7露天爆破技术(4课时)解析课件

7露天爆破

7.1孤石爆破

露天爆破有孤石爆破、台阶爆破和硐室爆破等。

一、裸露药包法

1.定义

裸露药包法又称糊爆法，即在孤石的一个面上放置炸药，再覆盖一定量炮泥进行的爆破。7/21/202317/21/20232图7-1孤石爆破(a)裸露药包(b)浅眼爆破法1—炮泥；2—炸药；3—孤石

2.优缺点

（1）优点

不需钻眼、方法简单方便、施工速度快。（2）缺点

药量消耗大、产生的空气冲击波作用强、警戒范围大。7/21/20233二、浅眼钻爆法

1.定义在孤石的适当位置钻凿小直径炮孔，装入少量炸药进行爆破的方法。

2.优缺点（1）优点药量消耗小、空气冲击波及噪音小、警戒范围小、安全可靠。（2）缺点在松散的炮堆上钻眼不安全；有的地方钻眼不方便；施工速度慢等。7/21/202347.2台阶爆破一、台阶要素及布孔方式

1.台阶要素（1）定义

台阶爆破：是在一个事先修好的台阶上进行，且每个台阶至少有一个水平和一个倾斜的自由面，在水平面上进行爆破作业、岩石朝着倾斜自由面方向崩落、形成新的倾斜自由面的爆破。7/21/20235（2）分类台阶爆破分为浅孔爆破（孔径不超过50mm、孔深不超过5m）和深孔爆破两类。（3）深孔爆破的台阶要素1）台阶高度（H）；2）底盘抵抗线（）；3）钻孔深度（L）；4）钻孔超深（h）；7/21/20236

5）堵塞长度（）；

6）装药长度；

7）钻孔间距（）；

8）钻孔排距（）；

9）安全距离（）；10）台阶坡面角（）；（4）各要素之间的关系及布孔方式如图7-2。

7/21/202377/21/20238图7-2露天深孔爆破（a）垂直深孔；（b）倾斜深孔；（c）扩孔H—台阶高度；W—最小抵抗线；Wd一底盘抵抗线；h—超深；a—孔距；K扩孔；b—排距；l—堵塞高度；c—安全距离；d—炮孔直径；（5）深孔爆破的主要优点

1）钻孔机械化程度高；

2）施工速度快；

3）工程质量高，破碎块度均匀，对岩基和边坡的破坏小；

4）炸药单耗小，降低工程成本；

5）爆破危害容易控制。7/21/202392.布孔方式

（1）钻孔形式垂直钻孔倾斜钻孔优点1.钻孔角易控制，误差小；2.施工方便，不塌孔，钻速快；3.各种地质条件均可用。1.钻孔角难以控制，误差大；2.爆破后冲和拉裂范围较小，台阶坡面平整和稳定。3.抵抗线比较一致，能量分布较均匀，爆破块度易控制，不易产生根底；缺点1.抵抗线变化大，能量不均，易产生大块和根底；2.爆破后冲和台阶拉裂范围大。1.施工技术要求高，易发生塌孔、卡钻事故；2.钻孔速度较慢。表7-1垂直钻孔与倾斜钻孔比较

7/21/202310（2）布孔方式7/21/202311炮孔布置方式a）单排布孔；b）正方形布孔；c）矩形布孔；d）三角形布孔二、台阶爆破参数的确定1.炮孔直径（D）的确定（1）浅眼爆破

炮孔直径一般为38～50mm左右，其炮孔深度也一般小于5m。

（2）深孔爆破根据爆破规模和年爆破工作总量来确定穿孔设备，穿孔机械设备又确定了炮孔直径。

7/21/202312

在我国一般按下列方式选择：爆破规模穿孔机械设备炮孔直径大型矿牙轮钻机250～310mm

中小型矿潜孔钻机100～200mm

一般土石方潜孔钻机76～170㎜7/21/2023132.台阶高度（H）的确定

（1）基本要求

1）给机械设备创造高效率的工作条件；

2）保证辅助工作量最小；

3）达到最好的经济技术指标；

4）满足安全工作要求。（2）露天矿山一般取10～15m；一般岩土施工，取8～12m；

7/21/2023143.底盘抵抗线的确定

（1）底盘抵抗线确定的相关因素

1）炸药威力；

2）岩石可爆性；

3）岩石破碎要求；

4）钻孔直径；

5）台阶高度；

6）坡面角。

7/21/202315（2）确定的计算式1）根据作业安全条件2）按体积药量公式反推计算3）按钻孔直径7/21/202316（7-3）

（7-2）

（7-1）

4.孔距、排距

不论是矩形布孔还是梅花形布孔，其孔距与抵抗线（或排距）的之比称为炮孔密集系数，一般用m表示即

当最小抵抗线W和a确定后，孔距和排距可按下式计算：7/21/202317

（7-4）

5.超深和孔深（1）超深是指钻孔超出台阶底盘标高的那一段孔深，其作用是克服台阶底部阻力，避免或减少根底，以形成平整的底部。（2）根据经验，一般为7/21/202318（7-5）（3）炮孔深度

