露天深孔浅孔爆破.ppt
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1、第七章 露天爆破,第一节 露天深孔台阶爆破第二节 露天浅孔台阶爆破第三节 边坡控制爆破第四节 硐室爆破第五节 高温爆破第六节 冻土爆破,深孔爆破(long-hole blasting)技术在改善破碎质量、维护边坡稳定、提高装运效率和经济效益等方面有极大的优越性,随着深孔钻机等机械设备的不断改进发展,在铁路和公路路堑、矿山露天开采工程、水电闸坝的基坑开挖工程中,深孔爆破技术得到广泛的应用,深孔爆破技术在石方爆破工程中占有越来越重要的地位。,第一节 露天深孔台阶爆破,一、深孔爆破基本概念,所谓深孔通常是指孔径大于50mm、深度在5m以上并采用深孔钻机钻成的炮孔。深孔爆破是指在事先修好的台阶(梯段)
2、上进行钻孔作业,并在钻好的深孔中装入延长药包进行爆破。深孔爆破破碎质量好,破碎块度符合工程要求,基本上无不合规格的大块,无根底,爆堆集中且具有一定的松散度,满足铲装设备装载的要求。,同时提高延米爆破量,降低炸药单耗,并在改善破碎质量的前提下,使钻孔、装载、运输和破碎等后续工序发挥高效率,并使工程的综合成本达到最低。深孔爆破的炸药比较均匀地分散在岩体中,用药量比较容易控制,与其它爆破方法相比,深孔爆破的优越性主要表现在石方的机械化施工和安全性两个方面。,深孔爆破除了本身机械化程度较高,解决了其它爆破技术主要依靠人工或机械化程度不高的缺陷外,还能提供适合于机械挖运的破碎岩堆的块度、大小、形状,及满
3、足挖运进度要求的一次爆落方量;,在安全性方面,深孔爆破属露天开挖,装药部位与所爆岩体的位置关系很容易搞清楚和取得数据,加上每次爆破量比硐室爆破要小,爆破时振动强度、飞石距离、空气冲击波强度和破坏范围小且容易控制。,1、台阶要素 深孔爆破通常是在一个事先修好的台阶上进行钻孔作业,这个台阶也称作梯段。所以台阶深孔爆破也称作梯段深孔爆破。深孔爆破的孔网参数表示钻孔在台阶中的位置,如图6-1(a)所示。,台阶要素,图中H为台阶高度(m),W1为前排钻孔底盘抵抗线(m),h为超深(或超钻)深度(m),L为钻孔深度(m),l1为堵塞长度(m),l2为装药长度(m),为台阶坡面角(度),b为排距(m),c为
4、台阶上部边线至前排孔口的距离(m),a为钻孔间距(m),为达到良好的爆破效果,必须正确确定台阶要素的各项参数。,2、钻孔形式 钻孔一般分为垂直钻孔和倾斜钻孔两种形式,如图6-1所示。垂直钻孔和倾斜钻孔的优缺点比较如表6-1所示。从表中可以看出,倾斜钻孔在爆破效果方面较垂直钻孔有较多的优点,但在钻凿过程中的操作比较复杂,在相同台阶高度情况下倾斜钻孔比垂直钻孔要长,而且装药时易堵孔,给装药工作带来一定的困难。在实际工程中,垂直钻孔的应用较倾斜钻孔要广泛得多。,施工人员正在进行钻孔,表6-1 垂直钻孔与倾斜钻孔比较,3、布孔方式 布孔方式有单排布孔(一字形布孔)及多排布孔两种,多排布孔又分为方形、三
5、角形(或梅花形)三种,如图6-2所示。从能量均匀分布的观点看,以等边三角形布孔最为理想,方形或矩形多用于挖沟爆破。在相同条件下,与多排孔爆破相比较,单排孔爆破能取得较高的技术经济指标。,a单排布孔 b矩形布孔 c交错布孔 d方形布孔,炮孔平面布置,二、设计计算,为了达到良好的深孔爆破效果,必须合理确定台阶高度、网孔参数、装药结构、装填长度、起爆方法、起爆顺序和炸药的单位消耗量等参数。在以上参数设计合理的情况下,可以达到技术经济的合理性,从而达到高效、经济的目的。,1、钻孔孔径的选择 在钻孔机械确定后,一般钻孔孔径的选择余地不大。如目前使用较多的进口液压钻,采用38的钻杆,使用的钻头直径为3英寸
