第二章 爆破工程.ppt

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：学习本章为特殊爆破 打下基础 本章适当增加课本以外的内容 以适应施工方向,§21 爆破的作用与概念,一、爆破的作用 隧道开挖；（公路、铁路、引水等） 基础处理与渠道开挖 石料开采 定向筑坝、截流、库区清理等 松动爆破 拆除等控制爆破 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 510万个大气压 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,圈R1 粉碎圈或压缩圈冲击波产生的压应力压远远大于介质的压限压时，介质为塑性土体压缩成穴介质为脆性岩体粉碎 。 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，至使该作用圈的压拉，产生径向裂缝。 B：压缩后的弹性恢复产生的反射拉应力拉拉， 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。,圈R3 震动圈 冲击波继续向外传播扩散，直到消失。此时压 压 且拉 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 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P54, 爆破漏斗：P54图22 R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PCW（2n-1） L抛掷距离L5nW n爆破作用指数nrW 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拉后期压拉时，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,、爆破作用指数nrW,n1 时 标准抛掷爆破 n1 时 加强抛掷爆破 1n075 时 减弱抛掷爆破 075n033时 松动爆破 n0 时 隐藏式爆破,§22 爆破器具与爆破材料,一、钻孔机具 P7072 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。 TNT290290；黑火药290310； 雷贡175180；硝化甘油200205； 黑索金225205；硝铵类炸药280320 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 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%，TNT48%，黑火药50% 黑索金7080%，硝铵类炸药1632%，泰安100% D起爆敏感度：引起爆炸的极限药量。 TNT0.15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。, 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,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，太大太小都不行 ，0.9-1.6g/cm3,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，20007500MS；,B爆热：以1Kg分解的热量为准。千卡Kg C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，KgCM2或Pa E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Q2； 负氧平衡：生成CO等，产生Q6。 举例：TNT（负氧平衡硝酸铵（正氧平衡零氧平衡,2、炸药的种类,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, 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）3CH3 P62 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7000MS，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）3 P63 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。,硝酸铵（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NO26.5升CO） （1 2 3 指各百分比不同）,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715天 9244型 e=280-310 猛度 9-13 露天细粉型 e=240-280 猛度 8-10 F 浆状炸药 P63 G乳化炸药 P63 E黑火药： 硝石 + 硫磺 木炭 6075 1015 1525 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 : =1/3×K×r2W=1/3×n2W3K =。f(n) 式中：f(n)炸破作用指数函数，据经验： n1时 ： f(n)1 n 1时： f(n)=0.4+0.6n3 1n075时：f(n)=( )3 松动爆破时：f(n)= n30.330.55 K爆破单位体积土石的耗药量（M3） P50表21表中数值为标准情况下的爆破（标准爆破）,标准爆破： n1 标准抛掷爆破； 标准炸药，2岩石铵梯炸药； 一个临空面。 其他情况的系数换算： 不是一个临空面：有2个临空面取0.83K 有3个临空面取0.67K 非标准炸药：用爆力值e换算，eb320 P50式25： 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,小于或等于4时为集中药包 或采用P50式23 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29和式211。