水利施工课件爆破.ppt

第二章 爆破工程,爆破是利用炸药的爆炸能量对周围的岩石、混凝土或土等介质进行破碎、抛掷或压缩，达到预定的开挖、填筑或处理等工程目的的技术。在水利工程施工中，爆破技术广泛用于水工建筑物基础、导流隧洞和地下厂房等的开挖，以及料场开采、定向爆破筑坝和建筑物拆除等。,第一节 爆破器材与起爆方法,本节主要介绍以下两方面内容:一、炸药和起爆器材 二、起爆方法和起爆网路,一、炸药和起爆器材,在这一部分主要了解并掌握以下内容:（一）炸药 火雷管1.炸药的性能指标2.常用的工业炸药（二）起爆器材1.雷管2.导火索 电雷管3.导爆索 导爆管雷管4.导爆管5.导爆雷管,高强度导爆管,塑料导爆管,工业导火索,塑料导爆索,（一）炸药,一般来说，凡能发生化学爆炸的物质均可称为炸药。通常应按照岩石性质和爆破要求选择不同性能指标的炸药。1.炸药的性能指标2.常用的工业炸药,起爆器材,返回,1炸药的性能指标,反映炸药特性的基本性能指标有：（1）威力（2）敏感度（3）氧平衡（4）安定性（5）殉爆距离（6）最佳密度,（1）威力,代表炸药的作功能力，分别以爆力和猛度表示。爆力又称静力威力，用定量炸药炸开规定尺寸铅柱体内空腔的容积(mL)来衡量，它表征炸药炸胀介质的能力。猛度又称动力威力，用定量炸药炸塌规定尺寸铅柱体的高度(mm)来表示，它表征炸药粉碎介质的能力。,返回,（2）敏感度,炸药在外界能量作用下激起爆轰的过程，称为炸药的起爆。炸药起爆的难易程度，称为炸药的敏感度。炸药的敏感度包括热感度、火焰感度、冲击感度、摩擦感度和爆轰感度等。炸药感度指标通过规定条件下的实验确定，该值对于指导炸药的安全生产、运输、贮存和使用有重大参考作用。,返回,（3）氧平衡,反应炸药含氧量和氧化反应程度的指标。零氧平衡：当炸药的含氧量恰好等于可燃物完全氧化所需要的含氧量，则生成无毒CO2和H2O,并释放大量热能，称零氧平衡。正氧平衡：若含氧量大于需氧量，生成有毒的NO2，并释放较少的热量，称正氧平衡。负氧平衡：若含氧量不足，生成有毒的CO，释放热量仅为正氧平衡的1/3左右，称为负氧平衡。不难看出，从充分发挥炸药化学反应的放热能力和有利于安全出发，炸药最好是零氧平衡。考虑到炸药包装材料燃烧的需氧量，炸药通常配制成微量的正氧平衡。氧平衡可通过炸药的掺和来调整。例如TNT炸药是负氧平衡，掺入正氧平衡的硝酸铵，使之达到微量的正氧平衡。对于正氧平衡的炸药药卷，也可增加包装纸爆炸燃烧达到零氧平衡。,返回,（4）安定性,炸药在长期贮存中保持自身性质稳定不变的能力。包括物理安定性和化学安定性。,返回,（5）殉爆距离,炸药药包的爆炸引起相邻药包起爆的最大距离。,返回,（6）最佳密度,炸药能获得最大爆破效果的密度。凡高于和低于此密度，爆破效果都会降低。,返回,2.常用的工业炸药,常用的工业炸药有：TNT（三硝基甲苯）胶质炸药（硝化甘油炸药）铵锑炸药 铵油炸药浆状炸药(6)乳化炸药 在水利水电工程建设中，较常用的工业炸药为铵梯炸药、乳化炸药和铵油炸药。,TNT（三硝基甲苯）,是一种烈性炸药，呈黄色粉末或鱼鳞片状，难溶于水。可用于水下爆破。由于威力大，常用来做副起爆药。爆炸后呈负氧平衡，产生有毒的一氧化碳，故不适用于地下工程爆破。,返回,胶质炸药（硝化甘油炸药）,是烈性炸药，色黄、可塑、威力大、密度大、抗水性强，可做副起爆炸药，也可用于水下和地下爆破工程。它的冻结温度高达13.2，冻结后，敏感度高，安全性差，可加入二硝基乙二醇形成难冻状态，降低敏感度。国产SHJ-K水胶炸药，不仅威力大，抗水性好，且敏感度低，运输、贮存、使用均较安全。随着硝铵类含水炸药的出现，该类炸药的使用日趋减少。,返回,铵锑炸药,其主要成分是硝酸铵加少量的三硝基甲苯（敏感剂）和木粉（可燃剂）混合而成。调整三种成分的百分比可制成不同性能的铵锑炸药。这种炸药敏感度低，使用安全。其色黄，呈粉末状，爆气中含毒气较少，可用在地下爆破工程。但吸湿性强，易潮解结块，使爆力和敏感度降低。因此，在贮存、运输和装药中都应注意防潮，使其含水量不超过0.3%0.5%。国产铵梯炸药有露天铵梯炸药、岩石铵梯炸药和煤矿铵梯炸药等主要品种。工程爆破中，2号岩石铵梯炸药得到广泛运用，并作为我国药量计算的标准炸药。其爆力为320mL，猛度为12mm，殉爆距离5cm。临界直径为1822mm，直径为3235mm、处于最佳密度时的药卷爆速约3600m/s，贮存有效期为6个月。