1、 自20世纪50年代以来，我国已将硐室爆破(chamber blasting)技术广泛应用于矿山、交通、水利水电、农田基本建设和建筑工程等领域，并成功地实施了多次万吨级的爆破。第四节第四节 硐室爆破硐室爆破惠州大亚湾芝麻洲3250吨炸药硐室大爆破第1页，共85页。录像资料由武汉理工大学爆破研究所提供土 石 方 定 向 抛 掷 爆 破单击播放窗口控制播放和暂停第2页，共85页。硐室爆破实例1954年9月，我国铁路部门第一次、也是我国首次在铁路建设中采用硐室爆破方法，当时一个药室装药只有4500kg，一次爆破石方38324m3。1955年起在宝成、鹰厦等线进行了二百余处硐室爆破。第3页，共85页。
2、水利水电部门在50年代至70年代，广泛采用定向爆破技术堆筑了四十多座水库用档水堆石坝或尾矿坝、泥石流防护坝等。广东南水水电枢纽工程的档水坝一次走向抛掷爆破筑成，后经加高，坝高达81米。至今，它仍是采用定向爆破法筑成的大坝工程中规模较大、效益较好的工程。92年底广东珠海炮台山1.2万t炸药的移山填海大爆破，一次爆破总方量达 1085万 m3，抛掷率达51.8。第4页，共85页。硐室爆破是将大量炸药装入专门开凿的硐室或巷道中进行爆破的方法。根据爆破总装药量把硐室爆破分为A、B、C、D四级。一、硐室爆破特点及设计要求一、硐室爆破特点及设计要求第5页，共85页。1000Q3000t 300Q1000t
3、 50Q300t 0.2Q50t 以以一次爆破炸药用量一次爆破炸药用量Q为基础，视工程的重要性及环境的复杂性可按规定做适当调整。为基础，视工程的重要性及环境的复杂性可按规定做适当调整。分级标准：分级标准：装药量装药量大于大于3000t的的，应由业务主管部门组织论证其必要性和可行性，其应由业务主管部门组织论证其必要性和可行性，其等级按等级按A级级管理。管理。第6页，共85页。（一）硐室爆破的特点（一）硐室爆破的特点 硐室爆破的优点（1）爆破方量大、施工速度快,尤其是在土石方数量集中的工点，如铁路、公路的高填深挖路基、露天采矿的基建剥离和大规模的采石工程等，从导硐、药室开挖到装药爆破，能在短期内完
4、成任务，对加快工程建设速度有重大作用。第7页，共85页。（2）施工简单、适用性强,在交通不便、地形复杂的山区，特别是对于地势陡峻地段、工程量在几千立方米或几万立方米的土石方工程，由于硐室爆破使用设备少，施工准备工作量小，因此具有较强的适用性。第8页，共85页。（3）经济效益显著对于地形较陡、爆破开挖较深、岩石节理裂隙发育、整体性差的岩石，采用硐室爆破方法施工，人工开挖导硐和药室的费用大大低于深孔爆破的钻孔费用，因此，可以获得显著的经济效益。第9页，共85页。2硐室爆破的缺点 （1）人工开挖导硐和药室，工作条件差，劳 动强度高；（2）爆破块度不够均匀，容易产生大块，二 次爆破工作量大；（3）爆破
5、作用和震动强度大，对边坡的稳定 及周围建（构）筑物可能造成不良影响。第10页，共85页。（二）硐室爆破设计（二）硐室爆破设计要求及内容要求及内容 1、设计工作要求 硐室爆破设计，必须按规定的设计程序、内容和工程要求进行。在设计前，必须对爆破区进行地形地质勘测。第11页，共85页。勘测的范围包括：爆破开挖区和抛填区域，爆破临近的深沟陡坡和可能波及的不稳定岩体。硐室爆破技术设计阶段，一般应采用1:500的地形图。第12页，共85页。装药前，对各主药室应补测最小抵抗线方向1:200的地形剖面图，以保证装药量的计算精度。大爆破安全规程还规定，D级硐室爆破设计也应进行地形测量，地形图的比例和精度为1:2
