第三章爆破工程.doc

第三章 爆破工程
一、 本章主要内容
1. 爆破的基本原理
2. 炸药及炸药量计算
3. 爆破基本方法
4. 钻孔与起爆
5. 特种爆破技术
6. 爆破安全控制
二、 学习的目的与教学要求
应用于水工建筑物基础、导流隧洞与地下厂房等的开挖、料场开采、定向爆破筑坝和建筑物拆除等。
1. 掌握爆破工程的基本方法、钻爆开挖方法；
2. 理解爆破的基本概念和爆破材料的主要性能，了解定向爆破、预裂爆破、光面爆破的概念及技术要求。
3. 掌握爆破工程的施工特点和程序及施工的主要内容；
4. 对爆破安全与防护计算能灵活应用，对安全防护引起足够重视。要严格执行各项安全计算的标准。
三、 学习重点
1. 爆破作用指数概念及根据爆破作用指数对爆破进行分类。
2. 浅孔、深孔爆破的炮孔布置和装药量计算；
3. 光面爆破、预裂爆破的应用和区别；主要参数的选用、确定和装药量的计算。

第一节 爆破的基本概念
一、爆破作用的概念
（一）爆炸
炸药爆炸属于化学反应。从广义的角度来说，能量在瞬间释放的现象都可称为爆炸。
（二）爆破
爆破是利用炸药的爆炸能量对炸药周围的介质，使其发生变形并进行破坏。
二、无限均匀介质中的爆破
1．压缩圈（粉碎圈）
这是与球形药包直接接触的介质。
2．抛掷圈
紧贴着压缩圈外面的介质。
3．破坏圈（松动圈）
位于抛掷圈外。
三、有限均匀介质中的爆破
（一）自由面
半无限介质的爆破是指药包埋设深度不大，爆破作用受到临空面的影响的爆破。在水利工程建设中的爆破多属于这种爆破。在半无限介质的爆破中，临空面起到反射拉应力作用和聚能作用。
（二）爆破漏斗的概念
爆破漏斗：当爆破在有临空面的半无限介质表面附近进行时，若药包的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。
爆破漏斗的形状多种多样，随着岩土性质、炸药的品种、性能及药包大小及药包埋置深度不同而变化。
（三）爆破漏斗的几何参数
1． 药包中心O：
2． 最小抵抗线W：药包中心到临空面（自由面）的最短距离，即最小抵抗线长度Ｗ。
3． 爆破漏斗底部半径r：指漏斗底圆半径，是自由面中心到漏斗中心到漏斗边缘的连线。
4． 爆破作用半径Ｒ：药包中心至爆破漏斗底面边缘的距离。
5． 抛掷距离：L
6． 自由面：自由面又称为临空面，是指爆破介质与空气或水的接触面。同等条件下，临空面越多，炸药用量或小，爆破效果越好。
（二）爆破作用指数与爆破漏斗分类
不同的爆破效果形成不同的爆破漏斗。漏斗的大小可用爆破指数表示，其值为：n＝r／Ｗ,最能反映爆破漏斗的几何特征。
①标准抛掷爆破：当n＝1,即r＝W时，漏斗的张开角度等于90°，称为标准抛掷爆破。
②加强抛掷爆破：当n＞1，即r＞W时，漏斗张开角度＞90°，称为加强抛掷爆破。
③减弱抛掷爆破：当0.75≤n＜1时，漏斗的张开角度＜90°，称为减弱抛掷爆破。
④松动爆破：当0.33＜n≤0.75时，无岩块抛出，称为松动爆破，在自由面上可看见明显的外部破坏（松动隆起），形成堆满的漏斗，无岩块抛掷，漏斗半径范围可见岩石破碎后的鼓胀现象。

