創(chuàng)了爆破采礦的歷史。 巖石爆破機理早期發(fā)展階段主要為 L.W.利文斯頓的爆破理論、流體動力學理論

2、以及炸藥量與巖石破碎體積成比例理論。 國內(nèi)外學者們經(jīng)過長期探索，包括高速攝影技術、現(xiàn)場爆破試驗和計算機模擬技術，提出了巖石爆破機理的種種假說。 直到20世紀60年代日野熊雄的沖擊波拉伸破壞理論的出現(xiàn)，標志著早期爆破理論發(fā)展階段的結束，爆破機理發(fā)展第二階段的開始。 巖石爆破理論發(fā)展的第二階段主要提出了巖石爆破機理的三種假說： 巖石爆破破壞機理的三種假說: 1）爆生氣體膨脹推力作用假說； 2）爆炸應力波反射拉伸作用假說； 3）爆生氣體和爆炸應力波綜合作用假說。 裝藥爆破作用： 內(nèi)部作用：巖石在炸藥作用下發(fā)生破壞的物理過程 外部作用：爆破漏斗4.1 巖石爆破理論發(fā)展階段一、巖石爆破破壞機理的三種假說

3、 由于巖石是一種非均質(zhì)、各向異性的介質(zhì)，爆炸本身又是一個高溫高壓高速的變化過程，炸藥對巖石破壞的整個過程在幾十微秒到幾十毫秒內(nèi)就完成了，因此研究巖石爆破作用機理是一項非常復雜和困難的工作。盡管如此，理論研究方面仍取得重大成果，歸結起來巖石爆破破壞機理有三種假說 1）爆生氣體膨脹推力作用假說； 2）爆炸應力波反射拉伸作用假說； 3）爆生氣體和爆炸應力波綜合作用假說。爆生氣體膨脹推力作用假說 這種學說從靜力學觀點出發(fā)，認為巖石的破碎主要是由于爆轟氣體的膨脹壓力引起的。這種學說忽視了巖體中沖擊波和應力波的破壞作用，其基本觀點如下： 藥包爆炸，產(chǎn)生大量高溫高壓氣體，這些爆炸氣體迅速膨脹并以極高的壓力作

4、用于藥包周圍的巖壁上，形成壓應力場。當巖石的抗拉強度低于壓應力在切向衍生的拉應力時，將產(chǎn)生徑向裂隙。作用于巖壁上的壓力引起巖石質(zhì)點徑向位移，由于不同方向受力不等引起徑向位移速度不等，導致在巖石中形成剪切應力。當剪切應力超過巖石抗剪強度時，巖石即產(chǎn)生剪切破壞。破碎巖塊又在爆轟氣體推力作用下沿徑向拋出，形成爆破漏斗坑。（內(nèi)外）爆生氣體的膨脹作用爆炸應力波反射拉伸作用假說 這種學說以爆炸動力學為基礎，認為應力波是引起巖石破碎的主要原因。這種學說忽視了爆轟氣體的破壞作用，也忽視了壓應力的作用，其基本觀點如下： 爆轟波沖擊和壓縮藥包周圍的巖壁，在巖石中激發(fā)形成沖擊波并很快衰減為應力波。 此應力波在周圍巖

5、體內(nèi)形成裂隙的同時向前傳播，當應力波傳到自由面時，產(chǎn)生反射拉應力波，當拉應力波的強度超過自由面處巖石的抗拉強度時，從自由面開始向爆源方向產(chǎn)生拉伸片裂破壞，直至拉伸波的強度低于巖石的動態(tài)抗拉強度處時停止。自由面形成片落爆破漏斗。（外內(nèi)）霍普金森壓桿試驗示意圖不同藥量的巖石壓桿爆破試驗自由面附近應用波的發(fā)射作用巖石條爆破試驗：雷管；炸藥；巖石條試件；粉碎區(qū)；裂隙區(qū)；震動區(qū)； 片落區(qū)霍普金森效應試驗：在巖石壓桿的一端安置炸藥，起爆后，靠近炸藥一端的巖石被炸碎，壓桿中間部分沒有明顯的破壞，而桿件的另一端則被拉斷呈許多塊。原理：炸藥爆炸后，在巖石壓桿中產(chǎn)生沿壓桿軸向傳播的爆炸壓縮應力波，到達壓桿的另一端

