爆破第九讲

以修正系数
Qp (0.4 0.6n )KbW
3
3
1 W / 25
W 25m W 25m
2016-4-26

集中药包松动爆破的装药量可按下式计算： 工程经验表明，Ks与Kb之间存在着以下关系：
Qs=KsW3

1 Ks f (n) Kb ( 1 ~ 3 2 ) Kb
Q标 qW 3
根据相似法则，在岩石性质、炸药威力和药包埋置深度都不变动
的情况下，仅只改变（增大或减少）装药量就可以获得加强抛掷 爆破漏斗或减弱抛掷爆破漏斗。这样，适用于各种类型的抛掷爆
破的装药量计算公式，就可以写成下面的形式：
2016-4-26
Q抛 f (n)qW 3
利文斯顿爆破漏斗理论


松动爆破的装药量公式可以便是为
Qs=（0.33~0.5） KbW3
2016-4-26
2、延长药包的计算

延长药包（extended charge）是工程爆破应用最广泛的药包。如 炮眼爆破和深孔爆破法中使用的柱状药包(column charge)以及硐 室爆破中使用条形药包（linear charge）都属延长药包。 1）延长药包垂直于自由面，井巷掘进时，炮眼爆破法的柱状装药 就是延长药包垂直于自由面的一种形式(图5-27)。这种情况下炸
2016-4-26
相似法则

布若伯格根据实验结果指出， 在均质岩石表面上的药包爆破 时，药包正下方岩石被压缩， 压缩区周围的岩石将被破裂成 高为dK、半径为L的爆破漏斗，
如右图。如果改用一个在各个
向度上都按比例增大的药包， 爆破实验结果表明，爆破漏斗
外部药包效应
的各个向度都将按药包增大的
同一比例增大，即：
2016-4-26
（一）弹性变形

当将一个集中药包埋置在地表以下很深的地方爆炸时，在这种条件下的爆破 一般称为约束爆破或内部作用的爆破。当药包Q由深处向地面移动时，传给地
表附近岩石的能量随之增加，当增加到一定程度时，地表岩石开始破坏。此
时的药包埋置深度叫做“临界深度”。

到达临界深度时，地表附近岩石所能传递能量达到最大值。如当岩石传递的 能量一定时，则能量传递速度是最大值。超过此值后，岩石将不能传递能量 而产生破坏现象。在此值以下，岩石只产生弹性变形而不破坏。 利氏将临界深度作为弹性变形范畴的上限，由于岩石的性质不同，在一定重 量的药包Q下，其临界深度可以表示为：
基于最小抵抗线原理，如果要求多个药包爆落的岩石向某处集
中抛掷，就尽可能选择和利用凹形地形，合理布置药包，如图
5-30。 反之，若选用凸形地形，岩石就被抛散而不能集中了。 如果地形不利于抛掷，可用辅助药包及采用不同的起爆顺序，
以改变最小抵抗线方向和爆破抛掷方向如图5-31。
2016-4-26
最小抵抗线原理
单孔装药量 Q=πd2 /4Δle 第二排孔以后的药量计算
墙体爆破的药量计算 立柱爆破的药量计算
2016-4-26
Q qV qabH
Q qV qabB
Q qV qBHa
课间休息
2016-4-26
最小抵抗线原理
最小抵抗线原理：岩石破碎与抛掷的主导方向是最小抵抗线方向。
各种爆破方法的最小抵抗线
用。

机理：应力波相互干扰、形成新的自由面、剩余应力叠加、岩块碰撞 辅助破碎、毫秒爆破的减振作用。
2016-4-26
影响爆破作用的主要因素

在进行爆破设计以及爆破施工中，我们必须遵循以下原则，一是 安全可靠，不能出事故，飞石，地震，空气冲击波。二是爆破效 果要好。三是经济合理，爆破成本要低，为了满足这些要求，必 须对影响爆破作用的诸因素进行全面的分析，以确定合理的爆破 参数以及采取相应的措施。

Ln E3 Q

式中的E为变形能系数，其物理意义是在一定药量Q爆破时，地表开始破裂时
岩石可能吸收的最大能量。超过此值，岩石将由弹性变形转变为破裂。E的大 小是衡量各种岩石爆破难易的一个指标。
2016-4-26
（二）冲击破坏

当药包上移超过临界深度时，地表岩石的片裂(或隆起)作用将 逐渐增大, 漏斗体积V随着药包上移则逐渐增大。当V达到最大 值时，即为冲击波破坏范围的上限。此时药包的能量得到最大 限度的利用，这时的药包埋置深度叫做最佳深度 W0 。 与临界 深度Ln之比叫做最佳深度比。