第二节 炸药及药量计算
一、炸药的主要性能指标
（一）炸药的一般性能
炸药的主要性能有物理化学安定性、敏感性、稳定性等。
（二）炸药的爆炸性能
1.威力:分别用爆力和猛度表示。
2.殉爆距离
炸药药包的爆炸引起相邻药包起爆的最大距离，称为殉爆距离。
3.爆速
爆速是炸药爆炸时,冲击波自始至终在单位时间内的传播速度。
4.爆热与爆温
炸药爆炸分解时所产生的热量叫爆热。一般炸药的爆热约为600～1500kcal/kg。爆炸产物所产生的最高温度叫爆温，通常可达到1500～4500℃。
5.氧平衡
（1）零氧平衡：炸药在爆炸分解时的氧化情况。如炸药本身的含氧量恰好等于其中可燃物完全氧化时的需要量，炸药爆炸后，生成二氧化碳和水，并放出大量的热，这种情况就叫做零氧平衡。
（2）负氧平衡：如含氧量不足，可燃物不能完全氧化，则产生有毒的一氧化碳，这种情况称负氧平衡。
（3）正氧平衡：如含氧量过多，将放出的氮氧化成为有毒的二氧化氮，这种情况称正氧平衡。
无论是正氧平衡还是负氧平衡，都会带来两大害处：一是使炸药中的某些元素得不到充分利用，导致热能量减少，炸药威力降低，影响爆破效果；二是生成有毒气体。
二、常用炸药的种类
炸药是一种相对稳定的化合物或混合物。根据使用的性质不同可分为起爆炸药和工程炸药（主炸药）两类。
（一） 起爆炸药的分类
起爆炸药是用以制造起爆材料的炸药。其主要特点是敏感性高；爆速增加快，易由燃烧转为爆轰；安定性好，特别是化学安定性好；有很好的松散性和压缩性。
1.雷汞Hg(CNO)2
50℃分解，160℃爆炸，对清晰度敏感。
2．氮化铅Pb(N3)2
反应比雷汞迟钝，不溶于水。
3.二硝基重氮酚C6H2O5N4
安定性好，起爆能力强，相对安全价格便宜。
（二） 常用工程炸药
1. 三硝基甲笨(TNT梯恩梯炸药)
2.胶质炸药
3．铵梯炸药
4.铵油炸药
5.浆状炸药
6．乳化炸药
二、药包及装药量计算
（一）药包种类
药包是为爆破某一物体而在其中放置一定数量的炸药。药包种类：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/a≤4时，为集中药包，爆破效率高，省炸药和减少钻孔工作量，但爆破岩石的块度不够均匀，多用于抛掷爆破；当L／a＞4时，为延长药包，可均匀分布炸药，破碎岩石的块度较均匀，一般用于松动爆破。
（二）装药量计算
装药量是工程爆破中的一个重要指标，它既反映了爆破效果，也反映了经济效益。
标准抛投药包的药量计算条件是：单个球形集中药包；爆破作用指数n=1；使用标准炸药（我国以2号岩石铵锑炸药作为标准炸药），只有一个水平自由面。通常假定药包的重量和标准抛投漏斗的体积成比例的关系，即：

由此可得出标准抛投爆破漏斗的药包重量计算公式，即：

当时，上式可改写为：

第三节 爆破基本方法

施工过程包括：布孔、钻孔、清孔、装药、捣实、堵气、引爆等几道工序。爆破方法取决于工程规模、开挖强度和施工条件。
一、 浅孔爆破
浅孔爆破法是指炮孔深度L一般小于5m、直径为小于75mm（深0.5～5m的圆柱形炮孔），装延长药包进行的爆破技术。浅孔爆破法是应用最普遍的爆破技术。
1．浅孔爆破的应用范围
浅孔爆破适用于各种地形和施工现场比较狭窄的工作面上作业，应用于地下工程开挖，露天工程的基坑、中小型料场开采，巨大石的改炮，水工建筑物薄层基岩以及城市建筑物改造拆除的控制爆破。
二、主要技术参数计算
（1）最小抵抗线
浅孔爆破最小抵抗线通常根据钻孔直径和岩石性质确定，即：

最小抵抗线也可按梯段高度计算：

（2）台阶高度H

（3）炮孔深度L

坚硬岩石：L=（1.10～1.15）H（m），应超钻；
松软岩石：L=（0.85～0.95）H（m），应欠钻；
中等坚硬岩石：L=H（m）不超钻、欠钻。
（4）孔距a与排距b
孔、排距应同时满足下列要求：
当布置几排炮孔时，炮孔布置成方形、三角形或梅花形，排距应小于孔距，通常按：

