7毫秒延时爆破理论PPT课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,7 毫秒延时爆破理论,（教材目录）,7.1 毫秒延时爆破原理,7.2 毫秒延时爆破间隔时间的确定,7.3 毫秒延时爆破的减震作用,7.5 光面爆破和预裂爆破,7 毫秒延时爆破理论（教材目录）,1,学习要点：,1、了解毫秒延时爆破的特点和破岩机理的几种假说；,2、熟悉毫秒延时爆破减震机理；,3、掌握光爆实质、特点、成缝机理和评价标准；,4、掌握预裂爆破的概念、特点以及与光面爆破的区别。,学习要点：,2,7.1 毫秒延时爆破原理,毫秒延时爆破是一种相邻药包以极短的毫秒级时间间隔顺序起爆，使各药包造成的能量场相互影响而产生一系列良好的爆破效果，称之为,毫秒爆破,或,微差爆破,。,7.1.1 毫秒延时爆破破碎原理,目前，国内外对毫秒延时爆破原理的分析意见尚不一致，现以露天台阶单排深孔爆破为例对目前公认的观点加以论述。,有四种假说：,应力波干涉假说,自由面假说,岩块碰撞假说,剩余应力假说,7.1 毫秒延时爆破原理,3,1,）应力波干涉假说,若相邻两装药同时爆炸，由于应力波的相互干涉，在两装药中间岩,体某区域内将形成无应力或应力降低区，从而容易产生大块。但若使相邻,的两装药间隔一定时间爆炸，即当先期爆炸装药在岩体内激起压缩波从自,由面反射成拉伸波后，再引爆后期爆炸的装药，不仅能消除无应力区，而,且能增大该区内的拉应力，改善破碎块度（图7.1 ）。,图7.1 瞬发爆破和微差爆破时相邻装药产生应力波干涉的比较,a瞬发爆破；b微差爆破；1、2起爆顺序,1）应力波干涉假说图7.1 瞬发爆破和微差爆破时相邻装,4,2）自由面假说,该假说认为，微差爆破能够改善岩石的破碎质量，是由于先期爆炸装药在岩体内已造成了某种程度的破坏，形成了一定宽度的裂隙和附加自由面，为后期装药爆炸创造了有利的破岩条件。按照这种假说，在各种微差爆破形式中（图7.2 ），以间孔或波形微差爆破的效果最好。,此外，除间排微差爆破外，由于先期爆炸产生的新自由面改变了后期爆炸装药的作用方向（不再垂直原有自由面），故能减小岩石的抛掷距离和爆堆宽度，并为运动岩块相互碰撞、利用动能使之发生二次破碎创造了条件。,2）自由面假说,5,图7.2 微差爆破的各种型式,a间孔；b波形；c楔形；d梯形；e间排。,图7.2 微差爆破的各种型式,6,3）剩余应力假说,该假说的主要内容包括：,（1）先期爆炸激起的爆炸应力波在岩体内形成动态应力场并,产生一系列裂缝；,（2）其后，岩体承受高压爆炸气体的作用，使裂缝进一步扩,展，但随着爆炸气体的膨胀，压力不断降低；,（3）后期爆炸装药应在先期爆炸装药产生的静态应力场尚未,消失前起爆，利用先期爆炸装药在岩体产生的剩余应力,来改善岩石的破碎质量。,该假说与自由面假说是相辅相成的。,3）剩余应力假说,7,4）岩块碰撞假说,当先爆炮孔爆落的岩石尚未落地时，后爆炮孔爆下的岩,石朝新形成的自由面方向飞散，利用其动能产生碰撞破碎，,并使爆堆比较集中。,其它,由于微差爆破能够在很大程度上降低爆破震动的危害，于是又提出了地震波相互干扰的观点。该观点认为由于相邻炮孔之间有一个短的时间间隔，使得地震波相互干扰，因而减弱爆破地震效应。,4）岩块碰撞假说,8,7.1.2 微差爆破的特点,1）增强了破碎作用，减小了岩石块度，降低了单耗；,2）降低了地震效应；,3）减小了抛掷，爆堆集中；,4）能实现全断面一次爆破，缩短了爆破、通风时间；,5）在有瓦斯、煤尘的工作面，总延时只要不超过130ms，,可以采用微差爆破。