爆破作用原理

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岩石破碎机理

露天爆破作为爆破技术的一种,其破碎岩石的原理遵循岩石破碎的基本原理。因此,解露天爆破技术,首先要了解岩石破碎基本原理。

1 岩体破碎机理的几种观点

由于炸药的爆炸反应是一个高温、高压和高速的瞬态过程,岩体性质和爆破条件复杂多变,同时岩体爆破又是一个历时极短和危险性极大的过程,因此给直接观测和研究岩体的破坏过程造成了极大的困难。迄今为止,人们对岩体爆破作用过程仍然了解的不透彻,没有形成一套完整而系统的爆破理论。

关于岩石破碎机理,有几种观点:

(1)爆轰气体作用的破碎观点;

(2)应力波作用的破碎观点;

(3)应力波和爆轰气体共同作用的破碎观点。

2 岩石的爆破作用

由于炸药在岩石体内的埋深不同,其爆破作用形式也不同。当炸药的埋深很大,其破碎岩石作用不能达到岩体的自由面时,称为岩体爆破的内部作用;当炸药埋深较小、破碎岩石作用能达到自由面时,称为岩体爆破的外部作用。

重点分析岩石爆破的内部作用:

当药包在无限介质中爆炸时,在岩体中激发出应力波,其强度随着传播距离的增加而迅速衰减,因此对岩体施加的作用也随之变化。按照破坏特征,大致可以将岩体分为以下三个区域:

(1)粉碎区

当密闭在岩体中的炸药爆炸时,爆轰压力在数微秒内达到数千至数万兆帕,瞬间冲击药包周围的岩体,在冲击荷载的作用下,与药包直接接触的岩体被粉碎,称为粉碎区。粉碎区的半径很小,一般为药包直径的几倍。

(2)破裂区

冲击波通过粉碎区后,继续向外层岩石中传播,径向压缩粉碎区外层岩石,产生径向扩张和切向拉伸应变,如果切向拉伸应变超过岩石的动态抗拉强度,则岩石产生径向裂隙,并以0.15—0.38倍的压缩应力波的传播速度向前延伸,直至低于岩石的动态抗拉强度停止扩张;同时爆生气体膨胀并进入径向裂隙中,引起裂隙的扩张,裂隙尖端由于有气体压力引起的应力集中现象,导致径向裂隙向前延伸,并呈现出内密外稀的分布规律;压缩波通过以后,岩体受到强烈压缩时存储的一部分弹性变形能开始释放,产生与压缩应力波作用相反的向心拉伸应力,使岩石质点产生反向的径向运动,拉伸应力大于岩石的动抗拉强度时,在岩体中产生环向裂隙,径向裂隙和环向裂隙相互交错,该区域内岩体被切割成块,此区域为破裂区,其破裂半径一般为药包半径的70—120倍,是工程爆破中岩石破坏的主要部分。

(3)震动区

破裂区以外的岩体中,应力波引起的应力状态和爆轰气体形成的准静应力场都不能使岩石产生破坏,只能引起岩石质点作弹性振动,直到振动波能量被岩石完全吸收为止,这个区域称为震动区。