硝酸铵加入一定配比的松香、沥青、石蜡和木粉，可制成铵松腊和铵沥蜡炸药，改善了炸药的吸湿性和结块性，用于潮湿和有少量水的地方，爆破中等坚硬的岩石。,返回,（4）铵油炸药,硝酸铵中加入一定成份的35号柴油，可制成性能良好的铵-油炸药。当掺入2的柴油（重量比）时，炸药的敏感度最高；当掺入56的柴油时，爆力最大，且爆炸时呈零氧平衡，故能用于地下工程爆破，爆破牢固系数为612的岩石。铵-油炸药比普通岩石炸药要多用15，才能保持相同的爆破效果，但其成本却比普通炸药约低一半，故总的说来，采用铵-油炸药经济上是合理的。对于粗粒铵-油炸药，爆炸初始峰压较小，俣压力衰减缓慢，减少了爆炸的粉碎作用却增加了破裂抛掷作用，从而增加了爆落方量，提高了炸药的有效能量利用率。其主要成分是硝酸铵和柴油。为减少结块，可加入木粉。理论与实践表明，硝酸铵、柴油、木粉的配比以92：4：4最佳；当无木粉时，含油率以6%较好。铵油炸药成本低、使用安全、易于生产，但威力和敏感度较低。热加工拌和均匀的细粉状铵油炸药，可用8号雷管起爆；冷加工颗粒较粗、拌和较差的粗粉状铵油炸药需用中继药包始能起爆。铵油炸药的有效贮存期仅为715天，一般在工地现场拌制。,返回,（5）浆状炸药,这是以氧化剂的饱和水溶液、敏感剂及胶凝剂为基本成分的抗水硝铵类炸药。含有水溶性胶凝剂浆状炸药又叫水胶炸药。具有抗水性强、密度高、爆炸威力较大、原料来源广和使用安全等优点，主要缺点是储存期短，在露天有水深孔爆破中应用广泛。,返回,（6）乳化炸药,这是以氧化剂（主要是硝酸铵）水溶液与油类经乳化而成的油包水型的乳胶体作爆炸基质，再添加少量敏化剂、稳定剂等添加剂而成的一种乳脂状炸药。乳化炸药的爆速较高，且随药柱直径增大、炸药密度增大而提高。乳化炸药有抗水性能强，爆炸性能好，原材料来源广，制造工艺简单，生产使用安全和环境污染小等优点。有效贮存期为46个月。,返回,（二）起爆器材,常用的起爆器材包括各种雷管、用来引爆雷管或传递爆轰波的各种材料。1.雷管2.导火索3.导爆索4.导爆管5.导爆雷管,返回,雷管,用来引爆炸药的器材。根据点火装置的不同，分为火雷管和电雷管。火雷管在帽孔中插入导火索点火引爆；电雷管由脚线引至电气点火装置，点火引爆正起爆药雷汞或迭氮铅，再激发副起爆药TNT或四硝化戊四醇产生爆轰。正起爆药外用金属的加强帽封盖。电雷管有即发、秒延迟和毫秒延迟三种。常用的即发雷管为68号；秒延迟雷管不同于即发雷管之处在于点火装置与加强帽之间多了一段缓燃剂，根据缓燃剂的长短控制延发时间，国产的秒延雷管分7段，每段延发间隔1s；毫秒延迟电雷管的构造是在点火装置与加强帽间增设毫秒延迟药，国产毫秒延迟雷管有五个系列产品，其中第五系列被广泛运用，共计20段，最大延迟时间可达200ms。,图2-1 各种雷管的构造（a）火雷管；（b）即发电雷管；（c）延迟电雷管1-聚能穴；2-副起爆药；3-正起爆药；4-缓燃剂；5-点火桥丝；6-雷管外壳；7-密封胶；8-脚线；9-加强帽；10-帽孔,2导火索,导火索用来激发火雷管。索芯为黑火药，外壳用棉线、纸条和防水材料等缠绕和涂抹而成。按使用场合不同，导火索有普通型、防水型和安全型三种。使用最多的是每米燃烧时间为100125s的普通导火索。,3导爆索,导爆索可分为安全导爆索和露天导爆索。水利水电工程中常用的为普通露天导爆索。导爆索构造类似于导火索，但其药芯为黑索金，外表涂成红色，以示区别。普通导爆索的爆速一般不低于6500m/s，线装药密度为1214g/m。合格的导爆索在0.5m深的水中浸泡24h后，其敏感度和传爆性能不应变。,4导爆管,导爆管用于导爆管起爆网路中冲击波的传递，需用雷管引爆。它为一种聚乙烯空心软管，外径3mm，内径1.4mm。管内壁涂有以奥克托金或黑索金为主体的粉状炸药，线敷药密度为1418mg/m。其传爆速度为16002000m/s。,5导爆雷管,在火雷管前端加装消爆室后，再用塑料卡口塞与导爆管连接即成导爆雷管。消爆室的主要作用在于降低导爆管口泄出的高温气流压力，防止在火雷管发火前卡口塞破裂划脱开。消爆室后无延迟药者为瞬发导爆雷管，有延迟药者为毫秒导爆雷管。秒延迟雷管与电雷管一样，其延迟时间也用精制导火索控制。,图2-2 导爆雷管构造示意图1-火雷管；2-延迟药；3-消爆室；4-卡痕；5-卡口塞；6-导爆管,二、起爆方法和起爆网路,炸药的基本起爆方法包括：火花起爆、电力起爆、导爆管起爆和导火索起爆。不同的起爆方法，要求采用不同的起爆器材。