【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，一直講漏斗內(nèi)的巖石完全拉裂為止。因此巖石破碎的主要部分是入射波和反射波作 用的結(jié)果，爆炸氣體的作用只限于巖石的輔助破碎和破裂巖石的拋擲。 （ 2） 爆炸氣體膨脹壓理論 從靜力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為藥包爆炸后，產(chǎn)生大量高溫、高壓氣體，這種氣體膨脹時(shí)所產(chǎn)生的推力作用在藥包周?chē)膸r壁上，引起巖石質(zhì)點(diǎn)的徑向位移，由于作用力不等引起的不同徑向位移，導(dǎo)致在巖石中形成剪切應(yīng)力。當(dāng)這種剪切應(yīng)力超過(guò)巖石的極限抗剪強(qiáng)度時(shí)就會(huì)引起巖石的破裂。當(dāng)爆炸氣體的膨脹推力足夠大時(shí)，還會(huì)引起自由面附近的巖石隆起、鼓開(kāi)并沿徑向方向推出。它在很大程度上忽視了沖擊波的作用。 （ 3） 沖擊波和爆炸氣體綜合作用理論 持這種觀點(diǎn)的學(xué)者認(rèn) 為：巖石的破碎是由沖擊波和爆炸氣體膨脹壓力綜合作用的結(jié)果。遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 即兩種作用形式在爆破的不同階段和針對(duì)不同巖石所起的作用不同。爆炸沖擊波（應(yīng)力波）使巖石產(chǎn)生裂隙，并將原始損傷裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展；隨后爆炸氣體使這些裂隙貫通、擴(kuò)大形成巖塊，脫離母巖。此外，爆炸沖擊波對(duì)高阻抗的致密、堅(jiān)硬巖石作用更大，而爆炸氣體膨脹壓力對(duì)低阻抗的軟弱巖石的破碎效果更佳。 、 炸藥在巖石中爆破作用的范圍 假設(shè)巖石為均勻介質(zhì)，當(dāng)炸藥置于無(wú)限均質(zhì)巖石中爆炸時(shí)，在巖石中將形成以炸藥為中心的由近及遠(yuǎn)的不同破壞區(qū)域，分別稱(chēng)為粉 碎區(qū)、裂隙區(qū)及彈性振動(dòng)區(qū) （ 1） 粉碎區(qū)（壓縮區(qū)） 炸藥爆炸后，爆轟波和高溫、高壓爆炸氣體迅速膨脹形成的沖擊波作用在孔壁上，都將在巖石中激起沖擊波或應(yīng)力波，其壓力高達(dá)幾萬(wàn) Mpa、溫度達(dá) 3000℃ 以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)巖石的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度，致使炮孔周?chē)鷰r石呈塑性狀態(tài)，在幾到幾十毫米的范圍內(nèi)巖石熔融。爾后隨著溫度的急劇下降，將巖石粉碎成微細(xì)的顆粒，把原來(lái)的炮孔擴(kuò)大成空腔，稱(chēng)為粉碎區(qū)。如果所處巖石為塑性巖石（黏土質(zhì)巖石，凝灰?guī)r，綠泥巖等），則近區(qū)巖石被壓縮成致密的、堅(jiān)固的硬殼空腔，稱(chēng)為壓縮區(qū)。由于粉碎區(qū)是處于堅(jiān)固巖石 的約束條件下，大多數(shù)巖石的動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度都很大。沖擊波的大部分能量已消耗子巖石的塑性變形、粉碎和加熱等方面，致使沖擊波的能量急劇下降，其波陣面的壓力很快就下降到不足以粉碎巖石，所以粉碎區(qū)半徑很小，一般約為藥包半徑的幾倍。 （ 2）裂隙區(qū)（破裂區(qū)） 當(dāng)沖擊波通過(guò)粉碎區(qū)以后，繼續(xù)向外層巖石中傳播。隨著沖擊波傳播范圍的擴(kuò)大，巖石單位面積的能流密度降低，沖擊波衰減為壓縮應(yīng)力波。其強(qiáng)度已低于巖石的動(dòng)抗壓強(qiáng)度，不能直接壓碎巖石。