6、(76mm)和3.5英寸(89mm)两种,但对38的钻杆,用3英寸的钻头凿进能发挥钻机的最大效率。,从爆破经济效果和装药施工来说,无疑钻头直径越大越好,每米孔爆破方量按钻孔直径增加值的平方增加,孔径越大,装药越方便,越不易发生堵孔现象。而对爆破效果来讲,无疑孔径小,炸药在岩体中分布更均匀,效果更好。所以在强风化或中风化的岩石以及覆盖层剥离时可采用大钻头(钻头直径100165mm),而在中硬和坚硬岩石中钻孔以小钻头(钻头直径75100mm)为宜。,2、台阶高度的确定 台阶高度是深孔爆破的重要技术参数之一,其选取合理与否,直接影响到爆破的效果和碎石装运效率以及挖掘机械的安全。,因此,确定台阶高度必
7、须满足下列要求:1给机械设备(挖掘机、自卸车等)创造高效率的工作条件;2保证辅助工作量最小;3能否达到最好的技术经济指标;4满足安全工作的要求。,从国内外资料看,普遍认为台阶高度不宜过高。在采矿部门取1015m为宜;在铁路施工中,根据施工特点和采用钻机及挖掘机械的技术水平,一般取812m较为合适。台阶高度还与钻孔孔径有着密切的联系,不同钻孔孔径有不同的台阶高度适用范围。,台阶高度过小,爆落方量少,钻孔成本高;台阶高度过大,不仅钻孔困难,而且爆破后堆积过高,对挖掘机安全作业不利。台阶的坡面角最好在6075之间。,若岩石坚硬,采取单排爆破或多排分段起爆时,坡面角可大一些。如果岩石松软,多炮孔同时起
8、爆,坡面角宜缓一些,坡面角太大(75)或上部岩石坚硬,爆破后容易出现大块;坡面角太小或下部岩石坚硬,易留根坎。目前,随着钻机等施工机械的发展,国内外已有向高台阶发展的趋势。,3、底盘抵抗线的确定 底盘抵抗线是指由第一排装药孔中心到台阶坡脚的最短距离。在露天深孔爆破中,为避免残留根底和克服底盘的最大阻力,一般采用底盘抵抗线代替最小抵抗线,底盘抵抗线是影响深孔爆破效果的重要参数。,过大的底盘抵抗线,会造成残留根底多、大块率高、冲击作用大;过小则不仅浪费炸药,增大钻孔工作量,而且岩块易抛散和产生飞石、震动、噪声等有害效应。底盘抵抗线同炸药威力、岩石可爆性、岩石破碎要求、钻孔直径和台阶高度以及坡面角等
9、因素有关。,这些因素及其相互影响程度的复杂性,很难用一个数学公式表示,需依据具体条件,通过工程类比计算,在实践中不断调整底盘抵抗线,以便达到最佳的爆破效果。,(1)根据钻孔作业安全条件确定(6-1)式中 W1底盘抵抗线,m;H台阶高度,m;台阶坡面角,一般为6075;c从深孔中心到坡顶边线的安全距离,c2.53m。,(2)、按照体积法(即药包重量与爆落岩石成正比)反推计算 式中:d炮孔直径,dm;装药密度,kg/dm3;装药长度系数,当H10m时,0.6;当H1015m时,0.5;H=1520m时,0.4;H20m时,0.35;,q单位耗药量,kg/m3;m炮孔密集系数,一般m0.81.2(当
10、岩石坚固系数f高,要求爆下的块度小,台阶高度愈小时,可取较小m值,反之可取较大m值)。L钻孔深度,m。,(3)、按台阶高度确定:岩石坚硬,系数取小值,反之,系数取大值。(4)、按钻孔直径确定:k日本取k=40,国内铁路上建议取k=3238;d孔径,mm。,4、孔距与排距 孔距a是指同排的相邻两个炮孔中心线间的距离;排距b是指多排孔爆破时,相邻两排炮孔间的距离。两者确定的合理与否,均对爆破效果产生重要的影响。炮孔密集系数m是指炮孔间距a与抵抗线W的比值,即m=a/W。当W1和b确定后,则a=mW1或a=mb。,根据一些难爆岩体的爆破经验,保证最优爆破效果的孔网面积(ab)是孔径断面积(d2/4)
11、的函数,两者之间比值是一个常数,其值为13001350。在露天台阶深孔爆破中,炮孔密集系数m是一个很重要的参数。一般取m0.81.4。,然而,随着岩石爆破机理的不断研究和实践经验不断丰富,宽孔距爆破技术发展迅速,即在孔网面积不变的情况下,适当减小底盘抵抗线或排距而增大孔距,可以改善爆破效果。在国内,炮孔密集系数值已增大到46或更大;在国外,炮孔密集系数甚至提高到8以上。,5、超钻(subdrilling)超钻h是指钻孔超出台阶高度的那一段孔深。其作用是克服底盘岩石的夹制作用,使爆破后不留根底。超钻过大将造成钻孔和炸药的浪费,破坏下一个台阶顶板,给下次钻孔造成困难,增大地震波的强度;超钻不足将产
