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[摘要]岩石爆破技术已经广泛的应用于矿山开采及工程施工中，然而，爆破作用下的岩石破碎和破裂机理非常复杂，需要进行系统的探讨。介绍了常见的爆破破岩理论，分析了炸药在岩石中爆破作用的范围，包括压碎区、破裂区及震动区，分析了各范围的作用机理及破坏特点。
[关键词]爆破 岩石破碎 压碎区 破碎区 震动区
[中图分类号] P634.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-11-320-1
1引言
在工程施工、矿山开采等活动中，经常需要对岩石进行爆破。爆破时，需要根据施工要求及岩石的特点，选择合适的爆破手段。研究爆破作用下的岩石破碎和破裂机理，对于精确掌握爆炸作用下的岩石破碎区域、破裂程度与炸药类型的关系，掌控爆炸效果，优化爆破方案具有重要的意义。
2爆破破岩理论介绍
2.1爆炸气体产物膨胀压力破坏理论
根据爆炸气体产物膨胀压力破坏理论，岩石中的炸药爆炸时，产生了大量的气体，温度和压强不断增大，随着气体的不断膨胀，产生了强大的压力作用在岩石岩壁上。因为各方位的作用力不同，引起了不同的径向位移，形成了剪切应力。当剪切应力达到一定程度后，会引起岩石的破裂。
根据爆炸气体产物膨胀压力破坏理论，岩石只有在爆炸气体作用的时间内发生破碎，且产生冲击波的能量仅占炸药总能量的5%～15%，这样少的能量很难使整块岩石破碎。实际应用说明，在爆炸时，还有其他作用对岩石产生了巨大的影响。
2.2冲击波引起应力波反射破坏理论
根据冲击波引起应力波反射破坏理论，岩石的破坏主要是由自由面上应力波反射转变成的拉应力波造成的。
该理论的主要依据：（1）冲击波波阵面的压力比爆炸气体产物的膨胀压力大得多；（2）岩石的抗拉强度比抗压强度低得多，在自由面处确实常常发现片裂、剥落现象。（3）根据应力波理论：压缩应力波在自由面处反射成为拉伸应力波。
2.3爆炸气体膨胀压力和应力波共同作用
根据该理论，岩石的破坏是高温、高压气体和应力波共同作用的结果。爆炸时产生的高温、高压气体和应力波有不同的作用。
炸药爆炸后在岩石中产生爆炸冲击波，使炮孔周围附近的岩石被“粉碎”；由于消耗大量的能量，冲击波衰减为应力波，在粉碎区之外造成径向裂隙，反射应力波使这些裂纹进一步扩展；爆炸时产生的高温、高压气体，会发挥“气楔作用”使裂隙扩大，并最终贯通形成岩块。应力波进一步衰减成为弹性波，只能使质点在平衡位置作弹性振动，不能引起介质破坏。爆破时，岩体初期受到装药爆炸所激起的应力波的作用，但由它形成的应力状态或动态应力场将很快消失；后期受到爆炸气体的静压作用，作用时间较长。
3炸药在岩石中爆破作用的范围
假如岩石介质均匀单一，在理想状态下，炸药在岩石中爆炸时，会以炸药为中心，由近及远形成不同的破坏情况，分别为压碎区、破裂区及震动区。炸药爆炸的作用范围见图1。
3.1压碎区
岩石中的炸药爆炸时，大量的高温高压气体使爆轰压力在极短的时间内增至数万兆帕，并激起了强大的冲击波，远远超过岩石的动态抗压强度。在爆炸冲击波的强动作用，炮孔壁周围的介质被粉碎（坚硬岩石）或强烈压缩（松软岩石），形成粉碎区或压缩区。由于压缩区处于坚固岩石的约束条件下，而在三轴压缩情况下岩石的动抗压强度增大，且大多数岩石的可压缩性很差，所以压缩范围很小，其半径一般不超过药室半径的2倍。
3.2破碎区
