爆破技术的内在作用或者爆破技术的内部效应

下面在炸药类型一定的前提下，对单个药包爆炸作用进行分析。

岩石内装药中心至自由面的垂直距离称为最小抵抗线，通常用W表示。对于一定的装药量来说，若最小抵抗线W超过某一临界值（称为临界抵抗线We），可以认为药包处在无限介质中。此时当药包爆炸后在自由面上不会看到地表隆起的迹象。也就是说，爆破作用只发生在岩石内部，未能到达自由面。药包的这种作用，叫作爆破的内部作用。

炸药在岩石内爆炸后，引起岩体产生不同程度的变形和破坏。如果设想将经过爆破作用的岩体切开，便可看到如图7-1所示的剖面。根据炸药能量的大小、岩石可爆性和炸药在岩体内的相对位置，岩体的破坏作用可分近区、中区和远区三个主要部分，亦即压缩粉碎区、破裂区和震动区三个部分。

图7-1　药包在岩体内的爆炸作用

R0—药包半径；1—近区（压缩粉碎区），（2～7）R0；2—中区（破裂区），（8～150）R0；
3—远区（震动区），（150～400）R0

1.压缩粉碎区的形成特征

爆破近区是指直接与药包接触、邻近的那部分岩体。当炸药爆炸后，产生两三千摄氏度的高温和几万兆帕的高压，形成每秒数千米速度的冲击波，伴之以高压气体在微秒量级的瞬时内作用在紧靠药包的岩壁上，致使近区的坚固岩石被击碎成为微小的粉粒（为0.5～2 mm），把原来的药室扩大成空腔，称为粉碎区；如果所爆破的岩石为塑性岩石（如黏土质岩石、凝灰岩、绿泥岩等），则近区岩石被压缩成致密坚固的硬壳空腔，称为压缩区。

爆破近区的范围与岩石性质和炸药性能有关。例如，岩石密度越小，炸药威力越大，空腔半径就越大。通常压缩粉碎区半径为药包半径R0的2～7倍，破坏范围虽然不大，但却消耗了大部分爆炸能。工程爆破中应该尽量减少压缩粉碎区的形成，从而提高炸药能量的有效利用。

2.破裂区的形成特征

炸药在岩体中爆炸后，强烈的冲击波和高温、高压爆轰产物将炸药周围岩石破碎压缩成粉碎区（或压缩区）后，冲击波衰减为应力波。应力波虽然没有冲击波强烈，剩余爆轰产物的压力和温度也已降低，但是，它们仍然有很强大的能量，将爆破中区的岩石破坏，形成破裂区。(www.xing528.com)

通常破裂区的范围比压缩粉碎区大得多，如压缩粉碎区半径一般为（2～7）R0，而破裂区的半径则为（8～150）R0，所以，破裂区是工程爆破中岩石破坏的主要部分。破裂区主要是受应力波的拉应力和爆轰产物的气楔作用形成的，如图7-2所示。由于应力作用的复杂性，破裂区中有径向裂隙、环向裂隙和剪切裂隙。

图7-2　破裂区裂隙形成应力作用示意图

（a）径向裂隙；（b）环向裂隙；（c）剪切裂隙
σ1—径向压应力；σ2—切向拉应力；σ1′—径向拉应力；σ2′—切向压应力

（1）径向裂隙的产生。当粉碎区形成后，冲击波衰减成应力波，其压力已低于岩石的抗压强度，不足以压坏岩石，但仍以弹性波的形式向岩石周围传播，相应地使岩石质点产生径向位移，其径向压应力σ1导致切向拉应力σ2的产生。因为岩石的抗拉强度仅为其抗压强度的1/10～1/50，当σ2大于岩石的抗拉强度时，该处岩石即被拉断，构成与粉碎区贯通的径向裂隙，它以相当于应力波波速的0.15～0.4倍的速度向外延伸，如图7-2（a）所示。与此同时，爆破气体作用在爆炸空腔的岩壁上，形成准静应力场。在高压气体的膨胀、挤压、气楔作用下，径向裂隙继续扩展和延伸，并且在裂隙尖端处的气体压力下引起应力集中，加速裂隙的扩展，形成了靠近压缩粉碎区的内密外疏、开始宽末端细的径向裂隙网。

（2）环向裂隙和剪切裂隙的形成。在冲击波、应力波作用下，岩石受到强烈的压缩，积蓄了一部分弹性变形能。当粉碎区空腔形成、径向裂隙展开、压力迅速下降到一定程度时，原先在药包周围的岩石释放出在压缩过程中积蓄的弹性变形能，并转变为卸载波，形成与压应力波作用方向相反的径向拉应力σ′1使岩石质点产生反向的径向运动。当此径向拉应力σ′1大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断形成环向裂隙，如图7-2（b）所示。

在径向裂隙与环向裂隙形成的同时，由于径向应力与切向应力作用的共同结果，岩石受到剪切应力的作用，还可能形成剪切裂隙，如图7-2（c）所示。

（3）破裂区。应力作用首先形成了初始裂隙，接着爆轰气体的膨胀、挤压、气楔作用助长裂隙的延伸和扩展，只有当应力波与爆轰气体衰减到一定程度后才能停止裂隙扩展。这样，随着径向裂隙、环向裂隙和剪切裂隙的形成、扩展、贯通，纵横交错、内密外疏、内宽外细的裂隙网将岩体分割成大小不等的碎块。靠近压缩粉碎区处岩块细碎，远离压缩粉碎区处大块增多，或只出现延伸的径向裂隙。在应力和气楔的共同作用下，最终在（8～150）R0范围内构成了破裂区。

3.震动区效应

爆破近区（压缩粉碎区）、中区（破裂区）以外的区域称为爆破远区。该区的应力波已大大衰减，渐趋于正弦波，部分非正弦波性质的小振幅振动，仍具有一定强度，足以使岩石产生轻微破坏。当应力波衰减到不能破坏岩石时，只能引起岩石质点做弹性振动，形成地震波。

爆破地震瞬间的高频振动可引起原有裂隙的扩展，严重时可能导致露天边坡滑坡、地下井巷的冒顶片帮以及地面或地下建筑物构筑物的破裂、损坏或倒塌等。地震波是构成爆破公害的危险因素。因此必须掌握爆破地震波危害的规律，采取降震措施，尽量避免和预防爆破地震的严重危害。