,7.1.2 微差爆破的特点,9,7.2 毫秒延时爆破间隔时间的确定,7.2.1 按应力波叠加原理确定时间间隔,前苏联学者波克洛夫斯基提出，自由面岩石在先爆炸药产生的压应力波及气楔作用下，发生强烈变形，随着爆生气体的逸散，孔内空腔压力下降，在岩石弹性恢复力作用下，自孔壁向围岩产生拉伸波，此时是后爆炸药起爆的最佳时间。按此原理，间隔时间应由下式确定：,式中：,a,炮孔间距，m；,C,p,应力波传播速度，m/s；,Q,单孔装药量，Kg。,7.2 毫秒延时爆破间隔时,10,苏联学者哈努卡耶夫认为，先爆炸药爆破裂隙使岩石脱离原岩形成0.81.0 cm宽的贯穿裂缝的时间为最优微差间隔时间，即：,式中：,t,1,弹性应力波传至自由面并返回所需的时间，ms；,t,2,形成裂缝所需的时间，ms；,t,3,破碎的岩块离开原岩，裂隙宽度达到S=0.81.0cm 时，所,需的时间。,7.2.2 按产生新自由面原理确定时间间隔,苏联学者哈努卡耶夫认为，先爆炸药爆破裂隙使岩石脱离原岩形成0,11,国内外学者在总结实践经验的基础上，认为合理的间隔时间与岩石性质、最小抵抗线和爆破参数有关，并提出间隔时间的经验公式。,波克罗弗斯基提出能够增强破碎效果的合理间隔时间公式：,式中：,a,炮孔间距，m；,C,p,岩石纵波波速，m/s ；,w,最小抵抗线，m。,7.2.3 按增强碰撞作用原理确定间隔时间,国内外学者在总结实践经验的基础上，认为合理的间隔时间与岩石性,12,以达到爆破块度均匀的目的，在实践资料的基础上，瑞典的兰格福斯提出在最小抵抗线为0.50.8m的条件下，能保证产生较好的爆破效果的的计算公式：,7.2.4 为改善爆破效果确定间隔时间,式中：,K,系数，ms/m，,矿岩的,f,值较大时，取,K,=3，,f,值较小时，取,K,=6；,w,最小抵抗线，m。,K,各因素影响系数取（,12,）,一般取1575ms，自由面少、孔深时可取100ms。,以达到爆破块度均匀的目的，在实践资料的基础上，瑞典的兰格福斯,13,爆炸能量经过粉碎区与破裂区，大部分能量耗散掉了，剩余小部分能量以球面波或柱面波的形式在介质内继续传播，随着曲面半径的增大，单位曲面上的能量不断减小。由于岩土介质都是不均匀、不连续的，在其中传播的波动现象也是非常复杂的，波的能量不断耗散，因此，,地震波向外传播的过程是一个指数不断衰减的过程,。,毫秒延时爆破的地震效应是一个比较复杂的问题，,影响振速和频率的因素,很多，例如,炸药性能、介质特性、总药量及最大一段药量、距爆心的距离、爆区与测点的相对位置、微差间隔时间、迟发段数、起爆方式及测试系统性能,等。,由于影响因素较多，所以到目前为止，国内外尚无一个统一的精确公式来计算微差爆破的地震效应。,7.3.1 爆破地震波的产生机理,7.3 毫秒延时爆破的减震作用,爆炸能量经过粉碎区与破裂区，大部分能量耗散掉了，剩余小部分能,14,7.3.2 毫秒延时爆破的减震机理,关于毫秒延时爆破的减震机理，主要有以下观点。,1）提高了炸药能量的有效利用率,这种观点认为，毫秒延时爆破在合理延期时间条件下能够减小震动的原因，如,图,7.3，图中，对每种岩石，相应地都存在有使振速达到最小的合理延期时间。主要是爆破过程中更多的能量用在了岩石的二次破碎上，使炸药能量获得了较充分的利用，从而减小了地震波的能量和强度。