3．装药量计算
浅孔爆破药量按延长药包计算，每孔装药长度：

每孔装药量为：

二、深孔爆破
深孔爆破是指炮孔深度L大于5米、直径大于75毫米的爆破技术。
（一）应用范围
深孔爆破70年代广泛应用于水利水电露天开挖、地下工程的扩大开挖或竖井开挖的爆破、大型工程深基坑开挖、大型采石场开采，大型劈坡开挖。
（二）炮孔布置型式
1． 炮孔布置基本型式
深孔爆破的炮孔可以布置成垂直孔和倾斜孔两种型式。
炮孔的布置通常可分为单排孔和多排孔两种。
（三）深孔爆破参数
孔爆破设计参数有：台阶高度、钻孔直径、底盘（板）抵抗线、孔距、排距、堵塞长度、超钻深度及装药量等。
1． 炮孔直径（d）
钻孔直径由采用的钻机钻头和扩大孔径程度来确定，即
（ mm）
2.底盘抵抗线
为避免爆后产生残埂和简化计算，在深孔爆破中，不用最小抵抗线，而是采用底盘抵抗线。
3.孔距a与排距b
孔距a通常用底盘抵抗线W1与邻接系数m的乘积来计算：
a = m （m）
当排距布置成等边三角形或梅花形布置时，排距与孔距的关系为：
b = a sin60°= 0.87a
4．超钻深度（h）与孔长（L）
超钻深度是指炮孔深度超出台阶高度以下的一段孔深。
垂直孔： h =（0.15～0.35）
倾斜孔： h =（0.3～0.5）
5.堵塞长度（L1）
L1≥(0.7～0.75 )W1
（四）装药量计算
前排炮孔的单孔药量按下式计算：
垂直孔
倾斜孔
三、洞室爆破
洞室爆破也称为大爆破。它是先在山体内开挖导洞，在药室内装入大量的炸药组成的集中药包，一次可以爆破大量石方。
（一）导洞与药室布置
导洞有平洞及竖井两种形式。
集中布药。
（二）洞室爆破施工
1．装药
2．堵塞
3．起爆系统
四、提高深孔爆破效果的技术措施
1．合理利用临空面，积极创造临空面
2．及时调整爆破参数
4.提高台阶高度
5.改善装药结构
6.改善起爆网路
7.采用微差挤压爆破
第四节 钻孔与起爆
一、钻孔机具
1．风钻
2．回转式钻机
3．冲击式钻机
4．潜孔钻机
二、起爆器材及起爆方法
炸药的基本起爆方法有四种：火花起爆、电力起爆、导爆管起爆、导爆管起爆和联合起爆。不同的起爆方法，要求不同的起爆材料，常用的起爆材料有导火索、火雷管、电雷管、导爆索、导爆管等。
二、 起爆器材
（一） 雷管
雷管是用来起爆炸药或导爆索的。按起爆方式一般常用的有火雷管、电雷管。
（二） 导火线
1.导火索
2.导电线
3．导爆索
4.导爆管
三、起爆方法
（一）火花起爆
（二）电力起爆（电雷管起爆法）
电力起爆是电源通过电线输送电能激发雷管，继而起爆炸药的方法。
网路连接方式：串联法、并联法、混联法。
电力起爆安全可靠，可远距离操作，能引爆数量较大的药包群。
(三)导爆索起爆
导爆索起爆安全可靠，费用较高。主要用于深孔爆破和控制爆破。
（三） 导爆管起爆
导爆管起爆法是一种非电起爆方法。

