第三章2-石方路基爆破施工

1鉆孔工人正在進(jìn)行光面爆破的鉆孔2某經(jīng)過(guò)光面爆破的巖石3某土石方爆破后形成的爆堆4

由于巖石是一種非均質(zhì)、各向異性的介質(zhì)，爆炸本身又是一個(gè)高溫高壓高速的變化過(guò)程，炸藥對(duì)巖石破壞的整個(gè)過(guò)程在幾十微秒到幾十毫秒內(nèi)就完成了，因此研究巖石爆破作用機(jī)理是一項(xiàng)非常復(fù)雜和困難的工作。炸約—爆炸產(chǎn)物—球面?zhèn)鞑ァ聣暮驼駝?dòng)—能量消失3.1爆破作用機(jī)理5巖石爆破破碎原因的幾種學(xué)說(shuō)

爆轟氣體壓力作用學(xué)說(shuō)(explosiongasfailuretheory)

這種學(xué)說(shuō)從靜力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為巖石的破碎主要是由于爆轟氣體（explosiongas）的膨脹壓力引起的。這種學(xué)說(shuō)忽視了巖體中沖擊波和應(yīng)力波（stresswave）的破壞作用。6應(yīng)力波作用學(xué)說(shuō)（shockwavefailuretheory）

這種學(xué)說(shuō)以爆炸動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，認(rèn)為應(yīng)力波是引起巖石破碎的主要原因。這種學(xué)說(shuō)忽視了爆轟氣體的破壞作用。7應(yīng)力波和爆轟氣體壓力共同作用學(xué)說(shuō)這種學(xué)說(shuō)認(rèn)為，巖石的破壞是應(yīng)力波和爆轟氣體共同作用的結(jié)果。這種學(xué)說(shuō)綜合考慮了應(yīng)力波和爆轟氣體在巖石破壞過(guò)程中所起的作用，更切合實(shí)際而為大多數(shù)研究者所接受。8一、藥包在無(wú)限介質(zhì)內(nèi)的爆破作用

為了分析巖體的爆破破碎機(jī)理，通常假定巖石是均勻介質(zhì)，并將裝藥簡(jiǎn)化為在一個(gè)自由面條件下的球形藥包。球形藥包的爆破作用原理是其它形狀藥包爆破作用原理的基礎(chǔ)。9圖3-1爆破的內(nèi)部作用R0-藥包半徑；R1-粉碎區(qū)半徑；R2-破裂區(qū)半徑10圖3-2爆破示意圖壓縮區(qū)《R壓拋擲區(qū)R壓

-R擲松動(dòng)區(qū)R擲

-R松振動(dòng)區(qū)R松

-R振11某土石方爆破后形成的爆堆12

二、爆破漏斗（crater）

當(dāng)單個(gè)藥包在巖體中的埋置深度不大時(shí)，可以觀察到自由面上出現(xiàn)了巖體開(kāi)裂、鼓起或拋擲現(xiàn)象。這種情況下的爆破作用叫作爆破的外部作用，其特點(diǎn)是在自由面上形成了一個(gè)倒圓錐形爆坑，稱為爆破漏斗，如圖3-4所示。13圖3-4爆破漏斗的幾何要素14

（一）爆破漏斗的幾何要素

1.自由面（freeface）是指被爆破的介質(zhì)與空氣接觸的面，又叫臨空面。

2.最小抵抗線（minimumburden）是指藥包中心距自由面的最短距離，如圖W。爆破時(shí)，最小抵抗線方向的巖石最容易破壞，它是爆破作用和巖石拋擲的主導(dǎo)方向。15

3.爆破漏斗半徑（craterradius）是指形成倒錐形爆破漏斗的底圓半徑。常用r表示爆破漏斗半徑。

4.爆破漏斗破裂半徑，又叫破裂半徑，是指從藥包中心到爆破漏斗底圓圓周上任一點(diǎn)的距離。圖3-4中的R表示爆破漏斗破裂半徑。

5.爆破漏斗深度。爆破漏斗頂點(diǎn)至自由面的最短距離叫爆破漏斗深度。圖3-4中的H表示爆破漏斗深度。16

6.爆破漏斗可見(jiàn)深度。爆破漏斗中碴堆表面最低點(diǎn)到自由面的最短距離叫爆破漏斗可見(jiàn)深度。如圖3-4中h所示。

7.爆破漏斗張開(kāi)角，即爆破漏斗的頂角，如圖3-4中的θ所示。17

（二）爆破作用指數(shù)（craterindex）。爆破漏斗底圓半徑與最小抵抗線的比值稱為爆破作用指數(shù)，用n表示，即：（3-1）爆破作用指數(shù)n在工程爆破中是一個(gè)極重要的參數(shù)。爆破作用指數(shù)n值的變化，直接影響到爆破漏斗的大小、巖石的破碎程度和拋擲效果。18