利氏的爆破漏斗理论是建立在一系列试验 基础上的，比较接近于实际。在确定岩石 的可爆性和根据可爆性对岩石进行分级； 对比炸药的性能和在工程爆破中选择最优 参数时已得到了应用。特别是在井下的 VCR（vertical Crater Retreat）崩矿法 中应用利氏理论已取得较好的效果。 2016-4-26
50年代美国利文斯顿（C.W.Livingston）提出了以能量平衡为原则的爆破漏 斗理论，该理论引进了能量因素，用岩石变形能系数的大小来评价炸药的性 能，对比岩性和鉴定岩石的可爆性，从而作为岩石可爆分级的依据。利氏研 究爆破漏斗时，着重研究了爆破漏斗的最大和最小体积时的有关参数，因此 为爆破参数优化设计提供了依据。 利文斯顿认为：一次爆破所传给岩石的能量大小和传递的速度，取决于岩石 的性质、炸药的性能、药包质量和药包埋置深度等。假若将药包埋置在很深 的地方爆炸，那么炸药释放出的绝大部分的能量传给了岩石。当将炸药逐渐 移向地表附近爆炸时，传给岩石的能量比例将相对减少，而传给大气的能量
爆破工程
第九讲 主讲人：阚冬梅
复习旧课

岩石爆破破碎机理：爆炸气体膨胀作用破坏理论；爆炸应 力波作用破坏理论；爆轰气体膨胀与爆炸应力波共同作用 理论。 爆破的内部作用：三个破坏区：压缩区、破裂区、振动区。 爆破外部作用： 1.由霍布金逊效应引起的破坏； 2.由反

射拉伸波引起径向裂隙的延伸； 3.由应力波的合成引起

装药量计算
1.集中药包装药量的计算
集中药包抛掷爆破装药量的计算公式：
Q f n Kb W 3
鲍列斯阔夫提出的经验公式：
f (n) 0.4 0.6n 3
Qp (0.4 0.6n3 )KbW 3
集中药包抛掷爆破装药量的计算通式：
应用上式计算加强抛掷爆破的装药量时，结果与实际情况比较接近。 但是，当最小抵抗线W大于25m时，用上式计算出来的装药量偏小，应乘
0
2016-4-26
W0 Ln
（三）碎化破坏 当药包Q继续向地表上移时，地表附近的岩石将发生粉碎， 漏斗体积将逐渐减小，岩石块度逐渐变细，岩块抛移的距 离和空气冲击波所造成的声响将逐渐增大。炸药能量很大 一部分浪费在岩石的粉碎、抛移和声响上。粉碎破坏的下 限为最佳深度，其上限为传给空气的能量超过了传给岩石

毫秒爆破又称微差爆破或毫秒微差爆破，是利用毫秒雷管或其他毫秒 延期引爆装置，将同一网络的装药分组，以毫秒级的时间间隔进行顺 序起爆的方法。

好处：1）提高炸药能量利用率，增强破碎作用，降低大块率；2）减
小了抛掷作用，并将空气冲击波和个别飞石变成有用功，而且爆堆集 中，能提高装岩效率；3）在时间和空间上分散了爆破地震效应，提高 爆破工程能力或降低对环境影响；4）可以在地下有瓦斯的工作面内使
当群药包共同作用时，群药包的总装药量与群药包一次爆落的岩体总 体积的比值称为单位耗药量，简称炸药单耗，用字母q来表示，即：
q
2016-4-26
Q V
台阶爆破药量计算
台阶爆破参数包括：炮孔直径d、台阶高度H、底盘抵抗线Wd、 孔间距为a、装药密度为Δ、装药长度le、单位炸药消耗量q、 单孔装药量为Q 单孔装药量 Q=qaWdH 满足炮孔容积的要求，

当然影响爆破作用的因素很多，也比较复杂，我们只谈几个主要
因素，这几个都是在工程爆破中经常遇到的。
的破坏。

爆破漏斗：概念、构成要素、爆破作用指数。
2016-4-26
第五章 岩石爆破理论
2016-4-26
目前，在岩土工程爆破中，精确计算装药量 (charge quantity)的问题尚未得到十分圆满的
解决。工程技术人员更多的是在各种经验公式的
基础上，结合实践经验确定装药量。其中，体积 公式是装药量计算中最为常用的一种经验公式。

药爆炸时易受到岩体的夹制作用，但一般仍能形成圆锥状的漏斗，
只是易残留炮窝。计算装药量时，仍可按体积公式： Q = Kbf(n)W3 W = ld+1/2 le
2016-4-26