但是，它可使粉碎區(qū)外層的巖石遭到強(qiáng)烈的徑向壓縮，使巖石的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生徑向位移，因而導(dǎo)致外圍巖 石層中產(chǎn)生徑向擴(kuò)張和切向拉伸應(yīng)變，假定在巖石層的單元體上有 A 和 B 兩點(diǎn)，它們的距離最初為 X，受到徑向壓縮后推移到 C 和 D 兩點(diǎn)，它們彼此的距離變?yōu)? X＋ dX。這樣就產(chǎn)生了切向拉伸應(yīng)變 dx/x。如果這種切向拉伸應(yīng)變超過(guò)了巖石的動(dòng)抗拉強(qiáng)度的話，那么在外圍的巖石層中就會(huì)產(chǎn)生徑向裂隙。這種裂隙以0． 15～ 0． 4 倍壓縮應(yīng)力波的傳播速度向前延伸。當(dāng)切向拉伸應(yīng)力小到低于巖石的動(dòng)抗拉強(qiáng)度時(shí)，裂隙便停止向前發(fā)展。此時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生與壓縮應(yīng)力波作用方向相反的向心拉伸應(yīng)遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 力。使巖石質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生反向的徑向移動(dòng)，當(dāng)徑向拉伸應(yīng)力超過(guò)巖石的動(dòng)抗拉強(qiáng)度 時(shí) ，在巖石中便會(huì)出現(xiàn)環(huán)向的裂隙 。徑向裂隙和環(huán)向裂隙的相互交錯(cuò)，將該區(qū)中的巖石割裂成塊，此區(qū)域亦稱(chēng)破裂區(qū)。 一般說(shuō)來(lái)，巖體內(nèi)最初形成的裂隙是由應(yīng)力波造成的，隨后爆炸氣體滲人裂隙起著氣楔作用。并在靜壓作用下，使應(yīng)力波形成的裂隙進(jìn)一步擴(kuò)大。 （ 3）彈性振動(dòng)區(qū) 裂隙區(qū)以外的巖體中，由于應(yīng)力波引起的應(yīng)力狀態(tài)和爆轟氣體壓力建立起的準(zhǔn)靜應(yīng)力場(chǎng)均不足以使巖石破壞，只能引起巖石質(zhì)點(diǎn)做彈性振動(dòng)，直到彈性振動(dòng)波的能量被巖石完全吸收為止，這個(gè)區(qū)域叫做彈性振動(dòng)區(qū)。 2. 炸藥的外部作用 當(dāng)集中藥 包埋置在靠近地表的巖石中時(shí)，藥包爆破后除產(chǎn)生內(nèi)部的破壞作用以外，還會(huì)在地表產(chǎn)生破壞作用。在地表附近產(chǎn)生破壞作用的現(xiàn)象稱(chēng)為外部作用。 根據(jù)應(yīng)力波反射原理，當(dāng)藥包爆炸以后，壓縮應(yīng)力波到達(dá)自由面時(shí)，便從自由面反射回來(lái)，變?yōu)樾再|(zhì)和方向完全相反的拉伸應(yīng)力波，這種反射拉伸波可以引起巖石片落和引起徑向裂隙的擴(kuò)展。 （ 1）反射拉伸波引起自由面附近巖石的片落 當(dāng)壓縮應(yīng)力波到達(dá)自由面時(shí)，產(chǎn)生了反射拉伸應(yīng)力波，并由自由面向爆源傳播。由于巖石抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)拉伸應(yīng)力波的峰值壓力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石被拉斷，與母 巖分離。隨著 反射拉伸波的傳播，巖石將從自由面向藥包方向形成“片落”破壞。 應(yīng)該指出的是“片落”現(xiàn)象的產(chǎn)生主要與藥包的幾何形狀、藥包大小和人射波的波長(zhǎng)有關(guān)。對(duì)裝藥量較大的硐室爆破易于產(chǎn)生片落，而對(duì)于裝藥量小的深孔和炮眼爆破來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生“片落”現(xiàn)象則較困難。