无论对钻孔爆破还是洞室爆破，当采用群药包进行爆破时，为了达到增强爆破效果、控制爆破震动等目的，采用齐发、延迟、或组内齐发、组间延迟等起爆方式，这就要求用起爆材料将各药包联接成既可统一赋能起爆、又能控制各药包起爆延迟时间的网路，即爆破网路。1起爆方法2起爆网路,1起爆方法,常用的起爆方法包括电力起爆和非电力起爆两大类，后者又包括火花起爆、导爆管起爆和导爆索起爆。（1）火花起爆（2）电力起爆（3）导爆管起爆（4）导爆索起爆,（1）火花起爆,用导火索和火雷管引爆炸药。将剪截好的导火索插入火雷管插索腔内，制成起爆雷管，再将其插入药卷内成为起爆药卷，而后将起爆药卷放入药包内。导火索一般可用点火线、点火棒或自制导火索点火。导火索长度应保证点火人员安全撤离，且不短于1.2m。火花起爆为最早使用的起爆方法，但由于受到安全性、爆破规模及爆破延迟时间等方面的限制，目前仅用于起爆非电起爆网路、大块石解炮或小规模的边坡修整爆破等。,（2）电力起爆,电气起爆是电源通过电线输送电能激发电雷管，继而起爆炸药的方法。电力起爆网路中电线按其部位可分为端线、联接线、区域线和主线。专用的电容式起爆器以及照明、动力线路，只要能满足功率和电流强度要求，均可作起爆电源。,（3）导爆管起爆,导爆管起爆法是20世纪70年代发展起来的一种新型非电起爆方法。首先通过冲击激发源（工程上一般采用雷管）轴向激发导爆管，并在管内形成稳定传播的爆轰波。该稳定爆轰波及高温爆轰产物流导致末端的导爆管起爆进而引起药卷的起爆。,（4）导爆索起爆,在导爆索起爆网路中，导爆索既传递爆轰波，又直接起爆炸药。首先用雷管侧向起爆导爆索，而后导爆索再侧向起爆药卷。,2起爆网路,工程爆破中采用的起爆网路按起爆方法可分为电力起爆网路、导爆管起爆网路、导爆索起爆网路及混合起爆网路等。电力起爆法与导爆管起爆法均可以对群药包一次赋能起爆，并根据工程要求，达到准爆、齐爆或微差起爆的目的。各种起爆网路的特点如下：电力起爆网路其准爆性可进行检查，但该起爆网路需防外电场的干扰；导爆管起爆网路不受外电场的干扰，比较安全，但其准爆性无法检查。导爆索起爆由于无需用雷管，故其安全性最高，导爆索的传爆速度快，网路齐爆性好，其缺点是网路成本高，准爆性无法检查，目前该种网路主要用于光面爆破和预裂爆破等齐爆性要求高的网路。,（1）电力起爆网路,电力起爆网路的基本形式为串联法和并联法，如图2-3（a）、（b）所示。串联法的优点是施工操作简单，要求的电压大而电流小，导线损耗小，网路检测容易；缺点是只要有一处脚线或雷管断路，整个网路的雷管将都拒爆。并联法的优点是只要主线不断损，各支路的故障不会影响其他支路；缺点是要求较大的网路总电流，导线损耗大。在工程爆破中，单纯的串联或并联网路只适用于小规模爆破。为了准爆和减少电线消耗，施工中多采用混合联接网路，如串并联或并串联网路，见图2-3（c）、（d）。对于分段起爆的网路，若各段分别采用即发或某一延迟雷管时，则宜采用并串并联网路，如图2-3（e）所示。,图2-3 电力起爆网路（a）串联法；（b）并联法；（c）串并联法；（d）并串联法；（e）并串并联法1-电源；2-网路干线；3-药包；4-网路支线,（2）导爆管起爆网路,导爆管起爆网路的选择应考虑导爆管的长度、药包数量、炮孔间距、雷管段别和延迟方法等多种因素，其基本型式如图2-4所示。如隧洞开挖，采用孔内微差，当药包数量不多或一次爆破面积不很大时，往往选用簇并联网路，见图2-4（a）；当药包数量很多，或开挖断面积很大时，可采用并并联网路，见图2-4（b）；对狭长爆区，可采用串并联，见图2-4（c）；大面积爆区则采用分段并串联，如图2-4（d）所示。,图2-4 导爆管起爆网路（a）簇并联；（b）并并联；（c）串并联；（d）分段串并联1-激发源；2-导爆管；3-导爆雷管；4-炮孔,（3）导爆索起爆网路,基本的联接方式有分段并联和簇并联网路，图2-5为分段并联网路示意图。,图2-5 导爆索分段并联网路1-起爆雷管；2-主干索；3-支索；4-药包,（4）延迟起爆网路,施工中为了增强爆破破碎效果和控制爆破震动强度，往往需要采用各种延迟起爆网路。延迟起爆网路一般有三种基本型式，即孔内延迟网路、孔外延迟网路和孔内外延迟网路，如图2-6所示。图2-6（a），为孔内延迟网路，钻孔内药包按设计的起爆顺序放入相应段别的延迟雷管，孔外传爆则全部采用即发雷管。此种网路的准爆可靠度最高，但要求有足够的雷管段别，延迟雷管耗用量大，网路成本高。图2-6（b），为孔外延迟网路，网路的起爆顺序由传爆雷管的段别控制，而孔内雷管则全部采用即发雷管。