工程爆破基础知识

爆破理论基础知识第一节爆破的概念与分类一、爆破的概念爆破是炸药爆炸作用于周围介质的结果。埋在介质内的炸药引爆后，在极短的时间内，由固态转变为气态，体积增加数百倍至几千倍，伴随产生极大的压力和冲击力，同时还产生很高的温度，使周围介质受到各种不同程度的破坏，称为爆破。二、爆破的常用术语1.爆破作用圈当具有一定质量的球形药包在无限均质介质内部爆炸时，在爆炸作用下，距离药包中心不同区域的介质，由于受到的作用力有所不同，因而产生不同程度的破坏或振动现象。整个被影响的范围就叫做爆破作用圈。这种现象随着与药包中心间的距离增大而逐渐消失，按对介质作用不同可分为四个作用圈。(1)压缩圈图1-1中R1表示压缩圈半径，在这个作用圈范围内，介质直接承受了药包爆炸而产生的极其巨大的作用力，因而如果介质是可塑性的土壤，便会遭到压缩形成孔腔；如果是坚硬的脆性岩石便会被粉碎。所以把R1这个球形地带叫做压缩圈或破碎圈。(2)抛掷圈围绕在压缩圈范围以外至R2的地带，其受到的爆破作用力虽较压缩圈范围内小，但介质原有的结构受到破坏，分裂成为各种尺寸和形状的碎块，而且爆破作用力尚有余力足以使这些碎块获得能量。如果这个地带的某一部份处在临空的自由面条件下，破坏了的介质碎块便会产生抛掷现象，因而叫做抛掷圈。(3)松动圈松动圈又称破坏圈。在抛掷圈以外至R3的地带，爆破的作用力更弱，除了能使介质结构受到不同程度的破坏外，没有余力可以使破坏了的碎块产生抛掷运动，因而叫做破坏圈。工程上为了实用起见，一般还把这个地带被破碎成为独立碎块的一部分叫做松动圈，而把只是形成裂缝、互相间仍然连成整块的一部分叫做裂缝圈或破裂圈。(4)震动圈在破坏圈范围从外，微弱的爆破作用力甚至不能使介质产生破坏。这时介质只能在应力波的作用下，产生振动现象，这就是图1—1中R4所包括的地带，通常叫做震动圈。震动圈以外爆破作用的能量就完全消失了。2、爆破漏斗在有限介质中爆破，当药包埋设较浅，爆破后将形成以药包中心为顶点的倒圆锥型爆破坑，称之为爆破漏斗。爆破漏斗的形状多种多样，随着岩土性质、炸药的品种性能和药包大小及药包埋置深度等不同而变化。3.最小抵抗线由药包中心至自由面的最短距离。如图1-2中的W。4.爆破漏斗半径即在介质自由面上的爆破漏斗半径。如图1-2中的r。若r＝W，则r为标准抛掷漏斗半径。5.爆破作用指数指爆破漏斗半径r与最小抵抗线W的比值。即：图1－1爆破影响范围示意图图1-2爆破漏斗r—爆破漏斗半径R－爆破作用半径W－最小抵抗线h－漏斗可见深度Wrn（1-1）爆破作用指数的大小可判断爆破作用性质及岩石抛掷的远近程度，也是计算药包量、决定漏斗大小和药包距离的重要参数。一般用n来区分不同爆破漏斗，划分不同爆破类型：当n=1时，称为标准抛掷爆破漏斗；当n1时，称为加强抛掷爆破漏斗；当0.75n1时，称为减弱抛掷爆破漏斗；当0.33＜n≤0.75时，称为松动爆破漏斗；当n≤0.33时，称为裸露爆破漏斗。6.可见漏斗深度h经过爆破后所形成的沟槽深度叫做可见漏斗深度（如图1-2中的h），它与爆破作用指数大小、炸药的性质、药包的排数、爆破介质的物理性质和地面坡度有关。7.自由面自由面又称临空面，指被爆破介质与空气或水的接触面。同等条件下，临空面越多炸药用量越小，爆破效果越好。8.二次爆破二次爆破指大块岩石的二次破碎爆破。9.破碎度破碎度指爆破岩石的块度或块度分布。10.单位耗药量单位耗药量指爆破单位体积岩石的炸药消耗量。11.炸药换算系数炸药换算系数e指某炸药的爆炸力F与标准炸药爆炸力之比（目前以2＃岩石铵梯炸药为标准炸药）。三、药包及其装药量计算（一）药包：为了爆破某一物体而在其中放置一定数量的炸药，称为药包。（二）药包的分类及使用可见表1-1。图1-3表1-1药包的分类及使用分类名称药包形状作用效果集中药包长边小于短边4倍爆破效率高，省炸药和减少钻孔工作量，但破碎岩石块度不够均匀。多用于抛掷爆破延长药包长边超过短边4倍。