（三）爆破漏斗的分類。根據(jù)爆破作用指數(shù)n值的不同，將爆破漏斗分為以下四種。

1.標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗。所示，當(dāng)r=W，即n=1時(shí)，爆破漏斗為標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗，漏斗的張開(kāi)角θ=90°。形成標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗的藥包叫做標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破藥包。

2.加強(qiáng)拋擲爆破漏斗。當(dāng)r＞W(wǎng)，即n＞1時(shí)，爆破漏斗為加強(qiáng)拋擲爆破漏斗，漏斗的張開(kāi)角θ＞90°。形成加強(qiáng)拋擲爆破漏斗的藥包，叫做加強(qiáng)拋擲爆破藥包。19

3.減弱拋擲爆破漏斗。當(dāng)0.75＜n＜1時(shí)，爆破漏斗為減弱拋擲爆破漏斗，漏斗的張開(kāi)角θ＜90°。形成減弱拋擲爆破漏斗的藥包，叫做減弱拋擲爆破藥包，減弱拋擲爆破漏斗又叫加強(qiáng)松動(dòng)爆破漏斗。

4.松動(dòng)爆破漏斗。當(dāng)0＜n＜0.75時(shí)，爆破漏斗為松動(dòng)爆破漏斗，這時(shí)爆破漏斗內(nèi)的巖石只產(chǎn)生破裂、破碎而沒(méi)有向外拋擲的現(xiàn)象。從外表看，沒(méi)有明顯的可見(jiàn)漏斗出現(xiàn)。

20爆破漏斗分類標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗θrWθW°45°45rWθrWθr加強(qiáng)拋擲爆破漏斗減弱拋擲爆破漏斗松動(dòng)爆破漏斗21

工程中常用二三個(gè)以上炮孔或峒室的群藥包進(jìn)行爆破。群藥包爆破是單個(gè)藥包爆破的組合，通過(guò)調(diào)整群藥包的藥包間距和起爆時(shí)間順序，采用諸如光面爆破、預(yù)裂爆破、微差爆破、擠壓爆破等爆破技術(shù)，可以充分發(fā)揮單個(gè)藥包的爆破作用，達(dá)到單個(gè)藥包分次起爆所不能達(dá)到的爆破效果。22某土石方爆破工程23三、炸藥一種化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的物質(zhì)，含有碳、氫、氧、氮等元素，在外力沖擊、摩擦、擠壓下爆炸，速度達(dá)數(shù)千米/秒，溫度1500-4500度，壓力超過(guò)10000MPa。1）炸藥的威力：爆力——破壞一定量介質(zhì)的能力猛度——將巖石粉碎成細(xì)塊的能力2）炸藥的敏感度：爆燃點(diǎn)、撞擊敏感度、摩擦敏感度、起爆敏感度受其密度、濕度、粒度、雜質(zhì)影響3）炸藥安全性：保持原有物理化學(xué)性質(zhì)的性能揮發(fā)、結(jié)塊、吸濕、耐凍、耐水；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定24起爆炸藥：用來(lái)做作雷管主要炸藥：黑色炸藥梯恩梯(TNT)膠質(zhì)炸藥硝銨炸藥銨油炸藥漿狀炸藥乳化油炸藥炸藥的種類25四、起爆材料及其起爆方法1、起爆器材——雷管火雷管：導(dǎo)火索引爆，常用6號(hào)雷管相當(dāng)于1g雷汞的裝藥量。電雷管：電流引爆（1A《I〈5A）即發(fā)型——同時(shí)點(diǎn)火同時(shí)起爆遲發(fā)型——點(diǎn)火后延遲起爆，2s、4s、6s、8s、10s、12s26導(dǎo)火索起爆

點(diǎn)燃導(dǎo)火索—引爆火雷管—起爆主炸藥關(guān)注導(dǎo)火索的燃速電起爆

電流—引爆電雷管—起爆主炸藥傳爆線起爆

傳爆線—8號(hào)雷管—起爆主炸藥塑料導(dǎo)爆管非電起爆雷管—導(dǎo)爆管—起爆主炸藥2、起爆方法273.2藥包量計(jì)算原理

目前，在巖土工程爆破中，精確計(jì)算裝藥量(chargequantity)的問(wèn)題尚未得到十分圓滿的解決。工程技術(shù)人員更多的是在各種經(jīng)驗(yàn)公式的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定裝藥量。其中，體積公式是裝藥量計(jì)算中最為常用的一種經(jīng)驗(yàn)公式。