,图7.3 延期时间与振速,7.3.2 毫秒延时爆破的减震机理 关于毫秒延时爆破的,15,2,),相反相位震动的叠加,这种观点认为，毫秒延时爆破的减震作用主要取决于炸药先后爆炸产生地震波的相位差，与岩石破碎质量或爆破效果无关。当相位相反时，地震波叠加后的强度和质点振速将减小。如果这种观点成立的话，那么同样也存在着使强度和振速加强的可能性，然而在实际中并未观测到有这种现象的发生。,然而，在井下粘土页岩试验巷道内的观测资料表明，一次爆炸产生震动过程的延续时间只有48毫秒，而微差爆破采用的间隔时间远比该时间大，这说明实际不可能发生震动的叠加。,2)相反相位震动的叠加,16,17,3）减小了一次齐爆药量,这种观点认为，由于震动过程的延续时间很短，可将每组装药爆炸激起的地震波看作是孤立的，相互之间没有影响。,当一次齐爆的药量愈大时，距爆源相同距离处产生的振速就愈大。,但这种观点不能用来说明毫秒延时爆破与秒延时爆破在减震作用方面的区别。,173）减小了一次齐爆药量,17,7.3.3 井巷微差爆破的安全性及减震作用,在有瓦斯危险的工作面内进行爆破工作，以瞬发爆破最安全，但在,这种情况下，全断面只能分次放炮。爆破次数愈多对巷道开挖进度影响,愈大，爆破次数愈少对爆破效果和震动作用影响愈大。,研究指出，若爆破前瓦斯浓度已达爆炸极限，则总延期时间超过,75100ms，就有可能引燃瓦斯。,因此，在有瓦斯危险工作面内采用,微差爆破时，总延期时间有明确规定：,130ms。爆破前必须严格检,查工作面内瓦斯含量，并按安全规程规定进行装药、放炮。,从理论上讲，相邻两段爆破引起的爆破地震，,若时间间隔等于爆破,振动周期T的一半和T/2的奇数倍，可以使两次爆破峰谷相消，最大程,度地降低地震效应。,微差爆破不仅可以改善岩石破碎质量，提高爆破效果，而且可以减,小在巷道围岩内产生的震动。,7.3.3 井巷微差爆破的安全性及减震作用,18,瑞典从20世纪50年代开始，率先研究一种能按设计轮廓线爆破岩体，使巷道周壁或开挖面平整，并使围岩不受明显破坏的控制爆破技术，即,光面爆破技术,。美国、加拿大等国也相继进行了研究。,我国自1970年以来，在矿山、水利、地下工程中获得了广泛应用光面爆破技术，至今成为控制开挖轮廓线的主要爆破方法之一。特别是光面爆破与锚喷支护相结合后，已成为井巷工程中一项重大技术改进。,7.4 光面爆破和预裂爆破,7.4.1 光面爆破,瑞典从20世纪50年代开始，率先研究一种能按,19,图7.4 普通爆破和光面爆破的效果,(a)普通爆破 (b)光面爆破,1）概述,光面爆破效果见图组,7.47.13,图7.4 普通爆破和光面爆破的效果1）概述,20,7毫秒延时爆破理论PPT课件,21,2）光面爆破及特点,光爆实质,是在断面设计的轮廓线上布置间距较小相互平行的炮孔，控制装药量及不耦合装药结构，选用低密度、低爆速（低威力）炸药并同时起爆，沿炮孔连线将岩石切断崩落。,适用于断面周边一层岩石，爆后断面符合设计要求、围岩,形状规整。表面光滑、损伤小、保持稳定。,特点：减少超欠挖；,井巷成形规整、质量高；,围岩稳定，自身承载能力强，减少支护及用材；,掘进速度快、成本低、施工安全；,钻孔质量要求高。,2）光面爆破及特点,22,3）光爆原理,光面爆破的基本原理是合理选择周边眼爆破参数（即眼间距、抵抗线、装药量），在井巷掘进轮廓线上钻凿相互平行的炮眼；控制炸药的爆破作用，选用低密度和低爆速的炸药或专用药包，控制每个炮眼的装药量和装药结构，降低炸药爆炸的初始冲量；保证周边眼同时起爆，使炸药的爆炸作用刚好切断周边炮眼连线上的岩石，形成贯穿裂缝，从而减少了对炮眼眼壁岩体的破坏，并将井巷轮廓线内岩石崩落下来，爆后形成围岩形状规整、表面光滑，符合设计要求的井巷断面。