延长药包又有连续药包和间隔药包两种形式可均匀分布炸药，破碎岩石块度较均匀。一般用于松动爆破（三）装药量计算爆破工程中的炸药用量计算，是一个十分复杂的问题，影响因素较多。实践证明，炸药的用量是与被破碎的介质体积成正比的。而被破碎的单位体积介质的炸药用量，其最基本的影响因素又是与介质的硬度有关。目前，由于还不能较精确的计算出各种复杂情况下的相应用药量，所以一般都是根据现场试验方法，大致得出爆破单位体积介质所需的用药量，然后再按照爆破漏斗体积计算出每个药包的装药量。药包药量的基本计算公式是：KVQ（1-2）式中K――爆破单位体积岩石的耗药量，简称单位耗药量（kg/m3）。需要注意的是，单位耗药量K值的确定，应考虑多方面的因素，经综合分析后定出。常见岩土的标准单位耗药量见表1-2V――标准抛掷漏斗内的岩石体积（m3），33W3WV故标准抛掷爆破药包药量计算公式（1-2）可以写为：3KWQ（1-3）对于加强抛掷爆破33)6.04.0(KWnQ（1-4）对于减弱抛掷爆破33)734(kWnQ（1-5）对于松动爆破333.0KWQ（1-6）式中Q－药包重量（kg）；W－最小抵抗线（m）；n—爆破作用指数。四、爆破的分类爆破可按爆破规模、凿岩情况、要求等不同进行分类。（1）按爆破规模分，爆破可分为小爆破、中爆破、大爆破。（2）按凿岩情况分，爆破可分为浅孔爆破、深孔爆破、药壶爆破、洞室爆破、二次爆破。表1-2单位耗药量K值岩石种类k（kg/m3）岩石种类k（kg/m3）粘土1.0～1.1砾岩1.4～1.8坚实粘土、黄土1.1～1.25片麻岩1.4～1.8泥灰岩1.2～1.4花岗岩1.4～2.0页岩、板岩、凝灰岩1.2～1.5石英砂岩1.5～1.8石灰岩1.2～1.7闪长岩1.5～2.1石英斑岩1.3～1.4辉长岩1.6～1.9砂岩1.3～1.6安山岩、玄武岩1.6～2.1流纹岩1.4～1.6辉绿岩1.7～1.9白云岩1.4～1.7石英岩1.7～2.0注：1.表中数据是以2＃岩石铵梯炸药作为标准计算，若采用其它炸药时，应乘以炸药换算系数e（见表1-3）；2.表中数据，是在炮眼堵塞良好的情况下确定出来的，如果堵塞不良，则应乘以1～2的堵塞系数。对于黄色炸药等烈性炸药，其堵塞系数不宜大于1.7；3.表中K值是指一个自由面的情况。如果自由面超过1个，应按表1-4适当减少用药量。表1-3炸药换算系数e值表炸药名称型号换算系数e炸药名称型号换算系数e岩石铵梯1＃0.91煤矿铵梯1＃1.1.岩石铵梯2＃1.00煤矿铵梯2＃1.28岩石铵梯2＃抗水1.00煤矿铵梯3＃1.33露天铵梯1＃1.04煤矿铵梯1＃抗水1.10露天铵梯2＃1.28梯恩梯三硝基甲苯0.86露天铵梯3＃1.3962％硝化甘油－0.75露天铵梯1＃抗水1.04黑火药－1.70表1-4自由面与用药量的关系自由面数减少药量百分数（％）220330440550注：表中自由面的数目是按方向（上、下、东、南、西、北）确定的，不是按被爆破体的几何形体确定的。（3）按爆破要求分。按爆破要求分为松动爆破、减弱抛掷爆破、标准抛掷爆破、加强抛掷爆破及定向爆破、光面爆破、预裂爆破、特殊物爆破（冻土、冰块等）。第二节爆破材料及起爆方法一、爆破材料（一）炸药1.炸药的基本性能(1）爆力。爆力是指炸药在介质内部爆炸时对其周围介质产生的整体压缩、破坏和抛移能力。它的大小与炸药爆炸时释放出的能量大小成正比，炸药的爆热愈高，生成气体量愈多，爆力也就愈大。测定炸药爆力的方法常用铅铸扩孔法和爆破漏斗法。（2）猛度。炸药的猛度是指炸药在爆炸瞬间对与药包相邻的介质所产生的局部压缩、粉碎和击穿能力。炸药爆速愈高，密度越大，其猛度愈大。测量炸药猛度的方法是铅柱压缩法。(3)爆速。爆速是指爆炸时爆炸波沿炸药内部传播的速度。爆速测定方法有导爆索法、电测法和高速摄影法。(4)殉爆。炸药爆炸时引起与它不相接触的邻近炸药爆炸的现象叫殉爆。殉爆反应了炸药对冲击波的感度。主发药包的爆炸引爆被发药包爆炸的最大距离称为殉爆距离。