爆破工程_张云鹏_岩石爆破破碎机理_颚式破碎机_体育竞彩网|网上购彩

爆破工程_张云鹏_岩石爆破破碎机理

作者:体育 来源:体育竞彩网 时间:2024-05-07 05:47:50

  苏联学者哈努卡耶夫认为:不同的岩石,两者各起的作用不同,当岩石的波阻抗较高时,ρCp≥10×105g/cm2·s。岩石坚硬致密时,应力波破坏占根本原因,当岩石的波阻抗较低时,ρCp≥2×105g/cm2·s,岩石较松软时,则爆轰气体的膨胀压力占根本原因。波阻抗在两者之间都起重要作用。

  猛度与爆压(爆速和炸药密度)有关,猛度大,爆轰压力大,应起岩石中的应力波值亦大。

  爆力与爆容(气体生成量和煤热)有关,爆力大,爆轰气体的生成量多,气体膨胀作用强。

  所以对于不同的岩石,可选择不同的炸药,坚硬岩石,选择猛度大的岩石,松软Leabharlann Baidu石选择爆力大的岩石。

  分析上述现象的原因,我们大家可以联想到第一章中应力波向介质交界面入射时的情况。

  应力波向介质交界面入射时,分为透射应力波和反射应力波,向自由面入射时,只有反射应力波,没有透射应力波,反射应力波为拉伸应力波。

  炸药爆炸后,在大理石杆中产生压缩应力波,应力波传到杆的另一端(自由端)反射回来成拉伸应力波,在岩石中产生拉应力,当拉应力大于岩石的抗住压力的强度时,岩石就发生破坏,这种效应叫做霍金逊效应。

  假设入射应力波是三角波,应力波入射遇到自由面时发生全反射,反射称为拉伸波,拉伸应力与压缩应力合成,当合成的拉应力大于岩石的抗拉强度时,岩石就在该处断裂。

  过去有些人认为霍金逊效应就是岩石破坏的根本原因,近几年来的研究和实践表明,岩石的片落并不是岩石破坏的根本原因。从霍金逊效应看,片落的范围很小,当药量较小时,产生片落的可能性较小。

  n值的大小反映了r和W之间的相对关系,即反映了爆破漏斗的形状,n值越大,r越大,W越小,漏斗角θ越大,漏斗越浅,抛掷作用越强;n值越小,r越小,W越大,漏斗角θ越小,漏斗越深,抛掷作用越强。

  (1)自由面。在第一章中,我们讲到自由面的概念,同空气接触的岩石表面,所以它又叫临空面。

  自由面在爆破当中起着重要的作用,上面提到,由于自由面的存在,改变了岩石中的应力状态,使岩石处在更容易破坏的应力状态下,岩石的破坏范围将显著增大。

  当药包在地表附近爆炸时,在地表会形成一个爆破坑,这个坑叫做爆破漏斗,上面谈到是形成σ2是形成爆破漏斗的主要原因。

  爆破漏斗在前面讲爆力时谈到过,可通过爆破漏斗的体积大小反映出炸药的爆力大小。

  这一节爆破漏斗有更深一层的意思。从爆破漏斗的形状、体积大小可以反映出岩石爆破的一些基本规律,爆破漏斗是工程爆破当中最简单,最基本的一种爆破形式,所以从研究爆破漏斗能得出爆破的一些基本规律。(马克思研究政治经济学从商品开始的,我们该从爆破漏斗开始)。

  (2)最小抵抗线。药包中心到自由面的最短距离叫做最小抵抗线,一般用W来表示。

  上面谈到自由面在爆破中起到很重要的作用,由于最小抵抗线是药包中心到自由面的最短距离,所以最小抵抗线在爆破中也具有很重要的意义。

  由于自由面的存在,使得岩石非常容易破碎,而且破碎都是在自由面的一侧,实际上也是最小抵抗线方向,通过实验和现场实践,能得出下面的结论。

  然而,由于炸药的爆炸是在瞬间完成的,(几十μs到ms)作用时间很短,爆炸作用又是在高温度高压力条件下进行的,岩石又具有不均质性和各向异性,所以要全面、准确的认识岩石的爆破破碎机理是十分艰难的,多少年来,各国专家学者对此进行了研究并提出各种理论,然而还都停留在假说阶段,没有成熟的理论,这就成为一项重要的研究课题,还有待于我们研究这个问题。

