1、第二章爆破工程第二章爆破工程 爆破是利用炸药的能量对炸药周围的介质进行破坏，在水利工程施工中，广泛采用爆破方法开挖基坑和地下建筑物，开采砂石料以及完成其它特定的施工任务。探索爆破机理，正确掌握各种爆破技术，对加快工程进度，保证工程质量，降低工程造价具有十分重要的意义。第二章爆破工程第二章爆破工程v主要内容主要内容：爆破基本原理工程炸药及装药量计算起爆材料及起爆方法爆破基本方法控制爆破爆破施工安全知识第一节 爆破基本原理 一、爆破的基本概念 1爆炸：爆炸是一个化学反应 10万分之1秒 510万个大气压 炸药瞬时化学反应高温高压气体冲击波爆炸气体CHON 3000的 CO2、CO、NO、NO2、H
2、2O 起爆能（撞击、点火、高温等）2、爆破：爆破是炸药对周围介质的作用 冲击波通过介质产生应力波：拉应力拉限产生裂缝 压应力压限粉碎或压缩 爆炸气体的气刃作用产生扩缝作用 二、爆破的常用术语1.爆破作用圈 无限均匀介质中爆破作用的最终影响范围划分为：粉碎圈（压缩圈）、抛掷圈、破碎圈（松动圈）和震动圈（如图21所示），以上各圈只是为说明爆破作用的范围而划分的，并无明显界限，其作用半径的大小与炸药的特性与用量、药包结构、爆炸方式以及介质特性等密切相关。图图 21 爆破影响范围示意图爆破影响范围示意图2.有限介质中的爆破（1）爆破漏斗 当爆破在有临空面的半无限介质(有限介质）表面附近进行时，若药包的
3、爆破作用具有使部分破碎介质具有抛向临空面的能量时，往往形成一个倒立圆锥形的爆破坑，形如漏斗，称为爆破漏斗（如下图所示）。图图2-2 爆破漏斗示意图爆破漏斗示意图（2）爆破漏斗的几何特征参数v 1）药包中心至临空面的最短距离，即最小抵抗线长度W；v 2）爆破漏斗底半径r；v 3）爆破破坏半径R；v 4）可见漏斗深度P；v 5）抛掷距离L。v 爆破漏斗的几何特征反映了药包重量和埋深的关系，反映了爆破作用的影响范围。（3）爆破作用指数v系数 nr/W，它反映了爆破漏斗的几何特征。工程应用中，通常根据n值大小对爆破进行分类。v当n1即r=W时，称为标准抛掷爆破；v当n1即rW时，称为加强抛掷爆破；v当
4、0.75n1，rW。3）减弱抛掷爆破：0.75n1，rW。4）松动爆破：0.33n0.75。5)隐藏式爆破：临空面不能被破坏，只是药包周围岩石被炸碎，如药壶爆破。（4）有关爆破漏斗的计算v其深度P称为可见漏斗深度，可按下式计算。vPCW（2n1）（2-1）v式中，C为介质系数，对岩石C0.33，对粘土C=0.4。v抛掷堆积体距药包中心的最大距离L称为抛掷距离，可按式（22）计算。vL5nW （2-2）第二节第二节 工程炸药及装药量计算工程炸药及装药量计算一、炸药的主要性能指标v1、爆力v2、猛度v3、爆速v4、殉爆v5、感度v6、炸药的安定性v7、氧平衡二、常用工程炸药的种类二、常用工程炸药的
5、种类1、分起爆药、猛（主）炸药和发射药2、常用炸药有：v三硝基甲苯（TNT）v硝铵类炸药v胶质炸药v浆状炸药v黑火药3、常用静态破碎剂粘性粒状乳化铵油炸药2号岩石铵梯炸药1号铵松蜡炸药三、药量计算三、药量计算1、药包种类v 分为集中药包和延长药包。若药包的长边和短边的长度分别为L和a，当L/a4时，为集中药包；当La4时，为延长药包。2、装药量计算公式v Q=KV (2-3)v 式中，Q装药量，kg；v K单位耗药量，kg/m3；（与炸药品种、爆破方法、爆破部位、地质条件、自由面数目、爆破参数及工艺措施有关）v V爆除介质体积，m3；3、对单个集中药包，其装药量计算公式为：v Q=KW3f(n