影响殉爆的因素有：装药密度、药量和直径、药卷约束条件和药卷放置方向等。(5)感度。炸药在外能作用下起爆的难易程度称为该炸药的感度。不同的炸药在同一外能作用下起爆的难易程度是不同的，起爆某炸药所需的外能小，则该炸药的感度高；起爆某炸药所需的外能高，则该炸药的感度低。炸药的感度对于炸药的制造加工、运输、贮存、使用的安全十分重要。感度过高的炸药容易发生爆炸事故，而感度过低的炸药又给起爆带来困难。工业上大量使用的炸药一般对热能、撞击和摩擦作用的感度都较低，通常要靠起爆能来起爆。根据起爆能的不同，炸药的感度可分为热感度、撞击感度、摩擦感度和爆炸冲能感度。(6)炸药的安定性。炸药的安定性指炸药在长期贮存中，保持原有物理化学性质的能力。有物理安定性与化学安定性之分。物理安定性主要是指炸药的吸湿性、挥发性、可塑性、机械强度、结块、老化。冻结、收缩等一系列物理性质。物理安定性的大小，取决于炸药的物理性质。如在保管使用硝化甘油类炸药时，由于炸药易挥发收缩、渗油、老化和冻结等导致炸药变质，严重影响保管和使用的安全性及爆炸性能。铵油炸药和矿岩石硝铵炸药易吸湿、结块，导致炸药变质严重，影响使用效果。炸药化学安定性的大小，取决于炸药的化学性质及常温下化学分解速度的大小，特别是取决于贮存温度的高低。有的炸药要求储存条件较高，如5＃浆状炸药要求不会导致硝酸铵重结晶的库房温度是20～30℃，而且要求通风良好。(7)氧平衡。氧平衡是指炸药在爆炸分解时的氧化情况。如果炸药中的氧恰好等于其中可燃物完全氧化所需的氧量，即产生二氧化碳和水，没有剩余的氧成为零氧平衡；若含氧量不足，可燃物不能完全氧化且产生一氧化碳，此时称为负氧平衡；若含氧量过多，将炸药所放出的氮也氧化成有害气体一氧化氮称为正氧平衡。2.工程炸药的种类、品种及性能(1)炸药的分类。按其作用特点和应用范围，一般工程爆破使用的炸药可分为三种类型，见表1-5。表1-5工程爆破常用炸药分类分类特点品种应用范围起爆药感度高、加热、摩擦或撞击易引起爆炸主要有二硝基重氮酚、雷汞、迭氮化铅等用于制作起爆器材，如火雷管、电雷管猛炸药（单质猛炸药和混合猛炸药）爆炸威力大，破碎岩石效果好；同起爆药相比，猛炸药感度较低，使用时需用起爆药起爆。单质猛炸药有梯恩梯、黑索金、泰安、硝化甘油等；混合猛炸药有硝铵炸药、铵油炸药、铵沥蜡炸药、铵松蜡炸药、浆状炸药、水胶炸药、乳胶炸药、高威力炸药等混合猛炸药是工业爆破工程中用量最大、最基本的一类炸药；单质猛炸药是制造某种品种混合猛炸药的主要成分；黑索紧、泰安又常用作导爆索的药芯，黑索金也常用作雷管副起爆药发射药对火焰的感度极高，余火能迅速燃烧，在密闭条件下可转为爆炸常用黑火药用作导火索的药芯（2）常用炸药的性能常用的炸药主要有梯恩梯、硝铵类炸药、胶质炸药、黑火药等，其主要性能和用途见表1-6。国产岩石硝铵炸药和露天硝铵炸药的品种及性能可见表1-7、表1-8。表1-6常用炸药主要性能及用途表名称主要性能及特性用途梯恩梯(TNT、三硝基甲苯)淡黄色或黄褐色，味苦，有毒，爆烟也有毒。安定性好，对冲击和摩擦的敏感性不大。块状时不易受潮，威力大1.作雷管副起爆药2.适于露天及水下爆破，不宜用于通风不良的隧洞爆破和地下爆破硝铵类炸药硝铵类炸药时是硝酸铵为主要成分的混合炸药，常用的有铵梯炸药(又分露天铵梯炸药、岩石铵梯炸药、煤矿安全铵梯炸药)、铵油炸药、铵沥蜡炸药、浆状炸药、水胶炸药、乳化炸药等。炸药有毒，但爆烟毒气少，对热和机械作用敏感度不大，撞击摩擦不爆炸，不易点燃。易受潮，受潮后威力降低或不爆炸，长期存放易结块，雷管插入药包不得超过一昼夜应用较广。适于一般岩石爆破，也可用于地下工程爆破黑色火药由硝石(75％)、硫磺(l5％)、木炭(10％)混合而成。带深蓝黑色，颗粒坚硬明亮，对摩擦、火花、撞击均较敏感，爆速低，威力小，易受潮，但制作简便，起爆容易(不用雷管)常用于小型水利工程中的小型岩石爆破，不能用于水下工程胶质炸药(硝化甘油)