入射波的波長(zhǎng)對(duì)“片落”過(guò)程的影響主要表現(xiàn)在隨著波長(zhǎng)的增大，其拉伸應(yīng)力就應(yīng)劇下降。當(dāng)入射應(yīng)力波的波長(zhǎng)為 倍最小抵抗線時(shí)，則在自由面與最小抵抗線交點(diǎn)附近的巖體，由于霍普金森效應(yīng)的影響，可能產(chǎn)生片裂破壞。當(dāng)波長(zhǎng)增到 4 倍最小抵抗線時(shí)，則在自由而與最小抵抗線交點(diǎn)附近 的霍普金森疚將完全消失。 （ 2）反射拉伸波引起徑向裂隙的延伸 從自由面反向回巖體中的拉伸波，即使它的強(qiáng)度不足以生產(chǎn)“片落”，但是反向拉伸波同徑向裂隙梢處的應(yīng)力場(chǎng)相互迭加，也可使徑向裂隙大大地向前延伸。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 、 炸藥在巖石中爆破破壞的過(guò)程 從時(shí)間來(lái)說(shuō)，將巖石爆破破壞過(guò)程分為 3 個(gè)階段為多數(shù)人所接受。 第一階段為炸藥爆炸后沖擊波徑向壓縮階段。炸藥起炸后，產(chǎn)生的高壓粉碎了炮孔周?chē)膸r石，沖擊波以 3000～ 5000m／ s 的速度在巖石中引起切向拉應(yīng)力，由此產(chǎn)生的徑向裂隙向自由面方向發(fā)展，沖 擊波由炮孔向外擴(kuò)展到徑向裂隙的出現(xiàn)需 1～ 2ms。 a b c 圖 21 爆破過(guò)程的 3 階段 a 一徑向壓縮階段； b 一沖擊波反射階段； c 一爆炸氣體膨脹階段 第二階段為沖擊波反射引起自由面處的巖石片落。第一階段沖擊波壓力為正值，當(dāng)沖拋到達(dá)自由面后發(fā)生反射時(shí)，波的壓力變?yōu)樨?fù)值。即由壓縮應(yīng)力波變?yōu)槔鞈?yīng)力波。在反射拉伸應(yīng)力 的作用下。巖石被拉斷，發(fā)生片落 。此階段發(fā)生在起爆后 10～ 20ms。 第三階段為爆炸氣體的膨脹，巖石受爆炸氣體超高壓力的影響，在拉伸應(yīng)力和 氣楔的雙重作 用下，徑向初始裂隙迅速擴(kuò)大 。 當(dāng)炮孔前方的巖石被分離、推出時(shí)，巖石內(nèi)產(chǎn)生的高應(yīng)力卸載如同被壓縮的彈簧突然松開(kāi)一樣。這種高應(yīng)力的卸載作用，在巖體內(nèi)引起極大的拉伸應(yīng)力，繼續(xù)了第二階段開(kāi)始的破壞過(guò)程。 第二階段形成的細(xì)小裂隙構(gòu)成了薄弱帶，為破碎的主要過(guò)程創(chuàng)造了條件。 應(yīng)該指出的是：①第一階段除產(chǎn)生徑向裂隙外，還有環(huán)狀裂隙的產(chǎn)生； ②如果從能量觀點(diǎn)出發(fā)，第一、二階段均是由沖擊波的作用而產(chǎn)生的，而第三階段原生裂隙的擴(kuò)大和碎石的拋出均是爆炸氣體作用的結(jié)果。 、 巖石中爆破作用的 5 種破壞模式 綜上所述，炸藥爆炸時(shí)，周?chē)鷰r石受到多種載荷的綜合作用，包括：沖擊波產(chǎn)生和傳播引起的動(dòng)載荷；爆炸氣體形成的準(zhǔn)靜載荷和巖石移動(dòng)及瞬間應(yīng)力場(chǎng)張弛導(dǎo)致的載荷釋放。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 在爆破的整個(gè)過(guò)程中，起主要作用的是 5 種破壞模式： ①炮孔周?chē)鷰r石的壓碎作用； ②徑向裂隙作用； ③卸載引起的巖石內(nèi)部環(huán)狀裂隙作用； ④反射拉伸引起的“片落”和引起徑向裂隙的延伸； ⑤爆炸氣體擴(kuò)展應(yīng)變波所產(chǎn)生的裂隙。 無(wú)論是沖擊波拉伸破壞理論還是爆炸氣體膨脹壓破壞理論，就其巖石破壞的力學(xué)作用而言，主要的仍是拉伸破壞。 、 微差爆破 微差爆破也叫微差控制爆破，國(guó)際上慣稱(chēng)為毫秒延期爆破。是指在爆破施工中采用一種特制的毫秒延期雷管，以毫秒級(jí)時(shí)差順序起爆各個(gè)（組）藥包的爆破技術(shù)。