此种网路联接方便，网路成本低，但容易产生网路的超前破坏。孔内外延迟网路，如图2-6（c）所示，是在孔内和孔（排）间均采用延迟雷管，适合于大规模爆破网路。,图2-6 延迟起爆网路（a）孔内延迟；（b）孔外延迟；（c）孔内外延迟，-炮孔排号；1，2，5-雷管段别,（5）其他起爆网路,针对围堰、岩坎等大规模的拆除爆破工程，目前一般采用准爆率高的塑料导爆管毫秒雷管双复式交叉接力网路；对于需要严格控制爆破破碎块度或震动损伤影响范围的深孔台阶爆破和水工建筑物基础保护层开挖，孔间微差顺序起爆网路得到了广泛运用。,第二节 爆破基本原理及药量计算,本节主要介绍以下内容：一、爆破机理 二、爆破漏斗 三、药包种类及装药量计算的基本方法,一、爆破机理,炸药爆炸属于化学爆炸。炸药在一定起爆能的作用下，在瞬时（约十万分之一秒）内发生化学分解，产生高温（几千）、高压（几百亿Pa）的气体，对相邻的介质产生极大的冲击压力，以波的形式向四周传播，称为空气冲击波，在岩土中传播，则称为地震波。这里有几个基本概念。爆炸（explode）：是物质的一种物理、化学变化形式。炸药的爆炸是炸药燃烧的一种稳定形式，是一种化学变化。爆破（blast）：是物质变化对周围介质产生的一种破坏程度。爆轰波(exploding wave)：物质爆炸时，稳定爆炸（爆轰）在物质内部产生的一种应力变化情况，以波的形式在物质内部传播。冲击波(blast wave)：爆炸在空气中以超音速形式传播的空气压缩形式。地震波(seismic waves)：爆炸在岩土中以波的形式传播的过程。,（一）土岩爆破机理,岩土介质的爆破破碎是炸药爆轰产生的冲击波的动态作用和爆轰气体准静态作用的联合作用结果。炸药爆轰后，在瞬间（约十万分之一秒）产生高温高压气体，对相邻介质产生极大的冲击作用，并以冲击波的形式向四周传播能量。,（二）无限介质中的爆破作用,当爆破在无限均匀的理想介质中进行时，冲击波以药包中心为球心，呈同心球向四周传播。此时，爆破作用的最终影响范围通常可划分为图2-7所示的粉碎圈、破碎圈和震动圈。（1）压缩圈（亦称粉碎圈）（2）破碎圈（3）震动圈,图2-7 无限介质中的爆破作用1-药包；2-粉碎（压缩）圈；3-径向裂缝；4-环向裂缝；5-破碎圈；6-震动圈,影响作用范围（无明显界限）,（1）压缩圈紧邻药包介质为塑性体，将受到压缩（粉碎圈）紧邻药包介质为脆性体，将被粉碎（半径为Rc，压缩或粉碎半径）（2）抛掷圈介质被破坏并抛掷（半径为R，抛掷半径）（3）松动圈塑性介质 破裂圈脆性介质（相应半径为Rp,松动破裂）（4）震动圈松动（圈外的部分介质发生震动）,二、爆破漏斗,当爆破在有临空面的半无限介质表面进行时，若药包的爆破作用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，如图2-8所示。,图2-8 爆破漏斗示意图1-药包；2-碎碴充填体；3-坑外堆积体,爆破漏斗的几何特征参数,爆破漏斗的几何特征参数有：药包中心至临空面的最短距离，即最小抵抗线长度W，爆破漏斗底半径r，爆破破坏半径R，可见漏斗深度P和抛掷距离L。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。显然，爆破作用指数 最能反映爆破漏斗的几何特征，它是爆破设计中最重要的参数。n值大形成宽浅式漏斗，n值小形成窄深式漏斗，甚至不出现爆破漏斗。工程应用中，通常根据n值的大小对爆破进行分类。,用爆破指数n值对爆破进行分类,当 n=1即r=w时，标准抛掷外破爆破试验确定单位体积介质的炸药消耗量。当n1即rw时，加强抛掷爆破用于定向剥层、扬弃、掏槽等爆破。当0.75n1时，减弱抛掷爆破，用于采石、堵坑、掌子面拆除等。当0.33n0.75时，松动爆破用于开挖前的预松。当n0.33时，隐藏式（内部）爆破同于炸胀药壶,炸扩桩孔成型。抛掷爆破 可见漏斗深厚P=CW(2n-1),抛掷距离（抛距）L=5nw,三、药包种类及装药量计算的基本方法,1、药包种类药包的类型不同，药量计算各异。在进行药量计算时应首先分清药包的类型。按形状，药包分为集中药包和延长药包，可以用药包的最长边L与最短边a的比值进行划分：当L/a4时，为集中药包；当L/a4时，为延长药包。对于大爆破，采用洞室装药，常采用集中系数来区分药包的类型。当0.41时为集中药包；反之，为延长药包或条形药包。式中 b药包中心至药包最远点的距离，m；V药包的体积，m3。