6、遇端面（自由面）將發(fā)生反射，形成拉伸應力波反射入壓桿，當此拉伸波的拉應力值高于巖石的抗拉強度時，巖石將從該端被拉斷，隨著反射波的傳播，拉斷的塊數(shù)增多，直至拉應力小于巖石的抗拉強度停止 爆生氣體和爆炸應力波綜合作用假說 這種學說認為，巖石的破壞是應力波和爆轟氣體共同作用的結果。這種學說綜合考慮了應力波和爆轟氣體在巖石破壞過程中所起的作用，其基本觀點如下： 炸藥爆炸后在巖石中激發(fā)形成沖擊波并很快衰減為應力波。沖擊波在藥包附近的巖石中產(chǎn)生“壓碎”現(xiàn)象，應力波在壓碎區(qū)域之外產(chǎn)生徑向裂隙。隨后，爆轟氣體產(chǎn)物繼續(xù)壓縮被沖擊波壓碎的巖石，爆轟氣體“楔入”在應力波作用下產(chǎn)生的裂隙中，使之繼續(xù)向前延伸和進一步張

7、開。當爆轟氣體的壓力足夠大時，爆轟氣體將推動破碎巖塊作徑向拋擲運動。自由面的反射拉伸作用同樣也加強了徑向裂隙的擴展，并造成巖石片落。巖石爆破破壞機理的三種假說（綜合） 對于不同性質(zhì)的巖石和炸藥，應力波與爆轟氣體的作用程度是不同的。 在堅硬巖石、高猛度炸藥、偶合裝藥或裝藥不偶合系數(shù)較小的條件下，應力波的破壞作用是主要的。 在松軟巖石、低猛度炸藥、裝藥不偶合系數(shù)較大的條件下，爆轟氣體的破壞作用是主要的。 工程爆破實踐中應根據(jù)巖石條件、爆破效果要求，合理選擇炸藥品種和爆破方法（特別是裝藥結構）第二節(jié) 巖石中爆炸應力波炸藥在巖石中的爆炸時，最初施加在巖石上的是沖擊荷載，在極短的時間內(nèi)上升到峰值壓力，而

8、后又迅速下降，爆炸載荷的整個作用過程很短。在此沖擊荷載作用下，巖石內(nèi)激起爆炸應力波。沖擊壓縮巖石，造成巖石破壞。爆炸應力波在距爆源不同距離的區(qū)段內(nèi)可表現(xiàn)為：爆炸沖擊波、爆炸應力波和爆炸地震波。在爆源近區(qū)是沖擊波，具有陡峭的波陣面并以超聲速傳播，波陣面前后的巖石狀態(tài)參數(shù)（壓力、密度、溫度、巖石質(zhì)點移動速度）都發(fā)生突躍變化。沖擊波在傳播過程中能量消耗大、衰減快。隨著距離增大，沖擊波衰變?yōu)閴嚎s應力波，波頭變緩，以聲速傳播，能量衰減較慢。隨傳播距離增大，應力波又衰變?yōu)橹芷谛哉駝拥牡卣鸩?。炸藥在巖土介質(zhì)中爆炸發(fā)展圖像1)巖石中爆炸應力波的演變 炸藥在巖土介質(zhì)中爆炸發(fā)展圖像（續(xù)）2) 沖擊載荷作用下巖石的

9、變形及其對應的各種應力波沖擊載荷作用下巖石的變形規(guī)律炸藥在巖土介質(zhì)中爆炸發(fā)展圖像（續(xù)）2)沖擊載荷作用下巖石的變形及其對應的各種應力波 不同應力幅值時巖石中傳播的各種應力波巖石中爆炸應力波曲線特征巖石在沖擊載荷作用下，對應不同應力幅值，所形成的應力波特征不同：（1）在裝藥近區(qū)，作用于巖石的爆炸載荷值很高，當 C , 時，將在巖石中形成沖擊波（圖a）。（2）隨著沖擊波向外傳播、衰減，當BC時，如（圖b）所示，由于變形模量d/d隨應力的增大而增大，波速大于圖中A-B 段的塑性波波速，但小于O-A 段的彈性波波速，因此應力幅值大的塑性波追趕前面的塑性波，形成速性追趕加載，形成陡峭的波陣面，但波速低于

