钻爆法

隧道钻爆法施工作业第一节钻爆开挖钻爆作业过程简述…开挖作业基本要求：1．按设计要求开挖出断面（包括形状、尺寸、表面平整、超欠挖等要求）；2．石碴块度适中，便于装碴运输；3．钻眼工作量少，少占作业循环时间；4．尽量减小对围岩的震动破坏。一、爆破破岩作用机理及有关概念（一）无限介质中的爆破作用(图7—1)1．压缩粉碎区～半径为的区域。2．抛掷区～与之间的范围。3．松动区～与之间的区域。4．震动区～与之间的范围。（二）爆破基本概念1．临空面：指暴露在大气中的开挖面。在爆破中的作用：临空面越多，爆破威力越大。2．爆破漏斗(图7—2)爆破漏斗：在只有一个临空面的情况下，爆破形成圆锥形的爆破凹坑。爆破漏斗由以下几何要素组成：①最小抵抗线：药包中心到临空面的最短距离②爆破漏斗半径③破裂半径：药包中心到爆破漏斗边沿的距离④漏斗深度⑤压缩圈半径其中，最关键的是。3．爆破作用指数爆破作用指数：爆破漏斗半径与最小抵抗线的比值。对于爆破效果有重要影响，注意到取决于，可见最小抵抗线是关键因素。（三）柱状药包爆破特点适用于隧道爆破的是柱状药包。特点：柱状药包爆炸应力波的传播方向，是以药包轴线为轴线，沿着垂直于药包表面的方向往四周传播。所以，这对于仅在孔口有一个临空面的爆破，是十分不利的。动脑筋，多设置临空面…二、钻孔机具（一）凿岩机(钻机)按使用动力可分为风动凿岩机、内燃凿岩机、电动凿岩机和液压凿岩机四种。目前在隧道开挖中，广泛使用的是风动凿岩机和液压凿岩机。1．风动凿岩机（见图7—3）俗称风钻。以压缩空气为动力。既可单人操纵，也可装在台车上使用，但以前者为主。优点：①结构简单，操作方便；②不怕超负荷和反复起动，在多水、多尘等不良环境中仍能正常工作。缺点：①压缩空气供应设备复杂；②能量利用率低；③噪音大。2．液压凿岩机由液压马达提供动力。只能用于台车。优点：①动力消耗少，能量利用率高，其动力消耗仅为风动凿岩机的1/3～1/2；②凿岩速度高。液压凿岩机凿岩速度比风动凿岩机高50％～150％。③能针对不同硬度岩石，自动调节在高频低能或低频高能状态下工作，以提高凿岩功效。④润滑条件好，使用寿命长；⑤噪音小，液压钻的噪音比风钻降低10～15dB。缺点：①重量大，附属装置多，仅能在台车上使用；②造价高。（二）凿岩台车凿岩台车：将多台凿岩机安装在一个专门的移动设备上，实现多机同时作业。图7—4所示。适宜于：大断面全断面隧道。有风动、液压，主要是后者，1～4臂。三、爆破材料爆破材料：炸药、起爆、传爆材料。（一）炸药1．炸药的性能主要性能：（1）敏感度：简称感度，是指炸药在外界起爆能作用下发生爆炸反应的难易程度。因此要根据炸药的感度：Ⅰ、选择合理的引爆能；Ⅱ、安全使用（运输、保管等）根据对起爆能的反应程度，有：a．热敏感度。也称爆发点，即使炸药爆炸的最低温度。见表7-1。表7－1几种炸药的爆发点炸药名称EL系列乳化炸药2号煤矿硝铵炸药梯恩梯黑索金2号岩石硝铵炸药黑火药硝化甘油特屈儿爆发点(℃)330180～188290～295230186～230290～310200195～200b．火焰感度：炸药对火焰的敏感度。c．机械感度：炸药对机械能（撞击、摩擦）作用的敏感程度。d．爆轰感度：炸药对爆轰波的敏感程度。（2）爆速：爆轰波在炸药内部的传播速度。见表7－2。表7－2几种炸药的爆速炸药名称铵梯炸药硝化甘油梯恩梯黑索金特屈儿太安密度(g/cm3)1.401.601.601.761.591.72爆速(m/s)520074506850866073348083（3）爆力：爆炸时对周围介质做功的能力称为爆力。（4）猛度：炸药爆炸后对与之接触的固体介质的局部破坏能力称为猛度。（5）殉爆距离：一个药包爆炸后，能引起与它不相接触的邻近药包爆炸，该邻近药包即为“殉爆”。二者之间的距离称为“殉爆距离”。