控制爆破基本原理课件

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,*,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,*,第二章 控制爆破基本原理,1,控制爆破的特点,1,、爆破对象和材质多种多样,2,、爆破区周围环境复杂,3,、爆破技术比常规爆破要复杂,2,控制爆破的定义,根据工程要求和爆破环境、规模、对象等具体条件，通过精心设计、施工与防护等技术措施，严格控制炸药爆炸能量的释放过程和介质的破碎过程，既要达到预期的爆破效果，又要将爆破的影响范围和危害作用严格地控制在允许限度之内，这种对爆破效果和爆破效应同时加以控制的爆破。,称控制爆破。,3,爆破对象,爆区环境,工程要求,爆破设计,设计原理？,4,基本原理,自然科学和社会科学中具有普遍意义的基本规律。是在大量观察、实践的基础上，经过归纳、概括而得出的。既能指导实践，又必须经受实践的检验。,5,2.1,等能原理,根据被爆破物状况、环境条件及工程要求，优选爆破参数，正确计算每个炮孔内的装药量，以使每个炮孔内炸药爆炸释放出的能量与该孔周围介质达到预期爆破效果所需的能量相等，,而无多余的能量造成爆破危害。,这一原理称为,等能原理,。,6,2.1,等能原理公式,公式表述,E= B E= B/,E,炸药爆炸释放出的能量；,能量利用率,B,介质破碎所需要的能量。,炸药爆炸对介质的破坏过程十分复杂，因此，迄今为止还没有能在理论上研究清楚。计算机技术的发展，对某种介质爆炸破坏时的部分能量在理论上估算是可能的，但是达到精确的定量计算则是十分困难。,7,2.2,装药量计算,公式的导出,假定,重为,Q,的药包埋在,w,深处爆炸后形成一个半径为,r,的爆破漏斗。如下图所示。,8,可以是不同的药包形状,9,1.2.1,公式的导出,W=Constant,Qr,，,n=r/W,，,n,装药量,Q,是爆破作用指数,f(n),的函数,.,函数,f(n),在标准爆破漏斗时,f,s,(n),应为,1,10,2.2.1,公式的导出,漏斗形状,n,=,Constant,Q,W,、,r,Q,是,W,的函数。,Q,=,f,s,(,W,),由上述两点，每孔装药量是爆破作用指数,n,和最小抵抗线,W,的函数,:,Q,=,f,(,n,).,f,s,(,W,),为一般形式的药量计算公式与经验无关,11,2.2.1,公式的导出,对于一般工程爆破，有,f,(,n,)=0.4+0.6,n,3,f,(,w,)=,k,2,W,2,+,k,3,w,3,+,k,4,w,4,K,2,W,2,炸药克服介质粘结力形成断裂面所需能量；,K,3,W,3,使介质破碎所需能量；,K,4,W,4,使介质重心移动一定距离所需能量。,12,2.2.1,公式的导出,Q=(0.4+0.6n,3,),(,k,2,w,2,+k,3,w,3,+k,4,w,4,),兰格弗尔斯使用狄纳米特,35%N.G,炸药，在花岗岩中进行梯段钻孔,标准松动爆破,(n=1),时其药量计算公式为：,Q=70 w,2,+350w,3,+4w,4,引入,比装药量,，即破碎单位体积介质所需要的炸药用量,:,q=Q/,w,3,=70/w+350+4w,13,Q=70w,2,+350w,3,+4w,4,q=Q/w,3,=70/w+350+4w,画出,w-q,曲线,14,2.2.1,公式的导出,当,1.4m,W,15m,时，,q400g,在台阶爆破和,W,15m,的硐室爆破中,计算装药量公式：,Q=qW,3,=qV,q=Q/,w,3,=70/w+350+4w,15,2.2.1,公式的导出,当,W15m,时,q=Q/w,3,=70/w+350+4w,70/w=70/15=4.7,5g,，,W15m,的爆破，忽略,7,0/w,，采用,K,3,W,3,+K,4,W,4,公式计算药量。