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第二章爆破施工第一节爆破的基本概念一.爆破施工简述：爆破是开挖石方最有效的手段，也常用于土石方的松动、抛掷，定向爆破可用来撤除旧的建筑物，在水利工程施工中，通常采用爆破来开挖基坑，开挖地下建筑物所需要的空间，如遂洞开挖，也可用定向爆破建筑大坝。目前控制爆破方法的高技术，把爆破的应用领域进一步拓宽。因此研究探索爆破的机理，掌握各种爆破技术，在水利工程施工中是十分必要的。二.爆破基本机理：炸药爆炸是化学爆炸。在某中起爆能的作用下，炸药瞬时内（约万分之一秒内）发生化学分解，产生高温（几千度）、高压（数万几十万个大气压）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。若传播介质为空气，称为空气波；若传播介质为岩土，则称地震波，也叫固体冲击波。三.无限均匀介质中的爆破作用：工程中的介质总是有限的和不均匀的。为了研究方便，假设爆破作用的介质是无限的和均匀的。在这种理想介质中的爆破作用是：冲击波以药包中心为球心，呈同心球向四周传播。距球心越近，作用介质的压力越大，距球心越远，由于介质的阻尼，使作用于介质的压力波逐渐衰减，直至全部消失。假如沿球心切割一平面，可将爆破作用的影响范围划分为如下几个部分（如图2—1）：（一）压缩圈（粉碎圈）：最靠近药包的介质，受到膨胀压力最大，介质若为塑性体，会被压缩成一个球形空腔；介质若为脆性体，会被压缩的粉碎。因此爆破影响的这个范围称为压缩圈或粉碎圈。（二）抛掷圈：压缩圈外具有抛掷势能的介质。这部分介质当具有逸出的临空面，常发生抛掷。这个范围称为抛掷圈。（三）松动圈：抛掷圈外围的一部分介质，爆破的作用只能使其产生破裂松动。因此这一范围称为松动圈。（四）震动圈：松动圈以外的介质，随着冲击波的进一步衰减，只能使这部分介质产生震动，故称为震动圈。（五）爆破影响半径：有药包向外，相应各圈的半径分别叫压缩半径、抛掷半径、松动半径、震动半径。各圈半径的大小与炸药的特性、药包结构、爆破方式、介质的特性等密切相关。四.有限介质中的爆破作用：（一）基本概念爆破作用受到临空面的影响，即爆破作用半径能达到临空面的爆破，称为有限介质中的爆破作用。工程中多属于这种爆破。（二）爆破漏斗的概念及形成：如炸药的埋置深度小于爆破作用半径，就是有限介质爆破。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，往往形成一个倒立圆堆形的爆破坑，这个坑称为爆破漏斗（如图2—2）。（三）爆破漏斗的几何特性参数：假设：药包中心到临空面的最短距离称为最小抵抗线长度W；爆破漏斗底半径r；爆破作用半径R；可见爆破漏斗坑深度P；爆破抛掷距离L；爆破作用指数n=r/W。(四)爆破作用指数n：爆破漏斗的几何特征反映了药包重量大小和埋深的关系，反映了爆破作用的影响范围。显然爆破漏斗底半径r和爆破最小抵抗线长度W的比值r/W反映了爆破漏斗的几何特征，并将它定义为爆破作用指数n=r/W。爆破作用指数n是爆破设计中最重要的设计参数，n值大，爆破漏斗呈宽浅式，n值小，爆破漏斗呈窄深式，甚至不出现爆破漏斗。因此可以用n值大小对爆破进行分类。（五）爆破分类：当n=1即r=W时，称为标准抛掷爆破；当n＞1即r＞W时,称为加强抛掷爆破；当0.75＜n＜1即r＜W时，称为减弱抛掷爆破；当0.33＜n＜0.75时，称为松动爆破。（教材中0.33为0.2）不因爆破使临空面产生破坏的爆破，叫隐藏式爆破，这种爆破只在介质内部引起破坏，所以也叫内部爆破，可用于炸胀药壶。（六）药包分类：响应于以上各类爆破的药包分别叫：标准抛掷药包、加强抛掷药包、减弱抛掷药包、松动药包。（七）可见漏斗深度计算：抛掷爆破将部分介质抛出，其中部分介质又回落到爆破漏斗坑中，回落后的可见漏斗深度为：P=CW(2n－1)式中C—介质系数，对于岩石，C=0.33；对于粘土：C=0.4。