,单个集中药包重量计算,药包重量计算，对单个集中药包，其药量计算公式为：(2-3)式中 K规定条件下的标准抛掷爆破的单位耗药量，kg/m3；W最小抵抗线长度，m；f(n)爆破作用指数函数。标准抛掷爆破：加强抛掷爆破：减弱抛掷爆破：对于松动爆破：松动爆破，当n=0.7时，f(n)=0.730.33。这时松动爆破的单位用药量K=0.33K。,钻孔爆破的装药量计算,对钻孔爆破，一般采用延长药包，其计算公式为：Q=qV(2-4)式中：q为钻孔爆破条件下的单位耗药量，kg/m3；V为钻孔爆破所需爆落的方量，m3。注意：式（2-4）中的q与单个集中药包中的K值是有区别的。钻孔爆破在考虑爆落体积时，不仅计入了爆破漏斗内的介质体积，而且包括相邻漏斗间由于群药包的共同作用所爆落的体积。因此，钻孔爆破中的q值是一次群药包爆破总药量与总爆落方量之比值。,标准抛掷爆破单位耗药量K值的确定,标准抛掷爆破的单位用药量K值可根据试验确定，也可参考表2-1确定。表中的K值是标准情况的K值。所谓标准情况系指：标准抛掷爆破，标准炸药，在一个临空面的平地上进行爆破。随着临空面的增多，单位耗药量随之减少。有两个临空面为0.83K；有三个临空面为0.67K。在确定单位耗药量的试验中若采用非标准炸药，尚须用炸药换算系数e对确定的单位耗药量进行修正。我国以2号岩石铵锑炸药为标准炸药，其爆力B0=320mL，猛度M0=12mm。若实际使用的非标准炸药的爆力和猛度分别为B 和M，则实际单耗应为标准炸药单耗与炸药换算系数e之乘积，e值为：（2-5）或（2-6）,附表2-1 单位耗药量K值,第三节 爆破的基本方法,工程爆破的基本方法按照药室的形状不同主要可分为钻孔爆破和洞室爆破两大类。爆破方法的选用取决于工程规模、开挖强度和施工条件。另外，在岩体的开挖轮廓线上，为了获得平整的轮廓面、控制超欠挖和减少爆破对保留岩体的损伤，通常采用预裂或光面爆破等技术。一、钻孔爆破 二、洞室爆破 三、预裂爆破和光面爆破,一、钻孔爆破,根据孔径的大小和孔眼的深度可分为浅孔爆破法和深孔爆破法。浅孔爆破：孔径小于75mm，孔深小于5m；浅孔爆破适用于各种地形条件和工作面的情况；优点：有利于控制开挖面的形状和规格，使用的钻孔机具较简单，操作方便；缺点：生产效率低，孔耗大，不适合大规模的爆破工程。深孔爆破：后者孔径大于75mm，孔深大于5m。深孔爆破恰好弥补了浅孔爆破的缺点，适用于料场和基坑的规模大、强度高的采挖工作。（一）浅孔爆破（二）深孔爆破,炮孔布置原则,无论是浅孔还是深孔爆破，施工中均须形成台阶状以合理布置炮孔，充分利用天然临空面或创造更多的临空面，。意义：这样不仅有利于提高爆破效果，降低成本，也便于组织钻孔、装药、爆破和出碴的平行流水作业，避免干扰，加快进度。要求：布孔时，宜使炮孔与岩石层面和节理面正交，不宜穿过与地面贯穿的裂缝，以防漏气，影响爆破效果。深孔作业布孔，尚应考虑不同性能挖掘机对掌子面的要求。图2-9表示孔眼爆破梯段布孔图。,图2-9 阶梯爆破布孔示意图a-炮孔间距；b-炮孔排距；H-台阶高度；L-炮孔深度；W-最小抵抗线；Wd-底盘抵抗线；H-超钻深度,（一）浅孔爆破,这里主要介绍如下内容，以达到进行爆破设计的目的。1炮孔布置参数2装药量计算3起爆网路,1炮孔布置参数,开挖过程中宜根据开挖范围、开挖深度和钻孔长度分成数级台阶施工。每级台阶沿长度方向可分成数个工作段，沿宽度方向则可布置多排炮孔，但一般不宜超过34排。炮孔在平面上一般采用矩形或梅花形布置；同排相邻炮孔的中心距离称为孔距，相邻两排炮孔间的中线距离称为排距。炮孔布置的主要参数如下。（1）最小抵抗线长度W（2）台阶高度H（3）炮孔深度L（4）孔距a 和排距b（5）炮孔的最小堵塞长度L1,（1）最小抵抗线长度W,W=Kwd(2-7)式中 Kw岩质系数，一般取1530，松软岩石取大值；d炮孔直径，以mm计；,（2）台阶高度H,台阶高度必须大于最小抵抗线，以防止冲天炮；同时炮孔深度也不能太大，以防止炮孔药量分布不均。为兼顾爆破效果和生产率两方面，台阶高度可按下式确定：H=KHW(2-8)式中，KH为防止爆破顶面逸出的系数，通常采用1.22.0。,（3）炮孔深度L,炮孔深度应保证爆破后形成的新台阶面达到设计高程，既不超挖也不欠挖。L=KLH（2-9）式中，KL岩性对孔深的影响系数；通常坚硬岩石取KL=1.11.15，中等坚硬岩石取KL=1.0，松软岩石取KL=0.850.95。