6、001:500。第13页，共85页。地质测绘应查明：爆破区岩土介质的类别、性质、成分和产状分布及物理力学指标；爆破影响区的地质构造（断层、溶洞、层理、裂隙和不稳定岩体的产状分布和形态），水文地质条件等。第14页，共85页。设计内容 硐室爆破设计应编制成爆破设计书，设计书由设计说明书和图纸组成。说明书的主要内容包括：工程概况及技术要求；爆破区地形、地质、水文地质及环境状况，技术特征与条件；设计方案选择与论证；药室及硐室布置、爆破参数选择与计算；药室、导硐开挖设计；（接下页）第15页，共85页。爆破工程量与爆破器材需要量计算；装药、堵塞、起爆网路设计；爆破安全距离计算；安全技术与措施；爆破施工组织
7、；工程投资概算；主要技术经济指标等。第16页，共85页。设计图纸有：爆破区平面图和剖面图、药室布置平面图和剖面图、药室和导硐开挖图、装药结构图、起爆网路敷设图、爆破危险范围图等。第17页，共85页。（一）爆破类型选择（一）爆破类型选择硐室爆破按爆破作用可划分为如下形式：二、爆破类型选择与药包布置二、爆破类型选择与药包布置标准松动爆破减弱松动爆破加强松动爆破标准抛掷爆破扬弃爆破定向抛掷爆破松动爆破抛掷爆破按爆破目的或爆破作用划分集中药包条形药包按 药 室 形状划分硐室爆破第18页，共85页。硐室爆破的分类硐室爆破的分类ABC（Loose blasting）（Casting blasting）（I
8、nternal blasting）第19页，共85页。硐室爆破药包的形式硐室爆破药包的形式 1集中药包集中药包 Concentrated charge爆破作用近乎球爆破作用近乎球状药包。状药包。爆炸应力波为球爆炸应力波为球面波向外传播。面波向外传播。3 分集药包分集药包 Subconcentrated charge将条形药包沿药将条形药包沿药室或导硐内分成室或导硐内分成多个长度较短的多个长度较短的药包的装药形式药包的装药形式称为分集药包。称为分集药包。2条形药包条形药包Linear chargeA药包的纵向最长边较其药包的纵向最长边较其横截面的最短边长度之比横截面的最短边长度之比8.B用药包的
9、长度用药包的长度L与药包与药包的最小抵抗线之比（即的最小抵抗线之比（即所谓长抗比所谓长抗比值）作为判据。值）作为判据。第20页，共85页。进行硐室爆破时，应根据爆区的地质地形条件，爆区所处的环境及爆破技术要求等因素确定爆破类型。主要爆破类型的适用条件如下：第21页，共85页。1正常松动爆破 在节理裂隙发育、可以保证爆岩大块率较低的地方，宜采用松动爆破；在爆岩可以靠重力作用滑移出爆破漏斗的陡坡地段，也可采用松动爆破。一般药包的最小抵抗线小于1520m。单位耗药量应在0.5kg/m3左右、爆堆集中、对爆区周围岩体破坏较小。第22页，共85页。2加强松动爆破 加强松动爆破在矿山应用较为广泛，其单位耗
10、药量可以达到0.81.0kg/m3。一般当药包的最小抵抗线大于1520m时，为了充分破碎矿岩和降低爆堆高度，采用加强松动爆破。第23页，共85页。3抛掷爆破 根据爆破作用指数的取值，抛掷爆破分为：加强抛掷爆破、标准抛掷爆破和减弱抛掷爆破。在工程实践中，根据地面坡度的不同，抛掷爆破的爆破作用指数一般在11.5之间，抛掷率为60%左右。第24页，共85页。凡条件允许布置抛掷药包，能将部分岩石抛出爆区者，应考虑采用抛掷爆破方案。抛掷爆破对路堑边坡的稳定性有较大影响，因此，在较陡的地形条件下，用加强松动爆破也能将大量岩石抛出时，就不应采用标准抛掷爆破或加强抛掷爆破。第25页，共85页。扬弃爆破 在平坦
11、地面或坡度小于30的地形条件下，将开挖的沟渠、路堑、河道等各种沟槽及基坑内的挖方部分或大部分扬弃到设计开挖范围以外，基本形成工程雏形的爆破方法，称为扬弃爆破。第26页，共85页。扬弃爆破需要利用炸药能量将岩石向上抬起并扬弃出去，故其单位耗药量高，爆破作用指数大，扬弃爆破的抛掷率一般在80左右。在平坦地面，当爆破作用指数1.5时，抛掷率约为83，单位耗药量在1.42.2 kg/m3之间。第27页，共85页。定向抛掷爆破 利用爆炸能量将大量土石方按照指定方向，抛掷到一定位置并堆积成一定形状的构筑物的爆破方法，称为定向抛掷爆破。定向抛掷爆破减少了挖、装、运等工序，有着很高的生产效率。第28页，共85