,关于裂缝形成的机理有以下三种观点：,3）光爆原理,23,应力波叠加原理,相邻两孔装药同时爆炸,时，应力波沿炮孔连线相,向传播，相互干涉叠加，,当切向拉应力大于岩石的,抗拉强度时，切断岩石形,成贯穿裂缝，图7.14,。,图7.14.1 相邻炮孔同时爆炸时炮孔连线上的应力,（图上数字：经历时间，s）,应力波叠加原理图7.14.1 相邻炮孔同时爆炸时炮孔连,24,以高压气体为主要作用的理论,U.兰格福斯、山口梅太郎等人认为，爆生气体的作用对预裂爆破和光面爆破成缝的影响更大。试验证明，两圆孔连线与孔壁的交点在切线方向产生很大的拉应力。因此，裂缝应首先在孔壁上出现。预裂爆破与光面爆破时岩石的开裂，可认为是由孔壁切向拉应力造成的，而且孔的间距与裂缝的开裂关系很大。,据上得出以下结论：不论是单孔或是两孔同时起爆，裂缝均能产生，后者更易形成裂缝；强调堵塞和不耦合装药结构，使爆破气体在炮孔内作用时间延长；要求使用爆速低、生成气体量多的炸药；他们认为应力波不会形成孔间贯穿裂缝，仅能形成潜在的闭合裂缝，对于单孔而言，这些裂隙是无规则的，对于双孔而言，两孔连线方向的裂缝最长，裂缝的贯穿是在气体作用下完成的；裂缝是由孔壁向中间发展的。,以高压气体为主要作用的理论,25,应力波与爆生气体共同作用原理,实际爆破时，两孔难以保证同时，故连线上应力波叠加难以实现。因此，认为贯穿裂缝的形成，是基于各装药爆炸所激起的应力波先在孔壁上产生初始裂缝，然后，在爆生气体静压作用下，形成“气楔”使裂缝扩展，最终贯通。,图7.14.2 光面爆破断裂面的形成,a炮孔和装药；b孔边初始裂纹；c贯穿裂缝形成,应力波与爆生气体共同作用原理图7.14.2 光面爆破断裂,26,4,),光爆参数,(1),不耦合系数(,K,b,),由不耦合装药炮孔壁上产生的冲击压力知,令 可求得,K,b,。,一般取,K,b,1.52.5,(2)最小抵抗线(,w,),在爆破中，为了使保留区岩壁光滑而不致破坏，抵抗线,w,也不宜过大，否则爆破后不能形成光滑的岩壁，达不到光面,爆破的目的。,因此对于露天深孔光面爆破的抵抗线,w,最好采用与钻孔直,径,d,有关的关系式计算，即,w,=(720),d,；或,w,=(1.52.0),a,4)光爆参数,27,(3) 钻孔直径(,d,),深孔爆破时，公路、铁路与水电取80100mm，大直径,150300mm多用于矿山；浅孔爆破取4250mm。,(4)台阶高度(,H,),与主爆区台阶高度相同，一般情况，深孔不大于15m，,浅孔取1.55.0m为宜。,(5)炮孔超深(,h,),h,=1.51.5m，孔深大、岩石坚硬完整者取大值，反之取,小值。,(3) 钻孔直径(d),28,(6)炮眼间距,(,E,),根据不同的光爆原理有不同的确定方法。炮孔间距一般为,孔眼直径的1020倍；,也可按,E,=,mW,确定（,m,取0.60.8），如,图7.15,。,在节理裂隙比较发育的岩石中应取小值，整体性好的岩石,可取大值。,图7.15 光爆参数示意图,E,W,(6)炮眼间距(E) 图7.15 光爆参数示意图,29,(7)起爆时差,( ),周边眼最好同时起爆，周边眼与相邻孔，一般在50100ms，随孔深,不同变化。,时差越短则壁面平整效果越有保证, 图7.16 。