,（4）孔距a和排距b,合理的孔距和排距是保证形成平整的新台阶面及爆后岩块均匀的前提。一般有：a=（1.02.0）W(2-10)b=（0.81.0）W(2-11),（5）堵塞长度L1,浅孔台阶爆破多采用连续装药，装药长度应控制在孔长的1/21/3范围，因此孔口堵塞长度一般不小于孔长的一半。,2装药量计算,浅孔爆破药量按延长药包计算，单孔药量为：Q=q aWH（2-12）式中：q为浅孔台阶爆破单耗，一般为0.20.6kg/m3，可按照岩性不同从有关资料中选取。,3起爆网路,浅孔台阶爆破一般采用电力起爆或导爆管起爆网路，进行微差间隔起爆。常用的微差间隔起爆方法包括排间微差和V形起爆，如图2-10所示。若炮孔数量很少，也可考虑用火花起爆。,图2-10 台阶爆破的微差间隔起爆方式（a）排间微差；（b）V形起爆1，2，5-雷管段别,三峡秭归旧城爆破,（二）深孔爆破,深孔台阶爆破的钻孔分为垂直孔和倾斜孔。倾斜孔的优点是由于炮孔与临空面平行，使得爆破过程全孔所受的抗力均匀，爆后岩块均匀，底部残埂少，爆堆形状易于控制，有利于提高出渣装载机的效率；同时保持一定的台阶坡面角，也有利于坡面的稳定。其缺点是倾斜孔钻孔技术要求高，钻孔效率低，装药过程易堵孔。深孔台阶爆破的炮孔布置与参数选择的原则与浅孔爆破类似。这是主要介绍如下三方面内容：1炮孔布置参数2装药量计算3改善深孔爆破效果的技术措施,1炮孔布置参数,与浅孔爆破相同，这里主要有如下参数：（1）台阶高度H（2）钻孔直径d（3）底盘抵抗线Wd（4）超钻深度H（5）孔长L（6）孔距a和排距b（7）堵塞长度L1,（1）台阶高度H,台阶高度H是深孔爆破设计的重要参数。H值的选取应综合考虑地质与岩性，开挖强度与进度要求，钻孔、装渣和运输设备的性能及合理配套等条件确定。我国水利水电工程基坑开挖中采用的深孔台阶高度一般为616m，以812m居多。,（2）钻孔直径d,在水工建筑物基础开挖中，钻孔直径一般不超过150mm；在临近建基面、设计边坡轮廓处，孔径一般不大于110mm。,（3）底盘抵抗线Wd,Wd=HDd/150（2-13）式中 d炮孔直径，以mm计；H台阶高度，m；D岩石硬度影响系数，一般取0.460.56，硬岩取小值，软岩取大值；台阶高度影响系数，参见表2-1确定。表2-1 阶梯高度影响系数值,从钻孔机械安全作业考虑，底盘抵抗线尚应满足下式：WdHctg+B式中：台阶坡面角；B钻孔至坡顶线最小安全距离，B=2.53m,（4）超钻深度H,超钻的作用在于克服底盘阻力，避免残埂，获得符合设计标高且较平整的底盘。超钻深度可按下式确定：H=(0.150.35)Wd（2-14）式（2-14）中的系数在台阶高度大、岩石坚硬时取大值。,（5）孔长L,L=（H+H）/sin（2-15）式中：为钻孔倾斜角，一般与台阶坡面角相同；对于垂直钻孔=900。,（6）孔距a和排距b,合理的孔距和排距是保证形成平整的新台阶面及爆后岩块均匀的前提。一般有：a=（1.02.0）Wd(2-16)b=(0.81.0)Wd(2-17),（7）堵塞长度L1,深孔台阶爆破的堵塞长度可参考以下式综合确定：L10.75Wd（2-18）L1=(2030)d（2-19）L1=(0.20.4)L（2-20）,2装药量计算,前排炮孔的单孔药量为：Q=q a Wd H(2-21)后排炮孔的单孔药量为：Q=q a bH(2-22)式中：q为深孔台阶爆破混单耗，可按照岩性不同从有关表格中选取。Q的大体范围为：软岩0.150.3kg/m3，中硬岩0.30.45 kg/m3，0.450.6 kg/m3。实际运用中，无论是深孔还是浅孔爆破，最终确定的装药量必须满足药量平衡原理。即每个炮孔爆除其所承担的一定体积岩石所需的药量必须与最佳堵塞条件下孔内所装入的药量相等。,3改善深孔爆破效果的技术措施,一般开挖爆破要求岩块均匀，大块率低；形成的台阶面平整，不留残埂；较高的钻孔延米爆落量和较低的炸药单耗。改善深孔爆破效果的主要措施有以下几个方面。（1）合理利用或创造人工自由面（2）改善装药结构（3）优化起爆网路（4）采用微差挤压爆破（5）保证堵塞长度和堵塞质量,（1）合理利用或创造人工自由面,实践证明，充分利用多面临空的地形，或人工创造多面临空的自由面，有利于降低爆破单位耗药量。适当增加梯段高度或采用斜孔爆破，均有利于提高爆破效率。平行坡面的斜孔爆破，由于爆破时沿坡面的阻抗大体相等，且反射拉力波的作用范围增大，通常可较竖孔的能量利用率提高50%。斜孔爆破后边坡稳定，块度均匀，还有利于提高装渣效率。