爆破工程的基本知识

第二章爆破工程本章重点：基本爆破方法的药量计算及炮孔布置本章难点：爆破机理中破坏圈的形成过程主要内容：①学习本章为＜特殊爆破＞打下基础②本章适当增加课本以外的内容以适应施工方向§2－1爆破的作用与概念一、爆破的作用①隧道开挖；（公路、铁路、引水等）②基础处理与渠道开挖③石料开采④定向筑坝、截流、库区清理等⑤松动爆破⑥拆除等控制爆破⑦水下爆破二、爆破的概念1．爆炸：爆炸是一个化学反应↗10万分之1秒↗5－10万个大气压炸药→瞬时化学反应→高温高压气体→冲击波＋爆炸气体CHON↑↘3000℃的CO2、CO、NO、NO2、H2O起爆能（撞击、点火、高温等）2、爆破：爆破是炸药对周围介质的作用冲击波通过介质产生应力波：拉应力拉限＝产生裂缝压应力压限＝粉碎或压缩爆炸气体的气刃作用＝产生扩缝作用三、爆破的机理1．土岩爆破破坏的几种假设第一种：爆炸产生压缩应力场，引起质点径向移动，产生径向裂缝，爆炸气体扩缝；第二种：自由面（临空面）上应力波反射，产生环向裂缝；第三种：土岩破坏是上述两种力共同作用的结果。一般地：土体介质更适用于第一种理论岩体介质更适用于第三种理论2、无限均匀介质中的爆破•理想状态：少装药、埋深大、无裂隙节理等①Ⅰ圈――R1粉碎圈或压缩圈冲击波产生的压应力б压远远大于介质的压限[б压]时，介质为塑性土体――压缩成穴介质为脆性岩体――粉碎。②Ⅱ圈――R2破坏圈冲击波呈同心球从药包中心向外传播，因介质的阻尼而衰减，至使该作用圈的б压[б压]，但因介质的|[б拉]||[б压]|，所以A：环向张拉应力б拉[б拉]，产生径向裂缝。B：压缩后的弹性恢复产生的反射拉应力б拉[б拉]，产生环向裂缝或弧状裂缝两种裂缝在爆气作用下，介质完全破坏。③Ⅲ圈――R3震动圈冲击波继续向外传播扩散，直到消失。此时б压[б压]且б拉[б拉]，介质受到震动但不产生破坏。R1、R2、R3的大小与介质的种类、炸药性能、装药多少等有关。3、有限均匀介质中的爆破半理想状态：多装药、埋深小、无裂隙节理等①自由面（临空面）的作用A――聚能作用（爆炸偶极子作用）举例：应力集中？自由面可看作是无限大的空B――反射拉力波作用简述反射拉力波的形成过程P54①爆破漏斗：P54图2－2R――爆破作用半径W――最小抵抗线长度r—爆破漏斗底半径P――可见深度P＝CW（2n-1）L――抛掷距离L＝5nWn――爆破作用指数n＝r／W当R到达临空面，冲击波从固体介质到气体介质，越过临空面产生的反射拉力波б拉－后期б压[б拉]时，产生的坑称为爆破漏斗。临空面是水平面时为倒锥坑。裂缝→飞逸→倒锥坑③、爆破作用指数n＝r／Wn＝1时标准抛掷爆破n1时加强抛掷爆破1n0．75时减弱抛掷爆破0．75n0．33时松动爆破n＝0时隐藏式爆破§2－2爆破器具与爆破材料一、钻孔机具P70－72钻孔占爆破工时的50%，占爆破费用的70%1、轻型手提风钻：浅孔，垂直向下2、支架式重型风钻：浅孔，向上或倾斜3、冲击式钻机：深孔，垂直向下4、回转式钻机5、潜孔钻以上自习10分钟：各机的工作原理？二、炸药A――爆燃点：在规定时间内（5分钟）使炸药发生爆炸的最低温度。TNT┈290－290℃；黑火药┈290－310℃；雷贡┈175－180℃；硝化甘油┈200－205℃；黑索金┈225－205℃；硝铵类炸药┈280－320℃B――发火性：对火焰的敏感程度。（有的能燃不会爆）1、炸药的性能指标①敏感度：在外界能量的作用下，发生爆炸的难易程度。C――撞击敏感度：对机械作用的敏感程度。当10KG的锤，落高为25CM时，发生爆炸的百分率为：硝化甘油┈100%，TNT┈4－8%，黑火药┈50%黑索金┈70－80%，硝铵类炸药┈16－32%，泰安100%D――起爆敏感度：引起爆炸的极限药量。TNT┈0.15克,2号岩石硝铵炸药┈0.17-0.28克。E――殉爆距：能够连续三次使该药包出现殉爆现象的最大距离，CM。殉爆――由于一个药包的爆炸引起与相距一定距离的另一药包爆炸的现象。