,三、起爆器材与起爆方法,1、火花起爆法及其器材 火雷管：P64图216 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 导火线： 导火索点燃材料 1 CMS 100125秒/m,2、电起爆法及其器材,电雷管：P64图216 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）。 电源：220380伏的照明电或动力电，也可用蓄电池、放炮器等。,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）,导线：端线、联接线、区域线、主线（可重复使用）等。 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P64 I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。 电爆网路的设计计算自习P6667。 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）,传爆速度V60006500MS，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。 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,即发同时起爆，举例：主爆区群孔起爆。 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。,§23 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：d75MM L5M 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23 先锋槽的作用： 充分利用自由面 、积极创造临空面 出碴排碴 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 P51,抵抗线长度 WpKw×d（1530）d 阶梯高度 HKh Wp（1.22.0）Wp 炮孔深度 LKLH KL为系数：坚硬岩1.11.5；中坚岩1.0； 松软岩0.850.95。 炮孔间距 aKa Wp Ka为系数：火花起爆1.01.5；电气起爆1.22.0。 炮孔排距 b（0.81.2）Wp 装药长度 L药（1312）L,二、深孔爆破,习惯上定义：L5m d75mm 实际上定义：H1020 m d150225mm 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：各大中型工程。,1、深孔布置,平面上，采用梅花状布置； 垂直方向：,倾斜孔的优点： Wp全等，均匀； 堆碴的高和宽容易控制； 爆后坡面平整。 倾斜孔的优点：技术复杂，装药也相对较难。,2、参数计算 抵抗线长度 WpHDd150（1530）d P51 阶梯高度 H（1.22.0）Wp 炮孔深度 LKLH KL为岩性影响系数： 坚硬岩1.11.15；中坚岩1.0；松软岩0.850.95。,超钻深度LH（0.120.3）Wp 超钻是技术性的，超挖和欠挖则有一定的范围控制。 炮孔间距 aKa Wp（0.71.4）Wp 炮孔排距 b0.87 a 药量 Q0.33KH Wp aKH Wp K为系数： 坚硬岩0.540.6；中坚岩0.30.45； 松软岩0.150.3。 炮孔最小堵塞长度Lmin ，浅孔大于0.5L，深孔大于Wp。 相应地，炸药有散装和药卷两种。,3、提高深孔爆破效果的措施 P54,加大台阶高度，使用毫秒微差技术进行连续爆破； 合理利用临空面，积极创造临空面； 改善装药结构：间隔装药分段装药 空隙装药（猛度爆力） 、混合装药 、 孔内微差爆破 保证堵塞长度与堵塞质量 三、洞室爆破 P52 （自习为主） 四、特殊爆破 （另外一门课） 介绍几种特殊爆破的概念,§24 爆破安全技术,一、安全距离 划分爆破警戒范围或保护范围的依据 安全地带与危险区的界线,安全的概念：人身安全 设备财产安全 基础安全,1、爆破地震振动安全距离,爆破地震振动速度的确定 苏联公式： K 为系数，岩石k=30-70,土质k=200,f(n)=0.4+0.6n3 瑞典公式： mm/s K为系数（坚硬岩400） 美国公式 英寸/s 以上都是经验公式，均与爆区总装药量Q和爆源至测点距离R有关。,爆破振动破坏的判据,不同建筑物或构筑物允许的最大振动速度（临界 速度）是不同的，人根据经验列成了一系列表格。 爆破振动破坏的判据是以地表某的振动速度V来 衡量的，而与建筑物内部某点的振速无关，并且 这些数据都是一种概率性的标准。,地震安全距离 P6768,根据允许V推求安全距离 对地面建筑物R Kc为系数 对地下建筑物R 最大药包的最小本质 2、个别飞石安全距离 R P67 KA为系数,3、空气冲击波危害半径 R P68 式2-34 4、有害气体扩散安全距离Rrmax P69 式2-37 5、殉爆安全距离 rs P6869,二、爆破作业的防护措施,1、运输与贮存时： 无撞击、无明火、无殉爆 2、使用过程中： 尽量用小a、小L、小n，以利控制 3、减少震动的办法： 采用微差技术、改善装药结构等 4、尽量不采用裸露爆破 5、对飞石的防护： 可用各种类型的防护设施,6、空气冲击波的防护： 防止产生强冲击波； 采用各类防护措施削弱冲击波； 布置反向药包干扰抵消冲击波 7、严格规章制度，严格执行操作规程 三、瞎炮及其处理 P6970 1、瞎炮的概念及其产生的原因 2、处理办法（自习为主） 钻平引孔爆破 重新引爆 换炸药再爆 冲洗炸药 特别处理,本章作业题,在白云岩中用175的钻头冲击钻孔，成 孔直径为200，采用标准炸药阶梯高度H 10M，每米炮孔装药量为32，（取 0.5）， 试计算并布置炮眼。,本章思考题,书后思考题 径向裂缝和环向裂缝（弧状裂缝）是怎样产生的？ 临空面对爆破有什么影响作用？ 什么是爆破漏斗？ 什么是爆破作用指数？ 装药量Q与哪些因素有关？ 什么叫标准爆破？ 怎样理解炸药的敏感度、安定性、殉爆距、氧平衡等？ 对工程类炸药有哪些要求？ 起爆炸药有哪些特点？ 11. 试比较浅孔爆破与深孔爆破的特点？,