（6）其它性能(略)2．隧道工程中常用的炸药隧道爆破中使用的炸药，应该是爆炸威力大、使用安全、产生有毒气体少的炸药。隧道中常使用的是2＃岩石硝铵炸药。在有瓦斯的隧道中则使用煤矿硝铵炸药。它们属于铵梯炸药。优点：化学安定性好，有毒气体少，机械感度低，制造简单，价格便宜，使用安全。缺点：抗水性能差，容易吸潮结块而影响爆炸性能。它是在2＃岩石硝铵炸药的基础上外加一定比例的食盐作为消焰剂制成的。铵梯炸药的缺点是隧道爆破标准药卷规格：外径φ32mm，装药净重150g，长度200mm。此外，还有φ22mm，φ25mm，φ35mm，φ40mm等，长度为165～500mm，供选用。（二）起爆传爆材料（系统）1．导火索和火雷管（1）导火索：药芯为黑火药，燃烧速度0.01～0.07m/s。作用：传递火焰给火雷管，使火雷管爆炸。（2）火雷管：由导火索喷出的火焰引爆的雷管。见图7—5。优点：成本低，使用灵活，不受杂散电流的影响。缺点：其火焰感度与机械感度均高，不安全，只有即发雷管。火雷管分成十个等级，号数越大，起爆能力越强。工程上常用的是6号和8号雷管。2．电雷管：由导电线传输电流使装在雷管中的电阻发热而爆炸。见图7—6。分为即发电雷管和迟发电雷管两种。迟发电雷管又称延期电雷管，有秒延期和毫秒延期之分。秒延期电雷管：引爆通电后能延长一段以秒计的时间间隔，然后才爆炸。为七段，段数越大，延期时间越长。毫秒延期电雷管：引爆通电后能延长一段以毫秒计的时间间隔，然后才爆炸。共有五个系列，其中第二系列在工程中最常用。优点：火焰感度与机械感度低，安全性增加。缺点：测电阻复杂，易受杂散电流的影响，爆破牵线麻烦。3．塑料导爆管与非电雷管（1）塑料导爆管：传递爆轰波给非电雷管，使之爆炸。爆轰波在管内的传播速度为。塑料导爆管常用火雷管起爆。特点：a.起爆敏感度好～一个火雷管足以激发管内爆轰波；b.传播速度快～爆轰波波速约1600~2000m/s；c.耐火性能好～将其烧完也不能引爆它；d.抗水性能好～水下80m，放置48h仍能正常起爆；e.抗电击性能好～可抗30KV的直流电；f.抗冲击性能好～一般的机械撞击不能引爆它；g.强度好～5至7公斤的拉力不会使管径变细；h.对外界影响小～爆轰过后，管子依旧，只是由白色变为灰黑色。i.安装简单，使用方便；k.价格便宜。(2)非电雷管：配合塑料导爆管将炸药引爆。有即发、秒延期和毫秒延期之分。隧道主要用毫秒延期，称为“非电毫秒雷管”。毫秒延期国产共计20段，段位越高，延迟时间越长。其结构见图7—7。与电雷管的主要区别在于不用电点火装置，而是由塑料导爆管传递的爆轰波引爆。4．导爆索作用：置于爆破孔眼之中，使孔眼中所有的柱状药卷同时起爆。红色或红黄相间颜色，实心，爆速6800～7200m/s，本身需要雷管才能引爆。分为普通导爆索和安全导爆索两种。a.普通导爆索：普通导爆索在爆轰过程中火焰强烈，只能用于没有瓦斯的隧道中。b.安全导爆索：加了消焰剂，用于有瓦斯的隧道中。四、隧道内常用的爆破方法（一）炮眼种类和作用炮眼类型可分为如下三种。1．掏槽眼：先行起爆，为后续爆破的炮眼创造临空面的炮眼。如图7—8中的1号炮眼2．辅助眼：位于掏槽炮眼与周边炮眼之间的炮眼称为辅助。作用：扩大爆破，并为周边炮眼的爆破创造临空面。如图7—8中的2号炮眼。3．周边眼：沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。作用：炸出设计轮廓。按其所在位置不同，又可分为帮眼（3号眼）、顶眼（4号眼）和底眼（5号眼）。如图7—8中的3、4、5号炮眼。（二）掏槽眼的形式掏槽爆破质量的好坏，直接影响整个隧道爆破的成败。根据施工方法、开挖断面大小、围岩状况和凿岩机具的不同，可将掏槽方式分为斜眼掏槽和直眼掏槽。1．斜眼掏槽特征：炮眼与开挖面斜交。