6、)(2-4)v式中，K规定条件下的标准抛掷爆破的单位耗药量，kg/m3；v W最小抵抗线长度，m；v f（n）爆破作用指数函数。（标准抛掷爆破：f（n）=1；加强抛掷爆破：f（n）=0.40.6n3；减弱抛掷爆破：f（n）=；松动爆破：f（n）=0.33。）3)734(n【例】埋置深度为4m的药包，爆破后得到底直径为10m的爆破漏斗。求 (1)爆破作用指数，指出属何种类型的爆破?如果炸药单耗为15kgm3,爆破药量是多少？(2)如果爆破漏斗直径不变，要求实现减弱抛掷爆破，其深度如何调整？解：(1)W4 m，r10/25 m 所以 n=5/4=1.25，属加强抛掷爆破。装药量 Q=KW3（0.4
7、0.6n3）=150.9 kg 2)当n=1，5/W=1，所以W=5 m当n=0.75,，5/W=0.75，所以W=6.67 m故减弱抛掷爆破的条件：5W2.5,B2.53m)3m)(4)4)孔距孔距a a与排距与排距b b v a=a=mWdmWd m m邻接系数，通常邻接系数，通常 m=0.8m=0.82.02.0，对松软岩石取较大值；对松软岩石取较大值；采用即发爆破时取较大值，微差爆破时取较小值。采用即发爆破时取较大值，微差爆破时取较小值。炮孔间的排距炮孔间的排距 b b b=b=asinasin60600 0=0.87a0.87a (5)5)堵塞长度堵塞长度L L 合理的堵塞长度通常为
8、孔径的合理的堵塞长度通常为孔径的16 16 3232倍，倍，当采用分段装药结构时，可以短一些。当采用分段装药结构时，可以短一些。（6 6）超钻深度）超钻深度h h 超钻是为了降低装药中心位置，以利于克服超钻是为了降低装药中心位置，以利于克服台阶底部阻力避免残埂。一般情况下：台阶底部阻力避免残埂。一般情况下：h=h=(0.15(0.150.35)Wd 0.35)Wd 在台阶高度大，抵抗线大或岩在台阶高度大，抵抗线大或岩石坚硬时取大值；当岩石松软，层理节理发育时取较小值。石坚硬时取大值；当岩石松软，层理节理发育时取较小值。42.2.装药量装药量Q Q 4 装药量装药量Q Q按下式计算：按下式计算：
9、4 垂直孔垂直孔 Q=f(n)Q=f(n)qaHqaHWd (kg)(kg)倾斜孔倾斜孔 Q=f(n)qaHQ=f(n)qaHWd/sina/sina2 2(kg)(kg)Q Q 装药量装药量,kg,kg；q q 松动爆破单位耗药量，松动爆破单位耗药量，kg/mkg/m3 3；a a 孔距，孔距，m m；a a2 2 倾斜孔水平倾角。倾斜孔水平倾角。三、三、洞洞 室室 爆爆 破破 进行大规模的采料，则要开凿洞室，在洞室中装药进行爆破，该洞室即为药室，药室用平洞或竖井相连。在药室中装药后，将平洞或竖井堵塞。洞室爆破施工洞室爆破施工特点v优点一次爆破方量大，缩短工期单位钻孔工作量小，机械简单不受气
10、候影响v缺点洞室开挖困难爆后岩石块体大爆破地震强度大适用范围v 1）挖方量大而集中并需在短期内发挥效益的工程；v 2）山势陡峻，不利于钻孔爆破安全施工的场合；v 3）定向爆破筑坝；v 4）当地质、地形条件满足要求时，洞室爆破可用于定向爆破筑坝、面板堆石坝次堆料区料场开挖以及定向爆破截流。（一）导（一）导 洞洞 与与 药药 室室导洞与药室v 在同样条件下，尽量用平洞；v 平洞或竖井皆不宜太长；v 有明显可利用的自由面时，则采用平行 自由面的平洞进行条形布药。v 集中装药的药室以立方体为好。（二）洞室参数计算（二）洞室参数计算1、洞室体积的计算：式中：V药室体积，m3；C炸药的装填系数；它与药室支