12、页。（二）硐室爆破药包布置方式二）硐室爆破药包布置方式 1平坦地面扬弃爆破的药包布置 平坦地面的扬弃爆破，通常是指横向坡度小于30的加强抛掷爆破，可用于溢洪道与沟渠的土石方开挖。根据开挖断面的深度和宽度之间的关系，可布置单排药包、单层多排药包或者两层多排药包等形式，见图7-1a、b、c。第29页，共85页。W2(c)双层多排药包(a)单层单排药包(b）单层双排药包WWWW1图7-1 平坦地面扬弃爆破药包布置(c)双层单排单侧作用药包(a)单层单排单侧作用药包图7-2 斜坡地形药包布置(b)单层双排单侧作用药包WW2W1W2W1第30页，共85页。根据铁路公路爆破的经验，对于开挖断面底宽在8m以
13、内的单线路堑，或者岩石边坡为1：0.51：0.75挖深在16m以内的路堑，以及边坡为：挖深在20m以内的路堑，均可布置单层药包。当挖深超过上述数据，或者底宽小于挖深却大于10m时，可布置两层药包。第31页，共85页。2斜坡地形的药包布置 当地形平缓、爆破高度较小，最小抵抗线与药包埋置深度之比a=0.60.8时，可布置单层单排或多排的单侧作用药包。如图7-2a、b所示。当地形陡，a.6时，可布置单排多层药包，如图7-2所示。第32页，共85页。3山脊地形的药包布置 当山脊两侧地形坡度较陡时，可布置单排双侧作用药包，药包两侧的最小抵抗线应相等，如图7-3。当地形下部坡度较缓时，可在主药包两侧布置辅
14、助药包，如图7-3；或者布置双排并列单侧作用药包，如图7-3c所示。第33页，共85页。（e）单层双排单侧作用的不等量药包（b）单层多排药包主药包双侧作用辅助药包单侧作用W2（C）单层双排单侧作用药包W1图7-3 山脊地形药包布置Ws（d）单层单排双侧不对称作用药包WpWpW（a）单层单排双侧作用药包W2WW1W3Ws第34页，共85页。当工程要求一侧松动，一侧抛掷（或一侧加强松动，一侧松动）时，可布置单排双侧不对称作用药包，如图7-3，或布置双排单侧作用的不等量药包，如图7-3。第35页，共85页。4联合作用药包的布置 在一些露天剥离爆破或平整场地的爆破中，当爆破范围很大时，可把整个爆破范围
15、分为几个爆区，在各个爆区内根据地质地形条件，布置多层多排主药包和部分辅助药包。第36页，共85页。图7-4为贵州营盘坡山体松动爆破时西侧爆区一典型断面上的药包布置图，图中各种形式药包联合作用，达到松动石方、平整场地的目的。第37页，共85页。W=13mW=13mW=10mW=8m图7-4 某硐室爆破工程典型断面上的药包布置基46+1201209.2W=24mW=17mW=26mW=17.5m116611381188W=30mW=19mW=25mW=30mW=17m基45+110W=10m第38页，共85页。5定向抛掷爆破的药包布置 定向抛掷爆破，药包布置的基本原理有下列几个方面：（1）最小抵抗
16、线原理：单药包爆破时，土岩向最小抵抗线方向隆起，形成以最小抵抗线为对称轴的钟形鼓包，然后向四方抛散，爆堆分布对称于最小抵抗线的水平投影，在最小抵抗线方向抛掷最远。第39页，共85页。根据此原理，工程上提出了“定向坑”或“定向中心”的设计方法，它是在自然的或者人为的凹面附近布置主药包，使主药包的最小抵抗线垂直于凹面，凹面的曲率中心就是定向中心，按这种形式布置药包，爆落土岩会朝着定向中心抛掷，并堆积在定向中心附近，获得定向抛掷和堆积的爆破效果。第40页，共85页。图7-5是根据最小抵抗线原理设计的水平地面定向爆破药包布置图。Q1为辅助药包，其最小抵抗线为W1，爆破漏斗AOB为主药包的定向坑。Q2为
