爆破设计与施工（第）高级试题1. 岩石受到冲击荷载作用时，应变率如何表示？答：应变率是岩石受载后单位时间内的应变量，数学表达式为：=d dt εε式中dε——应变量；dt——单位时间，s。
应变率的ε单位是s-1。
岩石在承受诸如凿岩、爆破、振动和碎矿这样冲击荷载作用时，从承受荷载开始到破坏的荷载周期仅有410-～210-s，即使在这样短暂的时间内，载荷仍然随时间而变化。
因此，岩石单元体实际上是处于随时间而变化的动态变化过程中。
2. 岩石受冲击动荷载作用于静载作用相比，有何特点？答：（1）冲击动荷载作用下形成的应力场（应力分布及大小）与岩石性质有关；静载作用则与岩性无关。
（2）冲击动荷载是瞬时性的，一般为毫秒级，而静载则通常超过10s。
与前者相比，后者的变形和裂纹发展比较充分。
（3）爆炸荷载在传播过程中，具有明显的波动特性，其质点除失去原来的平衡位置而发生变形和位移外，尚在原位不断波动。
因此，岩石在动载作用下，其变形特征同静载变形有本质区别。
（4）通常，岩石的冲击动载强度比静载强度高，高出的比例依岩石性质和应变率不同而异。
3. 岩石按其成因，分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类，试简述这三类岩石的成因和特征。
每一类岩石各举1～2例。
答：（1）岩浆岩。
岩浆岩是由埋藏在地壳深处的岩浆（主要成分为硅酸盐）上升冷凝或喷出地表形成的。
直接在地下凝结形成的称为侵入岩；喷出地表形成的叫做火山岩（喷出岩）。
侵入岩的产状多为整体块状，火山岩的整体性较差，常伴有气孔和碎屑。
常见的岩浆岩有花岗岩、闪长岩等。
（2）沉积岩。
沉积岩是地表母岩经风化剥离或溶解后，再经过搬运和沉积，在常温常压下固结形成的岩石。
沉积岩的特点是，其坚固性除与矿物颗粒成分、粒度和形状有关外，还与胶结成分和颗粒间胶结的强弱有关。
从胶结成分看，以硅质成分最为坚固，铁质成分次之，钙质成分和泥质成分最差。
常见的沉积岩有石灰岩、砂岩、页岩、砾岩等。
--（3）变质岩。
变质岩是由已形成的岩浆岩、沉积岩在高温、高压或其他因素作用下，其矿物成分和排列经某种变质作用而形成的岩石。
一般来说，它的变质程度越高，矿物重新结晶越好、结构越紧密、坚固性越好。
常见的变质岩有大理岩、石英岩等。
对三种不同成因的岩石而言，一般来说岩浆岩可爆性较差（对爆破作用的抵抗能力最强），沉积岩和变质岩的可爆性较好。
4. 何谓岩体结构面？岩体结构面对爆破效果的影响是什么？答：一个天然岩体，从宏观上来说，它是由节理或裂隙切割成一块一块的、相互排列与咬合着的岩块所组成。
由于节理或裂隙的存在，造成了介质的不连续，因此，岩体内存在的各种各样的节理裂隙称之为结构面。
结构面对爆破的影响可归纳为六种作用：（1）应力集中作用；（2）应力波的反射增强作用；（3）能量吸收作用；（4）泄能作用；（5）楔入作用；（6）改变破裂线作用。
5. 影响爆破效果的三要素是什么？为什么说这三要素中岩体性质，特别是岩体结构面的影响最大？答：影响爆破效果的三要素是炸药性能、岩体性质和爆破工艺。
炸药爆炸时对岩石的破坏能量主要是爆炸冲击波和爆炸气体。
由于岩体中存在大量断层、节理、裂隙、孔隙等结构弱面，使得爆炸冲击波在传播过程中急剧衰减，爆生气体大量外泄，造成能量损失和分布不均匀。
裂隙岩体的室内试验和爆破漏斗试验均证明了这一点。
而炸药性能的优良固然可以产生更多的破碎能量，若损失的能量太多，有效能量则大量减少。
至于爆破工艺的改进也只是在一定能量的前提下进行的。
6. 何谓炸药爆速？试分析影响爆速的因素有哪些？答：爆轰波在炸药药柱中的传播速度称为爆轰速度，简称为爆速，通常以m/s或km/s表示之。
