黄水院水利水电工程施工教案第3章 爆破工程

PAGEPAGE21第三章爆破工程§3-１爆破的基本原理一、爆破１.爆炸：炸药在一定外界条件（热、火花、撞击、摩擦、振动）下，发生瞬时化学分解，产生大量高温、高压气体，并伴有巨大响声现象。例如：1Kg硝铵炸药爆炸后产生560-950L气体，温升2200-2800℃,达一万个大气压。２.爆炸的三要素（１）放热反应：是使反应独立、高效进行的首要因素；（２）反应速度快：工程炸药万分之一秒内反应完毕，可产生高能密度（几万到几十万个大气压）；（３）产生大量气体３.爆炸能的传递方式（１）冲击波：爆炸时的压力波动，在空气中传播称冲击波，在地下传播称地震波；（２）气刃：气体膨胀过程；４.爆破：炸药爆炸引起对周围介质不同程度的破坏。５.爆破施工：利用炸药爆炸对周围介质的破坏作用，以达到一定工程目的的爆破。二、药包在无限介质中的爆破１.基本假定（１）药包呈球形；（２）药包埋设无限深；（３）介质均匀；爆破作用圈２.爆破作用：冲击波呈同心球形对称向外传播，使一定区域内介质受到不同程度的破坏，距药包越近破坏愈烈。３.爆破作用圈（爆破结果）（１）压缩圈：若为土壤则被压缩，若为岩体则被粉碎或熔融；（２）破坏圈：径向受压，切向受拉，产生径向裂隙，气刃作用使之进一步扩大。此区域岩体破碎或产生裂缝；（３）震动圈：地震波作用微弱，岩体震动不破坏；三、有限介质中的爆破１.临空面（自由面）反射拉应力波当药包埋深小于爆破作用半径，压应力波一旦达到临空面，反射成拉应力波，产生弧状裂缝，将临空面剥离成弧形板状块，形成新的临空面，继续反射拉应力波。故临空面愈多，爆破效果愈好。２.临空面聚能作用（１）空穴作用试验空穴为吸收周围介质运动的中心。空穴聚能爆破试验（２）临空面可看作半径很大的临空面四、爆破漏斗１.概念：当药包埋设较浅，爆破后将形成以药包中心为顶点的倒圆锥形爆破坑。２.几何参数（１）W:最小抵抗线，药包中心到临空面的最短距离（２）r:爆破漏斗半径（３）n:爆破作用指数n=r/W（４）hl:可见漏斗深（５）R:破坏作用半径３.爆破分类（按n值大小）爆破漏斗示意图（１）标准抛掷爆破n=1（２）加强抛掷爆破n>1n=1.25-1.75用作定向爆破（３）减弱抛掷爆破1>n>0.75（４）松动爆破0.33≤n≤0.75（５）隐藏式爆破（内部作用式）n<0.33临空面不破坏五、装药量计算装药量的大小直接关系到爆破效果和成本，必须重视。至今无理论计算公式，采用经验公式。Ｑ＝ＫＶＱ：装药量，ＫgＫ：爆破单位体积岩土的炸药用量，kg/m3Ｖ：被爆破岩土的体积，m3１.集中药包装药量的计算集中药包：指药包长度不超过其直径或最短边的４倍的药包，即Ｌ/a≤4（１）标准抛掷爆破装药量：Ｑ＝Ｋ*πr2W/3≈ＫＷ３（２）各类型抛掷爆破装药量：Ｑ＝f(n)ＫＷ３f(n):与爆破作用指数n有关的函数当n>1f(n)＝0.4+0.6n３n＝1f(n)＝１1>n>0.75f(n)＝［（４+３n）／７］３0.33≤n≤0.75Ｑ＝0.33ＫＷ３注：（１）小规模爆破，Ｋ值一般可查爆破手册或参考类似工程取得。（２）大量爆破应以（１）为基础，进行爆破试验取得Ｋ值。（３）上述Ｋ值均以标准炸药为基准，如采用其他炸药，用药量应乘以炸药爆力换算系数e。e=B0/BB0：标准炸药的爆力B：采用炸药的爆力２.延长药包（Ｌ/a>4）装药量计算（１）与临空面垂直的延长药包标准抛掷：Ｑ＝ＫＷ３＝125/216*Kh3（２）与临空面平行的延长药包标准抛掷：Ｑ＝ＫＷ２Ｌ§3-２爆破材料爆破材料：炸药与起爆、传爆材料一、炸药指在外能的激发下，能发生化学爆炸的单质或混合物（一）炸药的基本性能一）爆炸性能１.