工程爆破第7章课件

第七章地下工程爆破

第一节

掏槽爆破

第二节

井巷掘进爆破施工技术

第三节

光面爆破

第四节

预裂爆破

第五节微差爆破.学习重点：1、工作面炮眼种类与作用2、井巷掘进爆破说明书及图表编制3、光面爆破方法、机理与施工要点

4、装药结构及炮孔堵塞5、微差爆破的破岩机理.§7.1掏槽爆破井巷掘进工作面特点：自由面少，而且狭窄（我们知道自由面愈多、愈大愈好）四周岩体对爆破有约束作用（夹制作用）1、炮眼的分类炮眼按其位置和作用可分为三种：掏槽眼、辅助眼和周边眼。2、炮眼的作用①掏槽眼：顺前进方向掏出一个凹槽作为第二自由面，以便提高其它炮眼利用率。②辅助眼：扩大和延伸掏槽范围，③周边眼：按设计断面轮廓切断岩石，形成光滑、平整的壁面。掏槽眼包括两大类：斜眼掏槽、直眼掏槽.一、斜眼掏槽1、形式：单斜掏槽、锥形掏槽、楔形掏槽、扇形掏槽

（作图表示）2、优缺点优点：适用于各种岩层，并能获得好效果；

掏槽眼少，炸药单耗低；

眼位和斜度对掏槽效果影响较小。缺点：钻眼方向难以掌握；

眼深受巷道断面限制；

抛掷距离大，爆堆分散，易损棚架、设备。.....二、直眼掏槽1、形式：龟裂式（缝隙式）掏槽、角柱状（筒形）掏槽、螺旋式掏槽

（作图表示）

特点：炮眼垂直于工作面且相互平行，距离较近，

必须配合空眼使用。空孔有大孔，也有小孔。

装药孔与空孔间距取为（1～3）d，眼距过大易“冲炮”，过小易“挤死”相邻炮孔。....

2、装药量

瑞典兰格福斯提出的掏槽装药集中度计算公式

㎏/mA

——装药炮孔距空孔的距离，mm；φ——空孔直径，mm。一般对中硬岩石，用硝铵类炸药掏槽时，炸药单耗在1.4～2.0㎏/m3。.3、优缺点优点：①炮孔垂直于自由面布置，方式简单，易于多台钻同时专业；

②孔深不受巷道断面限制；

③炮孔利用率高；

④抛掷近，爆堆集中。缺点：①眼数多，装药量大；

②炮孔间距和平行度对掏槽效果影响较大。.三、选择合理掏槽方式考虑以下因素：地质条件的适应性；

施工技术的可行性；

爆破效果的可靠性；

经济指标的合理性。

（见P148表7-1直眼掏槽和斜眼掏槽的适用条件）.§7.2井巷掘进爆破施工技术一、确定爆破参数井巷掘进爆破的效果和质量在很大程度上决定于钻眼爆破参数的选择。除掏槽方式及其参数外，主要的钻眼爆破参数还有：

单耗、孔径、孔深、孔数、炮孔利用率等.1、单耗：爆破1m3原岩所需的炸药量，用㎏/m3表示。普氏公式：s——巷道断面积；k0——爆力校正系数。

q——标准用单耗，㎏/m3单耗的选取，参考表（P149表7－2）每个循环应使用药量Q=qlsη

η——炮眼利用率，为每循环工作面进尺与炮眼深度的比值。一般取80-95%。采用光面爆破要比普通爆破用药量多。计算出的装药量的平均值，应按眼的不同做分配。.2、炮眼直径

直径与眼数，单耗、块度等有关，一般用38-45mm。3、眼数根据装药量

和孔深计算炮眼数目，再按形状均匀地布置炮眼，周边眼的眼口至轮廓线的距离100-250mm周边眼的眼口距为500-800mm底眼的间距取小值，辅助眼的间距为400-600mm。可估算如下：.4、眼深眼深：指炮眼底到工作面

的垂直距离。眼深和循环次数相互制约，我国目前实行有浅眼多循环和深眼少循环两种工艺理论上按最优炮孔深度确定之。应使每米巷道所需工时最少、成本最低，但难以做到，一般按传统的经验方法确定。按掘进任务要求定孔深：

式中，L——巷道全长；nm——每月工作日数；nt——每日工作班数；nc——每班循环数。

炮眼深度也可按循环组织确定。

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在我国所具备的掘进技术和设备条件下，巷道掘进一般取1.5～2.5m；竖井掘进一般取

l=(0.3～0.5)D（D—井筒直径，m）随着新型、高效凿岩机和先进的装运设备的应用，以及爆破器材质量的提高，炮眼深度应向深眼发展。

5、炮眼利用率炮眼利用率是合理选择钻眼爆破参数的一个重要原则。分为个别炮眼利用率和井巷全断面炮眼利用率。通常所说的炮眼利用率是井巷全断面的炮眼利用率，即

井巷掘进的较优为0.85~0.95.二、炮眼布置

1、炮眼爆炸的要求

有较高的炮眼利用率；

先爆炮孔不会破坏后爆炮孔；

应能保证：

爆破块度均匀、大块率少；

爆堆集中、飞散距离小；

爆后断面轮廓符合设计要求。.2、布孔方法和原则1）“抓两头，带中间”；2）掏槽眼通常布置在断面的中央偏下；并考虑崩落眼的布置较为均匀；3）周边眼一般布置在断面轮廓线上；4）崩落眼以槽腔为自由面层层均布在被爆岩体上，因此应先布置周边眼和掏槽眼后，再布置崩落眼。