17、主药包，主药包以OB为临空面，其最小抵抗线为W2，主药包的埋置深度为H。第41页，共85页。为了保证爆破土岩沿方向抛出，并获得最大的抛掷距离，一般主药包的埋置深度和最小抵抗线之间应满足 ，且最小抵抗线与水平面的夹角以45为宜。辅助药包一般提前于主药包12s爆破，以便形成定向坑，从而准确引导主药包的抛掷方向，实现定向抛掷爆破。2)8.13.1(WH 第42页，共85页。CBAW1图7-5 水平地面定向抛掷爆破药包布置定向坑OQ1Q2W2H主要抛掷方向第43页，共85页。(2）群药包作用原理两个或多个对称布置的等量药包爆破时，其中间的土岩一般不发生侧向抛散，而是沿着最小抵抗线的方向抛出。根据这一规
18、律，布置等量对称的群药包，可将大部分土岩抛掷到预定地点，这种布置药包的设计方法，称为群药包作用原理。第44页，共85页。（3）重力作用原理 在陡峭、狭窄的山间，定向爆破可以不使用抛掷爆破方法，而是布置松动爆破药包，将山谷上部岩石炸开，靠重力作用使爆松的土岩滚落下来，形成堆石坝体。第45页，共85页。实践表明，用这种方法筑成的坝体不会抛散，经济效果较好。这种利用重力作用的爆破方法，也称为崩塌爆破。图7-7是在山谷两侧布置松动爆破药包，实现定向爆破筑坝的工程示意图。第46页，共85页。图7-7 定向爆破筑坝药包布置拟建大坝图7-6 移挖作填定向爆破药包布置路基WWWRWR第47页，共85页。（一）
19、装药量计算（一）装药量计算1、松动爆破装药量计算方法标准松动爆破的装药量计算公式为：（8-1）式中：K 标准抛掷爆破的单位用药量系数，下同；W 最小抵抗线，下同。式8-1也称为正常松动药包的药量计算公式。344.0kWQ 三、硐室爆破参数的选择与计算第48页，共85页。在松动爆破中，当药量大于这一标准时称为加强松动药包，小于这一标准称为减弱松动药包。多面临空和陡崖地形的崩塌爆破，装药量可按减弱松动爆破计算：（8-2）3)44.0125.0(kWQ 第49页，共85页。在比较完整的岩石或者矿山覆盖层剥离时，装药量可按加强松动爆破计算：(8-3）3)0.144.0(kWQ 第50页，共85页。2、
20、抛掷爆破装药量计算 平坦地面和山脊地形的双侧作用药包，装药量按公式（7-4）进行计算：（7-4）式中n爆破作用指数。当0.75n1时，属于加强抛掷爆破。)6.04.0(33nkWQ第51页，共85页。斜坡地面的抛掷爆破，当地面自然坡度大于30时，由于爆破漏斗上方岩体的滑塌作用，装药量可按公式（8-5）修正计算：（8-5）(8-6)()6.04.0(33fnkWQ6363101025.05.010425.05.0)(f（坚硬完整岩体）（土质、软岩或中硬岩）第52页，共85页。式中：斜坡地面爆破漏斗体积的增量函数，根据岩石的坚固性分别按下列公式计算：地面坡度（）。)(f第53页，共85页。3、扬弃
21、爆破装药量计算 平坦地面或地面坡度小于30的扬弃爆破，装药量的计算仍使用公式（8-4）。但有的文献提出，当W较大时，应进行重力修正，即：15)6.04.0(33WnkWQmW15（岩石，）（8-7）第54页，共85页。20)6.04.0(33WnkWQ （土壤，mW20）（7-8）（二）硐室爆破的爆破参数（二）硐室爆破的爆破参数1、最小抵抗线 最小抵抗线W是药包布置的核心，它直接决定了硐室爆破是采用单层药包还是采用两层或多层药包布置方案。药包最小抵抗线的取值与山体的高度有关，对露天矿剥离和平整工业广场的硐室爆破，最小抵抗线W与山体高度H的比值控制在0.6到0.8之间。第55页，共85页。在爆破