（八）爆破抛掷距离计算：抛掷堆积距药包中心的最大距离（一般简称抛距）为：L=5nW第二节炸药和装药量计算一.炸药简介（一）炸药概念：在外力激发下，可以发生化学爆炸的单质或混合物，叫炸药。（二）基本性能：1.爆速：炸药爆炸时的反应沿着药包传播（爆轰波）的速度叫爆速。工程常用炸药的爆速一般为2000—8000m/s.值得注意的是，药包有大有小，爆炸反应不是同时进行的，而是从引爆点逐步扩展开的。2.敏感度：炸药在外力作用下发生爆炸的难以程度称为炸药的敏感度。炸药在热能、机械能、爆炸能的作用下都会发生爆炸，为了施工安全，工程用炸药的敏感度都是较低的.，但制造雷管用的起爆炸药的敏感度常是较高的，以利引爆。3.爆力：炸药在介质中爆炸时释放的总能力叫爆力。（爆炸做功的总能力，也是爆炸对介质破坏的总能力），爆热、爆温、爆压越高的炸药，爆力越大。4.猛度：炸药爆炸时对药包附近介质产生的压缩、粉碎能力叫猛度。注意：常说的炸药威力是指的爆力和猛度的合称。爆力反映了药包爆炸全过程做功的总能力；而猛度反映了炸药爆炸的初始阶段在气体高压作用下做功的能力。爆力和猛度都是热能向机械能转化的表现形式。威力大的炸药一般称为猛性或烈性炸药。5.氧平衡：炸药成分中一般都有C、H、O、N四种元素，这些元素能化合成H2O、CO2、N2、CO、NO、NO2等气体。(1)零氧平衡：炸药爆炸后，炸药中的氧正好能使碳、氢完全氧化生成CO2和H2O，无剩余氧，此时叫零氧平衡。(2)正氧平衡：炸药爆炸后，有多余的氧，多余的氧会再把氮氧化成NO、NO2。此时称为正氧平衡。(3)负氧平衡：炸药爆炸后，氧的含量不足，还会有一部分碳只能被氧化成CO，此时叫负氧平衡。注意：零氧平衡的炸药爆破效果好，不产生有毒气体，使用比较安全。正氧平衡和负氧平衡的炸药，爆炸后生成ON、NO2、CO等气体，这些气体是吸热反应，都要吸收部分热量，使爆炸能量减小，爆破效果降低，而且都有毒性，爆破后若不能及时排除炮烟，会引起施工人员中毒。因此，配制工程炸药时应尽量零氧平衡。（负氧平衡生成的CO的毒性更大，地下爆破施工不得使用，以策安全）。（三）工程炸药的类型（一般常用）：1.起爆炸药：这是制造起爆材料的炸药，特点是爆力和猛度高，对冲击、摩擦、火焰敏感性强，化学安定性大。常用的起爆炸药如：雷汞（Hg（CNO2）），氮化铅（Pb（N3）2），二硝基重氮酚（C6H2O5N4）等。2.单质猛性炸药：这也是制造起爆材料的炸药，为单一化合物成分，爆力和猛度都很高。它还可以作为提高混合猛性炸药敏感度的敏化材料这类炸药如梯恩梯、硝化甘油等。梯恩梯、硝化甘油的特点是：在水中不降低爆炸性能，可以用在水下爆破。硝化甘油的机械、爆炸的敏感度都很高，不宜单独使用，可以和硝酸铵等配制成硝化甘油炸药使用。3.混合猛性炸药：这种炸药是按一定比例将爆炸性和非爆炸性可燃物混合制成的。是应用最广的工程炸药。这类炸药主要有如下几种：（1）硝酸铵类炸药：它是铵梯、铵油、浆状、乳化油等炸药的总称。1）铵梯炸药：一般由硝酸铵、梯恩梯、木粉三种成分配成。不同的配比，可以制成不同性能的铵梯炸药。按不同的使用条件可配成：A.露天铵梯：用于露天爆破，允许产生一定毒气，氧平衡值要求低。B.岩石铵梯：用语地下开挖（无瓦斯和矿尘爆炸危险的），严格限制毒气生成量，要求接近或达到零氧平衡。铵梯炸药的特性是：敏感度较低，安全性好，威力较高。但吸湿性和结块性强。吸湿、结块后敏感度大大降低，甚至拒爆。在水利工程开外中应用广泛，但，无可靠的防水措施时，不宜用于水眼和水下爆破，平时保管，注意防潮。（2）铵油炸药：它是由硝酸铵、柴油、木粉三种成分配成。其类型常按成分配比划分。如92—4—4型，既该类铵油炸药的配比是92：4：4。铵油炸药的特性是：不用梯恩梯，材料来源多，成本低，安全性高，但敏感度低，，起爆比较困难，容易吸湿、结块，爆炸威力较低。储存期一般不能超过7天。因成本低，并且可以在施工现场配制，故多用于大爆破。（3）浆状炸药：这是一种浆湖状的含水炸药，便于灌装炮孔。主要成分是硝酸铵、梯恩梯。浆状炸药的特性是：抗水性强，装药密度高，安全性好。