上述炸药的敏感度，常随掺和物的不同而改变。例如：在炸药中掺有棱角坚硬物（砂、玻璃、金属屑等）时敏感度提高；当掺有水、石蜡、沥青、油、凡士林等柔软、热容量大、发火点高的掺和物时，敏感度降低。②炸药的安定性：炸药在长期贮存中，保持其原有物理、化学性能不变的能力。物理安定性：主要有吸湿、结块、挥发、渗油、老化、冻结、耐水等性能。化学安定性：取决于炸药的化学性能。例如：硝化甘油类炸药在50℃时开始分解，如果热量不能及时散发，可能引起自燃与爆炸③炸药的爆炸稳定性：炸药起爆后，若能以恒定不变的速度自始至终保持完整的爆炸反应，称为稳定的爆炸。在钻孔爆破中影响爆炸稳定性的因素有：A――药包直径d，dd临则稳定B――炸药密度ρ，ρ太大太小都不行，ρ＝0.9-1.6g/cm3④威力――炸药的爆炸性能：是炸药爆炸的作用能力，通常用爆力和猛度来表征。其大小主要反映在以下几方面：A――爆速：炸药爆炸的分解速度，2000－7500M／S；B――爆热：以1Kg分解的热量为准。千卡／KgC――爆温：1Kg分解的热量所能达到的最高湿度。D――爆气量与爆压：升／Kg，Kg／CM2或PaE――爆力e：炸药爆炸破坏一定介质的能力。静力威力。（与气体量、热量、温度等有关）测定方法：一定量的炸药放入铅孔中，以爆破扩大体积来衡量。举例：静力威力与动力威力的区别、转换等。E――氧平衡：零氧平衡：生成CO2、H2O等，产生Q；正氧平衡：生成NO2等，产生Q／2；负氧平衡：生成CO等，产生Q／6。举例：TNT（负氧平衡＋硝酸铵（正氧平衡＝零氧平衡2、炸药的种类①起爆炸药：用于制造起爆器材的炸药。特点：A――敏感度高；B――爆速增加快，易由燃烧转为爆轰C――安定性好，特别是化学安定性好；D――有很好的松散性和压缩性。常用的起爆炸药主要有：A――雷贡Hg（CNO）2，50℃开始分解，160℃爆炸对温度敏感。B――氮化铅Pb（N3）2，比雷贡迟钝，不溶于水。C――二硝基重氮酚C6H2O5N4，安定性好，起爆能力强，相对安全，便宜，方便。D――三硝基甲苯硝铵……E――四硝化四醇……②主炸药：产生爆破作用的炸药。特点：A――威力大，能被普通雷管引爆；B――成本低，来源广，种类多（适用于各种条件）；C――安全，可靠。常用的主炸药主要有：？A――三硝基甲苯（TNC6H2（NO2）3CH3P62黄色或黄褐色晶体，热安定性好，不溶于水，遇火能燃烧（特别条件下能转为爆炸），机械敏感度低，爆速7000M／S，爆热950千卡／Kg；爆炸呈负氧平衡，价格昂贵，常作为雷管加强药。B――硝化甘油C3H5（ONO2）3P63无色油状液体，不溶于水。有毒。敏感度高（不单独使用）。威力大。价格昂贵,爆力500ML,猛度22-23MM,13.2℃凝固,凝固后极危险。为胶质硝化甘油类炸药的主要成分。C――铵锑炸药Ｐ６３。硝酸铵＋ＴＮＴ（敏感剂）＋木粉（可燃剂）淡黄色粉末、有毒但炸气无毒、敏感度小、价格低、易潮湿结块。国产铵梯炸药品种有：露天铵锑炸药1＃2＃3＃岩石铵锑炸药1＃2＃安全铵锑炸药:（爆气C0含量100升／Kg）（1升NO2＝6.5升CO）（1＃2＃3＃指各百分比不同）性能1＃岩2＃岩1＃岩2＃岩3＃岩炸力（毫升）350320300250230程度（毫米13121185殉距（cm）65432Ｐ（g/cm3）0.45-1.10.95-1.10.85-1.10.85-1.10.85-1.1主要性能指标如下：D――铵油炸药:硝酸铵+柴油+木粉(少许)92-4-4型:92:4:4(重量比)来源足、成本低、安全、可现场加工、敏感度低压（起爆困难）、安定性差,只能储存期＜7－15天92－4－4型e=280-310猛度9-13露天细粉型e=240-280猛度8-10F――浆状炸药P63G――乳化炸药P63E――黑火药：硝石+硫磺＋木炭60－75％10－15％15－25％制作简单、成本低廉、易受潮、威力小，适用于炸破松软岩石和做导火索3．