如图1所示，破碎区存在环向裂缝、径向裂缝两种情况。在爆炸产生的强大的应力波的作用下，岩石中先产生了初始裂缝，随着爆炸气体强大的膨胀、挤压作用，初始裂缝进一步扩大和加深。随着能量的消耗，应力波强度的减弱及高温、高压气体压力的降低，岩石的裂隙扩展最终停止。
3.2.1径向裂缝
由于压缩或粉碎岩石消耗了大量能量，岩石中的冲击波衰减成压应力波。在应力波的作用下，岩石在径向产生压应力和压缩变形，而切向方向将产生拉应力和拉伸变形。当切向拉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。
3.2.2环向裂缝
压缩应力波通过压缩区外层岩石时，岩石受到强烈的压缩而储蓄了一部分弹性变形能；随着径向裂隙的形成，作用在岩石上的压力迅速下降，药室周围的岩石开始不断释放积蓄的弹性变形能，产生了与压应力波作用方向相反的拉应力，使岩石质点产生反方向的径向运动。当径向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成环向裂隙。
3.3震动区
在破坏区以外的岩体，由于经压缩区和破坏区的能量的消耗和衰减，剩余的爆炸能已经不多，不能造成岩石的破坏而只能引起弹性震动。这个范围比两个区大得多，叫震动区。
4结论
由于爆破的特殊性，对于岩石爆破破碎机理的研究具有一定的困难，目前对于岩石爆破破碎机理的研究大多是实验室结果，虽然已经有了一定的理论基础和实验成果，但实验与实际生产的差别较大，需要进一步提高实验的准确度和可信度，条件成熟时，可以综合利用高速摄像技术、图像分析技术、高精度传感器技术，进行逼真的数值模拟，将岩石破碎过程清楚地再现是爆破工作者今后努力的方向。
参考文献
[1]卢海湘.爆炸冲击波作用下岩体破碎机理的研究[J].湖南有色金属，2002，18（3）：1-3.
[2]宗琦.炮孔柱状装药爆破时岩石破碎和破裂的理论探讨[J].矿冶工程，2004，24（4）：1-3.
[关键词]爆破 岩石破碎 压碎区 破碎区 震动区
[中图分类号] P634.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-11-320-1
1引言
在工程施工、矿山开采等活动中，经常需要对岩石进行爆破。爆破时，需要根据施工要求及岩石的特点，选择合适的爆破手段。研究爆破作用下的岩石破碎和破裂机理，对于精确掌握爆炸作用下的岩石破碎区域、破裂程度与炸药类型的关系，掌控爆炸效果，优化爆破方案具有重要的意义。
2爆破破岩理论介绍
2.1爆炸气体产物膨胀压力破坏理论
根据爆炸气体产物膨胀压力破坏理论，岩石中的炸药爆炸时，产生了大量的气体，温度和压强不断增大，随着气体的不断膨胀，产生了强大的压力作用在岩石岩壁上。因为各方位的作用力不同，引起了不同的径向位移，形成了剪切应力。当剪切应力达到一定程度后，会引起岩石的破裂。
根据爆炸气体产物膨胀压力破坏理论，岩石只有在爆炸气体作用的时间内发生破碎，且产生冲击波的能量仅占炸药总能量的5%～15%，这样少的能量很难使整块岩石破碎。实际应用说明，在爆炸时，还有其他作用对岩石产生了巨大的影响。
2.2冲击波引起应力波反射破坏理论
根据冲击波引起应力波反射破坏理论，岩石的破坏主要是由自由面上应力波反射转变成的拉应力波造成的。
该理论的主要依据：（1）冲击波波阵面的压力比爆炸气体产物的膨胀压力大得多；（2）岩石的抗拉强度比抗压强度低得多，在自由面处确实常常发现片裂、剥落现象。（3）根据应力波理论：压缩应力波在自由面处反射成为拉伸应力波。