微差爆破能有效地控制爆破沖擊波、震動(dòng)、噪音和飛石；操作簡(jiǎn)單、安全、迅速；可近火爆破而不造成傷害；破碎程度好，可提高爆破效率和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。但該網(wǎng)路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；需特殊的毫秒延期雷管及導(dǎo)爆材料。微差控制爆破適用于開(kāi)挖巖石地基、挖掘溝渠、拆除建筑物和基礎(chǔ)，以及用于工程量與爆破面積較大，對(duì)截面形狀、規(guī)格、減震、飛石、邊坡后面有嚴(yán)格要求的控制爆破工程。 在炮采工作面采煤工藝中 ，最主要的工序是爆破落煤，對(duì)爆破工作的要求是：煤體破碎均勻，保證進(jìn)度，工作面煤壁平直，不留頂、底煤，不破頂，不崩倒柱子，不崩翻溜子以及炸藥雷管消耗低等。爆破效果的好壞直接影響著工作面的產(chǎn)量、效率和安全因此，要根據(jù)煤層的硬度、厚度、節(jié)理和裂隙發(fā)育程度及頂板的狀況，正確地確定鉆眼爆破參數(shù)。煤礦炮采工作面長(zhǎng)期以來(lái)一直采用瞬發(fā)雷管串聯(lián)分段放炮，頂板不穩(wěn)定時(shí)，每次爆幾個(gè)炮眼，甚至采用留煤垛間隔爆破方琺，該方法放炮次數(shù)多，工序時(shí)間長(zhǎng)爆破效果差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易發(fā)生事故，制約著炮采工作面的產(chǎn)量和效率的提高。使用毫秒爆 破技術(shù)，可以一次多放炮，減少頂板震動(dòng)次數(shù)．爆破產(chǎn)生的地震波互相干擾抵消，從而減少了對(duì)頂板的震動(dòng)，有利于頂板的管理，同時(shí)也有利于提高爆破裝煤率。實(shí)踐證明，毫秒爆破技術(shù)能更好地解決傳統(tǒng)爆破工藝存在的問(wèn)題，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。 作用原理 （ 1）產(chǎn)生輔助自由面 由于毫秒系列雷管各段有微小時(shí)差，先起爆炸藥在煤體中已造成一定的破壞，形成了一定寬的裂隙和附加自由面，為后起爆炸藥提供了有利爆破條件。如果爆破參數(shù)選擇合理，就會(huì)改變后爆炸藥的最小抵抗線方向，使其作用方向平行于壁，這樣就減少了煤炭的拋擲距離和爆破寬度。 （ 2）產(chǎn)生 的爆炸應(yīng)力波互相干擾 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 由于先起爆炸藥在煤體中激起壓縮波從自由面反射成拉伸波后，再引爆以后炸藥，不僅能消除同時(shí)爆炸形成的無(wú)應(yīng)力區(qū)或應(yīng)力降低區(qū)，而且能增大該區(qū)內(nèi)的拉應(yīng)力，使落煤塊度均勻。 （ 3）剩余應(yīng)力的相互作用 由于相鄰兩炸藥間隔時(shí)間極短，先起爆的炸藥在煤體中產(chǎn)生的應(yīng)力波尚未消失，后起爆的炸藥就爆炸，這樣被爆煤體就會(huì)受到雙向應(yīng)力的作用，從而改善破碎效果，降低炸藥用量。 （ 4） 震動(dòng)波削弱 采用毫秒爆破時(shí)，如果時(shí)差選擇合理，爆破產(chǎn)生的震動(dòng)波會(huì)相互干擾而削弱，從而降低了對(duì)工作面頂板的震動(dòng)作用，有利于頂板的穩(wěn)定和維護(hù) 工作。 安全性 （ 1） 總延期時(shí)間對(duì)瓦斯安全性的影響 在含有瓦斯的工作面爆破時(shí)，爆后空氣中瓦斯含量隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，當(dāng)瓦斯?jié)舛仍黾拥揭欢ㄖ禃r(shí)，隨著新鮮空氣的稀釋?zhuān)咚褂窒陆档奖暗臐舛?。如果爆破工作在瓦斯?lái)不及從煤體中涌出就爆破完畢，則說(shuō)明爆破是安全的。