但起爆敏感度低。适宜露天有水的深孔爆破。（4）乳化油炸药：硝酸铵水溶液是它的主要成分其他配剂常用乳化剂、粘结剂、可燃剂、敏化剂，呈黄色或白色乳脂状。一般用塑料薄膜管灌装。乳化油炸药的特性是：抗水性高，敏感度低，安全方便，是一种广泛应用的新型工程炸药。4.硝化甘油炸药：一般使用叫少（略）。二.装药量计算爆破效果和所用成本都于药包大小（装药多少）相关，这是不难理解的。但因爆破介质不均匀，结构、构造异常复杂，公认的装药量理论计算公式还未出台，现在用的公式都是经实验、试验得到的经验公式。（一）药包的类型及区分：1.药包的类型：药包的类型不同，爆破效果不同。按形状药包分为集中药包和延长药包。具体可通过药包的最长边L与最短边a的比值进行划分。2.单个药包类型划分：当L/a≤4时为集中药包；当L/a＞4时为延长药包。3.洞室药包类型划分：对于大爆破，采用洞室装药，常用集中系数φ来区分药包类型。当φ≥0.41时为集中药包，反之为延长药包。4.集中系数计算公式：bv362.0式中：b—药包中心到药包最远点的距离（m）V—药包的体积（m3）（二）单个集中药包的装药量：Q=KW3f(n)式中：K—爆破单位体积岩土的炸药用量，（kg/m3W—最小抵抗线长度（m）F(n)—爆破作用指数函数。1.对于标准抛掷爆破；f(n)=12.对于加强抛掷爆破：f(n)=0.4+0.6n23.对于减弱抛掷爆破：f(n)=〔（4+3n）/7〕34.对于松动爆破：f(n)=n3说明：对于松动爆破，当n=0.7时，f(n)=n3=0.33这时松动爆破的单位用药量为0.33K。因此松动爆破装药量的经验公式也可表达为：Q=（0.33—0.55）KW3这说明松动爆破的装药量只需标准抛掷爆破的1/3—1/2即可。K值为标准抛掷爆破的单位用药量。其值可查爆破手册获得。所查得的K值，都是标准情况的K值。所谓标准情况是指标准抛掷爆破（在进行爆破的岩土中一般应进行这方面的试验以便反算出单位耗药量。）、标准炸药（国内以2号岩石铵梯炸药为标准炸药，其爆力值为320cm3）、爆破在一个临空面的标准情况下进行的。随着临空面的增多，单位耗药量随之减少，有两个临空面时为0.83K，有三个临空面时为0.67K。对于采用非标准炸药，应该用爆力换算系数e对K进行修正。E＝B0/B式中B0为标准炸药的爆力，B为实际采用炸药的爆力。以上介绍的装药量计算，只是以单个水平自由面、单个集中药包为前提条件的，未能反映对爆破质量、岩石破碎程度、爆破均匀程度提出要求。但实际工程爆破中要复杂的多，因此，要结合现场条件，吸取成功经验，选择符合实际情况的计算方法。第三节起爆方法和起爆材料（简介）一.炸药起爆有关概念：（一）起爆：利用外力使药包爆炸的过程叫炸药起爆。（二）起爆方法：常用火雷管起爆、电雷管起爆、导爆索起爆、导爆管起爆、联合起爆等方法。。（三）起爆器材：一是点火器材，如火雷管、电雷管；二是传爆器材，如导火索、传爆线、传爆管等。二.起爆方法和器材：（一）火雷管起爆法：这是利用点燃的导火索产生的火焰先使雷管爆炸，进而引起药包爆炸的起爆方法。1.火雷管：（其构造见16页图2—4）（1）组成：由管壳、起爆炸药、加强帽三部分组成。1）管壳：管壳材料：用铜、铝、纸、塑料制成。管壳作用：保护起爆炸药、保证炮轰、防潮。管壳一端开口，插入导火索：另一端做成凹形穴，起聚能作用，可使指向后方的爆炸冲击波能量集中，以加强对炸药的引爆作用。2）加强帽：金属制成，中心留有小孔，作用是：保护起爆炸药安全、防潮、让导火索的火焰穿过，引爆起爆炸药。3）起爆炸药：分正起爆炸药和副起爆炸药。正起爆炸药在前，炸药多用雷汞、氮化铅、二硝基重氮酚，这类炸药对火花、对热敏感度很高；副起爆炸药在后，炸药多用黑索金、特屈儿、TNT等高威力的烈性炸药。（2）使用：雷管的得名是因为早期用的起爆炸药多数为雷公。火雷管按副起爆炸药的多少分10个序号，号数大的药量多，起爆能力大。工程中常用6号和8号雷管。雷管的特性是：遇撞击、挤压、摩擦、加热、火花都容易爆炸，因此运输、保管、使用都