10、彈性波速，為亞音速，這種波稱為非穩(wěn)定的沖擊波。巖石中爆炸應力波曲線特征（續(xù)）（3）當AB時，由于d/d不是常數(shù)，且隨應力的增大而減小，因此應力幅值大的應力波速度低于小應力幅值的應力波，在傳播過程中波陣面逐漸變緩，塑性波速度以亞音速傳播。而應力小于的部分，則以彈性波速度傳播。（4） 當 Wc ）時，裝藥爆破只發(fā)生在巖石內(nèi)部，沒能達到自由面。裝藥的此種爆破作用叫做爆破的內(nèi)部作用。 內(nèi)部作用時，根據(jù)巖石的破壞情況，除在裝藥周圍擴大爆腔外，還將在巖石中自爆源向外依次形成粉碎區(qū)（或稱壓縮區(qū)、壓碎區(qū)）、破裂區(qū)（或稱裂隙區(qū)）和震動區(qū)。 爆破內(nèi)部作用巖石破壞分區(qū)示意圖R0藥包半徑；R1粉碎區(qū)半徑；R2破裂區(qū)半

11、徑裝藥內(nèi)部爆破作用粉碎區(qū) 密閉在巖體中的藥包爆炸時，產(chǎn)生高溫高壓氣體，爆轟壓力在數(shù)微秒內(nèi)急劇增高到數(shù)萬兆帕，強烈沖擊藥包周圍巖石，激起起沖擊波，產(chǎn)生很高的徑向和切相壓應力，其強度遠遠超過巖石的動態(tài)抗壓強度。結果造成爆腔擴大，周圍巖石形成粉碎性破壞，形成粉碎區(qū)。（對于堅硬巖石，粉碎性破壞明顯，而對于松軟巖石則被壓縮形成空腔，空腔表面形成較為堅實的壓實層，故這種情況下的粉碎區(qū)又稱為壓縮區(qū)。 粉碎區(qū)內(nèi)沖擊波衰減很快，破壞范圍較小，粉碎區(qū)半徑較小，一些研究表明：對于球形裝藥，一般是藥包半徑的（）倍；對于柱形裝藥，一般是藥包半徑的（）倍。但破壞程度大，能量消耗多。裝藥爆破內(nèi)部爆破作用裂隙區(qū) 在粉碎區(qū)外，

12、沖擊波衰減成壓應力波，并繼續(xù)沿徑向傳播。在徑向產(chǎn)生壓應力和壓縮變形，而切向?qū)⒀苌瓚屠熳冃?。由于巖石是脆性介質(zhì)，其抗拉強度很低，當切向拉應力大于巖石的抗拉強度時，該處巖石被拉斷，形成與粉碎區(qū)貫通的徑向裂隙。爆生氣體 “氣楔”效應，引起徑向裂隙進一步延伸。 當粉碎區(qū)形成，徑向裂隙展開，作用在巖石上的壓力迅速下降，隨即釋放出在壓縮過程巖石中積蓄的彈性變形能，并轉(zhuǎn)變?yōu)樾遁d波向爆心傳播，形成與壓應力波作用方向相反的拉應力波，使巖石質(zhì)點產(chǎn)生向心運動。當徑向拉應力大于巖石的抗拉強度時，該處巖石即被拉斷，形成環(huán)向裂隙。裝藥爆破內(nèi)部爆破作用裂隙區(qū) 隨著徑向裂隙、環(huán)向裂隙和切向裂隙的形成、擴展和貫通，在緊

13、靠粉碎區(qū)外就形成破裂區(qū)。（徑向裂隙為主） 破裂區(qū)裂隙的形成 徑向壓應力； 切向拉應力； 徑向拉應力； 切向壓應力爆破內(nèi)部作用震動區(qū) 在破裂區(qū)外圍的巖體中，應力波和爆轟氣體的能量已不足以對巖石造成破壞，應力波衰變趨于具有周期性的正弦波，其的能量只能引起該區(qū)域內(nèi)巖石質(zhì)點發(fā)生彈性振動，形成地震波，地震波的傳播范圍很大，直至爆炸能量被巖石完全吸收。這個區(qū)域稱為震動區(qū)。在震動區(qū)，由于地震波的作用，有可能引起地面或地下建筑物、構筑物的破裂、倒塌，或?qū)е侣穳q邊坡滑坡、隧道冒頂片幫等災害。4.3.2 爆破外部作用 當最小抵抗線小于臨界抵抗線（W 4為延長藥包。延長藥包爆破作用的2個特點：a. 其沖擊波陣面為柱

