爆破漏斗形式及其应用

1.爆破漏斗形成过程

在工程爆破中，往往是将炸药包埋置在一定深度的岩体内进行爆破。设一球形药包，埋置在平整地表面下一定深度的坚固均质的岩石中爆破。如果埋深相同、药量不同，或者药量相同、埋深不同，爆炸后则可能产生近区、中区、远区，或者片落区以及爆破漏斗。图7-9中（a）～（f）是药量和埋深一定情况下爆破漏斗形成的过程。爆破漏斗的形成是应力波和爆生气体共同作用的结果，其一般过程简述如下。在均质坚固的岩体内，当有足够的炸药能量，并与岩体可爆性相匹配时，在相应的最小抵抗线等爆破条件下，炸药爆炸产生两三千摄氏度以上的高温和几万兆帕的高压，形成每秒几千米速度的冲击波和应力场，见图7-9（a），作用在药包周围的岩壁上，使药包附近的岩石或被挤压，或被击碎成粉粒，形成了压缩粉碎区（近区），见图7-9（b）。此后，冲击波衰减为压应力波，继续在岩体内自爆源向四周传播，使岩石质点产生径向位移，构成径向压应力和切向拉应力的应力场。由于岩石抗拉强度仅是抗压强度的1/50～1/10，当切向应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成与粉碎区贯通的径向裂隙。

图7-9　爆破漏斗形成过程示意图

（a）炸药爆炸形成的应力场；（b）粉碎压缩区；（c）破裂区（径向裂隙和环向裂隙）；（d）破裂区和片落区（自由面处）；（e）地表隆起、位移；（f）形成爆破漏斗

高压爆生气体膨胀的气楔作用助长了径向裂隙的扩展。由于能量的消耗，爆生气体继续膨胀，但压力迅速下降。当爆源的压力下降到一定程度时，原先在药包周围岩石被压缩过程中积蓄的弹性变形能释放出来，并转变为卸载波，形成朝向爆源的径向拉应力。当此拉应力大于岩石的抗拉强度时，岩石被拉断，形成环向裂隙。

在径向裂隙与环向裂隙出现的同时，由于径向应力和切向应力共同作用的结果，又形成剪切裂隙。纵横交错的裂隙，将岩石切割破碎，构成了破裂区（中区），见图7-9（c），这是岩石被爆破破坏的主要区域。

当应力波向外传播到达自由面时产生反射拉伸应力波。该拉应力大于岩石的抗拉强度时，地表面的岩石被拉断形成片落区，见图7-9（d）。

在径向裂隙的控制下，破裂区可能一直扩展到地表面，或者破裂区和片落区相连接形成连续性破坏，见图7-9（e）。

与此同时，大量的爆生气体继续膨胀，将最小抵抗线方向的岩石表面鼓起、破碎、抛掷，最终形成倒锥形的凹坑，见图7-9（f），此凹坑称为爆破漏斗。

2.爆破漏斗的几何参数

设一球状药包在自由面条件下爆破形成爆破漏斗的几何尺寸如图7-10所示。其中爆破漏斗三要素是指最小抵抗线W、爆破漏斗半径r和漏斗作用半径R。最小抵抗线W表示药包埋置深度，是岩石爆破阻力最小的方向，也是爆破作用和岩块抛掷的主导方向，爆破时部分岩块被抛出漏斗外，形成爆堆；另一部分岩块抛出之后又回落到爆破漏斗内。

图7-10　爆破漏斗参数(www.xing528.com)

r—爆破漏斗半径；W—最小抵抗线；R—漏斗作用半径；θ—漏斗展开角；
1—药包；2—爆堆；D—爆破漏斗直径；H—爆破漏斗可见深度

在工程爆破中，经常应用爆破作用指数n，该指数是爆破漏斗半径r和最小抵抗线W的比值，即

3.爆破漏斗的四种基本形式

爆破漏斗是一般工程爆破最普遍、最基本的形式。根据爆破作用指数n值的大小，爆破漏斗有如下四种基本形式，如图7-11所示。

（1）松动爆破漏斗［图7-11（a）］。爆破漏斗内的岩石被破坏、松动，但并不抛出坑外，不形成可见的爆破漏斗坑。此时n≈0.75，它是控制爆破常用的形式。n＜0.75，不形成从药包中心到地表面的连续破坏，即不形成爆破漏斗。例如工程爆破中采用的扩孔（扩药壶）爆破形成的爆破漏斗就是松动爆破漏斗。

（2）减弱抛掷爆破漏斗［图7-11（b）］。r＜W，即爆破作用指数n＜1，但大于0.75，即0.75＜n＜1，称为减弱抛掷爆破漏斗（又称加强松动漏斗），它是井巷掘进常用的爆破漏斗形式。

图7-11　爆破漏斗的四种基本形式

（a）松动爆破漏斗；（b）减弱抛掷爆破漏斗；（c）标准抛掷爆破漏斗；（d）加强抛掷爆破漏斗

（3）标准抛掷爆破漏斗［图7-11（c）］。r=W，即爆破作用指数n=1。此时漏斗展开角θ=90°，形成标准抛掷爆破漏斗。在确定不同种类岩石的单位炸药消耗量时，或者确定和比较不同炸药的爆炸性能时，往往用标准抛掷爆破漏斗的体积作为检查的依据。

（4）加强抛掷爆破漏斗［图7-11（d）］。r＞W，即爆破作用指数n＞1，漏斗展开角θ＞90°。当n＞3时，爆破漏斗的有效破坏范围并不随炸药量的增加而明显增大，实际上，这时炸药的能量主要消耗在岩块的抛掷上。在工程爆破中加强抛掷爆破漏斗的作用指数为1＜n＜3，根据爆破具体要求，一般情况下取n=1.2～2.5。这是露天抛掷大爆破或定向抛掷爆破常用的形式。

在工程爆破中，要根据爆破的目的选择爆破漏斗类型。如在筑坝、山坡公路的开挖爆破中，应采用加强抛掷爆破漏斗，以减少土石方的运输量；而在开挖沟渠的爆破中，则应采用松动爆破漏斗，以免对沟体周围破坏过大而增加工作量。