2.3爆炸气体膨胀压力和应力波共同作用
根据该理论，岩石的破坏是高温、高压气体和应力波共同作用的结果。爆炸时产生的高温、高压气体和应力波有不同的作用。
炸药爆炸后在岩石中产生爆炸冲击波，使炮孔周围附近的岩石被“粉碎”；由于消耗大量的能量，冲击波衰减为应力波，在粉碎区之外造成径向裂隙，反射应力波使这些裂纹进一步扩展；爆炸时产生的高温、高压气体，会发挥“气楔作用”使裂隙扩大，并最终贯通形成岩块。应力波进一步衰减成为弹性波，只能使质点在平衡位置作弹性振动，不能引起介质破坏。爆破时，岩体初期受到装药爆炸所激起的应力波的作用，但由它形成的应力状态或动态应力场将很快消失；后期受到爆炸气体的静压作用，作用时间较长。
3炸药在岩石中爆破作用的范围
假如岩石介质均匀单一，在理想状态下，炸药在岩石中爆炸时，会以炸药为中心，由近及远形成不同的破坏情况，分别为压碎区、破裂区及震动区。炸药爆炸的作用范围见图1。
3.1压碎区
岩石中的炸药爆炸时，大量的高温高压气体使爆轰压力在极短的时间内增至数万兆帕，并激起了强大的冲击波，远远超过岩石的动态抗压强度。在爆炸冲击波的强动作用，炮孔壁周围的介质被粉碎（坚硬岩石）或强烈压缩（松软岩石），形成粉碎区或压缩区。由于压缩区处于坚固岩石的约束条件下，而在三轴压缩情况下岩石的动抗压强度增大，且大多数岩石的可压缩性很差，所以压缩范围很小，其半径一般不超过药室半径的2倍。
3.2破碎区
如图1所示，破碎区存在环向裂缝、径向裂缝两种情况。在爆炸产生的强大的应力波的作用下，岩石中先产生了初始裂缝，随着爆炸气体强大的膨胀、挤压作用，初始裂缝进一步扩大和加深。随着能量的消耗，应力波强度的减弱及高温、高压气体压力的降低，岩石的裂隙扩展最终停止。
3.2.1径向裂缝
由于压缩或粉碎岩石消耗了大量能量，岩石中的冲击波衰减成压应力波。在应力波的作用下，岩石在径向产生压应力和压缩变形，而切向方向将产生拉应力和拉伸变形。当切向拉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。
3.2.2环向裂缝
压缩应力波通过压缩区外层岩石时，岩石受到强烈的压缩而储蓄了一部分弹性变形能；随着径向裂隙的形成，作用在岩石上的压力迅速下降，药室周围的岩石开始不断释放积蓄的弹性变形能，产生了与压应力波作用方向相反的拉应力，使岩石质点产生反方向的径向运动。当径向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成环向裂隙。
3.3震动区
在破坏区以外的岩体，由于经压缩区和破坏区的能量的消耗和衰减，剩余的爆炸能已经不多，不能造成岩石的破坏而只能引起弹性震动。这个范围比两个区大得多，叫震动区。
4结论
由于爆破的特殊性，对于岩石爆破破碎机理的研究具有一定的困难，目前对于岩石爆破破碎机理的研究大多是实验室结果，虽然已经有了一定的理论基础和实验成果，但实验与实际生产的差别较大，需要进一步提高实验的准确度和可信度，条件成熟时，可以综合利用高速摄像技术、图像分析技术、高精度传感器技术，进行逼真的数值模拟，将岩石破碎过程清楚地再现是爆破工作者今后努力的方向。
参考文献
[1]卢海湘.爆炸冲击波作用下岩体破碎机理的研究[J].湖南有色金属，2002，18（3）：1-3.
[2]宗琦.炮孔柱状装药爆破时岩石破碎和破裂的理论探讨[J].矿冶工程，2004，24（4）：1-3.