14、面波；b. 在不計重力和黏聚力等條件下，其爆破作用遵循幾何相似律。其漏斗特征值和應力波參數(shù)僅為比例距離的函數(shù)。 4.5.2 延長藥包的爆破漏斗爆破漏斗集中藥包漏斗平面呈圓形形態(tài)延長藥包漏斗平面呈中部平直、兩端銜接近似于半圓的封閉曲線表面形狀：兩種藥包漏斗徑向形狀基本相似；集中藥包堆積于漏斗四周拋擲堆積分布延長藥包堆積于軸線兩側(cè)藥包長度范圍內(nèi)，在藥包兩端無拋體堆積1956年利文斯頓提出的以能量平衡為準則的巖石爆破破碎的爆破漏斗理論。 4.5.3 利文斯頓爆破漏斗理論他認為：炸藥在巖體內(nèi)爆破時傳給巖石能量的多少和速度的快慢，取決于巖石性質(zhì)、炸藥性能等因素。在巖石性質(zhì)一定的條件下，爆破能量的多少取決

15、于裝藥質(zhì)量，爆炸能量的釋放速度與炸藥傳爆的速度密切相關。 當巖石所吸收的能量達到飽和狀態(tài)時，巖體表面開始產(chǎn)生位移、隆起、破壞，直至拋擲。 如果沒有達到飽和狀態(tài)時，巖石只呈彈性變形，不被破壞。 根據(jù)藥包的埋置深度不同，可得到四種類型的爆破區(qū)域。 1彈性變形。 臨界埋深。2沖擊破壞 令任意埋深W與臨界埋深We之比為，稱為深度比： 4.5.3 利文斯頓爆破漏斗理論 當藥包處于最佳埋深W0時，則0= W0/We，稱為最佳深度比。一般在脆性巖石中值較小，約為左右；在塑性巖石中值較大，接近于1。4空氣中爆炸從以上四種形態(tài)來看，炸藥爆炸能量消耗在以下四個方面。巖石的彈性變形；巖石破碎；巖塊的拋散；地震波和空

16、氣沖擊波。爆破漏斗特性曲線。即V/Q曲線。 4.5.3 利文斯頓爆破漏斗理論3碎化破壞 巖石呈碎化破壞狀態(tài)的下限為最適宜深度，上限為轉(zhuǎn)折深度。在此范圍內(nèi)的爆破都會有或大或小的漏斗生成。此時爆破作用指數(shù),形成漏斗為加強拋擲爆破漏斗。4.6 光面爆破與預裂爆破4.6.1 基本概念 4.6.2 定向斷裂控制爆破 4.6.3 光面爆破及預裂爆破4.6.1 光面爆破與預裂爆破的基本概念光面爆破和預裂爆破都是利用定向斷裂控制爆破原理，爆落一部分巖石而保留另一部分巖石的爆破方法。光面爆破： 沿開挖邊界布置密集炮孔，在主爆區(qū)布置主炮孔，待主炮孔起爆后再起爆光面孔，以使開挖面保持平整光滑，圍巖不受明顯破壞的控制

17、爆破技術。預裂爆破：首先起爆布置在開挖輪廓上的密集孔，即預裂孔，形成一條貫穿裂縫，然后按普通爆破順序起爆主炮孔的爆破技術。4.6.1 光面爆破與預裂爆破的基本概念4.6.2 定向斷裂控制爆破 當單排成組藥包爆破時，相鄰藥包所產(chǎn)生爆炸應力波相遇并相互疊加，沿炮孔連心線的壓相互抵消，而拉合成為合。一、單排多孔爆破的基本原理 為了達到光面和預裂爆破目的，必須保證爆破裂隙沿炮孔連線方向發(fā)展，抑制有些方向裂隙的產(chǎn)生。定向斷裂控制爆破：指通過控制定向爆破能量的作用過程和作用方向，使爆破裂隙沿預定方向發(fā)生和發(fā)展，同時使一側(cè)或兩側(cè)的巖體不受或少受破壞的控制爆破技術。4.6.2 定向斷裂控制爆破二、定向斷裂控制