  σ3总是拉应力,它的大小是(r,φ,t)的函数,方向不是(r,φ,t)的函数,方向仅是φ的函数。

  在药包附近,σ1与r方向重合,远离药包时,σ1方向就发生倾斜,离药包很远时就几乎跟自由面平行。

  σ1正常的情况下是压应力,只有在最小抵抗线方向上靠近自由面很小的范围内才有机会出现拉应力产生局部片落。

  这相当于霍金逊效应当中的岩石片落,因为它的范围很小,所以说霍金逊效应的岩石片落不是岩石破坏的主要原因。

  σ2方向垂直于σ1,坐标按θ角旋转时,σ2与之所成的弧相切,在r,θ所成的平面内。

  径向裂隙是由于岩石质点在应力波作用下产生径向位移,由此产生切向拉应力,因而产生径向裂隙。

  环状裂隙,岩石受压缩后,储存一部分弹性变形能,冲击压力消失后,这部分能量会释放开来,而引起岩石质点向药包中心的位移,从而引起径向拉应力,引起环状裂隙。

  从环状裂隙和径向裂隙的产生,可以说岩石的破坏不仅是由于冲击波和应力波的作用的结果,爆轰气体的膨胀可促使裂隙的发展。

  我们首先看一个实验,(如图所示)。在断面为50×50mm的大理石长杆的一端安置药包,用雷管起爆后能够正常的看到下列现象。

  杆的另一端被破坏成块,称为片落,这部分叫做片落区,在杆的中间部分,没有破坏,只有弹性变形,叫做震动区,随着药量的增加,粉碎区和破碎区和片落区范围增大,震动区减少。

  持这种观点的代表人物有瑞典的Langefors,英国的Livingston等等。

  这种理论认为,炸药中的爆轰波作用于岩体内一些范围内产生冲击波,冲击波衰减为压缩应力波,应力波遇到自由面时发生反射,反射回来的是拉伸应力波,如果拉伸应力波产生的拉伸应力大于该处的岩石抗住压力的强度,则岩石因为拉伸而破坏。

  药包在无限岩体中爆炸时,破坏范围非常小,所以在实际爆破当中很少应用,当采用药壶爆破时,类似于无限岩体中爆炸,能节约打眼的费用,然而炸药费用增加。

  当药包埋置靠近地表时,地表附近的岩石产生破坏,这就是爆破的外部作用,也就是说,在自由面附近,岩石的破坏范围将显著增加。

  近年来,研究表明,当σ2,σ3小于R拉,亦可引起岩石中的径向裂隙延伸,炸药爆炸时产生许多径向裂隙,当σ2与径向裂隙方向呈一交角时,就会使裂隙延伸,从而使破坏范围增大。

  总而言之,由于自由面的存在,改变了岩石中的应力状态,使得岩石处在更容易破坏的应力状态中,使得岩石破坏范围增大(与在无限岩体中相比)。

  实验表明,径向裂隙的延伸速度是应力波传播速度的0.15~0.4倍,即裂隙的生成滞后于应力波的传播,而应力波过后,爆轰气体的膨胀作用时间比较久,爆轰气体的膨胀作用也引起岩石产生径向裂隙,环状裂隙只有在气体膨胀压力解除后才产生。

  在破坏区范围之外的岩体中,应力波进一步衰减,不能引起岩石的破坏,而只能引起岩石质点的弹性震动,这个范围要大的多,一般可达到几十倍至上百倍的药包直径。

  为了控制岩石爆破与抛掷方向,常常在药包附近人为地创造自由面,改变最小抵抗线的方向。

  所以在工程爆破中,首先必须弄清楚最小抵抗线的方向,以确定岩石破碎和抛掷的方向,若需要,须首先改变最小抵抗线)爆破漏斗底圆半径。爆破漏斗从上往下看是一个圆锥形,底部是一个圆形,叫漏斗底圆,它的半径用r表示。

  所以这种理论的主要是根据是:岩体的破碎过程自由面开始,爆轰波波头的压力大于爆轰产物的膨胀压力,岩体中的应力主要由爆轰波压力引起的,岩石的抗拉强度远远小于抗压强度,应力波遇自由面反射后形成拉伸波使岩石破坏。(持这种观点的人不太多)