第五节 特种爆破技术
一、定向爆破
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。
1.基本要求
(1)地形条件:地形上要求河谷狭窄，岸坡陡峻（通常在40°以上），山高山厚应为设计坝高的两倍以上。
(2)地质条件: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,泄水和导流建筑物的进出口应在堆积范围以外并满足防止爆破震动影响的安全要求。
（3）水工布置条件:水工上对坝体有严格防渗要求的多采用斜墙防渗。
（4）施工要求：爆前完成导流建筑物、布药岸的交通、药室的施工及引爆系统敷设。
2．药包布置
（1）药包布置在安全前提下，尽量提高抛掷上坝方量。减少人工加高培厚的工作量，且方便施工。
（2）可一岸布药，或两岸布药。两岸布置一岸为主爆区；另一岸为副爆区。
（3）药包位于正常高水位以上大于垂直破坏半径，药包与坝肩的水平距离应大于水平破坏半径。
（4）药包布置应尽量利用天然凹岸。
3．技术参数
（1）定向爆破多用加强抛掷爆破，爆破作用指数n采用1.0～1.75，岸坡陡、河谷窄取小值，反之，取大值。
（2）最小抵抗线长W值主要取决于抛掷方向和抛距的要求，同时应满足爆落和抛掷方量。W与药包埋深之比应在0.6～0.8
（3）药包的水平间距（a）和层距或垂直间距（b）应满足

（4）药量计算
集中药包：W>25m，
W≤25m，
4．定向爆破筑坝设计步骤
(1)收集有关情况和资料；
(2)结合工程具体技术要求，规划和布置好药包；
(3)参数选择与设计计算。
二、预裂爆破
（一）基本概念
所谓预裂爆破，就是首先爆破布置在设计轮廓线上的周边孔（深孔）药包，形成一条沿设计轮廓线贯穿裂缝（即先炸开一条宽度１～４厘米的裂缝面），在它的“屏蔽”下，进行主体开挖部位的爆破，达到保留轮廓线以外保留岩体不受破坏的目的。
（二）预裂爆破的机理
爆破孔的孔壁与药包之间，存有环状的间隙。这个存在的间隙有两个作用：一是可削减爆压峰值；二是为炮孔的孔与孔之间提供了聚能空穴。由于岩石的抗压强度远大于抗拉强度，所以，削减后的爆压峰值，不会使炮孔孔壁产生明显的压缩破坏，只有产生的切向拉力使炮孔四周形成径向裂纹。切向拉力和孔与孔之间的聚能作用一起，在孔与孔之间的连线上产生应力集中，首先使孔间连线上的拉力强化，从而使裂缝发展，兹后的高压气体进一步使这一裂缝开展，形成“气刃）劈裂作用，使这一连线上的裂纹全部贯通，这就成为预裂爆破。
（三）预裂面的质量控制要求
为了使预裂缝对保留岩体充分起到屏蔽作用，预裂面的质量控制应满足下列要求：
1. 预裂缝宽度足够。一般不小于1—4cm（教材要求裂缝在地表面对松软岩石，要大于2cm，较坚硬岩石要大于0.6cm）。
2. 预留面孔壁不出现严重震裂现象。
3. 预裂面上的不平整度不大于15cm。
4. 预裂孔的深度要大于主爆破孔的深度（预裂孔比主爆破孔..大1.0—1.5m）。
5. 预裂孔端孔位置应超过主爆破孔端孔7—10m。
6. 预裂孔与主爆破孔的孔距应保持适当距离一般1—6m。
7. 预裂孔孔口要用小于10mm的砾石填塞。
8. 预裂爆破可用传爆线或者毫秒雷管起爆，起爆时差应控制在10m/s以内。

三、光面爆破
光面爆破是一种用于洞挖地下作业的控制爆破。
施工方法是：沿着设计开挖线布置小孔径，密间距的周边炮孔，进行减弱的不偶合线装药，先爆破主体部位的岩石，再同时起爆光面孔药包，将主爆破孔与光面孔之间留下的保护层（也叫光爆层）炸掉。从而形成一个比较平整的周边表面，即光面。
影响光爆效果的主要因素有：炮孔直径D、炮孔间距a、装药量及装药集中度、最小抵抗线、周边孔密集程度、岩石物理性质及地质构造、炸药品种及特性、药包结构、起爆技术、施工条件等。
（1）炮孔直径D。常用孔径D=35～45mm。
（2）最小抵抗距 =（7～20）D (m)
（3）光爆层厚度W与周边孔密集系数m。
光爆层是周边孔与主爆区最边一排炮孔之间的那层岩石， A与W的比值称为炮孔密集系数m。
（4）光面爆破孔间距a

