第04章 岩石爆破理论基础.ppt

岩石爆破理论基础 主要内容 1.岩石爆破理论发展概况 2. 岩石中爆炸应力波 3. 岩石爆破作用机理三大学说 4. 药包爆破作用原理 5.爆破漏斗 6. 利文斯顿爆破漏斗理论 7. 装药量计算公式 8. 影响爆破效果的因素 1.岩石爆破理论发展概况 随着科学技术发展，特别是岩体力学、岩石动力学理论和计算机爆破模拟技术的发展，岩石爆破理论已取得长足进步。 但由于爆破过程的特殊性、岩石性质的不确定性，使爆破理论发展仍落后于应用实践。现有理论众说纷纭，争论不休。 研究各派理论论点、依据，找出共识，对进一步研究和应用有着重要意义。 1.岩石爆破理论发展概况 从发展历程看，岩石爆破理论发展主要经历了3个阶段： 早期发展阶段 爆破理论确立阶段 爆破理论必威体育精装版发展阶段。 1.岩石爆破理论发展概况 早期发展阶段 1613德国马林（Marlin) 、Weigel等在Freisberg矿应用爆破掘进巷道，就有了计算药量方法，出现了早期爆破理论。直到冲击波拉伸破坏理论（20世纪60年代初）出现，标志该阶段结束。 该阶段著名理论：炸药量与岩石破碎体积成比例理论；L.W.利文斯顿爆破漏斗理论；流体动力学理论。 特点：出现炸药量计算公式，但对爆破过程未作实质性说明。 1.岩石爆破理论发展概况 爆破理论确立阶段 20/60年代初：日野熊雄、美国矿业局Dwall W.L.提出冲击波拉伸破坏理论、村田勉等提出爆炸气体膨胀破坏开始，到70年代L.G朗（Long）提出爆破作用三个阶段止，历时十余年，基本确立了岩石爆破理论。 1.岩石爆破理论发展概况 本阶段特征： （1）冲击波拉伸破坏理论；爆炸气体膨胀压破坏理论；冲击波和爆炸气体共同作用理论确立； （2）爆破破坏究竟是冲击波压力还是爆炸气体压力为主因，争论激烈。争论中各派都不断完善和发展各自的观点； （3）争论结果，共同作用理论、爆破过程三个阶段论得到多数人肯定； （4）用现代测试仪器如高速摄影仪的观测，丰富和完善了爆破理论内容，初步揭示了爆破破坏的本质现象。 1.岩石爆破理论发展概况 爆破理论必威体育精装版发展阶段 始于20/80年代。标志之一：裂隙介质爆破机理产生。随着实验技术和相关学科发展，岩石爆破机理研究会出现了一个崭新局面。 1.岩石爆破理论发展概况 本阶段主要特征： （1）裂隙岩体爆破理论深入和结构面对岩石爆破影响、控制 （2）断裂力学与损伤力学引入 （3）爆破计算机模拟技术应用 （4）信息论、控制论、突变论、非线性理论、混沌学等理论 应用于爆破研究中。使爆破机理研究进入了必威体育精装版阶段。 但是，由于爆破对象复杂性、爆破过程复杂与不可测性， 迄今人们对岩石爆破破碎机理仍无定论。 2 岩石中爆炸应力波 岩石中应力波特性 炸药在岩石中爆炸，开始产生的是冲击波，极短时间上升到峰值压力，而后迅速下降，作用过程很短。 冲击荷载作用下，岩石内激起爆炸应力波。 了解应力波特性是研究爆破机理的前提。 2 岩石中爆炸应力波 爆炸应力波随爆源距离变化特点： 爆源近区是冲击波，以超声速传播； 随距离增大，冲击波衰减为压缩应力波，以声速传播； 距离进一步增大，应力波衰变为周期性振动地震波。 冲击载荷作用下岩石中传播的不同距离处应力波形特征 传入岩石中的爆炸载荷（1）耦合装药时传入岩石中爆炸载荷： 爆轰波参数：根据流体动力学爆轰理论，可建立目前普遍采用炸药爆轰参数的简明（近似）计算式： 2 岩石中爆炸应力波 爆轰波对炮孔壁的冲击作用 耦合装药条件下，炸药与岩石紧密接触，因而爆轰波在炸药与岩石界面发生透射、反射。 通常按正入射求解岩石中的透射波参数。 2 岩石中爆炸应力波 爆轰波透射和反射 爆轰波在岩石分界面发生透射和反射，透射波在岩石中继续向右传播，反射波则在爆轰产物内向左传播。 2 岩石中爆炸应力波 岩石中透射波荷载——孔壁冲击波荷载计算 分别对入射波、反射波和透射波建立连续方程和运动方程，并利用界面上的连续条件即可求得： 上式可化为： 2 岩石中爆炸应力波 岩石中透射波荷载参数——孔壁弹性波荷载计算 实践表明，爆炸并非在所有岩石中都能生成冲击波，这取决于炸药与岩石的性质。即便生成冲击波，也很快衰减成弹性应力波，故可近似按弹性波理论确定岩石界面上的初始压力： 式中：Cp岩石中弹性波速度； 为岩石密度； D1为爆轰波速度。 2 岩石中爆炸应力波 （2）不耦合装药时炮孔压力 不耦合装药情况下，爆轰波首先压缩装药与孔壁间间隙内的空气，引起空气冲击波，而后再由空气冲击波作用于孔壁，对岩石加载。假定： a）爆炸产