对立井工作面炮眼参数选择与布置基本上与平巷相同，掏槽眼最常用的是圆锥掏槽和筒形掏槽，后者应用最广泛。立井中掏槽、崩落、周边眼，均布置在以井筒中心为圆心的同心圆上。立井的掏槽形式和炮眼布置见图7-12和7-13。.三、装药结构

指炸药在炮孔中的装填情况连续装药间隔装药耦合装药各种装药结构

不耦合装药

正向装药

（作图示意）反向装药有堵塞装药无堵塞装药.图7-14装药结构(a)偶合装药；(b)不偶合装药；(c)正向连续装药；(d)正向空气间隔装药；(e)反向连续装药1-炸药；2-炮眼壁；3-药卷；4-雷管；5-炮泥；6-脚线；7-竹条；8-绑绳.1、连续装药和间隔装药2、耦合装药和不耦合装药

偶合装药[或散装药(bulkloading)]时，装药直径即炮眼直径；不偶合装药时，装药直径一般指药卷直径。炮孔直径与装药直径之比称为不偶合系数(decouplingindex)。散装药时，不偶合系数为1。

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理论研究、实验室试验和工程实践证明，在一定的岩石和炸药条件下，采用不偶合装药或空气间隔装药具有下列优点：

1.可以增加炸药用于破碎或抛掷岩石能量的比例，提高炸药能量的有效利用率。2.改善岩石破碎的均匀度，降低大块率，从而使装岩效率得到提高。3.降低炸药消耗量。4.能有效地保护爆破时形成的新自由面。这两种装药结构,特别是不偶合装药结构在光面爆破和预裂爆破中得到广泛的应用.

3、正向起爆装药和反向起爆装药起爆用的雷管或起爆药柱在装药中的位置称为起爆点。在炮眼爆破法中，根据起爆点在装药中的位置和数目，将起爆方式分为正向起爆、反向起爆和多点起爆。单点起爆时，如果起爆点位于装药靠近炮眼口的一端，爆轰波传向眼底，称为正向起爆。反之，当起爆点置于装药靠近眼底的一端，爆轰波传向眼口，就称为反向起爆。当在同一炮眼内设置一个以上的起爆点时，称为多点起爆。沿装药全长敷设导爆索起爆，是多点起爆的一个极端形式，相当于无穷多个起爆点。.

正向起爆：反射应力波产生的裂隙使炮孔内气体过早逸出，眼底受力降低，减小破碎范围，降低炮孔利用率；反向起爆：爆生产物在孔内作用时间较长，加强破碎岩石、降低大块率、提高炮眼利用率。无论是正向起爆，还是反向起爆，岩体内的应力分布都是很不均匀的，如果相邻炮眼分别采用正、反向起爆，就能改善这种状况。采用多点起爆，由于爆轰波发生相互碰撞，可以增大爆炸应力波参数，包括峰值应力，应力波作用时间及其冲量，从而能够提高岩石的破碎度。.4、炮孔堵塞及炮泥作用

用粘土、砂或土砂混合材料将装好炸药的炮眼封闭起来称为填塞，所用的材料称为炮泥。

作用：1）保证炸药反应充分，放出最大热量和减少有毒气体生成量；降低爆生气体逸出自由面的温度和压力；2）使炮孔内保持较高的爆轰压力和较长的作用时间，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药能量的有效利用率；3）特别是在有瓦斯与煤尘爆炸危险的工作面上，炮眼必须填塞，这样可以阻止灼热的固体颗粒从炮眼中飞出。

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填塞炮泥的长度和质量及材料会直接影响爆炸应力波参数，进而影响岩石破碎过程和炸药能量的有效利用。合理的填塞长度应与装药长度或炮眼直径成一定的比例关系生产中常取0.35～0.5倍的装药长度。水炮泥——可以吸收部分热量、降低喷出气体的温度，有利于安全，（主要应用于瓦斯工作面）。.下图表示在有堵塞和无堵塞的炮孔中，压力随时间变化的关系。从图中可以看出，在有堵塞和无堵塞两种条件下，爆炸作用对炮孔壁的初始冲击压力虽然没有很大的影响，但是堵塞却明显增大了爆轰气体作用在孔壁上的压力和压力作用的时间，从而大大提高了它对岩石的破碎和抛掷作用。 不同的爆破方法所使用的堵塞材料、堵塞长度和堵塞方式不完全相同。.图堵塞对爆破作用的影响a-有堵塞；b-无堵塞.四、爆破说明书和爆破图表