,我国爆破界，在计算,Q,时常用体积公式，而岩石的抛掷问题则用爆破作用指数,f(n),表示。,16,2.2.1,公式的导出,当,w1.4m,时,q=Q/,w,3,=,70/w+350+4w,第三项,4W5.6g,对比装药量的贡献不大，去掉。,随着,w,的降低，炸药单耗急剧增加，上式的第一项起重要作用。,药量计算的面积体积公式：,Q=,k,2,W,2,+k,3,w,3,17,18,2.2.2,面积体积公式,Q,=,k,2,W,2,+,k,3,W,3,w,只是表达被爆破体几何尺寸的一个特征尺寸。如梯段爆破中的台阶高度,H,和孔距,a,，可用,H/W,和,a/W,来表示。同理，,W,2,和,W,3,也可用被爆破体的剪切面积,A,和破碎体积,V,来表征。再将式中的,K,2,和,K,3,分别用,q,1,和,q,2,来代替，则药量计算公式变成下式,:,Q,=(,q,1,A,+,q,2,V,).,f,19,2.2.2,面积体积公式,Q=(q,1,A+q,2,V).f,Q ,单孔装药量，,(g);,A ,被爆破体的剪切面积，,(m,2,);,V ,被爆破体的破碎体积，,(m,3,) ;,q,1,面积系数，,(g/m,2,);,q,2,体积系数，,(g/m,3,);,f ,自由面系数。,20,自由面对炸药单耗的影响,炸药单耗, 0.1 kg/m,3,炸药单耗, 0.5 kg/m,3,炸药单耗, 1.0 kg/m,3,21,自由面系数的确定,自由面数,系数,f,1,1.15,2,1.00,3,0.85,4,0.75,Q,=(,q,1,A,+,q,2,V,).,f,22,剪切面积,A,和破碎体积,V,爆破体为方形或矩形,:,A,=,W H,=,b H,(m,2,),V,=,W H a,=,a b H,(m,3,),Q,=(,q,1,A,+,q,2,V,).,f,23,剪切面积,A,和破碎体积,V,梁、柱炮孔布置在中心线上,:,A,=,B H,(m,2,),V,=,B H a,(m,3,),Q=(q,1,A+q,2,V).f,24,体积系数,q,2,Q=(q,1,A+q,2,V).f,按,装药量与被破碎介质的体积成正比,来确定。,被爆体材质相同、所用炸药相同，,q,2,值是一个常数。,砼和钢砼只炸碎砼而不炸断钢筋，两者的,q,2,相同,砖砌体强度低于砼，其,q,2,值应该小于砼,石砌体的岩石强度较高，相应的,q,2,值应比砼的略大。,天然岩石的强度、风化程度、节理裂隙发育程度变化较大，其,q,2,值相应波动较大。,W,1m,、采用,2,号岩石炸药,25,材 质,q,2,/g.m,-3,适用范围与介质破碎效果,砼 或 钢 筋 砼,150,小型条形截面构件，要求严格控制碎块飞出,砼,150,砼体破碎，,R,在,510m,以内,一般布筋的钢砼,150,砼破碎脱离钢筋,R,在,510m,以内,布筋粗密的钢砼,150,砼破碎脱离钢筋,个别碎块散落在,1015m,内,重型布筋的钢砼,150,砼破碎，主筋变形,少量碎块飞散在,20m,内,浆 砌 砖 体,100,砌体塌散，少量飞石散落在,1015m,以内,浆砌片石或料石,200,砌体破裂，浆缝炸松,飞石散落在,1015m,内,天 然 岩 石,150,250,岩石破碎松动，少量碎块抛落在,520m,以内,表,2-5,体积系数表,p24,26,(4),面积系数,q,1,Q=(q,1,A+q,2,V).f,面积系数的规律：,q,与,W,成反比,(q=70/W),;,介质相同，面积系数不是常数，但它与最小抵抗线的乘积接近一个常数,C,1,，,q,1,W C,1,或,q,1, C,1,/W,C,1,值与介质的抗拉、抗剪强度有关，与材料的整体性有关,;,与被控制物的破碎程度、碎块飞散的远近有关，所以,C,1,值有一个波动范围。,面积系数,q,1,的确定见下表,27,表,2-5,面积系数表,p24,28,2.2.3,体积公式,Q,=,q V,V,为被爆破体体积，,m,3,。