必须指出，炸药的爆速与炸药的爆炸化学反应速度是本质不同的两个概念，即爆速是爆轰波阵面一层一层地沿炸药柱传播的速度，而爆炸化学反应速度是指单位时间内反应完成的物质的质量，其度量单位是g/s。
影响爆速的因素如下：（1）药柱直径，随着药柱直径的增大，爆速也增大；（2）约束条件，实践表明，在药柱直径较小的情况下，增强药柱的约束条件可以显著提高--炸药的爆速，减少其临界直径值；（3）炸药密度，概括地说，当炸药组分配比和工艺条件控制一定时，炸药的爆速随着密度的增加而增大；就工业炸药而言，当药柱直径一定时，存在有使爆速达最大值的密度值，即最佳密度，再继续增大密度，就会导致爆速下降，当爆速下降至临界爆速时，爆轰波就不再能够稳定传播，最终导致熄爆；（4）炸药粒度，一般来说，减小炸药粒度能够提高炸药的反应速度，减小反应时间和反应区厚度，从而减小临界直径提高爆速。
7. 何谓沟槽效应？试说明减少或消除沟槽效应的措施有哪些？答：沟槽效应也称管道效应、间隙效应，即当药卷与炮孔壁间存在有月牙形空间时，爆炸产物压缩药卷与孔壁之间的空气会产生冲击波，它超前于爆轰波并压缩药卷，使其密度增加而抑制爆轰。
另一种观点认为爆轰波波阵面前方有一个等离子层，对未反应的药卷表层产生压缩作用，妨碍该层炸药的完全反应，等离子波越强烈，这个表层穿透得就越深，能量衰减得就越大，造成药包爆轰熄灭。
实践表明，在小直径炮孔爆破作业中这种效应相当普遍地存在着，是影响爆破质量的重要因素之一。
减少或消除沟槽效应的措施如下：（1）加强外包装强度，选用不同的包装涂覆物，如柏油沥青、石蜡、蜂蜡等；（2）调整炸药配方和加工工艺，以缩小炸药爆速与等离子体速度间的差值；（3）堵塞等离子体的传播：1）在炮孔中的每个药卷间插上一层塑料薄板或填上炮泥；2）用水或有机泡沫充填炮孔与药卷之间的月牙形间隙；3）增大药卷直径；4）沿药包全长放置导爆索起爆；5）采用散装技术，使炸药全部充填炮孔不留间隙，当然就没有超前的等离子层存在。
8. 什么是爆轰压力？什么是爆炸压力？其作用是什么？答：爆轰压力是指炸药爆轰时爆轰波波阵面中的C—J面所测得的压力，当爆轰波传到炮孔孔壁上时，在孔壁的岩石中会激发成强烈的冲击波和应力波。
这种冲击波在岩石中，特别是在硬岩中会引起炮孔周围岩石出现粉碎和破裂，它为整个岩石破裂创造了先决条件。
爆轰压力与炸药的密度的一次方和爆速平方的乘积成正比关系。
所以在爆破坚硬致密的岩石时，以选用密度大和爆速较高的炸药为宜。
爆炸压力又称炮孔压力，它是爆轰气体产物膨胀作用在孔壁上的压力。
在爆破破碎过程中--爆炸压力对岩石起胀裂、推移和抛掷作用。
一般来说。
爆炸压力越高，说明爆轰产物中含有的能量越大，对岩石的胀裂、推移和抛掷的作用越强烈。
9. 试分析露天深孔台阶爆破不合格大块产生的部位和原因。
答：大量的统计资料表明，不合格大块主要产自台阶上部和台阶的坡面、同一爆区软、硬岩的分界处、爆区的后部。
其原因是：（1）为了克服底盘抵抗线的阻力，炸药主要置于炮孔的中、底部，使其沿炮孔轴线方向的炸药能量分布不均，孔口部分能量不足，岩石破碎不均匀；（2）台阶前部，即邻近台阶坡面的一定范围内，岩石受前次爆破的破坏，原生弱面张裂，甚至被切割成“块体”，爆破时这部分“块体”易整体振落，形成大块多；（3）同一爆区硬岩和软岩分界部分，有时从爆区表面就可看到大块条带，易于跨落；（4）爆区的后部与未爆岩石相交处（沿爆破塌落线）也会产生一些因爆破而振落的大块。
所谓根底就是爆破后电铲难以挖掘的凸出采掘工作面一定高度的硬坎、岩埂。
对于台阶高度12m的矿山，凸出采掘工作面标高1.5m以上的硬坎、岩埂称为根底。
10. 计算装药量的体积公式如何表示？试分析其适用条件。
答：单个药包在自由面附近爆炸时形成爆破漏斗，在这种情况下，可用体积公式计算单个药包装药量。
