不同介质中岩体的爆破破岩理论研究

张利维

宁夏公路建设管理局 宁夏 银川 750002

正文：

1 引言

国内外在岩石爆破方面做了大量的工作，本文针对水和空气两种不同介质的爆破机理，分别研究了初始冲击波参数、爆破孔壁初始压力及爆炸能量传输对破岩过程的影响。

2 单介质装药爆炸时的冲击波参数

2.1 空气介质装药爆炸时的冲击波参数分析

当发生爆炸现象的时候，空气介质发生爆炸的时候所产生的冲击阻抗是肯定低于炸药发生爆炸的时候所产生的冲击阻抗的。因为空气的密度相对来说比较小，因此，当空气发生爆炸时候的产物在膨胀的全过程当中不能够将膨胀指数看做为常数，所以爆炸产物中的爆炸界面上产生的压力PH膨胀到空气介质冲击波最初产生的压力PX的过程不是等嫡的，要想比较精确地计算出在空气介质中火药爆炸所产生的冲击波是一件比较困难的事情。在现实中通常都是采用取近似值的方式进行计算，把空气介质爆炸的产物膨胀过程合理地分成两个部分：

第一阶段，爆炸产物压力由PH膨胀至所谓临界压力PK，在此阶段中膨胀指数k保持不变，产物膨胀遵循规律

第二阶段，爆炸产物压力由PK膨胀至空气冲击波初始压力PX，在此阶段中膨胀指数保持不变，产物膨胀遵循规律

当稀疏波传入爆炸产物时，其飞散速度增快，界面处质点运动速度为：

2.2 水介质装药时的爆炸冲击波参数

当水介质中的火药发生爆炸以后，所产生的波阵面会马上在火药包的边缘的地方冲击水介质，同时会伴随产生具有较大初始压力的水介质冲击波。通常情况下由于孔内会充满水，可以近似地认为成水介质产物的等嫡指数不变，同时在水介质中产生的压力以及密度不会下降过于迅速。

表2-2-1 炸药爆炸产生的初始冲击波参数

从上面的参数表可以比较容易地看出，火药包在水介质中爆炸与在空气介质中爆炸所产生的冲击波参数具有比较明显的区别：完全一样的装药条件下，在水介质中爆炸所产生的冲击波波阵面要远远大于在空气介质中爆炸所产生的冲击波波阵面，但是由于水的密度比空气大，对冲击波所产生的阻力就会比较大，因此，在水介质中冲击波的冲击速度会比在空气介质中冲击波的速度小了接近三分之二，该速度就是所谓的爆炸产物的膨胀速度。同时在上面的参数表中还可以看出，在水介质中所产生的冲击波波阵面的内能增量比空气中多一倍，这一点充分表明了水介质传播能量的效果比空气要好很多。水作为传播能量的良好介质可以有效提高炸药爆炸所产生能量的利用率。

3 单介质的爆炸能量传输

3.1 空气介质装药的能量传输

对于空气单一介质装药的情况下，火药在空气介质中发生爆炸以后，爆炸所产生的气体会在炮孔中迅速地膨胀，将炮孔中径向间隙中的空气压缩，从而产生空气介质冲击波，之后再由空气介质冲击波撞击炮孔的内壁，由于空气介质的可压缩性比较大，因此，对于爆炸产生的气体膨胀阻力可以忽略不计。

3.2 水介质装药的能量传输

在利用水介质进行装药的情况下，火药在水中发生爆炸之后所产生的冲击波必先对其周围的水介质进行迅速压缩，从而形成水中透射冲击波，并且该种冲击波会沿着炮孔向径内进行传播，当水介质中的产生的冲击波到达炮孔的孔壁的时候，又一次发生反射和透射，最终将火药在水介质中所产生的能量传递给岩石。

相比于空气介质系数水介质的更低。所以在水介质装药情况下岩石利用炸药的能量效率更高。

4 结语

本文结合六盘山隧道掘进施工中对岩石爆破破岩方面的理论研究，重点分析了在不同介质中爆炸所生成冲击波的特点及基本关系，计算了在钻孔爆破时孔内的冲击波参数对爆破效果的不同影响，最后分析了在不同介质装药时所引起的能量传输。得出水介质情况，炸药能量通过水作用在岩体上可加强冲击波作用效果，进而提高能量利用效率，并在一定程度上起到减尘的效果。岩体的爆破破岩机理是一个十分复杂而困难的问题，本文只在冲击波及能量传输进行了深入的研究。