爆速：炸药爆炸时的分解速度。一般在2000-8000m/s２.威力（１）爆力（mL）：炸药在介质中爆炸做功的总能力，是对介质整体的压缩、破坏和抛掷的能力。用铅柱扩大法测定，与炸药的爆热、爆温和爆压有关。（２）猛度（mm）：指对药包周围临近介质产生压缩、粉碎的能力。由铅柱压缩法测定，与炸药的爆速有关。爆力和猛度合称威力。３.氧平衡：炸药分解时的氧化情况（１）零氧平衡：指炸药爆炸后，炸药中的氧恰好能够使炸药中的碳、氢完全氧化生成二氧化碳和水，无剩余氧。（２）正氧平衡：如有多余的氧，就会再把炸药中的氮氧化成一氧化氮或二氧化氮，称正氧平衡。（３）负氧平衡：如炸药中的氧含量不足，则炸药中的碳一部分只能氧化成一氧化碳，称为负氧平衡。注：（１）正氧平衡、负氧平衡都是吸热反应，有两大危害。一是降低爆破效果（炸药威力下降），二是产生有害气体（不安全）。尤其负氧平衡产生的一氧化碳。（２）零氧平衡爆破效果好，不产生有毒气体，施工安全。（３）炸药配制尽量实现零氧平衡或不大的正氧平衡。地下爆破施工中，不得使用正、负氧平衡较大的炸药。二）敏感度（感度）指炸药在外能的作用下发生爆炸的难易程度。如撞击、火花、摩擦、爆炸（引起殉爆）等。１.提高敏感度的方法：炸药中掺砂、碎玻璃、金属等。２.降低敏感度的方法：炸药用石蜡、沥青、油、凡士林等包装。三）炸药的安定性指炸药在长期储存中，保持其原有物理、化学性质不变的能力。１.物理安定性：吸湿、结块、挥发、渗油、老化等。２.化学安定性：分解、易爆。如硝化甘油50℃开始分解，散热不好易爆。四）爆炸安定性指炸药爆炸过程速度恒定不变的性能。与药包直径和炸药的密度有关。如硝铵炸药线密度一般为0.9-1.6g/cm，药卷直径一般为32mm。（二）工程炸药起爆炸药、单质猛性炸药、混合猛性炸药三类。１.起爆炸药指用以制造起爆材料的炸药。威力大，对冲击、火花等敏感，化学安定性较好。有雷汞、氮化铅、二硝基重氮酚，后两者成本低，且耐水，已取代雷汞。２.单质猛性炸药指化学成分为单一的化合物。爆力和猛度都很高，用于制造起爆材料和作为混合猛性炸药的敏化材料。如梯恩梯、硝化甘油、黑索金等。梯恩梯、硝化甘油都不溶于水，在水中不降低爆炸性能。３.混合猛性炸药指由爆炸性成分和非爆炸性成分（一般为可燃物）按一定比例混合制成的炸药。工程中应用最广。（１）硝酸铵类炸药指以硝酸铵为主要成分的一大类炸药的总称。１）铵梯炸药主要由硝酸铵、梯恩梯和木粉配成。a.分类（按其应用条件不同分）：（a）露天铵梯：多用于露天爆破对氧平衡值要求低（b）岩石铵梯：用于无瓦斯、矿尘爆炸的地下工程，严格限制有毒气体生成，接近零氧平衡（c）安全铵梯:用于有瓦斯、矿尘爆炸的地下工程，要求有毒气体符合标准，且爆炸时不引爆瓦斯和矿尘。一般掺入15%-20%的氯化钠作为消焰剂，使爆炸时不致产生火花。b.特点：威力较高，敏感度较低，安全性好，水利工程广泛应用；吸湿性、结块性强，降低敏感度。c.分类（按配比不同）：２号铵梯过去应用最多，为标准炸药。其成分：硝酸铵85%、梯恩梯11%、木粉4%，其爆力为320cm3，猛度为12mm。２）粉状铵油炸药由硝酸铵、柴油、木粉组成。92-4-4型，成本低，使用安全，常用于大爆破。吸湿性、结块性强，降低性能。颗粒越细，含水率越低，炸药性能越好。３）水胶炸药（浆状炸药的第二代）以硝酸铵、梯恩梯为主要成分的一种含水炸药。抗水性强，威力大，爆轰敏感度高，适用于各种条件下的爆破。４）乳化炸药主要成分是硝酸铵水溶液，另加乳化剂、粘结剂、可燃剂、敏化剂等配成。呈浅黄或白色乳脂状。