11、护及装药方式有关；有支护，取1.51.8,无支护，取1.11.25；散装炸 药取小值,袋装炸药取大值；Q装药量，t；D炸药密实度。DQCV2、药室间距与排距、药室间距与排距药室间距 a(m)a=(1.11.2)WP药室排距 b(m)b=(1.31.4)WP式中，WP相邻药室的平均最小抵抗线长度，m。WP=(0.60.8)H （三）装药量计算（三）装药量计算v集中药包：抛掷爆破：松动爆破：上式中：K标准抛掷爆破岩石单位用药量，取K=1.321.5kg/m3；e炸药换算系数，2#岩石硝铵炸药为1.0，铵油炸药为1.10；W药包的最小抵抗线(m)；n爆破作用指数v条形药包：条形药包的装药量通常以线装
12、药密度 表示，其装药量计算基础为集中药包的药量计算公式，通常只是将药量均匀分布于用集中药包药量计算公式算出的相应药包间距上：)6.04.0(33neKWQ3)55.033.0(eKWQ aQq（四）洞室爆破施工要点（四）洞室爆破施工要点1.装药2.堵塞：堵塞时，先用木板封闭药室，再用粘壤土填塞35 m，最后用石碴料堵塞。总的堵塞长度一般不应小于最小抵抗线长度的1.21.5倍。对T型导洞可适当缩小堵塞长度。3.起爆系统：电爆网路和电爆与导爆索的复式网路被广泛使用，这是因为洞室爆破的起爆网路要求万无一失，而只有电爆网路能用仪表检查。四、改善爆破的方法和措施1、合理利用和积极创建临空面2、采用毫秒微
13、差挤压技术3、采用不耦合装药4、分段装药5、保证堵塞长度和堵塞质量手风钻和快速钻手风钻和快速钻多臂钻孔台车多臂钻孔台车液压钻第五节控制爆破第五节控制爆破v定向爆破筑坝v预裂爆破与光面爆破一、定向爆破筑坝v定向爆破筑坝是利用陡峻的岸坡布药，定向松动崩塌或抛掷爆落岩石至预定位置，拦断河道，然后通过人工修整达到坝的设计轮廓的筑坝技术。适用条件：(1）地形上要求河谷狭窄，岸坡陡峻（通常在40o以上），山高山厚应为设计坝高的两倍以上；(2）地质上要求爆区岩性均匀、强度高、风化弱、构造简单、覆盖层薄、地下水位低、渗水量小；（3）水工上对坝体有严格防渗要求的多采用斜墙防渗；（4）泄水和导流建筑物的进出口应在
14、堆积范围以外并满足防止爆破震动影响的安全要求。v药包布置药包布置：二、预裂爆破和光面爆破1、定义 v 预裂爆破和光面爆破都属于轮廓线控制爆破。v所谓预裂爆破，就是首先起爆布置在设计轮廓线上的预裂爆破孔药包，形成一条沿设计轮廓线贯穿的裂缝，再在该人工裂缝的屏蔽下进行主体开挖部位的爆破，保证保留岩体免遭破坏；v光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面。v预裂爆破主要用于明挖，光面爆破主要用于洞挖。2、光面爆破与预裂爆破的主要差别光面爆破与预裂爆破的主要差别 预裂爆破与光面爆破之间的主要差别表现在两个方面：第一，预裂爆破是在主爆
15、区之前起爆，而光面爆破是在主爆区之后起爆；第二，预裂爆破是在一个自由面条件下爆破，所受的夹制作用很大。而光面爆破是在两个自由面条件下爆破，受夹制作用小。3、预裂爆破成缝机理、预裂爆破成缝机理 预裂爆破是一种不耦合的装药结构，其特征是药包和孔壁间有环状空隙。该环状空隙削减了冲击波的压力峰值，使炮孔周围产生径向裂纹，并使周边炮孔连线上的裂纹全部贯通成缝。4、光面、预裂爆破施工工艺光面、预裂爆破施工工艺 光面、预裂爆破的施工流程分钻孔、装药和填塞、起爆网路联结三部分。(1)钻孔施工 钻孔施工是光面、预裂爆破最重要的一环，尤其是钻孔精度，它直接影响到光面、预裂爆破的成败。为了确保钻孔精度，应严格做好边
16、坡的测量放线，修建好钻机平台，按照“对位准、方向正、角度精”三要点安装架设钻机；挑选技术水平较高、熟悉钻机性能的钻机司机，以保证钻孔的准确性。4、光面、预裂爆破施工工艺光面、预裂爆破施工工艺(2)装药与填塞 光面、预裂爆破采用不耦合装药结构。由于目前小直径炸药规格品种少，现在多数采用间隔装药，即按照设计的装药量和各段的药量分配，将药卷捆绑在导爆索上，形成一个断续的炸药串，为方便装药和将药串大致固定在钻孔中央，一般将药串绑在竹片上。装药时竹片一侧应置于靠保留区一侧。装药后孔口的不装药段应使用沙等松散材料填塞。填塞应密实，在填塞前，先用纸团等松软的物质盖在药柱上端。4、光面、预裂爆破施工工艺光面、