体积公式的实质是反映装药量的大小与岩石破坏范围的相互关系。
即装药量的大小应与被爆破的岩石体积成正比，故体积公式的形式为：Q q V=?式中 Q——装药量，kg；q——爆破单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3；V——被爆破的岩石体积，m3。
由上式看出：（1）装药量Q与岩石体积V成正比；（2）爆破单位体积岩石的炸药消耗量q不随岩石体积V的变化而变化。
应该指出，体积公式只有当介质是松散的或者黏结很差的情况下，以及最小抵抗线W变化不大时才是正确的。
实际上，在很多情况下，药包爆炸时产生的能量，不仅要克服岩石的重力，也要克服岩石的抗剪力、惯性力等。
因此，装药量与被爆破岩石体积的关系还应根据现场试验和工程类比来确定。
11. 什么是炸药起爆的灼热核理论？答：灼热核理论认为，当炸药受到撞击、摩擦等机械能的作用时，并非受作用的各个部分都被加热到相同的温度，而只是其中的某一部分--或几个极小的部分，例如个别晶体的棱角处或微小气泡处，首先被加热到炸药的爆发温度，促使局部炸药首先起爆，然后迅速传播至全部。
这种温度很高的微小区域，通常被称为灼热核。
研究表明，灼热核的形状一般近似于球体，其直径比分子直径大得多。
即每一个灼热核起爆实际上是为数众多的炸药分子同时起爆。
这种局部炸药起爆后，又会在其附近形成众多新的灼热核，呈连锁反应，迅速传播开来，在极短暂的时间完成整个爆炸过程。
12. 阐述炸药在岩石中爆炸时岩石破坏过程。
答：多数人认为岩石爆破破坏过程分为以下三个阶段。
第一阶段为炸药爆炸后冲击波径向压缩阶段。
炸药起爆后，产生的高压粉碎了炮孔周围的岩石，冲击波以3000～5000m/s的速度在岩石中引起切向拉应力，由此产生了径向裂隙向自由面方向发展，冲击波由炮孔向外扩展到径向裂隙的出现需1～2ms。
此时产生的与压缩应力波作用方向相反的向心拉伸应力，岩石质点产生反向的径向运动，形成环状裂隙。
第二阶段为冲击波反射引起自由面处的岩石片落。
第一阶段冲击波压力为正值，当冲击波到达自由面后发生反射时，波的压力变为负值，即由压缩应力波变为拉伸应力波。
在反射拉伸应力的作用下，岩石被拉断，发生“片落”。
此阶段发生在起爆后10～20ms。
第三阶段为爆炸气体的膨胀，岩石受爆炸气体超高压力的影响，在拉伸应力和气楔的双重作用下，径向初始裂隙迅速扩大，破裂的岩块被抛出。
应该指出的是，如果从能量观点出发，第一、二阶段均是由冲击波的作用而产生的，而第三阶段原生裂隙的扩大和碎石的抛出均是爆炸气体作用的结果。
13. 炸药在岩体中爆炸时其能量分配包括哪些有效能和无益能消耗？如何提高炸药爆炸有效能量的利用率？答：有效能包括：（1）破坏岩体结构，克服岩体中的凝聚力，使岩体压缩、粉碎和破裂；（2）克服岩体中的凝聚力和摩擦阻力，使爆破区的岩石从母岩体中分离出来；（3）对破碎后的岩块产生推移和抛掷作用。
无益能包括：形成爆破地震波、空气冲击波、噪声、个别飞散物以及热能损失。
提高炸药有效能量利用率的途径：充分利用临空面布置药包、选用与岩体波阻抗相匹配的炸药品种、确定合理爆破参数、选择合理的装药--结构和不耦合系数、正确安排起爆顺序和延期时间以及保证填塞质量等。
14. 什么是数码电子雷管？你认为数码电子雷管的应用前景如何？答：数码电子雷管最核心的元件是微型电子定时器（集成电路块），它取代了普通电雷管中的延期药与电点火元件，不仅使延期精度有很大提高，而且控制了通往引火头的电源，从而最大限度地减少了由引火头能量需求而引起的误差。
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