,q,为单位用药量系数，,g,/,m,3,；,q,与炸药、材质、爆破效果有关，是,W,的函数。,29,壁厚,/cm,q / g.m,-3,Q.V,-1,/ g.m,-3,37/1.5,块砖,21002500,20002400,49/2,块砖,13501450,12501350,62/2.5,块砖,880950,840900,75/3,块砖,640690,600650,89/3.5,块砖,440480,420460,101/4,块砖,340370,320350,114/4.5,块砖,270300,250280,表,2-6,砖烟囱,爆破单位用药量,q,表,p26,30,壁厚,/cm,q / g.cm,-3,Q.V,-1,/ g.m,-3,25,30003500,30003500,30,18002500,15002300,40,12001500,10001300,50,9001000,700800,60,660730,530580,70,480530,380420,80,410450,330360,表,2-6,钢筋砼烟囱爆破单位用药量,q,表,p26,31,其他爆破单位用药量表,不同材质的炸药单耗见表,2-7,（,p2627),钢筋混凝土梁柱爆破单耗见表,2-8(p27),验证：,32,2.3,两个药量计算公式的比较,Q=(q,1,A+q,2,V).f Q=q V,两个公式均是经大量的爆破试验总结出来的经验公式。, 两者都注意到了，,W,1.4m,时，,W,q,，公式中用不同方式反映出来。, 面积体积公式的物理意义较明确，体积公式计算简单方便。,33,2.3,两个药量计算公式的比较,设计思想,体积公式,。设计思想是多打孔少装药，以控制飞石、振动，确保爆破安全。公式中的炸药单耗与材质、自由面数量、最小抵抗线大小和破碎程度有关。,面积、体积公式,。孔网参数比体积法大，钻孔量较少，爆破成本较前者低。计算较复杂。,计算结果,是经验公式，有系数，有时用两个公式计算出的结果偏差较大。,34,2.4,控制爆破中药量确定步骤,根据爆区环境、被爆物结构形状、尺寸大小和安全要求，用,查表法,或,工程类比,法，初定炸药单耗、计算每孔装药量,;,在防护条件下，小规模,试爆,，根据试爆情况调整并确定炸药单耗和每孔装药量,;,爆破条件,发生变化，经工程师同意，可调整装药量,；,工程师也应根据爆破条件随时改变装药量,。,爆破后总结提高，积累工程经验。,35,例,1,钢筋混凝土立柱药量计算,正常布筋的,钢筋混凝土立柱,截面尺寸：,0.5m0.4m,孔 距：,a=0.5m,试进行药量计算。,解：,A=BH=0.50.4=0.2m,2,V=Bha=0.50.40.5=0.1m,3,q,1,=(26-32)/w=(26-32)/0.2=130-160kg/m,2,q,2,=150kg/m,3,(,表,2-5,P24,）,q=80420 (,表,2-8,P27),Q=(q,1,A+q,2,V)f=(1500.2+1500.1) 0.75=3035g,Q=qV=(380420) 0.1=3842g,用,35g,试爆,36,例,2.,钢筋混凝土桥台帽,W=b=0.4 m,；,a=0.4m H=1.5m,钢筋混凝土桥台帽，介质为一般布筋的砼,用两种公式求前排中孔装药量,解,:,A=0.41.5=0.6m,2,V =0.40.41.5 =0.24m,3,37,例,2.,钢筋混凝土桥台帽,A=0.6m,2,;V =0.24m,3,q,1,=(26-32)/W=,(26-32) /0.4=65-80g/m,2,q,2,=150g/m,3,(p24),Q=(65-800.6+1500.24)1,=75,84g,q=360440g/m,3,(P26),Q,中,= qV =360,4400.24=87106 g,可用,85g,或,90g,试爆。