第六章-地下工程爆破技术

1第六章地下工程爆破技术第一节地下工程爆破2一、巷道（隧道)掘进爆破的要求技术上（断面规格、平整、爆堆、块度)；经济上（低耗、高效、成本低)；安全上（施工操作安全、爆破安全、巷道安全)§6-1地下工程掘进爆破3二、工作面炮眼布置(1)炮眼的种类及作用掏槽眼:在炮眼全长上爆出一新自由面，为辅助眼、周边眼爆破创造条件，是掘进工作的关键。

辅助眼:扩大自由面、崩落矿石、为周边眼爆破创造条件。

周边眼:控制巷道断面的形状，最终成巷。

§6-1地下工程掘进爆破4工作面炮眼分类图工作面炮眼布置图§6-1地下工程掘进爆破5

井巷掘进爆破示意图§6-1地下工程掘进爆破6(2)倾斜眼掏槽1)特点眼与自由面斜交，掏槽眼数少，槽腔内的碎块容易被抛出;但孔深受到断面大小的限制，也就影响到循环进尺。

§6-1地下工程掘进爆破72)楔形掏槽多用垂直楔形掏槽。槽腔为垂直的三角棱柱体。由2~4对相向倾斜眼组成,孔底间距一般为10~20cm,与自由面交角通常为60~70º。多用于4m2断面以上的中硬岩以上的均质岩石。

§6-1地下工程掘进爆破8楔形掏槽示意图(a)垂直楔形掏槽;(b)水平楔形掏槽§6-1地下工程掘进爆破9

图8-4双楔形掏槽§6-1地下工程掘进爆破103)锥形掏槽各孔以同等角度向槽腔底集中。槽腔为三角锥形、金字塔锥形或圆锥形（用于圆形竖井掘进)，这种掏槽法较可靠，掏槽眼底距保持10~20cm，掏槽眼倾角为55~70º，孔口距为0.4~1.0m。

§6-1地下工程掘进爆破11锥形掏槽(a)角锥形掏槽;(b)圆锥形掏槽§6-1地下工程掘进爆破12(3)直眼掏槽1)特点炮眼与自由面垂直，掏槽眼之间很近，且互相平行，孔深不受断面限制，孔数比斜眼多。它与斜眼掏槽不同:首响眼爆破时主要不以工作面为自由面，而以最近的空眼壁为自由面，空眼起导向和提供补偿空间的作用，所以空孔在直眼掏槽中起重要作用

。

§6-1地下工程掘进爆破132)桶形掏槽因形成的是角柱形槽腔,所以也叫角柱掏槽,运用最广。

①等直径空孔：它比平行龟裂掏槽（缝形掏槽)的槽腔体积和宽度大，这样为后面的辅助眼爆破创造良好条件。有许多不同的空眼，装药眼排列方案。

§6-1地下工程掘进爆破14②大直径空孔:大空孔能形成较大的人工自由面和补偿空间。

缝形掏槽和桶形掏槽(a)缝形掏槽;(b)桶形掏槽§6-1地下工程掘进爆破15③布孔原则

a：装药孔到空孔的距离（即w+Φ/2值)随空孔Φ而变。这关系到补偿空间的充裕程度和掏槽效果。W值过小，掏槽范围太小，效果差；过大，则易于挤实，成“冲天炮”情况。所以应根据岩石的性质和工程经验确定合适的装药孔到空孔的距离。

§6-1地下工程掘进爆破16b:响炮顺序近空孔的先响,依次至远离空孔的装药眼。

c:空眼超深300mm左右，放入药包抛渣。

§6-1地下工程掘进爆破173)螺旋掏槽与桶形掏槽大同小异。不同的是各装药眼据响炮顺序与空孔之距依次递增，使槽腔体积逐步扩展。此法优点是用同样的眼数可得到较大的槽腔。但如果1.2响孔拒爆时，掏槽失败，即可靠性差，故多用于施工熟练、岩石易爆、巷道断面较大的情况下，有时用双螺旋掏槽。

§6-1地下工程掘进爆破18三、地下工程掘进爆破参数的确定影响到爆效、掘进成本、速度。以下参数确定后还得由实践修正。（1)耗药量Q①单位耗药量q:指爆破一立方米原岩所需的炸药量。

随炸药（品种、药径)、岩石性质、掘进条件（断面、深度)而变。Q过小，爆效差；q过大，成本高，过抛掷损坏支架、设备、震坏围岩、破坏稳固性。

§6-1地下工程掘进爆破19计算或查表选取q:

如对f=8~10时,s=4~6m2,q=2.15kg/m3。

§6-1地下工程掘进爆破常用经验公式:

修正的普氏公式:明捷利公式:查表,列出主要参数f与s。

20平巷掘进单位炸药消耗量参考值（kg/m3)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)掘进断面积（m2)§6-1地下工程掘进爆破21③药量分配:原则是掏—辅—底—帮—顶眼,从多到少。因为掏槽眼爆破条件最差,底眼要克服爆堆的阻力。

§6-1地下工程掘进爆破②计算总药量Q:Q=q·v（v—爆破原岩体积)=q·s·l·η（η—炮眼利用率，0.80~0.95)22（2)眼径dd的决定因素有①凿岩设备、工具;②掘进条件（断面、孔深)；③炸药威力等因素选取。d过大，每孔凿速下降，需大型设备，破坏围岩稳固性;d过小，孔数上升，凿眼和移位工作量大。有两种情况:§6-1地下工程掘进爆破231)大直径药卷直径

38~45mm，用于台车，高效凿机，大断面;2)小直径药卷直径

25~30mm，用于小断面（s≤4m2)，坚硬岩，高威力炸药（如乳化油)。

§6-1地下工程掘进爆破24（3)炮眼数目n的确定确定原则在保证合理的爆破效果前提下尽可能减少n值。显然，n过小，不能满足Q要求，爆不开或块度过大;n过大，不经济，凿岩成本上升。

§6-1地下工程掘进爆破方法①由f、s来决定。25②由Q值来决定。（4)炮眼深度l指自由面到孔底的垂直距离。l值关系到工时利用率,每班循环次数,掘进速度。

§6-1地下工程掘进爆破因为故有261)l=2.5~3.5m使用于大断面,f值小,岩石可爆性好,施工机械化程度高的情况下。铁道隧道施工l值有时达4m以上。

2)l=1.5~2.5m断面较小,目前我国矿山多为1.6~2.0m。

§6-1地下工程掘进爆破

按任务要求确定炮眼深度按循环组织确定炮眼深度27合理的炮眼布置应能保证：有较高的炮眼利用率;先爆炸的炮眼不会破坏后爆炸的炮眼，或影响其内装药爆轰的稳定性;爆破块度均匀，大块率少;爆堆集中，飞石距离小，不会损坏支架或其他设备;爆破后断面和轮廓符合设计要求，壁面平整并能保持井巷围岩本身的强度和稳定性。

炮眼布置的要求28工作面上各类炮眼布置是"抓两头、带中间”。即首先选择适当的掏槽方式和掏槽位置，其次是布置好周边眼，最后根据断面大小布置崩落眼。掏槽眼的位置会影响岩石的抛掷距离和破碎块度，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。周边眼一般布置在断面轮廓线上。按光面爆破要求，各炮眼要相互平行，眼底落在同一平面上。底眼的最小抵抗线和炮眼间距通常与崩落眼相同，为保证爆破后在巷道底板不留"根底”，并为铺轨创造条件，底眼眼底要超过底板轮廓线。布置好周边眼和掏槽眼后，再布置崩落眼。崩落眼是以槽腔为自由面而层层布置的，均匀地分布在被爆岩体上，并根据断面大小和形状调整好最小抵抗线和邻近系数。崩落眼最小抵抗线可按式计算：

炮眼布里的方法和原则29（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准则。炮眼利用率区分为:个别炮眼利用率和井巷全断面炮眼利用率。

前者定义为:

后者定义为:

通常所说的炮眼利用率系指井巷全断面的炮眼利用率。井巷掘进的较优炮眼利用率为0.85～0.95。§6-1地下工程掘进爆破30连续装药——装药在炮眼内连续装填，没有间隔;间隔装药——装药在炮眼内分段装填，装药之间有炮泥、木垫或空气使之隔开。耦合装药——装药直径与炮眼直径相同;不耦合装药——装药直径小于炮眼直径。正向起爆装药——起爆雷管在炮眼眼口处，爆轰向眼底传播;反向起爆装药——起爆雷管在炮眼眼底必，爆轰向眼口传播。

（6)装药结构31§6-1地下工程掘进爆破32

用水、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，所用材料统称为炮泥。炮泥的作用是保证炸药充分反应，使之放出最大热量和减少有毒气体生成量;降低爆炸气体逸出自由面的温度和压力，使炮眼内保持较高的爆轰压力和较长的作用时间。