,（2）改善装药结构,深孔爆破多采用单一炸药的连续装药，且药包往往处于底部、孔口不装药段较长，导致大块的产生。采用分段装药虽增加了一定施工难度，但可有效降低大块率；采用混合装药方式，即在孔底装高威力炸药、上部装普通炸药，有利于减少超钻深度；在国内外矿山部门采用的空气间隔装药爆破技术也证明是一种改善爆破破碎效果、提高爆炸能量利用率的有效方法。,（3）优化起爆网路,优化起爆网路对提高爆破效果，减轻爆破震动危害起着十分重要的作用。选择合理的起爆顺序和微差间隔时间对于增加药包爆破自由面，促使爆破岩块相互撞击以减小块度，防止爆破公害具有十分重要的作用。,（4）采用微差挤压爆破,微差挤压爆破是指爆破工作面前留有渣堆的微差爆破。由于留有渣堆，从而促使爆岩在运动过程中相互碰撞，前后挤压，获得进一步破碎，改善了爆破效果。微差挤压爆破可用于料场开挖及工作面小、开挖区狭长的场合如溢洪道、渠道开挖等。它可以使钻孔和出渣作业互不干扰，平行连续作业，从而提高工作效率。,（5）保证堵塞长度和堵塞质量,实践证明，当其它条件相同时，堵塞良好的爆破效果及能量利用率较堵塞不良的场合可以大幅提高。,二、预裂爆破和光面爆破,为保证保留岩体按设计要求轮廓面成型并防止围岩破坏，须采用轮廓控制爆破技术。常用的轮廓控制爆破技术包括预裂爆破和光面爆破。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；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。预裂爆破和光面爆破在坝基、边坡和地下洞室岩体开挖中获得了广泛应用。,（一）成缝机理,预裂爆破和光面爆破都要求沿设计轮廓产生规整的爆生裂缝面，两者成缝机理基本一致。现以预裂爆破为例论述它们的成缝机理。预裂爆破采用不耦合装药结构，其特征是药包和孔壁间有环状空气间隔层。该空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值。因为岩石的动抗压强度远大于抗拉强度（随岩性不同两个强度的比值约为2040），因此可以控制削减后的爆压不致使孔壁产生明显的压缩破坏，但切向拉应力能使炮孔四周产生径向裂纹。加之孔与孔间彼此的聚能作用，使孔间连线产生应力集中，孔壁连线上的初始裂纹进一步发展，而滞后的高压气体的准静态作用，使沿缝产生“气刃”劈裂作用，使周边孔间连线上的裂纹全部贯通成缝。,（二）质量控制标准,预裂爆破的质量控制主要是预裂面的质量控制。通常按如下标准控制。1）开挖壁面岩石的完整性用岩壁上炮孔痕迹率来衡量，炮孔痕迹率也称半孔率，为开挖壁面上的炮孔痕迹总长与炮孔总长的百分率。在水电部门，对节理裂隙极发育的岩体，一般要求炮孔痕迹率达到10%50%；节理裂隙中等发育者应达50%80%；节理裂隙不发育者应达80%以上。围岩壁面不应有明显的爆生裂隙。2）围岩壁面不平整度（又称起伏差）的允许值为15cm。3）在临空面上，预裂缝宽度一般不宜小于1cm。,爆破实践,实践表明，对软岩（如葛洲坝工程的粉砂岩），预裂缝宽度可达2cm以上，而且只有达到2cm以上时，才能起到有效的隔震作用；但对坚硬岩石，预裂缝宽度难以达到1cm。东江工程的花岗岩预裂缝宽仅0.6cm，仍可起到有效隔震作用。地下工程预裂缝宽度比露天工程小得多，一般仅达0.30.5cm。因此预裂缝的宽度标准与岩性及工程部位有关，应通过现场试验最终确定。影响轮廓爆破质量的因素，除爆破参数外，主要依赖于地质条件和钻孔精度。这是因为爆生裂缝极易沿岩体原生裂隙、节理发展，而钻孔精度则是保证轮廓爆破质量的先决条件。,（三）参数设计,预裂爆破和光面爆破的参数设计一般采用工程类比法，并通过现场试验最终确定。1预裂爆破参数2光面爆破参数,1预裂爆破参数,（1）孔径：明挖为70165mm；隧洞开挖为4090mm；大型地下厂房为50110mm。（2）孔距：与岩性特征、炸药性质、装药情况、缝壁平整度要求和孔径大小有关。孔距通常为孔径的712倍。质量要求高、岩质软弱、裂隙发育者取小值。（3）装药不耦合系数：不耦合系数是指炮孔半径与药卷半径的比值，为防止炮孔壁的破坏，该值一般取25。（4）线装药密度,（4）线装药密度,线装药密度单位长度炮孔的平均装药量。影响预裂爆破参数的因素复杂，很难从理论上推导出严格的计算公式，以经验公式为主。目前国内较常用公式的基本形式为：（2-31）式中：Qx为预裂爆破的线装药密度，kg/m；c为岩石的极限抗压强度，MPa；a为炮孔间距，m；d为钻孔直径，mm；K、和为经验系数。