2)延长药包平行于自由面，深孔爆破靠近边坡的炮孔装药和硐室爆 破采用的条形药包都是延长药包平行于自由面的具体形式。延长药 包爆破后形成的爆破漏斗是一个V形横截面的爆破沟槽。设V形沟槽
的开口宽度为2r，沟槽深度W，当r=W 时，n=r/W=1，称为标准抛掷
爆破沟槽，如图5-28所示。根据体积公式计算装药量（不考虑端部 效应） 对于形成非标准抛掷爆破沟槽的情况，装药量的计算公式应考虑爆 破作用指数n的影响，于是 Qn=f(n)KbW2l 对于硐室爆破中使用的条形药包，装药量的计算公式可以表示为
r r
'


Q Q
'
1 3
2016-4-26
体积法则
沃奥班提出：在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体 积与所用的装药量成正比。即： Q=qV 如果药包是集中药包,标准抛掷爆破时爆破作用指数n的值为1，
即 ： r=W
所以，爆破漏斗体积的大小为：
V
r2
3
W W3
标准抛掷爆破的装药量可以认为是：

比例将逐渐增多。另外，从传给地表附近岩石的爆破能量观点看来，药包埋
置深度不变而增加药包的重量；或者药包重量不变而仅仅改变药包埋置深度， 二者的结果是一致的。
2016-4-26
利文斯顿爆破漏斗示意图

源自文库
利文斯顿根据药包的埋置深度不同，或者炸药爆炸能量作用效 果不同，将岩石爆破时的变形和破坏状态分为四种类型：弹性 变形、冲击破坏、碎化破坏、空气中爆炸。
爆破方法不同最小抵抗线W不同：硐室爆破、药壶法爆破以及其它采用 集中药包的爆破方法，W是从药包中心到地面或最近临空面的最短距离， a图；延长药包爆破，W则是从药包长度中心到临空面的最短距离，b图。 孤石或大块的W方向如图c
2016-4-26
最小抵抗线原理
图5-30适于集中抛掷堆积的凹形地形
图5-31 改变最小抵抗线的辅助药包
最小抵抗线的指向是岩石破 碎、抛掷和产生飞石的主导 方向. 应特别注意该方向的选择和 安全防护。施工时应认真测
量核实最小抵抗线 W 的大
小和指向。 由于装药量 Q与W 的3次幂 有关,W 值的错误测算往往
5-32 药包位置与起爆顺序对最小抵抗线方向的影响
会导致严重的爆破事故。
2016-4-26
毫秒爆破作用理论
不同。一般消耗在岩石弹性变形上的能量是不可避免的，消耗在岩块
抛移、飞散和形成空气冲击波方面的能量应力求避免。从提高爆破效 果来说，应当尽量提高消耗在岩石破碎上的能量。
2016-4-26
利氏爆破漏斗特性

除弹性变形外，其他三种爆炸能量做功的形态都包含爆破漏斗的形成。漏斗 的形状（包括深度和半径等）及体积随药包埋置的深度的不同而变化。漏斗 体积的大小在实际工程爆破中具有重要的意义。 漏斗体积与药包埋置深度的关系是：埋置深度由大变小时，漏斗体积由小变 大。至最佳药包埋置深度时，漏斗体积达到最大值。此后，随着埋置深度的 逐渐变小，漏斗体积也逐渐变小。 为了更全面地描述爆破漏斗的特性，常常要根据爆破漏斗试验的实测数据， 绘制爆破漏斗体积与药包埋置深度之间的关系曲线。
2016-4-26
单位岩石炸药消耗量

从以上“相似法则’’、“体积法则’’到“利文斯顿爆破漏斗理
论”分析，其深层的含义就是要达到一定的工程目的，要对特定岩 性的岩石进行爆破时，爆破每单位体积的岩石和所需要的炸药量是 一个定值。

查阅和参考有关定额、设计资料中的参考值； 采用工程类比的方法； 在需要爆破的岩石中进行模拟爆破实验，确定较为合适的值。

的能量。这时的药包埋置深度叫做“转折深度”。
2016-4-26
（四）空气中爆炸

当药包上移超过“转折深度”时，岩石粉碎加剧，岩块抛移更远，声
响更大，传给空气的能量超过了传给岩石的能量，其下限为转折深度，
上限是将药包装置在地表上，即埋置深度等于零，也就是药包完全裸 露在大气中爆炸。

从上述四种形态来看，炸药爆炸能量消耗在以下四个方面：（1）岩石 的弹性变形；（2）岩石的破碎；（3）岩块的抛移和飞散；（4）形成 空气冲击波。随着药包量和埋置深度的不同，能量消耗的分配情况也