1）炮孔深度是台阶高度与炮孔超深之和；

2）施工中，炮孔深度要考虑岩粉不能排完的情况。7/21/2023196.孔边距的确定孔边距是指从深孔孔中心到坡顶边线的距离，它的大小与岩石性质有关，对穿孔设备的安全影响较大，并且对垂直孔爆破的底盘抵抗线密切联系。

一般取7/21/2023207.单位炸药消耗量的确定

（1）考虑的因素

1）岩石的可爆性；

2）炸药的威力；

3）岩石破碎的块度要求；

4）爆堆抛掷程度要求；

5）被爆岩体的自由面情况。

（2）确定方法查表法、工程类比法、爆破试验法。7/21/202321三、台阶爆破的施工技术1.钻孔（1）按照设计图定出孔位，严格按设计深度和倾角钻孔；（2）孔口不要打成喇叭状；（3）随时将孔口岩渣和碎石清除干净并整平，结束后应及时将岩粉吹除干净；（4）钻孔误差不大于孔深的1%；（5）用孔盖将孔口封好，并用塑料布覆盖。

7/21/2023222.装药（1）无论是人工装药还是机械装药，都必须严格控制每个孔的装药量；（2）装药过程中发现堵塞时，在未装入雷管或起爆药柱等敏感的爆破器材以前，可用木制长干处理，严禁用钻具处理装药堵塞的钻孔；（3）当底盘夹制作用较大时，宜采用组合装药结构；（4）当炮孔穿过强度悬殊的软、硬岩层或大破碎带、贯通大气的宽裂缝时，则宜采用间隔装药结构。7/21/2023233.填塞长度及填塞（1）填塞长度或（2）填塞要求

1）填塞料要求国内多用钻屑，国外则建议用粒径4～9mm的砂和砾石。

2）填塞必须按设计施工，确保填塞长度和质量。（7-6）

7/21/2023247.4岩土爆破的控制技术一、微差爆破1.概述（1）定义

微差爆破是指相邻炮孔或药包群之间，利用毫秒延期雷管或其他毫秒延期起爆装置，实现炮眼按预定顺序且起爆时间间隔为毫秒计的延期爆破方法。7/21/202325（2）毫秒微差爆破的优点

1）降低了岩石的块度，提高了岩石的破碎质量；

2）减小了抛掷距离，爆堆集中，提高铲装运的生产效率；

3）有效降低爆破的震动、空气冲击波和飞石的危害；

4）实现全断面一次爆破，缩短了放炮和通风时间，提高掘进速度和大型设备的利用率，并有利于工人健康。7/21/202326（3）实现毫秒爆破的方法

1）毫秒电雷管起爆系统；

2）导爆索和继爆管起爆系统；

3）毫秒导爆管雷管系统；

4）微差起爆器。7/21/2023272.微差爆破的破岩机理（1）残余应力假设

先起爆的炮眼在岩体内产生了一个准静态应力场；后起爆的炮眼在先起爆的炮眼所产生的静态应力场尚未消失之前起爆，就可利用先起爆炮眼在岩体内产生的残余应力来改善岩石的破碎质量。

7/21/202328（2）自由面假设先起爆的炮眼在岩体内产生了一定宽度的裂缝和爆破漏斗；新形成的爆破漏斗侧边以及漏斗体外的细微裂缝成为后起爆炮孔爆破的新自由面，使其最小抵抗线和爆破作用方向都已经改变，减轻了爆破阻力和夹制作用，增强了破碎岩石的作用。7/21/202329（3）应力波干涉假设

若相邻两装药间隔若干毫秒爆炸，先起爆的装药在岩体内形成的应力场尚未消失，而后起爆装药又立即起爆，使两者所产生的应力波相互叠加，增强了应力波的作用，加强了破碎效果。7/21/202330（4）岩块碰撞假设

先起爆的炮眼崩起的岩石抛离岩体尚未回落时，后起爆爆下的岩石也朝刚形成的新自由面方向飞散，使爆下的岩块在运动过程中发生相互碰撞，利用其动能再次发生破碎，提高了破碎质量，减小抛掷距离，增加了爆破的安全性。7/21/2023313.微差爆破间隔时间按应力波干涉假设，波克罗夫斯基给出能增强破碎效果的合理间隔延期时间为

兰格福斯总结瑞典应用的经验，提出以下能达到最优破碎的合理延期时间的经验公式

7/21/202332（7-23）

（7-24）

4.微差爆破的安全性

（1）在有瓦斯和煤尘爆炸危险的工作面进行爆破时，若以一次爆破而言瞬发爆破最安全；（2）但是对于爆破工程量较大，使用瞬发爆破必须分次放炮才能满足要求时，其危险性就大大增加了。（3）采用微差爆破时，由于延期时间是以毫秒计，只要总延期时间控制在一定范围以内，岩（煤）体里的瓦斯还没有完全释放出来，爆破工作已经实施完毕，达到安全爆破的目的；7/21/202333（4）各国对毫秒爆破的总延期时间规定

