自由面(free face) 被爆破的介質與空氣接觸的表面。爆破時，介質的破壞主要是因自由面上應力波反射轉變成為拉伸波造成的，自由面越多，爆破效果越好。工程中，常利用有利的地形、地質構造(如裂隙、斷層等)或者人為地製造多個自由面．以節省炸藥量，提高爆破效果。
基本介紹
- 中文名：自由面
- 外文名：free face
- 所屬領域：數理科學
- 相關概念：爆破、最小等壓線等
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定義
自由面是在爆破作用範圍內,岩體和空氣接觸的界面。這個界面上的岩石，向外運動時不受阻力。自由面的大小，多少以及它與藥包的相對位置和距離對爆破效果有著決定性的影響，這是爆破工程首先要考慮的因素。自由面小或數量不足,會影響爆破效果。掘進時的掏槽，就是為了增加崩落眼爆破的自由面。各種爆破中的藥包起爆順序，也要考慮互相創造自由面的條件。在拋擲爆破中，自由面是岩石破碎和運動的方向，利用相鄰藥包的提前起爆，創造出新的自由面,就可控制主藥包的拋擲方向。
狀態
在生產爆破過程中，由於場地本身以及施工過程中引起的裂隙和殘孔，導致台階自由面狀念存在過大斜坡、局部出現倒坡、布滿張開的裂隙、跟腳過大，溶洞、軟夾層等多種狀念。由於自由面存在的這幾種狀態，導致台階爆破後易產生大塊、根底以及飛石，增加了作業成本，存在安全隱患，因此急需解決。
爆破效果影響
自由面局部倒坡不能使前排孔更好的推出去，這樣就不能為後面的炮孔創造足夠的臨空面，隨著夾製作用的增大，爆破作用減小，大塊率就會增大。自由面上布滿裂隙，挖機不能處理，那么在下次台階爆破時炮孔內的炸藥能就會從裂隙處溢出，炮孔承擔的岩石區域就不能達到完全破碎，大塊率會很高，降低炸藥爆破能量的利用率。跟腳過大會使台階自由面底盤抵抗線過大，爆破不均勻，會產生爆破後沖的危害。假若自由面較為平整，在爆破時，岩體可往臨空面方向運動、變形，爆破氣體膨脹使台階表面隆起鼓包產生鬆動。台階自由面狀態問題會導致爆炸氣體從岩石較為弱的地方衝出，造成沖孔、飛石，而且還減弱了將爆破岩體向前推移的能量。
相關概念
爆破
爆破(blasting) 利用炸藥爆炸時產生的破壞力破壞周圍介質的一種方法。分陸地爆破和水下爆破兩種。陸地爆破按裝藥位置，分內部爆破和外部爆破。內部爆破又分炮孔爆破和藥室爆破，用於採礦、築路、水利等工程的土石方施工；外部爆破是將炸藥包置於被爆物體的表面進行爆破，常用於破碎大孤石和大塊岩石的二次爆破。水下爆破要求炸藥有良好的抗水性，分鑽孔爆破和裸露爆破。常用於爆破礁石、岩塞和水下建築物，如清理航道、爆除輸水隧洞預留岩塞等。
爆破機理
爆破機理(blast mechanism) 爆破過程中周圍介質破壞原因的理論。爆破是炸藥爆轟產生的衝擊波的動態作用和爆轟氣體準靜態作用的結果，其機理可歸納為：
(1)衝擊波反射拉應力破壞理論，炸藥爆炸時，衝擊波的強度超過岩石的極限抗壓強度，使周圍岩石破碎，而衝擊波遇到自由面時形成反射拉力波，使岩石從自由面起向藥包中心層層破壞；
(2)流體動力學理論，在介質中產生爆炸的各種過程，可運用流體動力學的原理，藉助於質量守恆、動量守恆和能量守恆3個定律，推導出爆破理論上的一些主要關係式；
(3)功能平衡理論，爆破時，介質破壞所需能量來源於炸藥爆炸所產生的有效能量。由於爆破作用過程極為複雜，影響因素很多，現有的各種理論都不夠完善，故通常在實際爆破工程中，仍廣泛採用經驗公式和經驗數據。
爆破作用圈
