爆破工程讲座30讲述.ppt

专题讲座 爆炸和爆破的世纪回顾与展望 力建学院道桥与地下工程系 东 兆 星 2 0 1 3 年 3 月 * * 20世纪： 爆破十爆炸工艺 从纪元开始，我们的祖先在第一个千禧中（公元7世纪）发明了黑火药(Black Powder)，人类从此知道了“爆炸”；(used in fireworks and signals) 第二个千僖的17世纪（1627年），匈牙利人最先用黑火药采矿，从此出现了“爆破”。 此后西欧发明了硝化甘油、梯思梯(TNT)、黑索金(RDX)等多种后来叫做猛炸药的物质，由于没有可靠的起爆手段，军事和工业都难以有效利用。  直到1867年，诺贝尔(Alfred Nobel)同时发明了雷管和工业硝化甘油药卷，从此启动了爆炸和爆破的飞速发展。 激波原理和爆破漏斗概念是这种发展的理论基础，爆炸和爆破的效益则是这种发展的巨大动力。 ? Alfred Nobel ?当我们在这21世纪之初回顾爆破百余年来的发展时，也许应该提到19世纪的学者未曾清楚预见到的下列几项进展。 1. 爆破漏斗原理的扩展和异化?? 有了爆破，就需要计算用药量，基于几何相似的爆破漏斗概念是爆破原理的基础，该原理假设爆破用药量Q与被爆破的岩石体积V成正比，有 Q＝K×V 其中K定义为爆破单位体积岩石的用药量(单耗)。 若以球形药包爆破为典型，可导出计算单个药包炸药用量的通式 Q=KW3f（n） 其中W定义为最小抵抗线，表示自药包中心至临空面的最小距离；n=r/W表示漏斗底面半径r与最小抵抗线W之比，反映漏斗的张开程度，漏斗开度越大，爆破作用越强，故将 n 定义为爆破作用指数， n＞1为抛掷爆破， n=1为标准抛掷爆破 0.75＜n＜1为减弱抛掷爆破， n＜75为松动爆破。 f(n)则是爆破作用指数的幂函数。 但是,当时的学者未必想象到了漏斗原理在本世纪会有如此巨大的扩展、演化和异化。???  ? 20世纪的爆破实践证明：随W值增大，K和f(n)值需要相应增大，表明几何相似应考虑力学特征进行修正，已提出的 Q＝k1W2十k2W3十k3W4 或 Q＝kW3.5f(n) 等反映了这种修正的尝试。 此外，成排的群药包为避免邻近药包相互作用产生的应力削弱区，要求减小w／a值(宽孔距爆破技术）；光面爆破相反要求增大w／a值，以获得平整轮廓面和减小压碎圈；定向抛掷堆积的体积平衡原理和弹道原理描述了漏斗边缘以外的现象；以及用不耦合装药降低爆炸初压，减小过粉碎和增大抛掷功的比例，在抛掷爆破和轮廓爆破方面取得的成功，等等，可归结为漏斗原理的扩展和演化。 预裂爆破、水压爆破、软基处理、爆炸成型都存在某种几何相似，但都不能用爆破漏斗来解释； 建筑物定向倾倒或定向滑坡筑坝则是爆破启动的重力作用过程；都应归结为爆破漏斗的异化，显示出新的爆破作用机制。 上述进展表明，激波原理和爆炸产物作功原理有普适性，爆破漏斗原理有局限性，20世纪也许可以说是爆破向爆炸工艺演化的世纪。 2 ?爆破器材和爆破技术相互促进，协同发展?? 20世纪中，爆破规模不断扩大和爆炸工艺多样化的需求，刺激了爆破器材的快速发展；爆破器材的快速发展又推动了爆破和爆炸工艺的巨大进步。 20世纪爆破器材有五大发明： 电和非电毫秒延时起爆系统 硝铵基炸药及其含水衍生品种系列 不耦合装药 塑性薄膜炸药 无起爆药雷管 当我们思考它们的发明过程时，可以得出结论：爆破发展的需求是爆破器材发展的动力，基础科学和技术科学的成果则是爆破器材进步的保证。固体火焰理论促进了微气体产物的毫秒延时药剂的诞生；管道效应导致非电导爆管和不耦合装药的发明；表面化学和表面物理学进展演化出抗水硝铵类炸药；爆燃转为爆轰的研究成果促进了无起爆药雷管的构思。电和非电延时起爆系统的先后发明，成为大规模群药包依序爆破的导演，同时又是减轻爆破地震、冲击波等有害效应和防止现代化引起的各种干扰危害的有力工具。 抗水起爆器材和抗水炸药是软基处理和各种水下爆炸工程的可靠手段；比硝化甘油安全、便宜得多的硝铵基炸药及其含水衍生品种的发明为实施上述爆破提供了最经济的能源；塑性、薄层或聚能装药是爆炸成型、复合、穿孔、切割，表面硬化和消除残余应力的动力。无起爆药雷管的问世则根本改善了雷管造、存、运、用