18、爆破的基本原理及措施(1)減弱爆破原理：抑制爆破應力波峰值和爆轟氣體壓力，使其在孔壁上產(chǎn)生的爆破應力小于或接近于巖石的強度，以避免壓縮粉碎區(qū)和破裂區(qū)的形成,保證孔壁巖體不受明顯破壞。 實現(xiàn)減弱爆破的措施有: 減少裝藥量; 不耦合裝藥; 采用低爆速、低密度炸藥;不耦合裝藥: 指藥卷與孔壁之間留有空氣間隙的裝藥結構或炮孔軸向留有空氣間隙的不連續(xù)裝藥。 (2) 應力疊加原理:在炮孔連心線上有應力波疊加作用，使爆裂面處的拉應力大于巖體抗拉強度，也有爆轟氣體膨脹壓力的疊加作用，形成定向裂隙。 采取的措施有: 同時起爆; 縮小孔間距.4.6.2 定向斷裂控制爆破應力集中原理空孔應力集中原理裝藥孔的應力集中

19、原理其他應力集中措施側(cè)向卸載原理光面爆破時，主炮孔首先起爆后留下光面層。一方面，光面層自由面為光面孔爆破創(chuàng)造了條件；另一方面，使保留一側(cè)的巖體免受破壞，并形成平整光面。光面層炮孔密集系數(shù)為： 4.6.3 光面爆破及預裂爆破原理該值大小對爆破后巖壁不平整度影響很大：過大，光面裂隙還來不及貫通，在孔間留下凹凸不平的破裂面；過小，孔間裂隙過早形成，產(chǎn)生大塊，甚至不能爆落光面層，或孔間破壞嚴重而形成超挖。 一般取為宜.預裂爆破類似于光面爆破，兩種爆破技術的區(qū)別僅在于光面孔在主炮孔之后起爆，而預裂孔在主炮孔之前首先起爆。 4.6.3 光面爆破及預裂爆破原理4.7 微差爆破微差爆破就是指順序起爆的炮孔或炮

20、孔組之間在時間上相差若干毫秒的爆破方法. 注：不同于同時起爆。優(yōu)點：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。 微差爆破作用原理大致有如下幾種觀點：1、自由面增多2、應力波疊加3、巖塊碰撞4、地震波干擾1、自由面增多 在先爆炮眼破裂漏斗形成后，它對后爆炮眼來說相當于新增加的自由面，增多了入射壓力波和反射拉伸波在自由面方向的破碎巖石作用，并減少夾制作用。圖中：1 第一組起爆；2 第二組起爆2、應力波疊加作用 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)形成的應力場尚未消失，而后起爆裝藥又立即起爆，使兩者所產(chǎn)生的應力波相互疊加和干涉，加強了巖石中的拉應力，從而增強了巖石

21、的破碎效果。3、巖塊碰撞 當?shù)谝豁懪诳妆茣r，爆破漏斗內(nèi)的破碎巖石起飛尚未回落時，相鄰第二響炮孔已經(jīng)起爆，此時破碎的巖石朝剛形成的補充自由面方向飛散，二者相互碰撞。 接著后排第三響又起爆，在微差適當?shù)臅r間內(nèi)，與第一、二響破碎的巖石可能再次碰撞，形成第三次破碎。 4、地震波干擾 由于微差爆破使得原來同時起爆藥量在時間上得以分散。故爆破地震能量也在時間上和空間上加以分散，使地震強度大大降低。 根據(jù)相關研究，微差爆破地震效應比一般爆破可降低1/32/3。4.7.2 合理微差爆破間隔時間確定合理微差爆破間隔時間的確定是保證微差爆破效果的關鍵。 (1) 由自由面假說確定微差爆破間隔時間根據(jù)自由面假說確定