17、预裂爆破施工工艺 制作方法一般是按照炮孔深度，先准备一根稍长于孔深的竹片，然后把细药卷按照每米的装药量、间隔一定距离与起爆的导爆索一起用黑胶布或绑线缠紧在竹片上。为了克服炮孔底部的阻力，在底部12m的区段，线装药密度应比设计值大14倍；而在接近孔口的区段，线装药密度应比设计值小1/21/3。另一种制作方法是按照设计的线装药密度，选取一定内径的塑料管，将起爆的导爆索先插入塑料管中固定，然后采用连续装药或间隔装药结构方式，其孔底与孔口的装药密度按上述方法控制。4、光面、预裂爆破施工工艺光面、预裂爆破施工工艺 炮孔竹片导爆索导爆索炮孔正常间隔装药正常连续装药底部密装药底部密装药塑料管孔口减弱装药孔口
18、减弱装药（b）塑料管装药结构（a）竹片绑扎药包图6-8 预裂爆破装药结构示意图4、光面、预裂爆破施工工艺光面、预裂爆破施工工艺 (3)起爆网路的联结 光面、预裂爆破的药串是由导爆索起爆的，在孔外联结导爆索时，必须注意导爆索的传爆方向，按照导爆索网路的联结要求联结。光面爆破施工光面爆破施工装药结构装药结构预裂爆破布孔和装药预裂爆破布孔和装药装装药药结结构构4 4、预裂爆破施工技术要点、预裂爆破施工技术要点 （1）预裂炮孔直径通常为50200mm。浅孔爆破 用小直径，深孔用大直径。不耦合系数为24（2）炮孔孔距与岩石特性、炸药性质有关。孔距 通常为孔径的710倍。小孔径、岩石破碎则取小倍数。（3）
19、线状分散装药，孔底装药的密度较大。（4）保证周边孔的钻孔质量。（5）预裂孔的范围和深度要超出开挖区，并与内 排孔保持一定距离。第六节爆破施工安全知识第六节爆破施工安全知识一、爆破安全防护措施一、爆破安全防护措施1 1、严格规章制度，加强安全教育严格规章制度，加强安全教育2 2、提高工艺水平，增加技术含量提高工艺水平，增加技术含量3 3、加强保护措施，防止飞石破坏加强保护措施，防止飞石破坏二、安全控制距离二、安全控制距离 爆破工程中产生的危险因素有飞石、爆破地震和爆破空气冲击波、有害气体扩散、殉爆安全距离。三、瞎炮及其处理三、瞎炮及其处理1、瞎炮及其危害v通过引爆而未能爆炸的炮孔或药室，称为瞎炮
20、。主要因爆炸器材失效、操作技术错误或起爆电流不足等引起。瞎炮不仅浪费财力，影响进度，而且严重威胁安全。2、产生原因v材质差、断线或连接不良、设计有误。3、瞎炮处理方法v(1)重新连线法v(2)浅孔瞎炮，0.5M内，用表面爆破法处理。0.5-2M内用低压水冲洗法。v(3)深孔瞎炮处理，可另钻新孔，引爆瞎炮。作业：一埋置深度为4m的药包，爆破后得到底直径为10m的爆破漏斗。求（1）爆破作业指数，指出属何种类型的爆破？如果炸药单耗为1.5kg/m3，爆破药量是多少？（2）如果漏斗直径不变，要求实现减弱抛掷爆破，其深度如何调整？一 填空题1.在无限均匀介质中，炸药爆炸，按岩石破坏特性，可将爆破作用的影
21、响圈划分为_、_、_和_。v（压缩圈 抛掷圈 松动圈 震动圈）2.无限均匀介质中炸药爆炸，岩石受爆破作用产生各影响圈半径的大小与_、_、_、以及_密切相关。v（炸药特性及用量 药包结构 爆破方式 介质特性）一 填空题3.在有限介质中起爆集中的药包，当药包的爆破作用具有使部分介质直接飞逸出临空面的能量时，则爆破后将会在岩石中由药包中心到自由面形成_其几何特征参数有_、_、_、_和_。v （爆破漏斗 爆破漏斗底半径 最小抵抗线 爆破作用半径 可见漏斗深度 抛掷距离）4.爆破作用指数n为_与_的比值。当n=1时，其爆破作用为_爆破；n1时，其爆破作用为_爆破；0.75n1时，其爆破作用为_破；0.3