據(jù)測(cè)定：高瓦斯礦井的炮采工作面，爆后在 360 ms 時(shí)間內(nèi)，瓦斯?jié)舛刃∮?1％，符合《煤礦安全規(guī)程》允許總延時(shí)不超過(guò) 130 ms 的規(guī)定。 （ 2）炮眼數(shù)目對(duì)瓦斯、煤塵濃度的影響 采用毫秒爆破時(shí)，一次可起爆較多數(shù)目的炮眼，隨著炮眼數(shù)目的增加，會(huì)引起瓦斯、煤塵濃度的變化。據(jù)淮北礦業(yè)集團(tuán)公司朱莊礦測(cè)定：瓦斯的濃度隨炮眼數(shù)目的增加呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，即炮眼從 5 個(gè)增至 30 個(gè)，瓦斯?jié)舛葟?0． 1％增至 0． 2％，可見(jiàn)其變化范圍不大。煤塵濃度隨炮眼數(shù)增加而增加，炮眼從 5 個(gè)增至 30 個(gè)，煤塵濃度從 120 nag／ m3 增至 1． 2 g／ m3，但其最大值遠(yuǎn)小于煤塵爆炸所需的下限 45 g／ m3 濃度，且瓦斯和煤塵很快會(huì)得到稀釋。所以，只要控制一次起爆的炮眼數(shù)和炸藥量．就不會(huì)產(chǎn)生瓦斯、煤塵的爆炸危險(xiǎn)。 （ 3）放炮震動(dòng)對(duì)頂板 安全性的影響 使用毫秒爆破技術(shù) ，由于放炮次數(shù)明顯減少，因而對(duì)頂板的震動(dòng)次數(shù)相應(yīng)減少，同時(shí)爆炸產(chǎn)生的地震波相互干擾也減輕了對(duì)頂板的震動(dòng)強(qiáng)度。另外由于放炮時(shí)間縮短，可及時(shí)進(jìn)入工作面進(jìn)行支護(hù)，縮短空頂時(shí)間，這一切都有利于頂板穩(wěn)定。 應(yīng)用效果 縮短了放炮時(shí)間，使整個(gè)循環(huán)提前完成。提高了產(chǎn)量和工效，降低了成本。減輕了頂板震動(dòng)的強(qiáng)度，減少了頂板震動(dòng)的次數(shù)，縮短了空頂時(shí)間，減少了冒頂事故發(fā)生的可能性，提高了生產(chǎn)的安全性。由于減少了拋人采空區(qū)的煤量，提高了資源采出率。崩倒支柱的概率下降。采用毫秒爆破技術(shù)，可使放炮次數(shù)減少 ，攉煤量和放炮員在充滿(mǎn)煙塵的環(huán)境中的工作時(shí)間減少，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 ，改善了工人的作業(yè)環(huán)境。 、 爆破方案選取的進(jìn)一步說(shuō)明 考慮到本次工程具備以下即個(gè)特點(diǎn)： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 爆破對(duì)象主要是巖石，開(kāi)采方式是露天臺(tái)階開(kāi)采； 爆破工程施工時(shí)需要一次爆破放量較大； 爆破施工單位對(duì)爆破提塊度要求比較高； 對(duì)爆破造成的有害效應(yīng)的控制要求也比較高。 所以，本次爆破工程中選擇了基本上能夠滿(mǎn)足以上幾個(gè)特點(diǎn)的中深孔爆破技術(shù)，與一般的爆破相比課以大大降低爆破作業(yè)產(chǎn)生的有害效應(yīng)，而且一次爆破量也完全可以滿(mǎn)足工程基本需要，由于采用了毫秒爆破技術(shù)，還可以降低大塊率提高鏟裝效率從而加快工程進(jìn)度。 爆破參數(shù)的確定 露天深孔爆破參數(shù)包括孔徑、孔深、超深、底盤(pán)抵抗線、孔距、排距、堵塞長(zhǎng)度和單位炸藥消耗量等。 、 炸藥的單位消耗量（ q） 和炮孔直徑（ d） （ 1） 影響炸藥單耗的因素主要有巖石的爆破性、炸藥種類(lèi)、自由面條件、起爆方式和塊度要求等 ，根據(jù)作業(yè)條件巖石為石灰?guī)r節(jié)理 發(fā)育較完全，使用銨油炸藥，根據(jù)各種爆破工程所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，選取炸藥的單耗 q= kg/m3 （ 2）炮孔直徑根據(jù)所采用的鉆機(jī)為履帶式潛