（7)炮眼的填塞（8)瞎炮的处理

炮眼中装好炸药经引爆而未能爆炸，这类炸药未发生爆炸的炮眼，叫做瞎炮。

瞎炮的产生原因是多方面的，如：炸药的质量问题、雷管爆炸没有引爆炸药、起爆器材的质量差、连线质量和炮眼布置等都有可能产生瞎炮。

发现瞎炮应及时处理，如瞎炮是由联线不良或错联所造成，则可重新联线补爆;如不能补爆，则应在距原炮眼0.3m处钻一个平行的炮眼，重新装药放炮，严禁手拉或掏挖瞎炮。

33§6-1地下工程掘进爆破34四、编制爆破说明书主要内容爆破作业的原始条件；选用凿岩爆破器材；确定凿岩爆破的参数；炮眼布置（三面投影图)；爆破技术经济指标。

炮眼布置图;基本爆破条件表;炮眼排列说明简表;爆破技术经济指标表。

§6-1地下工程掘进爆破35第六章地下工程爆破技术第二节微差爆破技术36一、微差爆破的定义1.定义相邻孔（或相邻装药段或相邻排)之间以毫秒间隔时间相继起爆。

§6-2微差爆破37二、作用原理2.作用原理§6-2微差爆破38应力波干涉假说

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,从而加强了破碎效果。自由面假说

先起爆的装药在岩体内已造成了某种程度的破坏,形成了一个新的爆破漏斗,对后起爆装药创造一个有利的破碎条件,相当于新增加自由面并处于应力状态作用了。同时,后起爆装药的最小抵抗线方向和爆破作用方向都发生了改变,朝向了新形成的附加自由面,即新形成爆破漏斗的斜边。由于附加自由面的出现,岩石的夹制作用减小,爆炸能量能较充分地加以利用来破碎岩石,有利于降低大块率,减小抛掷距离和爆堆宽度。

按照这种假说,在微差爆破各种形式中,以台阶爆破的炮孔间隔起爆或波浪形微差爆破的效果最好。

除运动岩块能够发生相互碰撞这点外,自由面假说不能说明微差爆破和秒延期爆破的区别。

§6-2微差爆破39岩块碰撞假说

该假说认为，在微差爆破过程中，先后相继爆破下的岩块在运动过程中发生相互碰撞，利用动能使其再次发生破碎，导致运动速度降低，因而抛掷距离减小，爆堆集中。

按这种假说，微差爆破最好的起爆方式和起爆间隔时差应能为岩块发生碰撞创造条件。残余应力假说

先期爆炸激起的爆炸应力波在炮孔周围的岩体内形成动态应力场，并产生径向裂缝向外扩展;

其后，高温高压的爆生气体渗入裂缝，在较长时间内使岩体处于准静应力状态，使裂缝进一步扩展。

后期装药若在此刻爆炸，就可利用岩体内已形成的残余应力来改善岩石的破碎质量。

§6-2微差爆破40（1)与秒差比，产生了应力场迭加和增加了微裂隙交叉作用，第一组应力场还未完全消失，第二组又迭加上。（增加了破碎作用)（2)与齐发爆破比，增加了新的自由面，第二组起爆，岩石移动时，第一组炮孔新的自由面已形成，从而增加反射拉伸波的破碎岩石作用，从而减少了夹制性和后冲作用。

§6-2微差爆破41

当第一组炮孔爆破的岩石还未完全落回时，第二组炮孔又起爆，岩石向上运动，与回落的第一组炮孔岩石在空中发生碰撞，产生二次破碎。（减小抛掷作用、减小岩石爆破块度)（4)降震

1)降低每段药量。总药量被分为数段，使地震波在时间上分开了，地震效应是以最大一响的药量计算的，而非总药量。

§6-2微差爆破（3)增加碰撞作用42三、微差时间间隔△T的确定微差时间间隔△T的确定（1)从新自由面形成，改善块度目的考虑（

△T不能过长、过短)，岩石发生移动时间T2为爆炸应力波传到自由面时间T1的5~10倍。

§6-2微差爆破43

2)干扰降震：地震波最主要部分是主震相，要使孔间（或排间)起爆时间间隔ΔT控制好，错开主震相位，能干扰一部分，即使在不理想的情况下，迭加后幅值也不会超过原来的。而齐发爆破则不同，幅值A很大。

§6-2微差爆破44如岩石声速为Cp=5000m/s,则T1=W/5000（秒)=W/5(ms)；岩石发生转移时间T2=（5~10)T1

T2=（1~2)W(ms)则微差间隔时间△T=（2~5)W(ms)在露天台阶爆破条件下：f值大，取2~3;f值小取5一般情况Cp<5000m/s时,△T取较大值。

§6-2微差爆破45（2)以应力波增强观点为主，确定ΔTa-孔间距(m)Cp-压应力波波速(cm/s)§6-2微差爆破w-最小抵抗线(m)46（3)按降震要求，确定△T使主震相相错一般△T=20~50ms,可实测确定。