随岩性不同，预裂爆破的线装药密度一般为200500g/m。为克服岩石对孔底的夹制作用，孔底段应加大线装药密度到25倍。,2光面爆破参数,（1）光面爆破层厚度：即最小抵抗线的大小，一般为炮孔直径的1020倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。（2）孔距：一般为光面爆破层厚度的0.750.90倍，岩质软弱、裂隙发育者取小值。（3）钻孔直径及装药不耦合系数：参照预裂爆破选用。（4）线装药密度Qx,（4）线装药密度Qx,一般按照松动爆破药量计算公式确定：Qx=qaW(2-32)式中：q为松动爆破单耗，kg/m3；a为光面爆破孔间距，m；W为光面爆破层厚度，m。,（四）装药结构与起爆,这里介绍以下两方面内容：1装药结构 2起爆,1装药结构,预裂爆破和光面爆破的装药结构如图2-13所示。（1）堵塞段。堵塞段的作用是延长爆生气体的作用时间，且保证孔口段只产生裂缝而不出现爆破漏斗，对深孔爆破该段长一般取0.51.5m。（2）孔底加强段。段长大体等于堵塞段。由于孔底受岩石夹持作用，故需用较大的线装药密度。（3）均匀装药段,图2-13 预裂爆破和光面爆破的装药结构l-孔长；1l-堵塞长度；l2-装药长度；l0-均匀装药段长度；ld-孔底加强段长度,（3）均匀装药段,该段一般为轴向间隔不耦合装药，并要求沿孔轴线方向均匀分布。轴向间隔装药须用导爆索串联各药卷起爆。为保证孔壁不被粉碎，药卷应尽量置于孔的中心。国外一般用炮孔中心定位器定位，国内一般是将药卷及导爆索绑于竹片进行药卷定位。,2起爆,为保证同时起爆，预裂爆破和光面爆破一般都用导爆索起爆，并通常采用分段并联法。由于光面爆破孔是最后起爆，导爆索有可能遭受超前破坏。为保证周边孔准爆，对光面爆破孔可采用高段延期雷管与导爆索的双重起爆法。预裂孔若与主爆区炮孔组成同一网路起爆，则预裂孔应超前第一排主爆孔75100ms起爆。,第五节 爆破公害及安全控制,在完成岩石爆破破碎的同时，爆破作业必然会伴生爆破飞石、地震波、空气冲击波、噪音、粉尘和有毒气体等负面效应即爆破公害。因此，在爆破作业中，需研究幂公害的产生原因、公害强度的分布与衰减规律，通过科学的爆破设计，采用有效的施工工艺措施，以确保保护对象（包括人员、设备及邻近的建筑物或构筑物）的安全。为防范与控制爆破地震波、飞石和空气冲击波等的危害，一般应根据各种情况对安全控制距离进行计算，以便确定警戒范围和安全保护措施。一、爆破地震二、爆炸空气冲击波和水中冲击波三、爆破飞石四、爆破公害的控制与防护,一、爆破地震,岩石爆破过程中，除对邻近炮孔的岩石产生破碎、抛掷，爆炸能量的很大一部分将以地震波的形式向四周传播，导致地面振动。这种振动即为爆破地震。爆破地震达到一定强度后，可以引起地面建筑物破坏、边坡失稳等现象。通常认为爆破地震居于爆破公害之首。衡量爆破地震强度的参数包括位移、速度和加速度等。实践表明，质点峰值震动速度与建筑物的破坏程度具有较好的相关性，因此，国内外普遍采用质点峰值震动速度安全判据。我国GB6722-2003爆破安全规程对某些建（构）筑物的允许质点峰值震动速度作了具体规定，如表2-4所示。,表2-4 建（构）筑物的允许质点峰值震动速度,质点峰值震动速度,质点峰值震动速度用下式计算：（2-34）式中：V为质点峰值震动速度，cm/s；n为药包形状系数，欧美等国家的n值通常取1/2，我国和前苏联一般取1/3；Q为最大单响段药量，kg；R为爆心距，即测点至爆源中心距离，m；K、为与地质条件、爆破类型及爆破参数有关的系数。在没有试验资料的情况下，不同岩石的K、值，可参考表2-5确定，对于较重要工程，应通过现场试验确定K、值。,表2-5 不同岩性的K、值,爆破震动的安全距离,根据给定的建筑物安全质点峰值震动速度判据，就可由式（2-34）反算爆破震动的安全距离。若同时给定安全质点峰值震动速度和保护对象的爆心距，由上式也可确定允许的最大爆破规模。在水利水电工程施工中，在重要或特殊的建（构）筑物如岩石高边坡、电站厂房和新浇筑混凝土等附近进行爆破作业时，必须开展爆破震动效应的监测与专门试验，以确定被保护对象的安全性。,二、爆炸空气冲击波和水中冲击波,炸药爆炸产生的高温高压气体，或直接压缩周围空气，或通过岩体裂缝及药室通道高速冲入大气并对其压缩形成空气冲击波。空气冲击波超压达到一定量值后，就会导致建筑物破坏和人体器官损伤