它是施工组织设计的一个重要组成部分，是指导、检查和总结爆破工作的技术文件。编制爆破说明书和爆破图表时，应根据岩石性质、地质条件、设备能力、施工队伍的技术水平等条件，合理选择爆破参数，尽量采用先进的爆破技术。

.1、说明书编制内容

1）原始资料——井巷（隧道）的名称、用途、位置、断面形状尺寸、穿过的岩层性质、地质及瓦斯等情况；2）选用钻爆器材3）爆破参数计算4）爆破网路设计计算5）爆破安全技术措施2、爆破图表编制

图包括：炮眼布置图、装药结构图、网路图、柱状图（地面上爆破还应有爆破环境图、结构图等）。表：炮孔参数、装药参数表；预期的爆破效果和技术经济指标表（见表7-4.7-5）。.§7.3光面爆破

.一、光面爆破及特点

适用于断面周边一层岩石，爆后断面符合设计要求、围岩形状规整。表面光滑、损伤小、保持稳定。特点：减少超欠挖；

井巷成形规整、质量高；

围岩稳定，自身承载能力强，减少支护及用材；

掘进速度快、成本低、施工安全；

钻孔质量要求高。二、光爆原理1、光爆实质——是在断面设计的轮廓线上布置间距较小相互平行的炮孔，控制装药量及不耦合装药结构，选用低密度、低爆速（威力）炸药并同时起爆，沿炮孔连线将岩石切断崩落。.2、原理

1）应力波叠加原理——相邻两孔装药同时爆炸时，应力波沿炮孔连线相向传播，相互干涉叠加，当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，切断岩石形成贯穿裂缝。2）应力波与爆生气体共同作用原理——实际爆破时，两孔难以保证同时，故连线上应力波叠加难以实现。因此，认为贯穿裂缝的形成，是基于各装药爆炸所激起的应力波先在孔壁上产生初始裂缝，然后，在爆生气体静压作用下，形成“气楔”使裂缝扩展，最终贯通。.三、光爆参数（Kd、E、W、△t）1、不耦合系数

由不耦合装药炮孔壁上产生的冲击压力知

令

可求得Kb。

一般取Kb＝1.5～2.52、炮眼间距

根据不同的光爆原理有不同的确定方法。炮孔间距一般为孔眼直径的10～20倍。在节理裂隙比较发育的岩石中应取小值，整体性好的岩石可取大值。.3、邻近系数（炮孔密度系数）

m过大，爆后可能在光面眼间留下岩埂，造成欠挖；m过小，则会在新岩面上造成凹坑。实践表明，当炮孔密集系数＝0.8～1.0时，光爆效果较好；硬岩取大值，软岩取小值。

4、起爆时差

周边眼最好同时起爆，周边眼与相邻孔，一般在50～100ms，随孔深不同变化。

.5、最小抵抗线W光面层厚度或周边眼至相邻辅助眼间的垂直距离是光面爆破的最小抵抗线，或称光爆层厚度。一般应大于光面孔眼的间距。合适的抵抗线为眼距的1~1.25倍。在爆破中，为了使保留区岩壁光滑而不致破坏，抵抗线W也不宜过大，通常取W=（1～3）m，否则爆破后不能形成光滑的岩壁，达不到光面爆破的目的。因此对于露天深孔光面爆破的抵抗线W最好采用与钻孔直径d有关的关系式计算，即，W=（7～20）d。.图7-15光爆参数示意图

.6、单位装药量q单位装药量又叫线装药密度和装药集中度，它是指单位长度孔眼中装药量的多少(g／m或kg／m)。为了控制裂缝的发展，保持新壁面的完整稳固，在保证沿孔眼连线破裂的前提下，应尽可能减少装药量。软岩一般用70～120g／m，中硬岩为100～150g／m，硬岩为150～25Og／m。.四、施工要点1、钻孔质量

做到“准、平、直、齐”

2、装药结构

标准药卷空气间隔装药；

多采用：

小直径药卷间隔装药；

小直径药卷连续装药。

3、起爆顺序：掏槽眼→辅助眼→崩落眼→周边眼（多适用于小断面巷道，全断面一次爆破）大断面巷道和硐室掘进，可采用预留光爆层的分次爆破。.某经过光面爆破的岩石.柳州一桂林高速公路山石质路爆破.7.4预裂爆破一、预裂爆破原理与光面爆破一致，消灭粉碎区，控制破裂区。预裂爆破与光面爆破很相似，它是在光面爆破的基础上发展而来的，所不同的是：光面爆破是光面眼前面的岩石都崩落后再才进行爆破，它有最小抵抗线。而预裂爆破是在预裂眼前面的岩石都没有爆的情况下所进行的爆破

.二、预裂爆破的优点

预裂爆破首先形成裂隙后，前面的炮孔再爆破时所产生的应力波遇到裂缝就会发生反射，从而减弱了对所要保护的边坡的冲击破坏。三、预裂爆破参数

1．炮孔直径，一般采用潜孔钻机，孔径从90~150mm，也有用200mm的。一般孔径越小，留的孔痕率越高。2．不耦合系数，根据国内外资料，一般以2~5为宜。3．