不同介質(zhì)中巖體的爆破破巖理論研究

張利維

寧夏公路建設(shè)管理局 寧夏 銀川 750002

正文：

1 引言

國(guó)內(nèi)外在巖石爆破方面做了大量的工作，本文針對(duì)水和空氣兩種不同介質(zhì)的爆破機(jī)理，分別研究了初始沖擊波參數(shù)、爆破孔壁初始?jí)毫氨芰總鬏攲?duì)破巖過(guò)程的影響。

2 單介質(zhì)裝藥爆炸時(shí)的沖擊波參數(shù)

2.1 空氣介質(zhì)裝藥爆炸時(shí)的沖擊波參數(shù)分析

當(dāng)發(fā)生爆炸現(xiàn)象的時(shí)候，空氣介質(zhì)發(fā)生爆炸的時(shí)候所產(chǎn)生的沖擊阻抗是肯定低于炸藥發(fā)生爆炸的時(shí)候所產(chǎn)生的沖擊阻抗的。因?yàn)榭諝獾拿芏认鄬?duì)來(lái)說(shuō)比較小，因此，當(dāng)空氣發(fā)生爆炸時(shí)候的產(chǎn)物在膨脹的全過(guò)程當(dāng)中不能夠?qū)⑴蛎浿笖?shù)看做為常數(shù)，所以爆炸產(chǎn)物中的爆炸界面上產(chǎn)生的壓力PH膨脹到空氣介質(zhì)沖擊波最初產(chǎn)生的壓力PX的過(guò)程不是等嫡的，要想比較精確地計(jì)算出在空氣介質(zhì)中火藥爆炸所產(chǎn)生的沖擊波是一件比較困難的事情。在現(xiàn)實(shí)中通常都是采用取近似值的方式進(jìn)行計(jì)算，把空氣介質(zhì)爆炸的產(chǎn)物膨脹過(guò)程合理地分成兩個(gè)部分：

第一階段，爆炸產(chǎn)物壓力由PH膨脹至所謂臨界壓力PK，在此階段中膨脹指數(shù)k保持不變，產(chǎn)物膨脹遵循規(guī)律

第二階段，爆炸產(chǎn)物壓力由PK膨脹至空氣沖擊波初始?jí)毫X，在此階段中膨脹指數(shù)保持不變，產(chǎn)物膨脹遵循規(guī)律

當(dāng)稀疏波傳入爆炸產(chǎn)物時(shí)，其飛散速度增快，界面處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度為：

2.2 水介質(zhì)裝藥時(shí)的爆炸沖擊波參數(shù)

當(dāng)水介質(zhì)中的火藥發(fā)生爆炸以后，所產(chǎn)生的波陣面會(huì)馬上在火藥包的邊緣的地方?jīng)_擊水介質(zhì)，同時(shí)會(huì)伴隨產(chǎn)生具有較大初始?jí)毫Φ乃橘|(zhì)沖擊波。通常情況下由于孔內(nèi)會(huì)充滿(mǎn)水，可以近似地認(rèn)為成水介質(zhì)產(chǎn)物的等嫡指數(shù)不變，同時(shí)在水介質(zhì)中產(chǎn)生的壓力以及密度不會(huì)下降過(guò)于迅速。

表2-2-1 炸藥爆炸產(chǎn)生的初始沖擊波參數(shù)

從上面的參數(shù)表可以比較容易地看出，火藥包在水介質(zhì)中爆炸與在空氣介質(zhì)中爆炸所產(chǎn)生的沖擊波參數(shù)具有比較明顯的區(qū)別：完全一樣的裝藥條件下，在水介質(zhì)中爆炸所產(chǎn)生的沖擊波波陣面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在空氣介質(zhì)中爆炸所產(chǎn)生的沖擊波波陣面，但是由于水的密度比空氣大，對(duì)沖擊波所產(chǎn)生的阻力就會(huì)比較大，因此，在水介質(zhì)中沖擊波的沖擊速度會(huì)比在空氣介質(zhì)中沖擊波的速度小了接近三分之二，該速度就是所謂的爆炸產(chǎn)物的膨脹速度。同時(shí)在上面的參數(shù)表中還可以看出，在水介質(zhì)中所產(chǎn)生的沖擊波波陣面的內(nèi)能增量比空氣中多一倍，這一點(diǎn)充分表明了水介質(zhì)傳播能量的效果比空氣要好很多。水作為傳播能量的良好介質(zhì)可以有效提高炸藥爆炸所產(chǎn)生能量的利用率。

3 單介質(zhì)的爆炸能量傳輸

3.1 空氣介質(zhì)裝藥的能量傳輸

對(duì)于空氣單一介質(zhì)裝藥的情況下，火藥在空氣介質(zhì)中發(fā)生爆炸以后，爆炸所產(chǎn)生的氣體會(huì)在炮孔中迅速地膨脹，將炮孔中徑向間隙中的空氣壓縮，從而產(chǎn)生空氣介質(zhì)沖擊波，之后再由空氣介質(zhì)沖擊波撞擊炮孔的內(nèi)壁，由于空氣介質(zhì)的可壓縮性比較大，因此，對(duì)于爆炸產(chǎn)生的氣體膨脹阻力可以忽略不計(jì)。

3.2 水介質(zhì)裝藥的能量傳輸

在利用水介質(zhì)進(jìn)行裝藥的情況下，火藥在水中發(fā)生爆炸之后所產(chǎn)生的沖擊波必先對(duì)其周?chē)乃橘|(zhì)進(jìn)行迅速壓縮，從而形成水中透射沖擊波，并且該種沖擊波會(huì)沿著炮孔向徑內(nèi)進(jìn)行傳播，當(dāng)水介質(zhì)中的產(chǎn)生的沖擊波到達(dá)炮孔的孔壁的時(shí)候，又一次發(fā)生反射和透射，最終將火藥在水介質(zhì)中所產(chǎn)生的能量傳遞給巖石。

相比于空氣介質(zhì)系數(shù)水介質(zhì)的更低。所以在水介質(zhì)裝藥情況下巖石利用炸藥的能量效率更高。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合六盤(pán)山隧道掘進(jìn)施工中對(duì)巖石爆破破巖方面的理論研究，重點(diǎn)分析了在不同介質(zhì)中爆炸所生成沖擊波的特點(diǎn)及基本關(guān)系，計(jì)算了在鉆孔爆破時(shí)孔內(nèi)的沖擊波參數(shù)對(duì)爆破效果的不同影響，最后分析了在不同介質(zhì)裝藥時(shí)所引起的能量傳輸。得出水介質(zhì)情況，炸藥能量通過(guò)水作用在巖體上可加強(qiáng)沖擊波作用效果，進(jìn)而提高能量利用效率，并在一定程度上起到減塵的效果。巖體的爆破破巖機(jī)理是一個(gè)十分復(fù)雜而困難的問(wèn)題，本文只在沖擊波及能量傳輸進(jìn)行了深入的研究。