12、生根底或抬高底板的标高,而且影响装运工作。,超钻与岩石的坚硬程度、炮孔直径、底盘抵抗线有关。超钻值可按h(0.150.35)W1确定。岩石松软、层理发达时取小值,岩石坚硬时则取大值。也有按孔径的812倍来确定超钻值的。倾斜钻孔的超钻h(0.30.5)W。,表6-2 超钻h值(m),确定超钻时,还可以参考表6-2进行选取,但表中所列数值适用于钻孔直径为150mm的情形。如果钻孔直径不是150mm,则将表中的数值乘以d/150即可。进行多排孔爆破时,第二排以后的超钻值还需加大0.30.5m。,6、单孔装药量 在深孔爆破中,单位耗药量q值一般根据岩石的坚固性、炸药种类、施工技术和自由面数量等因素综合
13、确定。在两个自由面的边界条件下同时爆破,深孔装药时单位耗药量可按6-3表选取。,表 6-3 单位耗药量q值表,注:表中数据以2号岩石铵梯炸药为准。,单排孔爆破(或第一排炮孔)每孔装药量按下式计算:,式中 q单位耗药量,kg/m3;a孔距,m;H台阶高度,m。,(6-4),多排孔爆破时,从第二排起,各排孔的装药量可按下式计算:(6-5)式中K为考虑受前面各排孔的岩碴阻力作用的装药量增加系数,一般取1.11.2。,三、设计说明书,(一)、设计基础资料1、工程任务资料2、地形地质资料3、试验资料(二)、设计工作内容1、爆破方案确定2、确定合理的台阶要素3、选择钻孔形式、钻孔类型、布孔方式4、爆破参数
14、设计5、爆破安全计算和校核6、安全警戒范围确定7、施工组织设计8、技术经济分析9、主要附图,四、深孔爆破施工工艺,(一)台阶布置 铁路建设大部分是在一狭小的条形地带施工,线路绵延于山区和丘陵地区,就土石方爆破工程来讲,除个别站场的工程量较大外,一般工程数量都比较小而分散。因此,铁路建设工程中深孔爆破的台阶布置形式与露天矿开采有所不同。,根据台阶坡面走向与线路走向之间的关系,可以把深孔爆破的台阶布置方法分为以下两种。1.纵向台阶法 爆破施工形成的台阶坡面走向与线路走向平行时,称为纵向台阶(图6-3)。采用纵向台阶进行土石方施工的方法称为纵向台阶法。按纵向台阶法进行钻孔爆破时的炮孔布置方法称为纵向
15、台阶布孔法。,纵向台阶布孔法适用于傍山半路堑开挖。对于高边坡的傍山路堑,应分层布孔,按自上而下的顺序进行钻爆施工。施工时应注意将边坡改造成台阶陡坡形式,以便上层开挖后下层边坡能进行光面或预裂爆破(图6-4)。,图6-4 傍山高边坡路堑横向台阶分层布孔(、为施工顺序),图6-5 横向台阶法,图6-6 横向台阶单线深拉槽路堑开挖,2.横向台阶法 爆破施工形成的台阶坡面走向与线路走向垂直时,称为横向台阶(图6-5)。采用横向台阶进行土石方施工的方法称为横向台阶法。按横向台阶法进行钻孔爆破时的炮孔布置方法称为横向台阶布孔法。横向台阶布孔法适用于全断面拉槽形式的路堑和站场开挖。,对于全断面拉槽形式的站场
16、开挖,为加快施工进度,可同时从山体两侧向中间进行深孔爆破作业,如图6-5(b)。单线的深拉槽路堑开挖,由于线路狭窄,开挖工作面小,爆破容易破坏或影响边坡的稳定性,因此在采用横向台阶法时,最好分层布孔,为便于施工和减少岩石的夹制作用,每层的台阶高度不宜过大,以68m为宜。,在布置钻孔时,对于上层边孔可顺着边坡布置倾斜孔进行预裂爆破,而下层因受上部边坡的限制,边孔通常不能顺边坡钻凿倾斜孔。在这种情况下,可布置垂直孔进行松动爆破,但边坡的垂直孔深度不能超过边坡线(图6-6)。如果下层边坡采用预裂爆破,那么边坡需要改造成台阶形式。,(二)深孔钻凿 1.孔位布置 布孔应从台阶边缘开始,边孔与台阶边缘要保
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