,图7.16,起爆时间对光面爆破效果的影响,（a）不同段秒差延期起爆；,（b）齐发爆破；,（c）微差起爆,(7)起爆时差( )图7.16 起爆时间对光面爆破效,30,(8)单位装药量(,q,),单位装药量又叫线装药密度和装药集中度，它是指,单位长,度孔眼中装药量的多少,(gm或kgm)。为了控制裂缝的发,展，保持新壁面的完整稳固，在保证沿孔眼连线破裂的前提,下，应尽可能减少装药量。,也可按教材计算。,软岩一般用 70120gm，,中硬岩为 100150gm，,硬岩为 150250gm。,(8)单位装药量(q)软岩一般用 70120gm，,31,5,),施工要点,钻孔质量：,做到“准、平、直、齐”,装药结构：,起爆顺序,： 光面爆破与主体爆破一起分段延期起爆，也,可采用预留光爆层在主体爆破后起爆。,多采用,标准药卷空气间隔装药；,小直径药卷间隔装药；,如图7.17 所示,小直径药卷连续装药。,5)施工要点多采用标准药卷空气间隔装药；,32,图7.17.a 光面爆破炮孔装药结构,1导爆索；2堵塞段；3中间装药；4底部增强装药,图7.17.a 光面爆破炮孔装药结构,33,图7.17.b 光面爆破炮孔装药结构,图7.17.b 光面爆破炮孔装药结构,34,6）光爆标准（质量控制标准）,开挖壁面岩石的完整性用岩壁上炮孔痕迹率来衡量，炮孔痕迹率也称半孔率。,光面爆破的质量控制标准是什么?,（1）眼痕率，硬岩不低于80%，中硬岩不小于60%;,（2）软岩巷道周边成型应符合,设计,要求;,（3）两炮的衔接台阶尺寸，眼深小于3m时，不得大于150mm，眼深为5m,时，不得大于250mm;,（4）岩面不应有爆震裂缝;,（5）巷道周边不应欠挖，平均线性超控值应小于200mm。,光面爆破的标准,（1）岩壁上留下的半圆形炮眼残痕应该占周边眼数量的百分之五十以；,（2）岩壁上超欠挖深度不得超过150mm。岩面上不得留有明显的炮震裂痕。欠挖还不得超过质量标准的要求。,6）光爆标准（质量控制标准）,35,在水电部门,1）对节理裂隙极发育的岩体，一般应使炮孔痕迹率达到10%50%；,节理裂隙中等发育者应达50%80%；,节理裂隙不发育者应达80%以上。,围岩壁面不应有明显的爆生裂隙。,2）围岩壁面不平整度（又称起伏差）的允许值为15mm。,3）在临空面上，预裂缝宽度一般不宜小于1mm。,影响轮廓爆破质量的因素，除爆破参数外，主要依赖于地质,条件和钻孔精度。这是因为爆生裂缝极易沿岩体原生裂隙、节,理发展，而钻孔精度则是保证周边控爆质量的先决条件。,在水电部门,36,7.4.1 预裂爆破,1）概述,所谓预裂爆破，就是沿露天矿设计边坡境界线，钻凿一排,较密,集的钻孔,，每孔装入少量炸药，在采掘带主爆孔未爆之前先行,起爆，从而,炸出一条,有一定宽度（一般大于12cm）并贯穿,各钻孔的,预裂缝,。,由于有这条预裂缝将采掘带和边坡分隔开来，因而后续采掘带,爆破的,地震波在预裂带被吸收并产生较强的反射，,使得透过它,的地震波强度大为减弱，从而降低地震效应；,切断爆破区裂隙,向边坡延伸，,减少对边坡岩体的破坏，提高边坡坡面的平整,度，保护边坡的稳定性。,7.4.1 预裂爆破所谓预裂爆破，就是沿露天矿设计边坡境界,37,预裂爆破与普通生产爆破相比，减震效果一般可达,460。,工程经验实测数据表明，由于预裂缝的作用，爆破震动可减,少,5082，,破坏范围可缩小,40，,预裂面的不平整度为,20cm，,孔壁的保留程度为：坚硬岩石大于,80，,软岩大于,50。,预裂爆破与普通生产爆破相比，减震效果一般可达460。,38,2）预裂爆破原理,与光面爆破一致，消灭粉碎区，控制破裂区。