4. Rock Blasting Principles and Bench (Open Pit) Blasting

4.1 Introduction

4.1.1 Aims of blast design

The main aims of blast design in underground and surface excavation are to:

• Produce suitable rock fragmentation in order to maximise the efficiency of loading and haulage
• Minimise damage to the surrounding rock e.g. to the roof and walls of a tunnel
• Optimise excavation costs
• Create a compact muck pile that can be easily dug
• Control environmental effects such as dust, flyrock, noise and vibration.

It must be emphasised that both drilling and blasting are equally important unit operations in achieving the above aims.

4.2 Explosive/rock interactions

4.2.1 Stress wave and gas expansion theory of blasting

The very high pressure in a blasthole at the instant of initiation produces a crushed zone around the charge which has a thickness slightly less than the diameter of the blasthole
(Figure 4.1). If the hole goes straight into the rock with no adjacent surface parallel to the hole, then the effect of the explosive is to widen the hole by crushing and plastic deformation to normally just less than 2x its original diameter.

As soon as detonation occurs, a shock wave propagates into the surrounding rock as a strain wave or lsquo;pulsersquo;. The pulse travels at speeds equal to or greater than the speed of sound through that rock type. As the front of the strain wave passes, segments of rock are subjected to intense radial compressive stresses and associated tangential tensile stresses (ICI 1997). The high compressive stress immediately around the blasthole causes intense crushing in that region and the tensile stresses create radial cracks which propagate into the surrounding rock. On reaching the free face the compression wave is reflected back as a tensile wave. Because of the low tensile stre

岩石爆破原理及台阶（露天）爆破

4.1引言

4、1、1爆破设计的目的

地下和地表开挖爆破设计的主要目的是：

产生合适的岩石碎片是为了最大限度地提高装卸运输效率；

尽量减小对周围的岩石，例如，隧道的顶和壁的伤害；

优化挖掘成本；

创造一个容易挖掘的紧密堆积环境；

控制环境的影响如灰尘、飞石，噪声和振动。

必须强调的是，钻孔和爆破在实现上述目标中有着同样重要的单元操作。

4.2爆炸/岩石相互作用

4.2.1应力波和气体爆炸膨胀理论

在启动瞬间在炮眼很高的压力产生电荷周围的厚度略小于炮眼直径的破碎带(图4、1)。如果这个洞没有相邻的表面平行的孔直接进入岩石，当时的爆炸效果是通过通常只低于2x原来直径的挤压和塑性变形来扩大孔。

当爆炸发生时，冲击波传播到周围的岩石作为应变波或“脉冲”。 脉冲的速度等于或大于声音的速度通过该岩石类型。当前面的应变波经过时，段岩石受到强烈的径向压应力和切向拉应力相关（ICI 1997）高压缩应力立即在炮孔周围区域引起强烈的破碎，拉伸应力产生径向裂纹传播到周围的岩石。在到达自由面时，压缩波被反射回拉伸波。由于岩石的抗拉强度低，导致了岩石表面的层裂。其效果类似于击打一行触球的端球。冲击波只占高爆炸总能量的5%-15%。其余的被后续扩展的爆炸性气体驱逐。

岩石破裂有三个阶段：

1、压缩波

2、拉伸波

3、气体膨胀

图4.1：岩石破碎过程

膨胀气体的压力会导致径向裂缝的扩展。如果负担（电荷和自由面之间的距离）不太大，这些裂缝将扩展和传播到岩石表面的自由面。如果在孔前的负担可以在引爆的时候前进自如，它会因此被撕裂并达到冲击的最大效应。在设计钻孔和点火模式时，考虑到这一问题是至关重要的。显然微不足道的变化，例如，在点火序列，可以通过提高每个孔的自由破碎的机会大大增加拉力。

4.2.2岩石性质

影响爆破效果的因素有：

岩石的性质；

爆炸特性

爆破设计（钻孔深度、直径、间距、装药浓度等）

可以说，第三点，岩石类型是最重要的，因为这在很大程度上决定了炸药的选择和爆破设计。岩石性质对爆破效果的影响最大（ICI 1997）：

不连续性（节理、断层、层理）

耐压强度

张力强度

弹性特性

密度、孔隙度和含水量

不连续性

如4.2.1部分解释，一个炸药在炮孔爆炸产生冲击波，周围的岩体产生裂隙。然而，它是天然裂缝，或不连续，在岩体本身往往确定有破碎机制（ICI 1997）。在那里的岩石质量包含三个紧密间隔的联合集（每一个集合间距小于0.5米），然后岩石会容易地瓦解并存在有良好的碎片。如果有几个，广泛的间隔节理（大于3米），这些不连续性往往过早终止爆炸引起的裂缝（图4.1）。

任何界限清晰的接头结构的方向也影响了爆破孔的形状。在一个方向平行于一个主导的联合集的爆炸能量会倾向于打破一个相对狭窄的岩石楔。如果爆炸是垂直于一个主导的联合集，由此产生的楔形将更广泛，虽然个别岩石碎片将更大（图4.2）。

图4.2：不连续性爆炸效应（ICI 1997b）

4.3台阶爆破

台阶爆破适用于露天矿山、采石场和土木工程开挖。一个台阶可以比作一个大的“步骤”或露天的岩石（图4.3），台阶爆破其特征在于，有一个大的自由面，可以爆炸和移动岩石。

图4.3：台阶爆破主要参数

爆炸设计的目标：

• 良好的碎片，方便高效的装载、运输、装卸、破碎。
• 紧密堆积，以方便有效的装载
• 安全（减少飞石）
• 尽量减少对环境的影响（尽量减少地面振动，噪音，烟雾和灰尘）

4、3、1起爆

爆破剂起爆得以实现，现在使用雷管敏感乳液或高能量铸引物墨盒。这些引物可以由以