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一、體積公式的計(jì)算原理在一定的炸藥和巖石條件下，爆落的土石方體積與所用的裝藥量成正比。這就是體積公式的計(jì)算原理。體積公式的形式為：

Q=k·V（3-2）式中：Q—

裝藥量，kg; k—

單位體積巖石的炸藥消耗量，kg/m3; V—

被爆落的巖石體積，m3

。29

二、集中藥包的藥量計(jì)算

1.集中藥包（concentratedcharge）的標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破:根據(jù)體積公式的計(jì)算原理，對(duì)于采用單個(gè)集中藥包進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破，其裝藥量可按照下式來(lái)計(jì)算：

Qb＝kb·V＝kb·W330式中V值的大小為：

式中：r—

爆破漏斗底圓半徑，m；

W—

最小抵抗線；m。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗，，即r＝W，所以31

2.集中藥包的非標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破

Q=f(n)·kb·W3式中：f(n)—

爆破作用指數(shù)函數(shù)323.3爆破參數(shù)的意義和選擇

一、單位用藥量k值

單位耗藥量也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可用來(lái)衡量爆破工程的經(jīng)濟(jì)效益，是爆破工程預(yù)算的重要指標(biāo)之一。

k是指單個(gè)集中藥包形成標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破漏斗（n＝1）時(shí)，爆破每一立方米巖石或土壤所消耗的2號(hào)巖石銨梯炸藥的重量，稱作標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破單位用藥量系數(shù)，簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)單位用藥量系數(shù)。33

k’則是指單個(gè)集中藥包形成松動(dòng)爆破漏斗時(shí)（一般0<n<0.75），爆破每一立方米巖石或土壤所消耗的2號(hào)巖石銨梯炸藥的重量，稱作松動(dòng)爆破單位用藥量系數(shù)。

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二、最小抵抗線W

最小抵抗線W的確定方法根據(jù)爆破方法的不同而有所區(qū)別。對(duì)于硐室爆破、藥壺法爆破以及其它采用集中藥包的爆破方法，最小抵抗線W是從藥包中心到地面或臨空面的的最短距離；采用延長(zhǎng)藥包爆破的炮眼法爆破（淺眼爆破、深孔爆破），最小抵抗線W則是從藥包長(zhǎng)度的中心到距該中心最近臨空面的最短距離。35圖3-5各種爆破方法的最小抵抗線36

三、爆破作用指數(shù)n值

n值是表示爆破漏斗大小的一個(gè)重要指標(biāo)，是一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)。通過(guò)n值，我們可以判斷爆破工程的性質(zhì)。同時(shí)，也是分析爆破的效果和經(jīng)濟(jì)效益的重要依據(jù)。為了獲得良好的爆破效果，在選擇n值時(shí)，可參考以下原則：

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1．對(duì)于拋擲爆破，n值的大小可根據(jù)地面坡度的大小選?。骸?0°時(shí)n=1.75～2.0

＝20°～30°時(shí)n=1.5～1.75

＝30°～45°時(shí)n=1.25～1.5

＝45°～60°時(shí)n=1.0～1.25

＞60°時(shí)n=0.75～1.038

2．松動(dòng)爆破的n值。在工程中一般只是借用爆破作用指數(shù)函數(shù)f(n)的形式來(lái)計(jì)算松動(dòng)爆破的裝藥量。39

下面是不同類型松動(dòng)爆破的f(n)值最大的內(nèi)部作用藥包f(n)=0.125～0.2；減弱松動(dòng)藥包f(n)=0.2～0.44；正常松動(dòng)藥包f(n)=0.44；加強(qiáng)松動(dòng)藥包f(n)=0.44～0.64；為了達(dá)到松動(dòng)爆破的爆破目的，對(duì)于上述取值范圍，f(n)一般不宜超過(guò)上限0.25，即使在巖石堅(jiān)硬完整的情況下也應(yīng)遵守這個(gè)原則。

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3.4影響爆破效果的因素

影響爆破效果的因素很多，本節(jié)就炸藥性能、地質(zhì)條件、裝藥結(jié)構(gòu)、堵塞以及起爆方式等爆破工程中影響爆破效果的共性問(wèn)題進(jìn)行闡述。41

一、炸藥性能對(duì)爆破效果的影響

炸藥的密度、爆熱、爆速、作功能力和猛度等性能指標(biāo)，反映了炸藥爆炸時(shí)的作功能力，直接影響炸藥的爆炸效果。增大炸藥的密度和爆熱，可以提高單位體積炸藥的能量密度，同時(shí)提高炸藥的爆速、猛度和作功能力。42煤礦許用銨梯炸藥432號(hào)巖石炸藥44巖石膨化硝銨炸藥45