具有高抗水性，爆轰敏感度高，机械敏感度低，使用安全方便，目前广泛应用。爆力250-310mL3，猛度为18-22mm。如小直径药卷敞口浸水96小时，其性能变化微小。（２）硝化甘油炸药主要成分为硝化甘油而得名，其他成分为硝酸铵、硝化棉、木粉等。常为可塑胶体，又名胶质炸药。价格昂贵，常用于极硬岩体的爆破。爆力为360mL3，猛度为16mm，敏感度很高（8-10℃开始冻结）。二、起爆材料利用外能使药包爆炸的过程称起爆。１.导火线（外径5.2~5.8mm）以黑火药为药芯，以棉线、塑料布、沥青等材料卷成的圆形索。燃速100-125s/m以内。使用前进行燃速试验，确保安全。２.火雷管（见图）由管壳、起爆炸药、加强帽三部分主成。按副起爆炸药的多少分为十个序号，号大药量多，工程常用6-8号。（１）正药：在前，采用对火花和热敏感度很高的雷汞、氮化铅等。（２）副药：在后，采用敏感度亦很高的高威力炸药黑索金、梯恩梯等。注：火雷管应防潮，免降低敏感度；存放要安全，免撞击、挤压。３.电雷管有电气点火装置康铜丝电桥，丝上有引燃剂。（１）即发电雷管装药部分同火雷管，差别在点火装置，由脚线、电桥丝、引火药主成。分为十个序号。（２）秒延发电雷管指通电后延长一段时间才起爆的电雷管。在引火头与正药之间安置缓燃剂（导火索），按延发时间不同，分为七段。可解决分批起爆问题，但爆破效果不理想，已很少采用。（３）毫秒电雷管（微差电雷管）与秒延发电雷管的延期药不同，由极易燃的硅铁和铅丹混合而成。一般18-20段。目前广泛采用。４.导爆索（传爆线外径5.2~6.2mm）结构与导火索相似，芯药用高敏感度炸药（如雷汞、黑索金）制成，表面染成红色，与导火索区别。爆速6500m/s，可以直接引爆任何炸药。价格昂贵，在特别重要的爆破中使用。５.导爆管（传爆管）外径3mm，内径1.5mm，耐高压聚乙烯软管，内壁涂有薄层单质炸药。爆速2000m/s，不能直接引爆炸药。价格低，目前广泛采用。§3-３起爆网路的连接与计算将起爆药包通过一定的方式连接起来，形成一个整体，按预定的方式进行爆破。一、火雷管起爆１.优点操作简便，成本低，中小爆破使用。２.缺点（１）在工作面点炮，安全性差；（２）控制起爆顺序不准确，难以达到良好的爆破效果；（３）无法用仪表检查工作的质量，易出现瞎炮；二、电力起爆（一）特点１.优点（1）可以使用仪器、仪表进行检测，保证可靠性；（2）可以按设计要求对网络进行理论计算；（3）一次可起爆多个装药，并能有效控制起爆顺序和时间；（4）可以在远距离按时起爆装药。2．缺点（1）网络连接与器材加工比较复杂；（2）需精心计算并使用专门仪器进行检测；（3）有外来电流的作用下，容易引起早爆；（4）网络消耗大量导线，增加了成本。（二）电爆网路及计算.最小准爆电流：电雷管引火头在规定时间内引燃的最低电流值。起爆时，每个雷管的电流一般为：交流电源不小于2.5A，直流不小于2.0A；大爆破交流不小于4A，直流不小于2.5A。１.串联网路（１）计算求出准爆电流是否满足单个电雷管的最小准爆电流的要求。１）网路总电阻RR=RL+nr２）网路总电流I=U/(RL+nr)３）每个电雷管的电流i=I=U/(RL+nr)（２）优点：联接简单，便于检查，节省电线，起爆电流小。（３）缺点：一个雷管出故障，整个网路拒爆。２.并联（１）计算１）网路总电阻RR=RL+r/n２）网路总电流I=U/(RL+r/n)３）每个电雷管的电流i=I/n=U/(nRL+r)（２）优缺点：与串联相反３.混联网路按自雷管起至电源的网路联接方式命名，有串并、并串、并串并等。