1、前言
关于岩石爆破
破碎机理的解释，常用的有三种理论：(1)爆轰气体产物膨胀推力破坏理论；(2)应力波反射破坏理论；(3)气体推力和反射波共同作用理论。用这些理论和假说可以解释爆破中岩石破碎及漏斗形成等许多现象，但还有许多现象尚无法解释。本文通过试验研究及理论分析，从岩体的微观裂纹及所受应力出发，应用断裂力学的观点，对岩石爆破破碎机理作进一步探讨。
2、试验研究方案
用水泥砂浆试块进行模拟试验。试块规格60cm×60 cm×10 cm，浇铸时每个试块中间预留两个炮孔，孔间距10 cm，两孔孔径为8 mm。
每孔内装黑索金炸药1.5 9，用特制小型瞬发雷管起爆，两孔间的起爆时差用BS 6-1型数字式微差起爆仪来实现，装药结构见图1。选用9种不同的微差间隔时间，所用起爆时差分别为(ms)：0、10、15、20、30、40、50、60、80，整个试验共起爆模型50个。
3、试验结果
对每次爆破后的碎块进行筛分，所得结果分别用Rosin Rammler分布函数和单一指标评价法进行分析处理。
试验数据分析表明，在该模拟爆破条件下，20ms为最佳爆破破碎效果的合理微差间隔时间。
在爆破时对模型的应变进行了测试，不同起爆时差的应变波形如图4所示。
从图4可看到，以齐发爆破时应力波的叠加最充分，只有一个波峰，随着间隔时间的增大，应力波叠加部分减少，到起爆时差为20 ms时，应力波叠加就不明显了、，但根据爆后碎块的分析，在20 ms时爆破破碎效果最好，这一现象表明，爆破破碎效果并不是起爆后介质中应力波的最大叠加引起的，而是另有原因。
4、爆破破碎机理分析
从炸药起爆到岩体破碎成碎块，大体可分为以下几个过程：
1．炸药爆后应力波的产生及其在岩体中传播，并产生高温高压的爆轰产物（爆轰气体）；
2．在应力的作用下岩体中产生裂纹，裂纹不断地发展，且不同炮孔周围的裂纹相互交错切割、叠加，将岩体分割成不同尺寸的碎块；
3．在爆轰产物作用下，碎块被抛离岩体。
我们认为，在上述三个不同阶段中，决定爆破破碎效果好坏的关键在第二阶段，即裂纹的产生与发展。岩体之所以被破碎，就是因为有裂纹产生，这是引起岩体破碎的直接原因。因此，弄清岩体中裂纹的产生、发展及其相互作用的规律，便可找出引起岩体破碎的真正原因。
模型中不同间隔时间起爆时，岩石破碎机理用下面组简图来描述。
1．在齐发爆破时，由于两孔周围的裂纹几乎是同时产生，这样每孔周围的裂纹都是在没有新增自由面积和更多弱面出现的情况下扩展的，两孔间的介质在两孔爆轰产物合力推动下，在孔周围的裂纹还没能得到充分的交错、切割和扩张时便被抛出，形成较好漏斗，这样虽然爆下量较多，但大块率很高。试验证明，齐发起爆时的大块率是合理时差起爆时大块率的2.5倍。
2、在合理时差起爆时，先爆炮孔周围的裂纹得到充分发育但尚未抛出碎块，这就为第二起爆孔周围裂纹的产生与发展创造了更多的弱面，便于其周围裂纹产生和发展，且使得两孔周围的裂纹得到最佳的交错、切割和叠加，裂纹使两孔内的介质切割成许多均匀的碎块，在两孔爆轰产物推力作用下抛出，并形成较理想的爆破漏斗，产生较均匀的碎块，达到最佳爆破效果。
3．随着微差间隔时间的增大，使得先爆孔周围的裂纹扩张后，裂纹切割的碎块被爆生气体推出，而后爆孔起爆后产生的裂纹与前爆孔裂纹不能产生交错叠加，向单孔起爆趋势发展，后爆孔的能量没有得到充分利用，甚至有很大一部分能量因爆生气体从先爆孔所形成的漏斗坑及裂纹中泄出而浪费掉，没有起到充分破碎介质的作用，故产生不良的爆破效果。
5、结语
从应力波的测试及试验数据处理可以推论：引起岩石产生最佳破碎效果的原因，不是起爆孔产生应力波最大叠加的结果，两是滞后于应力波的裂纹相互充分交错、切割和叠加的结果，不同起爆孔周围裂纹间的适时产生与发展是引起岩石有效破碎的真正原因；岩石被裂纹切割成碎块后气态爆轰产物的推力作用，会进一步加大某些裂纹的扩展并把碎块抛离岩体。
由于应力的存在使岩体中出现许多裂纹。不过在没有缺陷的地方，虽然应力波相遇时可能会相互叠加而使应力加强，但是一般切相应力分量是不会超过介质的动态抗拉强度的，所以一般不会产生裂缝。也就是说，岩体中超过一定强度的应力的存在，是产生裂纹的必要条件，但并不是充分条件，岩体裂纹的产生是受应力的大小及岩体结构性质两方面因素确定的，两孔以合理时差起爆之所以破碎效果较好，就是充分利用这两个因素。但是，影响岩石破碎效果好坏的因素较多，加上岩体本身结构的复杂性，要想使一切参数都达到最佳匹配状态，这在实际中是很难做到的。笔者认为，在众多的影响因素中，选取合理微差起爆时间是最经济可行的办法。
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