,The end,38,第三节,缓冲原理与装药结构,3.1,缓冲原理,3.2,不耦合装药,3.3,控制爆破中的装药结构,3.4,分层装药结构,39,3.1,缓冲原理,选择适宜的炸药品种或合理的装药结构，缓和爆轰波峰值压力对介质的冲击作用，使爆炸能量得到合理的分配和利用，以期达到减少爆破危害、改善爆破效果的目的，这一原理称为缓冲原理。,40,3.2,不耦合装药,不耦合装药结构：径向不耦合,体积不耦合,体积不耦合装药：间断不耦合,底部、中部、上部不耦合,不耦合介质可以是水也可以是空气。,41,3.2,不耦合装药,不耦合装药可分为径向不耦合、体积不耦合，体积不耦合装药结构中又可分为间断不耦合、底部、中部、上部不耦合装药结构。不耦合介质可以是水也可以是空气。,42,炮孔压力,-,时间曲线,t,1,-,药包爆轰反应历时,;,t,2,-,爆炸气体膨胀作用时间,;,p,2,-,爆轰压力,;,p,3,-,膨胀后的爆炸压力,研究表明：随着不偶合系数的增加，孔壁及介质中的应力峰值下降，作用时间增加，当,k,从,1,增至,2.67,时，应力峰值下降,3,4,倍，作用时间增加,8,15,倍。,P,2,高，曲线陡，能量利用率越低；,t,2,越长爆轰压力作用时间越长，爆压可使已形成的初始裂缝扩展越充分，爆炸能利用率越高。,43,硝铵炸药,30kg，不耦合系数分别为1、1.5、2.0、2.3、3.0，充填介,质,分别为空气、水和沙土。,爆破振动速度的影响,44,45,46,结论,47,不耦合装药,不耦合装药特点：不耦合装药明显延长爆轰气体对孔壁作用时间，降低炮孔周围介质中的压应力，且不耦合系数越大，压力降低越大,降低爆破地震效应。爆破地震效应随不耦合系数的增大而降低，但是，当不耦合系数大于,2,时降振效应不明显。,在破碎爆破中的应用：采用较小不偶合系数。作用于孔壁上的爆压分布均匀，降低介质过粉碎区，改善破碎效果，减少飞石。,在控界爆破中的应用：采用较大的不偶合系数。不耦合装药的目的是降低作用于孔壁上的爆压，减少爆破对孔壁从而对岩体的损伤，提高半孔率和控界质量。,48,3.3,控制爆破中的装药结构,台阶爆破装药结构画图；为什么要讲装药结构？,密实装药结构；,分层或分段密实装药结构；,导爆索药串装药结构；,导爆索密实装药结构；,小药包空腔装药结构；,导爆索联结的分层装药结构；,导爆索空腔装药结构、导爆索水孔装药结构；,细药卷空腔装药结构、细药卷密实装药结构等,49,密实装药结构,50,空腔装药结构图,51,分层装药结构图,52,导爆索联接的装药结构图,53,串珠装药结构图,54,导爆索捆绑装药结构,55,导爆索,+,空腔装药,/,水孔装药,56,细药卷空腔装药结构,57,空腔装药,58,3.4,分层装药,1),L1.6W,分层装药,2) q,10g,3) L,1,0.9w1.1w; 200mmL,2,1.2w,59,3.4,分层装药,孔 深,分层数,药 量 分 配,/%,上 层,中 层,下 层,L1.5W,1,100,1.6WL2.5W,2,40,60,2.6WL3.7W,3,30,30,40,L3.7W,4,60,3.4,分层装药注意事项,保证堵孔长度为,0.9,至,1.1,，以防出现飞石。, 孔内分药包中心距不小于,200mm,，不大于,1.2,。, 分层药包重不小于,10g,。, 导爆索联接药包时，导爆索药量折算为,20,25,/m,岩石炸药。,(5),药包在孔内的分层数一般不大于,4,层。药量在孔内的分配原则是上少下多。,若不满足上述条件可重新调整分层数和每层药量。,61,第一节,微分原理与孔网参数,1.1,微分原理,将爆破介质所需要的总装药量，均匀分散地分布在被爆破介质中，形成多点分散的布药形式，并分次逐段起爆，使炸药能量释放的时间分开，防止能量过于集中，从而达到减少爆破危害、爆破效果好的目的。这一设计原理称为微分原理,。