（5）线装药量
（6）周边孔的深度和角度。
四、水下岩塞爆破
岩塞爆破是一种水下控制爆破，施工时，先从隧洞出口逆水流向开挖，待掌子面到达水库库底或湖底附近，预留一定厚度的岩塞，当隧洞和进口闸门井全部完建后，再一次将岩塞炸除，形成进水口，使隧洞与水库通。
（一）岩塞布置及爆石渣处理
（1） 岩塞布置
岩塞布置应根据隧洞的使用要求、地形、地质等因素确定，宜选择在覆盖层薄、岩石坚硬完整且层面与进口交有大的部位，特别应避开节理、裂隙、构造发育的地段。岩塞的开口尺寸应满足进水流量的要求。岩塞厚度一般为岩塞底部直径的1～1.5倍，太厚难以一次爆通，太薄不安全。
（2） 爆破后的岩渣处理
聚（集）渣爆破：爆前在洞内正对岩塞的下方挖一个容积与岩塞体积相当的集渣坑，让爆落的石渣大部分抛入坑内，且保证运行期中坑内石渣不被带走。主要是水电站工程中采用。
泄渣爆破：对于灌溉、供水、防洪隧洞取水口岩塞爆破，爆破时闸门开启，借助高速水流将石渣冲出洞口。
（二）岩塞爆破设计
岩塞爆破属水下爆破，用药量计算应考虑静水压力的阻抗，比常规抛掷爆破药量增加20%～30%。
起爆方式：起爆网路采用复式并—串—并，或增补一套传爆线，起爆体可放在塑料袋中，封口涂上黄油，炸药和雷管也需进行防水处理。
五、微差挤压爆破
微差挤压爆破：在大规模的深孔爆破中，将炮孔以毫秒级的时间间隔，分组进行顺序起爆的方法。即在台阶正面未清完爆渣条件下进行的微差爆破称，挤压爆破加快施工进度和增加块石破碎度有利。
广泛应用于水利水电工程施工的基坑开挖中。

第六节 爆破安全控制
一、安全控制距离
爆破安全距离是指起爆装药时人员或其他保护对象与爆炸源之间必须保持的最小距离。确定爆破安全距离的目的是为了限制爆破有害效应对周围环境的影响，确保人员和建 (构)筑物及其他保护对象的安全。爆破有害效应包括爆破地震、冲击波、个别飞石、毒气和爆破噪声等。各种有害效应随传播距离而衰减的规律不同，相应的爆破安全距离也不同，因此应分别计算每种有害效应的安全距离，然后取其中的最大值作为确定警戒范围均依据。
（一）爆破飞石安全距离
爆破飞石系指爆破时被爆物体中脱离主爆堆而飞散较远的个别碎块。对个别飞石飞行最远距离的计算多采用以下经验公式:

（二）爆破地震安全控制距离
1．爆破地震波的危害
爆破地震波的作用有可能引起地面或地下建筑物、构筑物的破裂、倒塌，或导致路堑边坡滑坡、隧道冒顶片帮等灾害的发生。
2．爆破地震安全控制距离
从爆源到被保护物的距离应保证被保护物不受到爆破振动作用的破坏，这段距离称为爆破地震安全距离。爆破地震安全距离可按下式计算。

（三）爆破冲击波安全距离
空气冲击波影响的安全距离：

爆破后，发现瞎炮应立即设置明显标志，并派专人监护，查明原因后进行处理。
四、炮孔处理
瞎炮又称为盲炮，是指预期发生爆炸的炸药未发生爆炸的现象。炸药、雷管或其他火工品不能被引爆的现象称为拒爆。
瞎炮不仅达不到预期的爆破效果，造成人力物力财力的浪费，而且会直接影响现场施工人员的人身安全，故对瞎炮必须查明并进行处理。