22、露天礦爆破合理的微差爆破間隔時間為： (2) 由拉應力波疊加作用確定微差時間為：(3) 根據(jù)爆破觀察經(jīng)驗公式確定微差爆破間隔時間4.8 聚能效應人們于100多年前就發(fā)現(xiàn)了聚能效應，但直到二十世紀初，才對此進行較深入的研究，并在二次世界大戰(zhàn)中應用于軍事工業(yè)上。投石水中產(chǎn)生的空穴效應?？靠昭ㄩ]合產(chǎn)生沖擊、高壓，并將能量集中起來，在一定方向上形成較高能流密度的聚能流，稱為空穴效應。利用爆轟產(chǎn)物運動方向與裝藥表面垂直或大體垂直規(guī)律，做成特殊形狀裝藥，就能使爆轟產(chǎn)物聚集起來，提高能流密度，增強爆炸作用的現(xiàn)象稱為聚能效應。由上圖可看出，有藥型罩比無藥型罩的聚能效果好。聚集起來朝著一定方向運動的爆轟產(chǎn)物，稱

23、為聚能流 聚能裝藥的有效藥量：在爆炸中，只有聚能穴周圍部分炸藥的爆轟產(chǎn)物才能形成聚能流。4.8 聚能效應4.8.1 聚能效應試驗試驗用的藥柱由50/50的RDX-TNT鑄成，直徑30mm，高100mm，底部形狀不同，靶板均是中碳鋼。 4.8.2 聚能效應機理普通裝藥的爆轟產(chǎn)物沿垂直于藥柱表面向四周飛散，作用面積等于藥柱端部面積；帶錐孔的藥柱的爆轟波前進到錐體時，爆轟產(chǎn)物沿錐孔內(nèi)表面的垂直方向飛出，形成具有極高速度、密度壓力和能量密度的聚能流。普通裝藥與聚能裝藥爆轟產(chǎn)物的比較爆轟產(chǎn)物的能流密度E為：當n=3時，E為：E=位能(起分散作用)+動能(起集中能量作用)實踐表明，在藥柱錐孔表面加一個藥型

24、罩(如銅、玻璃等)時，爆轟產(chǎn)物在推動罩壁向軸線運動過程中，就將能量傳遞給了藥型罩。 細長的金屬射流具有很高的動能，沿長度方向各質(zhì)點存在一個速度梯度，即端部速度很高，為78km/s，甚至上萬米/s 。高速射流打在靶板上，其動量變成高達數(shù)十萬乃至百萬大氣壓的壓力，相形之下，靶板(鋼)就像是塊“豆腐”了。 4.8.2 聚能效應機理金屬射流的密度爆轟聚能流，能量更集中，有罩聚能藥包的破甲作用比無罩聚能藥包大得多。聚能效應只能改變藥柱某個方向的猛度，而沒有改變整個藥包的總能量。金屬射流和爆轟產(chǎn)物聚能流都需要一定的距離來延伸。能量最集中的斷面總是在藥柱底部外的某點，由此斷面至錐底的距離稱為炸高。對位于炸高

25、處的目標，破甲效果最好。對聚能效應的認識4.8.3 影響聚能裝藥爆破效果因素 (1)炸藥性能：使用爆速較高、猛度大炸藥 (2)藥型罩3）壁厚:藥型罩的壁厚一般取較好。 1）材料：紫銅、鑄鐵、鋼、陶瓷2）形狀：藥型罩的頂角以3560度為宜 4.8.4 聚能效應的應用 聚能效應最早用于破甲彈，對付坦克。 民用聚能裝藥的類型1)軸對稱軸向聚能裝藥：穿透性爆破2)軸對稱徑向聚能裝藥：光面、預裂、切割爆破3)軸對稱環(huán)向聚能裝藥：震松巖石4)面對稱聚能裝藥：單向聚能切割，如打撈沉船、切割廢舊鋼鐵制品、拆除爆破等。 4.9 裝藥量計算原理4.9.1 體積公式計算原理 根據(jù)爆破相似法則，體積公式的計算原理為：

26、在一定的炸藥和巖石條件下，爆落的土石方體積與所用的裝藥量成正比。體積公式： Q = KV式中： Q 裝藥量，kg ; K 單位體積巖石的炸藥消耗量，kg/m3 ; V 被爆落的巖石體積，m3 。4.9.2 集中藥包的藥量計算一、集中藥包標準拋擲爆破 集中藥包按標準拋擲爆破計算，此時爆破作用指數(shù)n=1，即r=W，因此V=W3。根據(jù)體積公式的計算原理，其裝藥量可按照下式來計算： 式中：f (n)為爆破作用指數(shù)的函數(shù)。 關于 f(n)討論： f(n) =1 為標準拋擲爆破； f(n) 1 為加強拋擲爆破； f(n) 1 為減弱拋擲爆破。常用的鮑列斯闊夫經(jīng)驗公式： f(nnn24.9.2 集中藥包的藥

