优化爆破漏斗参数

洞室爆破由集中药室以及条形（延长）药室组成的一种爆破方法，其设计原理主要依据为爆破漏斗理论。爆破漏斗是洞室爆破设计的基本参数。爆破漏斗可分为平地集中药包和延长药包爆破漏斗，以及山体斜坡爆破漏斗。

（1）平地集中药包爆破漏斗。当药包爆炸产生外部作用时，除了将岩石破坏以外，还会将部分破碎了的岩石抛掷，在地表形成一个漏斗状的坑，称为爆破漏斗。

1）爆破漏斗的几何参数。置于自由面下一定距离的球形药包爆炸后，形成爆破漏斗的几何参数（见图7-2）。

图7-2　爆破漏斗的几何参数图

自由面：被爆破的岩石与空气接触的面称作自由面，又称临空面，见图7-2中的AB面。

最小抵抗线W：自药包中心到自由面的最短距离，为爆破时岩石阻力最小的方向，因此，最小抵抗线是爆破作用和岩石移动的主导方向。

爆破漏斗半径r：爆破漏斗的底圆半径。

爆破作用半径R：药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离，简称破裂半径。

爆破漏斗深度D：自爆破漏斗尖顶至自由面的最短距离。

爆破漏斗可见深度h：自爆破漏斗中岩堆表面最低洼点至自由面的最短距离。

爆破漏斗张开角θ：爆破漏斗的顶角。

2）爆破漏斗基本形式。在爆破工程中，将爆破漏斗半径r和最小抵抗线W的比值定义为爆破作用指数n，按式（7-1）计算：

根据爆破作用指数n值的不同，集中药包爆破漏斗有四种基本形式（见图7-3）。

A.标准抛掷爆破漏斗见图7-3（a）。这种爆破漏斗的漏斗半径r与最小抵抗线W相等，即爆破作用的指数n==1.0，漏斗的张开角θ=90°，形成标准抛掷爆破漏斗的药包称为标准抛掷爆破药包。

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图7-3　几种爆破漏斗形式图

B.加强抛掷爆破漏斗，[见图7-3（b）]。这种爆破漏斗半径r大于最小抵抗线W，即爆破作用的指数n＞10，漏斗的张开角θ＞90°，形成加强抛掷爆破漏斗的药包称为加强抛掷爆破药包。

C.减弱抛掷（又称加强松动爆破）漏斗见图7-3（c）。这种爆破漏斗半径r小于最小抵抗线W，即爆破作用的指数1＞n＞0.75，漏斗的张开角θ＜90°。

D.松动爆破漏斗见图7-3（d）。药包爆破后只使岩石破裂，几乎没有抛掷作用，从外表看，不形成可见的爆破漏斗。此时的爆破作用指数n≤0.75。

（2）平地延长药包的爆破漏斗。传统上，按药包长径比（药包长度与其直径的比值）的不同，可将药包分为集中药包（长径比不大于4）和延长药包（长径比大于4）。

与集中药包相比，延长药包的爆炸作用有两个明显的特点：一是冲击波阵面是柱面波，其能量在垂直药包轴线方向扩散，能流密度随距离的平方衰减，其在均匀介质中爆破效应的表现特征和物理量具有轴对称的特点；二是在不计重力和黏聚力等作用的条件下，其爆炸作用也遵循几何相似律，且基本上符合平方根定律，即有，其漏斗特征量和应力波参数仅是比例距离的函数。

在爆破漏斗形态上，集中药包漏斗平面形状呈圆形，延长药包漏斗平面形状为中部平直、两端衔接近似于半圆的封闭曲线。从漏斗表面状态观察，两种药包在相同的设计爆破作用指数时，其径向形状基本相似；爆破漏斗纵剖面随埋深的变化，两种药包也很相似（见表7-1）。

表7-1　集中药包和延长药包爆破漏斗形态的对比表

在抛掷堆积分布方面，两种药包却不相同：集中药包抛出土壤堆积在漏斗四周，而延长药包的抛体却集中在药包轴线两侧药包长度的范围内，堆体峰值线在过药包轴心的垂线附近，但在药包两端却无抛体堆积。

（3）山体斜坡地面爆破漏斗参数计算。洞室爆破药包对斜坡地面岩体作用，其形成的爆破漏斗见图7-4。图7-4中分别表示了炸药爆破压缩图，爆破漏斗上破裂线R′、下破裂线R，以及最小抵抗线W。

压缩圈半径：洞室爆破药包周围的介质在爆破冲击波和爆炸膨胀作用下被压缩成球形或圆柱形空腔，此空腔的半径称为压缩圈半径Ry。

爆破漏斗上破裂线R′：洞室爆破后沿药室上方形成的破裂范围。

爆破漏斗下破裂线R：洞室爆破后沿药室下方形成的破裂范围。

以及最小抵抗线W：由药包中心到山坡自由面最短距离。

图7-4　斜坡地面岩体作用形成的爆破漏斗示意图