,在城镇控制爆破中，由于被爆破体所处环境条件的不同，对被爆破体破碎块度的要求不同，从保证安全角度考虑，针对某一实际爆破对象，为达到预期的工程目的，要用微分原理的设计理念，合理地布置炮孔，正确的确定孔网参数。,62,1.2,孔网参数的确定,孔网参数（,Borehole pattern,）,：,最小抵抗线,W,（,Burden of hole,）,、,孔距,a,（,Borehole space,）,、,排距,b,（,Row span,）,、,孔深,L,、炮孔直径,d,、装药段长度、堵塞段长度等,控制爆破中孔网参数的确定要考虑被爆体材质情况、几何尺寸、清渣情况、环境情况等多种因素影响。,63,1.2.1,最小抵抗线,W,的确定,装药重心到自由面的距离为最小抵抗线,W,。,最小抵抗线的确定方法：,根据结构物形状、尺寸的不同确定,W,根据结构物材质的不同确定,W,在拆除爆破中，常用钻孔直径为,40mm,64,1.2.1,最小抵抗线,W,的确定,结构物形状与尺寸的不同最小抵抗线也不同,:,块体垂孔,板,梁、柱,弧形薄壁结构,65,块体垂孔第,1,排、第,n,排垂直炮孔的,W,起爆方式：从左向右逐排起爆。,66,板中斜孔的,W,67,梁柱,68,梁,?,69,弧形薄壁结构,W,按,0.5B,计算,70,根据材质的不同确定,W,对于,40,炮孔：,钢筋混凝土,0.30.5m,混凝土体,0.40.6m,浆砌块石,0.50.7m,天然岩石,0.50.9m,要综合考虑被爆体的形状、材质、几何尺寸、清渣、环境、孔径等多种因素确定,w,。,71,1.2.2,孔距,a,排距,b,的确定,孔距,a,：,a = m W,排距,b,b,= (0.61.0),a,b,= (0.6,0.9),a,齐爆,b,= (0.8,1.0),a,排间微差或逐排起爆,m,-,炮孔临近系数。,不同材质和不同结构物的,m,值见表,2-1,（,p18),。,72,表,2-1,炮孔临近系数经验值,爆破介质,炮孔临近系数,m,混凝土块体,1.01.3,钢筋混凝土块体,0.71.0,钢筋混凝土梁柱,1.22.0,浆砌砖墙,1.23.6,浆砌块石,1.01.5,岩石,(,硬岩取小值,),0.81.5,a = m W,73,a、b取值原则,a,、,b,取值要合理。,a,、,b,取值过大破碎块度也大，不利于安全。,a,、,b,取值过小成本提高或沿孔间贯穿出现大块，或先响孔将后响孔内的炸药压死或带出。,对于,40,炮孔，,a,、,b,通常大于,0.2m,。,74,1.2.3 孔径d与孔深L的确定,孔径,d,选择炮孔直径时，要考虑安全要求，环境条件，工程规模等因素。在城镇爆破一般采用小孔径炮孔,d,，即孔径,d=3842mm,。,孔深,L,计算式,: L =c H,H,为被拆除物一次爆除的厚度,;,c,为边界条件系数,见下表。,75,边界条件系数,边,界,条,件,系数,c,爆裂面底部有,0.60.9,爆裂面位于变截面上,0.91.0,爆裂面位于等截面上,1.0,爆裂面有伸缩缝,、,施工缝,0.70.8,76,1.2.4,孔位的确定,孔位：垂直孔、水平孔、倾斜孔,垂直孔：,钻孔容易，便于装药和孔口堵塞，若条件允许应优先采用。,水平孔：,装药、堵孔速度较慢，无法钻竖孔的梁、柱、墙爆破施工。,倾斜孔，钻孔困难，主要用于特殊结构物的控制爆破施工。,77,第四节失稳原理与临界炸毁高度,4.1,失稳原理,4.2,失稳原理应用,4.3,钢砼立柱临界炸毁高度的计算,4.4,钢砼立柱最小炸毁高度的计算,4.5,作业,78,4.1,失稳原理,分析被拆除物受力状态，爆除结构物的某些关键承重部位，使之失去承载力，结构物整体失去稳定性和刚性，在自重作用下坍塌或倾倒，称这一设计思路称为失稳原理。,失稳方法：不同爆高、不同时差、重心移出法,79,80,楼房爆破应用失稳原理,81,南宁一待售房爆破后未倒塌成,“,楼歪歪,”,据新华社电,2011. 