二、地質(zhì)條件對(duì)爆破效果的影響 露天工程爆破的實(shí)踐證明，爆破效果的好壞，在很大程度上取決于爆區(qū)地質(zhì)條件的好壞以及爆破設(shè)計(jì)是否充分考慮到地質(zhì)條件與爆破作用之間的的關(guān)系。國(guó)內(nèi)外爆破專業(yè)人員越來(lái)越多地認(rèn)識(shí)到爆破與地質(zhì)結(jié)合的重要性。爆破工程地質(zhì)正在朝著形成一個(gè)新學(xué)科的方向發(fā)展。

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爆破工程地質(zhì)著重研究地形地質(zhì)條件對(duì)爆破效果、爆破安全及爆破后巖體穩(wěn)定性的影響，涉及地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)諸方面。47

1.自由面對(duì)爆破效果的影響

48圖3-6藥包布置在斷層中圖3-7藥包布置在斷層下1-藥室；F-斷層；R1-實(shí)際下破裂線R2-設(shè)計(jì)下破裂線；R‘1-實(shí)際上破裂線R‘2-設(shè)計(jì)上破裂線

2.斷層對(duì)爆破效果的影響49

3、裝藥結(jié)構(gòu)對(duì)爆破效果的影響炸藥在被爆介質(zhì)內(nèi)的安置方式稱為裝藥結(jié)構(gòu)。50

堵塞（tamping）就是針對(duì)不同的爆破方法采用相應(yīng)的材料，將巖體中通向藥室(chamber)的通道填實(shí)。堵塞的目的是：保證炸藥充分反應(yīng)，使之產(chǎn)生最大熱量，防止炸藥不完全爆轟；防止高溫高壓的爆轟氣體過(guò)早地從炮眼或?qū)Ф粗幸莩?，使爆炸產(chǎn)生的能量更多地轉(zhuǎn)換成破碎巖體的機(jī)械功，提高炸藥能量的有效利用率。

4、堵塞對(duì)爆破效果的影響51圖4-16堵塞對(duì)爆破作用的影響a-有堵塞；b-無(wú)堵塞523.5爆破方法

一、中小型爆破1、裸露藥包法（裸炮）藥包直接置于巖石表面或石縫效率低僅用于二次爆破532、炮孔法（鋼釬炮）炮眼直徑和深度分別小于7cm和5m.用藥量小、機(jī)動(dòng)性好、操作簡(jiǎn)單適于地形改造、其他爆破開(kāi)創(chuàng)臨空面L為炮孔深度；H為爆破巖石深度或階梯高度；C巖石系數(shù)：堅(jiān)硬取1.5，次堅(jiān)硬去0.85-0.95，軟巖取0.7-0.9注：炮孔裝藥長(zhǎng)度為炮孔的1/3-1/2

松動(dòng)爆破或減弱松動(dòng)爆破，炮孔裝藥長(zhǎng)度為炮孔的1/3-1/4543、深孔爆破孔徑大于75mm，深度5m以上，采用延長(zhǎng)藥包。裝藥量大、爆破量大、施工快若10%-25%需二次爆破，需要使用大型機(jī)械。55564、藥壺法（葫蘆炮）575、貓洞法58

6、微差爆破（milliseconddelayblasting）

（1）定義：以毫秒數(shù)量級(jí)來(lái)控制相鄰炮孔或炮排之間的起爆間隔時(shí)間，這樣的順序起爆技術(shù)稱為微差爆破，又稱毫秒爆破。15～75ms

59（2）特點(diǎn)（優(yōu)） （1）地震效應(yīng)低（指在等藥量的前提下） （2）一次爆破量大（同震級(jí)條件下） （3）單耗低，節(jié)省炸藥25％。 （4）爆破塊度均勻，大塊率低 （5）爆堆整齊、集中 （6）能將飛石、空氣沖擊波危害減少6061

7、擠壓爆破（留渣多排孔微差爆破）定義：在W自由面前方留有一定厚度的爆堆，增加第一排炮孔裝藥量（增加單耗）和相對(duì)延長(zhǎng)微差時(shí)間（第一排響后與第二排之間的時(shí)間），從而提高炸藥能量利用率和改善爆破效果，稱為多排孔微差擠壓爆破。62堆渣圖3-8擠壓爆破原理炮孔地面63優(yōu)點(diǎn)：

1.爆堆集中整齊，根底少；

2.塊度較小，爆破質(zhì)量好；