,预裂爆破与光面爆破很相似，它是在光面爆破的基础上,发展而来的，,所不同的是：,光面爆破是,光面眼前面的岩石,都崩落后,再才进行爆破，它有最小抵抗线；而预裂爆破是在,预裂眼前面的岩石都没有爆的情况下,所进行的爆破 。,3）预裂爆破的优点,预裂爆破形成裂隙后，前面的炮孔再爆破时,所产生的应力波遇到裂缝就会发生反射；,隔离了爆区裂隙向保护区延伸。从而减弱了对保护区边坡的冲击破坏，使边坡岩体完整稳定。,2）预裂爆破原理,39,4）预裂爆破参数,（1）炮孔直径,一般采用潜孔钻机，孔径从90150mm，也有用,200mm的。一般孔径越小，留的孔痕率越高。,（2）不耦合系数,由于不偶合装药，因而药包与孔壁之间形成了一定的环形间隙。环形间隙的存在，可降低爆轰波的初始压力，保护孔壁及防止其周围岩石出现过分粉碎；同时还可以延缓爆破作用时间，有利于预裂缝的扩展，图7.18。,不偶合系数的大小，主要与岩石性质有关。,根据国内外资料，一般以,25,为宜。,4）预裂爆破参数,40,图7.18 不耦合装药结构示意图,图7.18 不耦合装药结构示意图,41,（3）线装药密度,指单位炮孔长度的装药量（不包括填塞部分）,保证孔壁不损坏的线装药密度：,=2.75,压,0.53,r,0.36,保证形成贯通裂缝的线装药密度：,=0.36,压,0.63,a,0.67,在钻孔底部约1m左右，由于夹制严重，其线装药密度应根据岩性不同，适当增大装药量，一般,增大12倍,。,（4）孔距,一般为钻孔直径的715倍，即,a,=（715）,D,硬岩一般取较小值，软岩取大值。,（3）线装药密度,42,马鞍山矿山研究院推荐的预裂孔孔距经验公式：,式中：,a,预裂孔孔距，cm；,D,钻孔直径，cm；,K,不偶合系数。,（5）预裂爆破的台阶高度,H,以,H,15m 为宜,。,当挖深大于15m时，宜采用分层爆破。层间应设平台，平台宽度1.52.0m。,马鞍山矿山研究院推荐的预裂孔孔距经验公式：,43,（6）预裂孔深,即要考虑不留根底，又要考虑不破坏岩石的整体结构。,（7）填塞长度,良好的填塞能充分利用炸药的爆炸能量，减少爆破有害效应的产生。,一般情况下，填塞长度与炮孔直径有关，通常,取炮孔直径的1220倍。,（6）预裂孔深,44,5）施工技术,为了获得较整齐的预裂壁面，必须确保钻孔精度。国内外,预裂爆破实践表明，孔底的钻孔偏差不应超过1520cm。对,沿预裂面方向的偏差可以放宽一些，但对垂直预裂面方向的,偏差要严格控制，只有这样，才能保证壁面平整。,预裂钻孔的下部，通常距孔底1m左右仍有裂缝出现。如,果底部也要保护，应适当减小孔深。此外，为了防止采掘爆,破的地震波从预裂线端部绕过去，预裂缝端部应比采区伸长,(60100)D，即为孔径的60100倍。为了更好地保护边坡，临近预裂线的几排采掘钻孔，最好也适当缩小孔距、排,距（或抵抗线）和装药量。,5）施工技术,45,总之，预裂爆破是保护露天矿边坡的有效措施，特别对于,稳固性差或需要重点保护的边坡地段，更有必要精心使用预,裂爆破。当然，相对于正常的采掘爆破来说，预裂爆破的钻,孔、爆破工作量大，施工工艺复杂，费用也较高，这是它的,最大缺点。,总之，预裂爆破是保护露天矿边坡的有效措施，特别对于,46,6）预裂爆破的效果,一般要求：,首先形成裂缝，地表裂缝宽度不应小于1cm；,预裂面保护平整，不平整度小于15cm；,壁面上孔痕百分率，硬岩中不小于80，软岩中不小,于50；,减震要求。,6）预裂爆破的效果,47,