1）英国规定总延期时间不得超过100毫秒；

2）前苏联规定总延期时间为135毫秒以内；

3）德国、波兰、美国、日本、法国、捷克等采煤大国都控制在100毫秒以内；

4）比利时和荷兰控制在75毫秒以内；

5）我国规定总延期时间不得超过130毫秒。

7/21/202334二、光面爆破1.概述（1）定义

光面爆破：沿开挖边界布置密集平行炮孔，采用不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业。（2）光面爆破的优点

1）能减少超挖量，特别是松软岩层中；

7/21/202335

2）爆破后成形规整，提高开挖面的整度和质量；

3）爆破后围岩产生的爆震裂缝大量减少，提高了边坡或井巷围岩的稳定性和自乘能力，减少了支护工作量和材料消耗；

4）能加快开挖工作的速度，降低成本，保证了施工和工程的安全。7/21/2023362.光面爆破作用机理（1）应力波叠加原理当两个相邻炮孔中的炸药同时起爆时，沿半径方向传播的应力波，在两孔连线的中点相会，并产生干扰，其合力垂直于两个爆破孔轴线的连接面，方向向外，使连接面成为受拉面，且沿此面断裂。7/21/202337图7-11应力波叠加作用示意图（2）应力波干扰理论的不足

1）该理论要求相邻两孔应同时起爆，以保证应力波在两孔连线中点产生叠加；

2）根据该理论应力波叠加后，相邻两孔中点产生的拉应力成倍增加，裂缝因此从中点首先产生，并向两孔方向发展。7/21/202338（3）应力波与爆轰气体共同作用原理

贯穿裂缝的形成是基于各装药爆炸所激起的应力波先在各炮眼壁上产生初始裂缝，然后在爆生气体准静态压力作用下，沿初始裂缝产生“气楔作用”，使裂缝沿连心线进一步扩展，最终形成贯穿裂缝。7/21/2023393.光面爆破参数（1）炮孔装药量的计算

1）不耦合系数不藕合装药条件下，炮眼壁上产生的冲击压力令，可求得装药不藕和系数7/21/202340（7-25）

（7-26）

2）装药系数空气柱间隔装药作用于炮孔壁上的压力为若忽略炮泥长度，则，为炮孔长度。令，由上式可求得

（7-27）（7-28）

7/21/202341炮孔装药线密度为（2）炮眼间距

在不藕合装药的前提下，光面爆破应满足炮眼内静压力小于爆破岩体的极限动抗压强度，而大于岩体的极限动抗拉强度的条件，即则（7-29）

（7-30）

7/21/202342（3）邻近系数

1）邻近系数即炮孔间距与最小抵抗线的比值；

2）实践表明，当m=0.8～1.0时，爆破后的光面效果较好，硬岩中取大值，软岩中取小值。（4）最小抵抗线

光面爆破的最小抵抗线是指周边眼至邻近崩落眼的垂直距离，也叫光爆层厚度。一般取7/21/202343（5）起爆时间间隔

1）周边眼同时起爆时，贯穿裂缝发育最好，形成的光面平整；微差起爆次之；秒延期起爆最差。

2）一般来说，周边眼间的起爆时差应控制在30～40ms内，就能达到比较好的光面爆破效果。7/21/202344三、预裂爆破1.概述（1）定义

预裂爆破是沿着设计轮廓线，打一排减小孔间距的平行炮孔，减小装药量，采用不耦合装药，在开挖区主爆破孔爆破前，将这些轮廓线上的炮孔首先起爆，沿设计轮廓线先形成平整的预裂缝的爆破技术。7/21/202345（2）预裂缝的作用

1）能在一定范围内，减小主爆破孔组的爆破地震效应；

2）阻止主爆破孔组的爆震裂缝的发展，提高岩体边坡的稳定。7/21/2023462.预裂爆破和光面爆破的区别（1）预裂爆破是在主爆区爆破之前进行，光面爆破则在其后进行；（2）预裂爆破是在一个自由面条件下爆破，夹制作用大，对围岩的损伤大，光面爆破则在二个自由面条件下爆破，夹制作用小，对围岩的损伤小；（3）预裂爆破的目的是减小主炮孔爆破时对围岩的伤害，光面爆破的目的则是减小周边孔对围岩的伤害。7/21/2023473.预裂爆破参数

（1）炮眼直径

小直径钻孔对围岩破坏范围小，预裂缝容易控制，易于取得较好效果。所以国外采用小孔径预裂爆破较多，国内深孔预裂爆破的孔径为60～120mm。7/21/202348

（2）炮孔间距

在实际工程中，一般采用的孔距为孔径的8～12倍，最高为17倍。

（3）预裂孔与缓冲孔的排距

预裂孔与缓冲孔的排距应避免裂缝朝缓冲孔贯通，所以排距>预裂孔距。一般取a=（0.7