4.1 18时左右，广西南宁市一小区一栋6,层新楼爆破后倾而未倒，呈,40,度角倾斜，随即该楼照片开始在网上流传，被称为广西“楼歪歪”。,82,重心未移出，结构物的刚度破坏不足,83,钢筋砼立柱临界炸毁高度,84,钢筋砼立柱临界炸毁高度,85,临界炸毁高度的计算,材力中：知压杆的材料、形状、支承状况和长度，,求临界荷载,p,。是压杆稳定问题。,失稳中：知钢筋的材料、形状、支承情况和荷载大小，,求钢筋失稳时的最小高度,，简称为临界炸毁高度。,86,4.3,钢筋砼立柱临界炸毁高度,荷载,P,的粗算,在进行临界炸毁高度的计算时，需对立柱所承受的荷载进行粗算。,一般算法是粗略计算立柱上部建筑物内砖砌体、砼、钢筋混凝土等建筑材料的体积，再乘以材料容重即可求出荷载,P,87,名称,容重,kg/m,3,名称,容重,kg/m,3,水泥砂浆,2200,硅酸盐砖,1700-1900,石灰砂浆,1700,矿渣砖,1400-1600,混合砂浆,1700,水泥砖,1600-2400,素混凝土,2400,水泥花砖,1980,泡沫混凝土,300-900,土坯砖,1400-1500,钢筋混凝土,2500,碎砖,1100,耐火砖,1900-2100,水泥,1200,轻质空心砖,600-1200,水泥散装,1450,2012,公路造价师考试大纲,88,要计算临界炸毁高度，首先确定所有立柱的受力状况，计算所选立柱竖向钢筋,(,主筋,),上的垂直荷载，判别受力钢筋属于那种类型的压杆，采用相应公式进行计算。,钢筋的拉压试验,89,e,比例极限,s,屈服极限,压杆的临界应力与,细长比,之间的关系曲线,=k.h/d,90,d,主筋直径；,n,为立柱中主筋数量；,A,为主筋横截面积：,A=d,2,/4,；,J,为主筋截面惯性矩，圆形截面钢筋,J=d,4,/64,i,为材料的截面惯性半径，圆形截面的钢筋：,圆形截面钢筋的细长比,为,=,h/i=4h/d,91,P,为立柱所承受的荷载,为作用于钢筋上的轴向压应力,s,为材料的屈服极限,e,为材料的比例极限,92,P/(n A)=,s,时,(,粗短杆,),压杆不存在失稳问题，其破坏形式取决于主筋的屈服强度。当混凝土立柱上的爆破缺口一旦形成，暴露出的钢筋立即被压坏。,93,e,P/(n A)=,s,时,(,中长杆,),直线公式计算临界炸毁高度,:,Cr,= P/(nA) = a-b,=h/i=4h/d,P/(nA) = a-b(4h/d),h,cr,=d/2b(a-P/(nA),（,2-12,）,长度系数，表,2-12,94,P/(a n)=,e,时,(,细长杆,),P/n=P,cr,=,2,EJ/(h,cr,),2,-,长度系数，表,2-12,J-,截面惯性矩,95,4.4,钢砼立柱最小炸毁高度,H,1,= K,1,(,B +H,min,),H,2,= K,2,B,K,1,=,1.52.0,K,2,= 11.5,;,96,4.4,钢砼立柱最小炸毁高度,倾倒方向立柱爆破高度,:,H,1,= K,1,(,B +H,min,),反方向立柱爆破高度,:,H,2,= K,2,B,K,1,=1.52.0 ,K,2,= 11.5;,B,为钢筋混凝土立柱横截面长边的边长,只表示破坏了立柱的强度，但还不一定破坏建筑物的刚度。,适用于钢砼烟囱、牛腿子爆破,97,4.5,作业,作业,1,1.,图,1,为放置于地面的一段钢筋混凝土横梁，试用两种计算公式求：,a,）,单孔装药量；,b,）,总装药量（用体积法计算,Q,时要验算炸药平均单耗）；,c,）,设计并绘出装药结构图。,图,1,钢筋混凝土横梁,98,4.5,作业,作业,2,1.,图,2,为素混凝土块体，试确定：,a),最小抵抗线,w,，孔距,a,，排距,b,，孔深,L,。炮孔直径为,40mm,。,b),计算出每孔装药量。,c,）,绘出装药结构图。,图,2,素混凝土块体,99,Thank You,100,