22、区域中心或最大挖深处，大药包的最小抵抗线可以在以上范围内，而在爆破区域边缘或挖深较小处，一般应保证最小抵抗线810，最小不宜小于5。第56页，共85页。药包布置时，在合理的范围内，应尽可能选用较大的最小抵抗线。因为，选用较小的，不仅增加了药包的个数和硐室的开挖量，而且增加了爆破的技术难度。第57页，共85页。2、单位用药量系数与单位耗药量 在硐室爆破的装药量计算公式中，单位用药量系数是标准抛掷爆破的单位用药量系数。硐室爆破的单位耗药量主要取决于岩体的种类及其裂隙发育程度。第58页，共85页。因为这种岩体只需翻动或坍塌一下就可以挖运。但对于坚硬完整的岩体，平均单位耗药量要高达0.7 kg/m3以
23、上才能彻底炸开，单位耗药量太小小就可能因翻动不够而挖不动。第59页，共85页。因此，在工程实践中准确选择单位用药量系数，合理确定单位耗药量对爆破效果具有重大影响。单位用药量系数的确定有查表法、工程类比法和爆破漏斗试验法等。第60页，共85页。3、爆破作用指数 爆破作用指数值是硐室爆破的主要参数之一，它关系到：爆破漏斗的直径和深度、抛掷方量和抛掷率、爆堆分布状况、装药量的大小等。因此，应根据爆破要求、地形与施工条件而定。第61页，共85页。（）扬弃爆破的爆破作用指数在平坦地面开挖沟槽、路堑、河道时，地形条件不利于实现大量抛掷，为了达到大量抛掷土石方的目的，通常选择较大的爆破作用指数n值。如果已经
24、明确抛掷要求，可以根据扬弃百分数E值与爆破作用指数n值的关系式计算，即 （7-9）一般情况下，全抛掷爆破=1.752.0；半抛掷爆破=1.251.75。5.055En第62页，共85页。（2）斜坡地面抛掷爆破的爆破作用指数当抛掷率一定时，抛掷爆破的爆破作用指数与地面的自然坡度有关。当抛掷率为60%时，爆破作用指数与自然坡面角的对应关系参考表8-1。第63页，共85页。地面坡度爆破作用指数 ()601.7521.51.751.251.51.01.250.751.0表8-1爆破作用指数与地面坡度关系 爆破作用指数的确定，也可以根据地形坡度和要求的抛掷百分数，按下列公式计算：斜坡地面单排药包爆破时8
25、7.04.10312.0En（7-10）第64页，共85页。斜坡地面有前后排药包时87.012.3312.012WWEn （7-11）式中：2W分别为前、后排药包的最小抵抗线；地面自然坡度，（）。第65页，共85页。（3）多面临空或陡崖地形崩塌爆破的爆破作用指数在多面临空或陡崖地形进行崩塌爆破时，由于地形条件十分有利，因而可选择较小的爆破作用指数，其范围一般为 n=0.751.25。第66页，共85页。4、爆破漏斗参数 平坦地面的抛掷爆破，药包的最小抵抗线等于埋置深度，爆破漏斗半径为：r=nW （7-12）第67页，共85页。爆破漏斗的破裂半径为：21nWR（7-13）在硐室爆破中，由于存在各
26、种地形条件，因此，爆破漏斗的几何参数也将随之变化。第68页，共85页。（1）斜坡地形爆破漏斗参数 斜坡地面的抛掷爆破（图7-8），爆破的瞬间形成了爆破漏斗AOB，但是已经被爆破作用所破坏的BOC部分，由于坡度变得陡峭，甚至成了反坡，在重力的作用下，必然往下坍塌，最后形成一个倒立的圆锥形爆破漏斗，这个漏斗的底圆大致成椭圆形，其倾斜角度和方向与斜坡坡度一致。第69页，共85页。从药包中心到这个爆破漏斗底圆周长上最上端点的距离，称为爆破漏斗的上破裂半径，如图7-8中的OC。R图7-8 斜坡地面爆破漏斗WARORWBC第70页，共85页。工程实践表明，爆破漏斗的上破裂半径 可用下式表示，即 21nWR