不理想较好

最理想齐发爆破§6-2微差爆破47

4)使岩石满足最大碰撞条件，确定△T，这时△T与W有关，英国科学家从实验室中提出：①W=1.5~2m，

△T=12ms;②W=3~4.5m，

△T=17ms;③W=4.6~6m，

△T=25ms;§6-2微差爆破△

t＝3.3KW48（5)由经验数据确定△T南芬铁矿，在岩石中:Ф250mm△T=33~35msФ310mm△T=50~52ms在铁矿石中:Ф310mm△T=23~33ms§6-2微差爆破49四、控制△T的方法1.毫秒雷管由实用起爆方法定,使用导爆管—毫秒雷管系统或使用毫秒电雷管,一般有20段2000ms的普通毫秒雷管。目前已有30段600ms的高精度毫秒电雷管。

§6-2微差爆破502.继爆管专用于导爆管网路,一般间隔只为25ms整数倍,使用不多。

§6-2微差爆破51第六章地下工程爆破技术第三节光面爆破52一、光面爆破的定义定义使用密集孔,少装药,使爆出的岩面平整,对外围没有明显破坏的爆破,称为光面爆破。

质量好的光面爆破,孔痕率高,不平度底.§6-3光面爆破

光面爆破应达到三条标准：岩石上留下具有均匀眼痕的周边眼数不应小于其总数的50％;超挖尺寸不得大于150mm，欠挖不得超过质量标准规定;岩石上不应有明显的炮震裂缝。

53§6-3光面爆破54§6-3光面爆破55二、光面爆破的特点特点与普通爆破相比:（1)周边轮廓线合乎设计要求。欠挖或超挖少，从普通爆破欠、超量15%下降至5%，所以节省工程费用。

（2)少产生爆破裂隙，保持围岩的整体性和稳定性，减少支护工作量，在不稳定地段与喷锚结合，为选择合理的施工工艺创造了条件，也节省费用，以上所节省费用可抵消多钻孔所增加的大部分费用。

§6-3光面爆破56三、光面爆破机理（1)不耦合装药—空气间隙的作用多用不耦合系数K≥2~2.5，采用三低炸药（猛度、爆速、密度)，这样PC-J空气缓冲后形成Pm；①

使Pm降低,小于岩石抗压强度,大于抗拉强度。可避免粉碎圈的产生,当K=2.5,使σ值从2.5×103MPa→1.5×103MPa。

§6-3光面爆破降低对隧道、巷道壁面的破坏沿周边眼布置线形成贯穿裂缝,确保岩面光滑使光爆层脱离原岩体,并防止在反射波作用下产生超挖57②

使作用时间增加,从22微秒增加到38微秒。有利于应力波迭加和气体对裂隙的作用。

（2)两孔应力波相遇迭加当两孔同时起爆时,在两孔连心线上应力加强,但这点比较难。如当孔距为30cm,C=3000m/s,如果起爆ΔT差0.1ms,则应力波无法在两孔间迭加。

§6-3光面爆破58（3)准静压作用当炸药爆炸后在孔内形成的高温高压气体，相当于“楔”的劈裂

作用。在孔周边产生切向拉应力，但唯独在两孔连心线方向上的切向拉应力有联合作用，所以，当孔距a合适（不过大时)，连心线上易形成贯穿的裂隙。

§6-3光面爆破59（4)空孔的导向作用由于孔间起爆有一定的时间误差（一般大于0.3ms)、先爆孔总是以后爆孔作为最近的自由面（因为这是a<W)。即使后爆孔也装了炸药，但因是“不耦合”，因此在靠空孔方向，即两孔连心线方向首先形成反射拉伸波，产生应力集中，在邻孔表面产生片落或裂隙；当后爆邻孔起爆时在该方向易于形成裂隙，一旦形成贯穿，爆生气体楔入，又抑制了其他方向裂隙的发展。

§6-3光面爆破60四、光面爆破参数光爆参数（1)不耦合系数实践证明:K=1.5~4时，光面爆破效果最好。多用K=1.5~2.0见表10-4K=1.7使炮孔压力小于动抗压强度，大于抗拉强度，使孔壁不产生裂缝。

§6-3光面爆破61降低对隧道、巷道壁面的破坏

不耦合系数

不耦合系数选取的原则是使作用在孔壁上的压力低于岩石的抗压强度，而高于抗拉强度。

已知在不耦合装药条件下，炮眼壁上产生的冲击压力为:

令可求得装药不耦合系数62沿周边眼布置线形成贯穿裂缝,确保岩面光滑应力波作用原理

合适的炮眼间距是以两眼在连线上叠加的切向应力大于岩石的抗拉强度为原则，设若作用于炮眼壁上的初始应力峰值为p2，则在相邻装药连线中点上产生的最大拉应力为:63若以应力波和爆炸气体共同作用理论采用秒延期或普通毫秒雷管时,由于雷管时差较大,难以保证应力波在装药连线上发生相互作用。相邻装药的贯穿裂缝通常不是靠应力波的叠加形成的,而是各装药激起的应力波先在各自炮眼壁上产生初始裂缝,然后在爆生气体在静压使之扩