药量计算第一种情况：集中药包、单自由面情况下:Ｑ=ＫＶ=1/3×K×πr2W=1/3×πn2W3K=ＫＷ３。f(n)式中：f(n)――炸破作用指数函数，据经验：n＝1时：f(n)＝1n1时：f(n)=0.4+0.6n31n0．75时：f(n)=()3松动爆破时：f(n)=n3＝0.33～0.55K――爆破单位体积土石的耗药量（㎏／M3）P50表2－1表中数值为标准情况下的爆破（标准爆破）734n标准爆破：①n＝1标准抛掷爆破；②标准炸药，2＃岩石铵梯炸药；③一个临空面。其他情况的系数换算：①不是一个临空面：有2个临空面取0.83K有3个临空面取0.67K②非标准炸药：用爆力值e换算，eb＝320P50式2－5：③非集中药包（延长药包）药包长度L／药包最短边长a：大于4时为延长药包实用药火力值320ibeee小于或等于4时为集中药包或采用P50式2－3大于等于0.41时为集中药包，否则为延长药包。式中V――药包的体积b――药包中心至最远边点的距离。第二种情况：对于非集中药包，Q的计算分两种情况，具体见P56式2－9和式2－11。bv362.0三、起爆器材与起爆方法1、火花起爆法及其器材①火雷管：P64图2－16管壳＋正起爆药（敏感度极高）＋副起爆药＋加强帽↘加强雷管威力，末端有聚能穴②导火线：导火索＋点燃材料1CM／S100~125秒/m2、电起爆法及其器材①电雷管：P64图2－16即发雷管――有一电点火装置，其余同火雷管。延发雷管――加有一段缓燃剂，分为秒延期（加一段精制导火索）和毫秒延期（加一段特别炸药）。②电源：220／380伏的照明电或动力电，也可用蓄电池、放炮器等。③特点：设备简单、操作方便、成本低，一次燃爆的炮孔数目较少、安全性差，用于小规模爆破（浅孔、露天）③导线：端线、联接线、区域线、主线（可重复使用）等。④电爆网路的联接方式与导通检查串联――P65易操作、I小、电线少、易断路拒爆；并联――P64I大、电线多、难检查，不易断路拒爆混合联――P66，导通检查――测定电阻，准爆条件。⑤电爆网路的设计计算自习P66――67。⑥电起爆法与火花起爆法的比较：电雷管法的优点：安全、能准确控制、可用仪器检查；缺点：工作量大、复杂、耗线、要电源；适用：大规模起爆。3、传爆线及传爆管（导爆管）①传爆速度V＝6000～6500M／S，可直接引爆主炸药，不过其本身有些要用雷管引爆，所以使用和运输非常安全。其内用的是黑索金、泰安等单质炸药，价格较高。联结方式――打结。②继爆管――用来达到延发目的的一种装置，由不带点火装置的毫秒延发雷管＋消爆管＋导爆索组合而成4、起爆方式①即发――同时起爆，举例：主爆区群孔起爆。②延发――延期起爆，分为秒延期和毫秒延期，举例：定向爆破、挤压爆破。§2－3爆破的基本方法布孔――钻孔――清孔――装药――捣实――堵气――引爆一、浅孔爆破定义：d75MML5M特点：造孔设备简单，操作方便，易于控制，劳动强度大，生产率低适用：各种地形条件（地下开挖、控制爆破、露天爆破、松动爆破）1、炮孔布置炮孔布置合理与否，直接决定爆破效果（重要因素）举例：基础开挖（见右图）P51图2－3先锋槽的作用：①充分利用自由面、积极创造临空面②出碴排碴③排水炮孔与岩石层面或节理面垂直，但不能穿过宽缝。2、参数计算P51①抵抗线长度Wp＝Kw×d＝（15～30）d②阶梯高度H＝KhWp＝（1.2～2.0）Wp③炮孔深度L＝KLHKL为系数：坚硬岩1.1～1.5；中坚岩1.0；松软岩0.85～0.95。④炮孔间距a＝KaWpKa为系数：火花起爆1.0～1.5；电气起爆1.2～2.0。⑤炮孔排距b＝（0.8～1.2）Wp⑥装药长度L药＝（1／3～1／2）L二、深孔爆破习惯上定义：L5md75mm实际上定义：H＝10～20md＝150～225mm优点：爆破单位体积岩体所耗的钻孔工作量和炸药量少。缺点：控制性差，对保留岩体影响大，常用冲击式、回转式、潜孔钻等造孔。适用：各