（１）起爆条件１）每组雷管的最小准爆电流I>2.0或2.5A２）成组串联电雷管阻值差不超过0.25欧姆３）不同品种、不同种类雷管不允许串联在同一电路中４）各支线并入主线必须进行电阻平衡三、导爆索起爆用雷管起爆导爆索，由导爆索起爆药包。主要用于深孔、洞室爆破。１.联接方法串联法、分段并联法、并簇联。连接方法有搭接、三角接、扭接、水手接等，两根导爆索的压接长度不小于15cm。２.优点：技术简单，安全可靠；不受水和散杂电流的影响；可实现同时起爆。３.缺点：噪声大，价格昂贵，不能用仪器检查网路敷设的质量。４.用继爆管可实现延期起爆四、导爆管起爆雷管激发导爆管，导爆管传爆引发雷管使炸药爆炸。用连接块接成网路。１.优点：技术简单，安全可靠；不受水和散杂电流的影响；可实现同时起爆；费用低。２.适用：露天、地下、水下等广泛采用。五、联合起爆法采用双重起爆网路（彼此独立）或者加大起爆炸药包的起爆能力（增加10%高感度炸药或雷管束）。§3-４爆破基本方法钻孔及装药设备钻孔设备1．分为凿岩机和穿孔机，一般凿岩机钻小孔，穿孔机一般钻大孔。2．按结构原理分为冲击式、回转式、冲击回转式三种。3．按动力分为：风动、液压、电动等。一、浅孔爆破法指孔深小于5m，孔径在35~75mm的炮孔爆破方法。（一）炮孔布置１.布置原则（１）炮孔方向不与最小抵抗线方向重合，免冲天炮，降低爆破效率。（２）利用地形多创临空面，减小爆破阻力。（３）炮孔尽量垂直岩石层面、节理（裂隙），不穿过较宽裂缝，免漏气。２.爆破开挖布置方式一般采用台阶式布置方式，称梯段爆破。这样钻孔、爆破、出渣可以平行进行，能形成较平整的上、下台阶面，利于钻孔施工和出渣运输。３.炮孔布置的技术参数（１）最小抵抗线WW=KdＫ与岩石的硬度有关，取15~30（２）台阶高度HH=(1.2~2.0)W（３）炮孔深度h坚硬岩石中h=(1.1~1.15)H在松软岩石中h=(0.85~0.95)H在中硬岩石中h=H（４）炮孔间距及排距为减少爆破残埂和炸药耗药量，平面布置呈梅花形。１）炮孔间距火雷管起爆时a=(1.2~2.0)W电雷管起爆时a=(0.8~1.2)W２）炮孔排距b=(0.8~1.2)W（二）装药量Q=0.33Kabh装药长度为孔深1/3~1/3（三）适用范围小型料场、渠道、基坑保护层、坚土预松等。应用最广的一种爆破方法。缺点是钻孔工作量大，耗药量亦大，爆破大量土石方不经济。二、深孔爆破法指孔深大于5m，孔径大于75mm的炮孔爆破方法。（一）概述１.优点：单位土石方钻孔工作量和耗药量小，生产率高。２.适用：大型深基坑、大型采石场、大劈坡开挖。３.炮孔布置型式有垂直孔和倾斜孔。如有打斜孔设备应尽量打斜孔。（１）斜孔优点１）岩石破碎均匀，大块率低，减少解小时间和炸药；２）底盘抵抗线较小，避免残埂；３）可按需要调整坡面坡度，且爆后坡面平整；４）钻孔施工安全；（２）斜孔缺点钻孔难度大，效率低，装药困难。（二）爆破设计参数１.台阶高度Ｈ应满足布置要求，机械运行要求，充分发挥装渣机械的效率。一般3-4m3电铲，H以12m为宜。1-2m3电铲，H以10m为宜。２.钻孔直径由钻机确定d=FD３.底盘抵抗线Ｗd（台阶坡脚到炮孔的水平距离）Ｗd＝Hctgα+B４.孔距与排距a=mＷdm:邻接系数（a与Ｗd的比值）取0.8~2.0b=asin600５.堵塞长度Ｌ:为孔径的16~32倍６.超钻深度h（降低装药中心位置，避免残埂）h=(0.15~0.35)Ｗd７.装药量Ｑ垂直孔Q=qaHＷd倾斜孔Q=qaHＷd/sinα2三、洞室爆破§3-５预裂爆破与光面爆破为保护设计边线以外的岩体不受破坏，并获得平整的开挖轮廓，而采用的爆破技术。一、预裂爆破１.概念在