东北大学《爆破工程part3.doc

第五章?? 岩石的爆破破碎机理 本章重点： 1、爆破破坏的几种假说； 2、单个药包作用下的破坏特征 3、霍布金逊效应； 4、爆破漏斗； 5、装药量计算； 难点： 1、应力波在岩体中传播引起的应力状态； 2、能量利用对岩石破坏影响。 前面学习了爆破器材和爆破方法，那么炸药包是如何把炸药能量传递给岩石的呢？由于爆炸的特殊性，尚不能彻底解决。 5.1 岩石爆破破坏原因的基本理论 三大类情况 一、爆炸气体产物膨胀压力破坏理论 爆炸产生高压气体作用于孔眼壁岩层，产生应力场，引起应变，产生径向位移，产生径向压应力，径向压力衍生切向拉应力，当切向应力大于岩石的抗拉强度时，则产生径向裂隙。 气体膨胀的结果 ①产生径向压应力，径向位移； ②衍生切向拉应力； ③不同质点位移产生剪应力； ④径向抛掷。 二、冲击波引起应力波反射破坏理论 炸药爆炸产生的爆轰波传播到孔壁的结果 ①产生压力波； ②在自由面反射成拉应力波； ③拉伸破坏 这种理论依据是破碎是从自由面处开始的。 三、膨胀气体与冲击波所引起的应力波共同作用理论 上面的两种作用分处于不同的阶段，炸药爆炸产生的应力波，使 ①在近区形成压碎； ②在压碎区之外造成径向裂隙； ③气体的气楔作用使裂隙进一步扩张，直到停止。 根据这一原理，可以针对不能特性的岩石和破碎要求，选用不同特性的炸药，使炸药的能量利用率最高，而破碎效果最好。 岩石的波阻抗值较高时，要求有较高的应力波波峰值。 波阻抗= 5.2单个药包爆破作用分析 一、内部作用： 单药包埋置很深时，或采用有机玻璃模拟爆破时可以观察到爆破破坏的内部作用。 岩石分为三个破坏区： ①压缩区（粉碎区） 5000-10000MPa的超高压远大于最坚韧岩石的动抗压强度，形成粉碎区，不大于药室半径的2倍。 ②破坏区 能量在粉碎区消耗后，冲击波衰减为应力波，引起质点径向位移，从而产生环向拉应变，并引发径向裂隙。 由压应力而产生的弹性变形能会引起岩石质点的向心运动而产生径向拉伸应力，从而形成环向裂隙。 高压气体对裂隙扩展的作用（应力集中区，格里非斯理论） ③震动区 不能引起岩石破坏的能量导致弹性震动，范围较大。 分析：粉碎区和震动区的能耗都属于无用功，要想法降低这部分能耗，加大破坏区的能量利用重； 二、外部作用 ?? 通常埋置较浅的药包来观察外部作用的两种形式： 1、? 霍布金生效应： 压应力波传播到自由面，一部分或全部反射回来成为同传播方向，正好相反的拉应力波，这种效应叫Hopkinson。 老霍布金生在1914年观察到疥片现象，内壁破坏，水下爆破产生的碎状水花和大爆破飞石。 1950年工程界开始研究，疥片的形成原因： ①冲击波衰变的为应力波； ②应力波在自由面反射成拉伸应力波； ③拉伸应力波与压应力的合成； ④拉断破坏，形成片状破裂。 影响片落因素：药包几何形状，药包大小，入射波波长等； 2、拉伸波引起径向裂隙的延伸 当拉伸应力不足以拉断岩石时，仍能对岩体中的裂隙起作用，使垂直波阵面如裂隙闭合，平行波阵面的裂隙延伸。 三、爆破漏斗 1、爆破漏斗的构成要素 ①自由面，又叫临空面，是指同空气接触的岩石表面。 ②最小抵抗线：自药包中心到自由面的最短距离 是爆破作用岩石移动的主导方向。 ③爆破漏斗底圆半径 ④爆破作用半径：从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。 ⑤爆破漏斗深度：从爆破漏斗顶点至自由面的最短距离 ⑥可见深度：自爆破漏斗中渣堆表面最低点到自由面的最短距离 ⑦爆破漏斗张开角：漏斗顶角 2、爆破作用指数： 爆破漏斗底圆半径对最小抵抗线的比值，即 根据n值不同，爆破漏斗分为： ①标准抛掷爆破漏斗： ②加强抛掷爆破漏斗： ③减弱抛掷爆破漏斗： ④松动爆破漏斗： 四、利文斯顿爆破漏斗理论 美国的C.W.livingston 以能量平衡为基础的岩石爆破破碎的爆破漏斗理论，他将岩石爆破时的变形和破坏形态分为四种类型。 1、弹性变形 ?药包埋于地下一定深度，小于这一深度，则岩石表面出现片落和隆起，大于这一深度，则不出现变形，这一深度称为临界深度。 E——应变能。 岩石和炸药性质不变，N值与Q值成正比。 大于临时深度时，只有弹性变形。 2、冲击破坏 随药包埋置深度减少，破坏加强，用表示深度比 ， 当爆破漏斗体积最大的深度为最适应深度。 公式的作用是求出最适应深度，以此为最小抵抗线 3、碎化破坏 当埋置深度小于最适应深度，则破碎程度增强，抛掷加大。 4、空气中爆炸 应变能系数和临近深度都需要通过实验测得。 例如：4.5kg药包最适应深度1.5m，临界深度3m，？ 若同一岩石，药包为450g，是多少？若30m为最适应深度，Q为多少？ 解： ???? 五、两个自由面爆破 向两个最小抵抗线方向抛掷移动。自由面数，爆破越容易。 六、单个延长药包的爆破作用 当药包的长度