22、3n0.75时，为_爆破。v（爆破漏斗底半径 最小抵抗线 标准抛掷爆破 加强抛掷爆破 减弱抛掷爆破 松动爆破）一 填空题5.土石方开挖工程中，通常采用的基本爆破方式有_、_、_和_等。v （浅孔爆破法 深孔爆破法 药壶爆破法 洞室爆破法）6.在阶梯爆破中，为充分利用临空面，无论是基坑还是渠道开挖，总是先开出_，形成阶梯，这样，不仅增加了临空面，同时便于组织_、_、_和_各道工序的平行流水作业。v （先锋槽 钻孔 装药 爆破 出碴）一 填空题7.浅孔爆破中，炮孔间距的确定与_和_有关。同时应考虑爆破后对炮孔间残留_的具体要求。v （计算抵抗线 起爆方式 石梗多少）8.深孔爆破中，炮孔深度超出台阶
23、高度以下的超钻深度，其作用是降低_，以便有效地克服_，避免或减少_。v （装药中心位置 台阶底部阻力 残梗的产生）一 填空题9.洞室爆破中，联通地表与药室的通道统称为_。通常有_和_两类。其进口位置选择应以_、_和_为原则。v （导洞 平洞 竖井 便于运输 施工安全 工程量最省）10.洞室爆破施工设计包括：、和_设计，_设计及_计算等内容。v（导洞 药室 装药 堵塞 起爆网路 安全距离）二、选择题 在无限介质中进行集中药包爆破，可用于。A松动爆破 B炸胀药壶爆破 水下深层爆破工程爆破的单位耗药虽是在一个临空面情况下采用的，随着临空面的增多，单位耗药量。v A随之增加B不变C随之减少阶梯爆破布置
24、炮孔时，为避免漏气，影响爆破效果，炮孔不宜穿过与地面贯穿的裂缝；宜使炮孔与岩石层面和节理面。v A平行B斜交C正交B 胀药壶爆破 C随之减少C正交二、选择题洞室爆破，当药室规模较大或形状复杂时，可用两个或多个起爆药包，用将各包互相联接。导火索传爆线C导爆管 洞室爆破，药包最小抵抗线W与药包中心至地表铅直距离H之比值一般为时，破碎与抛掷效果较好。A1.01.21.00.60.8传爆线0.60.8二、选择题预裂爆破就是要在开挖线上形成一条足够宽度的裂缝，其目的是为了。保护爆破区岩体免遭破坏v 保护爆破区岩体，以免能量损失 v 消减爆破区的冲击波能量，保护保留区岩体免遭破坏用定量炸药炸塌规定尺寸铅柱
25、的高度表征了炸药的能力。A粉碎介质B炸胀介质C抛掷介质炸药在外部能量的激发下，引起爆炸反应的难易程度称为。A敏感度B安定性C稳定性 消减爆破区的冲击波能量，保护保留区岩体免遭破坏A粉碎介质A敏感度三、判断题 1.炸药爆炸属于化学爆炸，在瞬时内产生高温、高压气体，并以波的形式向四周传播。若传播介质为岩土，则称为地震。v（）爆破冲击波从岩石介质到空气介质，越过临空面必然产生反射，形成拉力波。其波阵面产生切向拉应力，从而引起径向裂缝。v（）3.采用非标准炸药爆破，其装药量计算需用爆力换算系数对单位耗药量进行修正。该值是实际采用炸药的爆力值与标准炸药爆力值之比，采用炸药的爆力愈大，亦愈大。v（）X X
26、 三、判断题浅孔爆破中，为了避免爆后留有残埂或产生超挖，炮孔深度需根据不同岩石情况可以大于、等于或小于开挖阶梯高度。v ()洞室爆破的起爆体，通常用木板制成箱状，内装敏感性高、传爆速度快的烈性起爆炸药和雷管组或传爆索。v ()三、判断题预裂爆破中的预裂是在岩体开挖区进行松动爆破之后进行的。v()定向爆破爆破漏斗的形状和大小与爆破的介质性质无关。v（）在其它条件相同的情况下，延期起爆所引起的震动波比同时起爆所引起的震动波要小。v()X X 三、判断题为使爆破安全准确，当电源电压已知时，实际通过每个雷管的电流强度i应小于每个雷管最小准爆电流，即ii。v()10在大量爆破的起爆网路设计中，采用复式电爆网路时，准爆的可靠性比较大。v()X