爆破作用圈(acting ring of burst) 具有一定藥量的炸藥包在無限介質中爆炸時，受到爆炸作用力影響的範圍。隨著離爆源距離的增大，介質依其破壞特徵，大致可分三個圈(區域)：
(1)壓縮圈(亦稱“粉碎圈”)，壓應力大於介質抗壓強度，岩石多被壓成粉末；
(2)破壞圈，介質產生不同程度的破壞；
(3)振動圈，介質不破壞，只發生質點彈性振動現象。振動圈以外，爆破能量完全消失。
爆破漏斗
爆破漏斗(blasting crater) 藥包在介質中爆破後，在自由面附近形成的一個倒立圓錐體形的爆破坑。形似漏斗，故名。實際形狀多種多樣，隨土石性質、炸藥性能、藥包大小和藥包埋置深度等而異。按爆破作用指數(n)，分標準拋擲爆破漏i卜(n=1)、加強拋擲爆破漏斗(n>1)、減弱拋擲爆破漏斗(0.75<n<1)和鬆動爆破漏斗(0<n<0.75)等。
最小抵抗線
最小抵抗線(minimum burden) 藥包中心到自由面的最短距離。是一個重要的爆破參數。對炸藥量多少、爆破效果優劣影響很大。被爆破體沿最小抵抗線方向抵抗爆破作用的能力最弱，是破碎和拋擲的主導方向。當與炮眼軸線正交時爆破效果最為理想，其夾角愈小，效果愈差。
爆破作用指數
爆破作用指數(blasting action index) 爆破漏斗半徑(r)與最小抵抗線(W)的比值，常用n表示，n=r/W。是爆破中的主要參數之一，關係到爆破範圍的大小、拋擲量的多少、拋擲距離的遠近和爆破漏斗的可見深度等。在選用n值時，應根據地形情況和不同的爆破目的，選取適宜的數值。如定向爆破，輔助藥包的n值常選用1.00～1.25，主藥包的n值常選用1.25～1.75。
鬆動爆破
鬆動爆破(loose blasting) 受爆介質沒有移動位置，但已被鬆動的爆破。埋置在介質中的炸藥包爆破後，破碎的介質並不從爆破漏斗中拋出，只是堆積在爆破漏斗內。常用於石料開採、基坑開挖、隧洞開挖等工程。
拋擲爆破
拋擲爆破(throw blasting) 藥包爆破後破碎介質沿最小抵抗線方向向外拋出一定距離的爆破．按爆破作用指數(n)的不同，有加強拋擲爆破(n>1)、標準拋擲爆破(n=1)、減弱拋擲爆破(0.75<n<1)三種類型。如按指定方向拋擲，即為定向爆破，屬於加強拋擲爆破的一種。水利工程中，常利用定向爆破築壩、開挖渠道等。
單位耗藥量
單位耗藥量(powder factor) 爆破單位體積岩石所消耗的炸藥量。常用單位：kg/m3：大小主要隨岩石堅固性而定，最好通過爆破試驗取得。其值越大．炸藥用量越大，岩石破碎程度越甚。當爆破作用指數n<1.5時，其值變化不大，但當n>1.5時，由於炸藥爆轟氣體能量損失增大，其值隨之急劇增大。
炸藥爆炸作用
埋入無限岩石中的炸藥爆炸後，將在周圍產生壓碎區、裂隙區和震動區。當埋人岩石中的炸藥包臨近自由面時，由於爆炸應力波在自由面的反射作用，炸藥爆炸除在其周圍岩石中產生壓碎區、裂隙區和震動區之外，視其到岩石自由表面距離的不同，還將在自由表面引起岩石的破裂、鼓包和拋擲，進一步在岩石中形成一漏斗狀的炸坑，稱為爆破漏斗，如圖1、2所示。
圖1
圖2a一表面無破壞；b一表而破裂；c一表麗鼓包；d一鬆動漏斗；e一拋擲漏斗.
炸藥在岩石中爆炸時，形成爆破漏斗的條件用炸藥的相對埋深表示，炸藥的相對埋深△定義為：
式中，W為炸藥的埋置深度，稱為最小抵抗線，如圖3所示；
為臨界最小抵抗線。當
時，炸藥爆炸引起的岩石破壞僅限於岩石內部，而在岩石表面不產生任何破壞。
關於爆破漏斗的形成，已經有了以W．C．Livingston理論為主體的許多爆破漏斗理論。爆破漏斗理論是岩石爆破的重要理論之一，在爆破工程實際中有著廣泛的套用。
圖3