  这种理论认为岩石的破坏是由爆轰气体和应力波共同作用的结果,它们各自在岩石破坏过程的不同阶段起重要作用。

  (4)爆破作用半径。药包中心到漏斗底圆上任意一点的距离,用R来表示,又叫漏斗的破裂半径。

  (6)爆破漏斗可见深度。爆破漏斗爆破后,岩石被抛出去,部分岩石回落回来,砟堆表面到自由面的最短距离,用h来表示。

  当药包埋置在地表以下很深处爆炸时,地表不可能会出现明显的破坏,这种作用叫做爆破的内部作用,相当于在无限岩体中的爆炸情况,在无限岩体中炸药爆炸后岩石的破坏范围很小,根据岩石的破坏情况,一般将岩石的破坏分为三个区域。

  炸药爆炸后,释放出高温度高压力的气体,冲击波的压力远超于岩石的动抗压强度,再加上非常高的温度,使得岩石被压得粉碎,特别是紧挨着药包的岩石会产生塑性流动,岩石被压缩成一个空腔,这个空腔又叫压缩区(粉碎区)。

  关于岩石爆破破坏机理,归纳起来就这三类,当然每一种观点都有其依据,不过现在大多数人赞同第三种理论,当然还有待于进一步研究。

  另外,现代爆破理论认为岩石破坏主要沿原生裂隙破坏,从这一点看,爆轰气体膨胀起主要作用。

  上一节我们介绍了三种爆破机理的假说,不论什么假说,都必须从研究爆破现象入手,首先就要研究单个药包的爆破作用情况。

  当药包处在自由面附近时,在药包中心距自由面最近的方向上质点的移动速度最大,随着距自由面的距离越大,质点的移动速度越小,由于质点的运动速度不同,则产生剪应力,当剪应力超过该处岩石的抗剪强度时,则该处的岩石产生破坏。

  虽然在药包附近的岩石处在冲击波作用之下,由于岩石是受三向应力压缩,冲击波衰减又非常快,所以压缩波的范围非常小,压缩半径不超过药室半径的两倍,通过实验一般是半径的1.2~2倍。

  由于冲击波迅速衰减,压应力迅速下降,在压缩区之外,压应力小于岩石的动抗压强度,这时岩石就不能被压碎,然而在这个范围内,会产生径向裂隙和环状裂隙,引起岩石破坏,所以这个范围又叫破碎区。

  当药包在地表附近爆炸时,岩石中任意一点的应力就很复杂,而不是霍金逊效应那样简单,通过实验和应力分析,我们大家可以知道,炸药爆炸时主要产生纵波,对于A点来说,它受入射纵波的作用,入射纵波到自由面后,反射回来,反射成两种波,即反射纵波和反射横波,两个波对A点也有作用,三个波的共同作用,才合成三个主应力σ1、σ2、σ3,(σ1,σ2,σ3)=f(r,θ,φ,t),即三个主应力大小即是坐标的函数,亦是时间的函数;方向亦是坐标和时间的函数。

  以上爆破漏斗的七个要素,反映了爆破漏斗的形状和大小,其中,最重要的是最小抵抗线和底圆半径两个。这两个要素确定后,爆破漏斗的形状和大小就基本确定了。下面我们就谈这个问题。

  底圆半径和最小抵抗线确定了爆破漏斗体积大小和形状,那么我们再把这两个要素合成为一个,我们把它叫做爆破作用指数,用n来表示。

  炸药爆炸后能够破坏岩石。从实践中我们大家都知道,药包位置的不同以及药量的多少,破碎岩石的效果是不一样的,这就好比打仗一样,不仅要知己知彼,还要懂得战争规律,对我们来讲,就是不仅要知道炸药的性能,岩石的性质,还要知道岩石在炸药爆炸作用下的破坏规律,这就是本章的内容,岩石的爆破破碎机理。

  也就是说,炸药爆炸后爆轰气体迅速膨胀,作用于岩体,则在岩体中产生压缩应力场,岩石质点产生径向位移,这种径向位移产生环向的切向拉应力,当切向拉应力大于该点处岩石的抗拉强度时,则岩石发生破坏,产生径向裂隙。

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