27、（8-14）式中：破坏系数 与斜坡坡度 有关，可由下式计算：第71页，共85页。对于土质、松软岩石及中硬岩石：31004.01 310016.01（8-15）（8-16）对于坚硬致密的岩石：第72页，共85页。（2）山头地形和台阶地形爆破漏斗 山头地形和台阶地形都是斜坡地形中的一种特殊形式。坡面较陡，至山顶后急转为下坡的地形称为山头地形。若坡面至山顶后转为平缓地面，称为台阶地形。山头和台阶地形都是有利的爆破地形。第73页，共85页。当药包中心至山顶的高度H（即梯段高度）大于爆破作用半径R时，爆破漏斗的上破裂半径要比式（8-14）的计算值小，比下破裂半径大，一般取两者的平均值，按公式（817）计
28、算：22112nnWR（817）爆破漏斗作用范围如图7-9所示。第74页，共85页。当药包布置的位置为HR)时的爆破作用范围路堑边坡R路堑边坡RWRHRWH（a）山头地形；（b）台阶地形第76页，共85页。HW2先爆药包W1W2W1后爆药包RH图7-10 山头和台阶地形药包埋置较浅(HW1W1R路堑W2(a）山头地形；（b）台阶地形第77页，共85页。（3）爆破漏斗半径 压缩圈半径 药包周围的介质在爆炸冲击波和爆炸产物的膨胀作用下，压缩成球形空腔或粉碎成小块。此球形空腔的半径称为破碎圈或压缩圈半径。压缩圈半径按公式（8-19）计算：3062.0Q（8-19）第78页，共85页。式中：破碎圈半径
29、，m；压缩系数，与岩土种类和坚固性系数 有关，可查表8-2；Q 硐室爆破装药量，kg；装药密度，t/m3；第79页，共85页。保护层厚度 在路堑、河渠、溢洪道等硐室爆破中，边坡的稳定是非常重要的问题。实践表明，爆破作用在压缩圈外产生的径向裂缝，对边坡稳定性影响很大。药包位置如果距边坡过近，可能使坡脚破坏而失去稳定,甚至产生大量坍塌的危险。第80页，共85页。因此，药包中心距边坡的最小距离，亦即保护层厚度，与压缩圈的半径和径向裂缝的深度有关。实际确定时，可按下式计算：AWP （7-20）式中：P边坡保护层厚度，m。A预留边坡保护层系数A，见表7-2。第81页，共85页。表8-2岩土压缩系数与预留
30、边坡保护层系数A值表土岩类别单位炸药消耗量值各种n值下的A0.751.001.251.501.752.00粘土坚硬土松软岩石中等坚硬岩石1.11.351.11.41.251.41.41.625015050200.4150.3620.2830.2350.4740.4130.3230.2680.5500.4790.3750.3110.6350.5490.4330.3600.7250.6320.4940.4110.8200.7150.5580.464坚硬岩石1.51.61.71.81.92.02.12.2以上10101010101010100.210.2150.2190.2240.2270.2310
31、.2360.2390.240.2460.2500.2650.2600.2640.2690.2730.2790.2840.2900.2960.3020.3060.3120.3320.3220.3280.3350.3420.3480.3540.3610.3850.3680.3750.3630.3900.3980.4040.4120.4180.4160.4240.4330.4110.4500.4570.4660.472第82页，共85页。第五节 高温爆破一、高温爆破的特点 炮孔孔底温度高于60的爆破作业。在高温环境下，施工人员、机械、爆破器材及被爆岩体安全性及性能都会改变。二、高温爆破的降温方法 采挖阻断法、压覆窒息法、注水灭火法。三、高温孔的测温方法 接触式（热电阻、热敏电阻、热电偶、电阻式温度传感器）；非接触式（全辐射法、部分辐射法、亮度法及比色法等）四、高温爆破器材五、高温爆破操作第83页，共85页。第六节 冻土爆破一、一般冻土爆破技术二、高原冻土爆破技术第84页，共85页。第85页，共85页。