27、量計算二、集中藥包非標準拋擲爆破 此時裝藥量為爆破作用指數(shù)n的函數(shù)，計算通式如下：三、集中藥包松動爆破： 工程經(jīng)驗表明，集中藥包松動爆破的單位用藥量約為標準拋擲爆破單位用藥量的1/3到1/2，因此松動爆破的裝藥量公式為：4.9.2 集中藥包的藥量計算4.9.3 延長藥包的藥量計算 延長藥包垂直于自由面 可形成倒圓錐形的爆破漏斗，但殘留炮窩。藥量計算公式為： 延長藥包平行于自由面 對于硐室爆破中使用的條形藥包，裝藥量的計算公式可以表示為： 此時： 影響爆破效果的因素很多，本節(jié)就炸藥性能、巖石性質(zhì)、結構面、自由面和裝藥結構等爆破工程中影響爆破效果的共性問題進行闡述。后面的章節(jié)中還將對影響爆破效果的

28、其它一些因素進行論述。 影響爆破作用的因素4.10.1 炸藥性能根據(jù)實驗測定，一般認為它只占炸藥能量的10%左右。因此，提高炸藥能量利用率可以進一步有效地破碎巖石。炸藥爆炸做功的主要形式a、使藥包近區(qū)巖石破碎和塑性變形b、從巖體中分離出巖石成為碎塊c、推移并拋擲破碎巖塊d、在爆區(qū)外造成地震、空氣沖擊波和聲響一、炸藥爆炸能量利用率改變上述4中效應，則可提高炸藥能量利用率 爆轟壓力愈高，有利于改善破碎效果。但并非越大越好，以能滿足應力波的強度使巖石破裂即可。二、爆轟壓力4.10.1 炸藥性能 爆轟壓力作用時間較短暫，小于爆炸壓力作用時間。在較軟弱的巖石中爆破時，爆炸壓力對改善爆破效果顯得更為重要。

29、三、爆炸壓力4.10.2 巖石性質(zhì) 巖石的密度同巖石縱波速度的乘積，稱為該巖石的波阻抗。 波阻抗反映了巖石（或其它介質(zhì)）對波傳播的阻尼作用。從能量觀點來看，為提高炸藥能量的有效利用，炸藥的波阻抗應盡可能與所爆破巖石的波阻抗相匹配。因此，巖石的波阻抗愈高，所選用炸藥的密度和爆速應愈大。 波阻抗對巖石應變的影響 礦山爆破工程中，通常將藥包密閉在炮孔中進行爆破。 兩圖炮孔均沿巖層走向布置，前者后沖較小，巖體位移小，爆堆高，臺階底部阻力大；后者后沖較大，爆堆較低，不易產(chǎn)生根底。 4.10.3 結構面對深孔爆破的影響一、炮孔沿巖層走向布置4.10.3 結構面對深孔爆破的影響二、炮孔與巖層走向斜交或垂直布

30、置 此時臺階面對巖層多，且各巖層的力學性質(zhì)差別較大，將產(chǎn)生不等的后沖和不規(guī)則的臺階坡面，爆破效果不佳。 此時爆破后可形成接近90的臺階坡面角，沿藥包長度方向的抵抗線相等，爆破塊度較均勻，不易產(chǎn)生根底。三、水平巖層時，炮孔與巖層面垂直布置4.10.4 自由面大小與方向的影響自由面的作用如下：反射應力波；改變巖石應力狀態(tài)及強度極限；是最小抵抗線的方向，附近介質(zhì)在爆生氣體作用下產(chǎn)生鼓包、破碎和拋擲。自由面的存在有利于巖石破碎；自由面少且小，夾制作用大，爆破困難，炸藥單耗增大。自由面的存在有利于巖石破碎；自由面少且小，夾制作用大，爆破困難，炸藥單耗增大。炮孔中的裝藥在自由面上的投影面積越大，利于應力波的反射，對巖石的破壞越有利。 存在空氣間隙時，爆生氣體同周圍介質(zhì)的作用時間延長，利于改善爆破效果。 4.10.5 裝藥結構一、空氣間隙裝藥 兩種結