它的种类很多，如锥形掏槽、爬眼掏槽、各种楔形掏槽、单斜式掏槽等等。隧道中常用的是垂直楔形掏槽和锥形掏槽。（1）垂直楔形掏槽（图7—8）。掏槽炮眼呈水平对称布置，爆破后将炸出楔形槽口。（2）锥形掏槽（图7—9）。掏槽炮眼呈角锥形布置。根据掏槽炮眼数目的不同分为三角锥、四角锥及五角锥等。图7－9所示为四角锥掏槽。优点：由于能炸出漏斗，故碴石抛掷角度好，可以根据岩石的实际情况来决定掏槽眼数和角度，节省炸药，爆破效果好。缺点：打斜眼时，炮眼深度受到洞室尺寸的限制，不便深眼爆破，只能采用多层楔形掏槽，增加了钻眼难度。若多机作业，弄不好就打在了一起，因此也不便多机同时作业。2．直眼掏槽特征：炮眼与开挖面垂直。优点：便于深眼爆破，可多机凿眼，进度快。缺点：抛掷角度不佳，需增加炮眼的数量和炸药用量。对掏槽眼本身来说，也有一个提高爆破效果的问题，特别是直眼，常采用中空眼，即钻直径为102mm的空眼，不装药，成为“临空孔”。其它炮眼直径约为35mm左右。比较：同样深的炮眼，斜眼的最小抵抗线比直眼的要小。常用的直眼掏槽形式有：（1）柱状掏槽(图7－10)。使爆破后能形成柱状槽口的掏槽爆破。临空孔的空眼数目，视炮眼深度而定：a.孔眼深度小于3.0m时取一个；b.孔眼深度为3.0~3.5m时，采用双临空孔；c.孔眼深度为3.5~5.0m时采用三个孔。（2）螺旋形掏槽(图7－11)。中心眼为空眼，邻近空眼的装药眼与空眼之间距离逐渐加大，其联线呈螺旋形状。爆破按1、2、3、4顺序起爆。（三）炸药品种的选择、用量及其分配1．炸药品种的选择前已述，2＃岩石硝铵炸药。2．炸药的用量药量不足，会出现炸不开、块度偏大、炮眼利用率低、轮廓线不整齐等现象；药量过多，则会破坏围岩的稳定，抛碴分散影响装运，而且很不安全。用药总量的计算公式为：(7－1)式中：—一个爆破循环的总药量，kg；——爆破单位体积岩石的炸药平均消耗量，简称炸药的单耗量，kg/m3；——一个爆破循环的掘进进尺，m；——开挖断面的面积，m2。3．炸药单耗量值的确定值主要受岩石的抗爆破性、断面进尺比、临空面的数目、炮眼布置形式，掏槽效果等因素的影响。一般而言，岩石的完整性系数值越大，值越大，断面进尺比越大，则值越小；临空面越多，值越小，炮眼布置不当或掏槽效果不佳，值会增大。隧道爆破中实际采用的值通常在0.7~2.5kg/m3之间。4．炸药量的分配总的炸药量应分配到各个炮孔中去。由于各种炮眼的作用及受到的岩石夹制情况不同，装药数量亦不相同。通常按装药系数进行分配，值可参考表7－6。表7－6装药系数值围岩级别炮眼名称Ⅳ、ⅤⅢⅡⅠ掏槽眼、底眼0.50.550.60.65~0.80辅助眼0.40.450.50.55~0.70周边眼0.40.450.550.60~0.75（四）炮眼深度确定炮眼深度的方法有两种：①采用斜眼掏槽时，炮眼长度受开挖面大小的影响，炮眼深度不易过大。故最大炮眼深度：式中，—断面宽度（或高度）。②根据进尺数来确定，即：（7－2）式中：——每掘进循环的计划进尺数，m；——炮眼利用率。一般要求不低于0.85。（五）炮眼直径隧道爆破中，常用不偶合系数来控制药卷直径和炮眼直径，二者是有关联的。掏槽眼及辅助眼～应采用较小的值，以提高炸药的爆破效率；周边眼～应采用较大的值，以减小对围岩的破坏。（六）炮眼数量和比钻眼数1．炮眼数量炮眼数量计算公式：（7－3）式中：——单孔平均装药量，；——装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值，随围岩、炮眼类别不同而不同，一般取＝0.5~0.8，具体取值见表7－6；——每延米药卷的炸药重量，kg/m，2号岩石硝铵炸药每米重量见表7－7；、、的意义同前。表7－72号岩石硝铵炸药每米重量药卷直径（mm）323538404550(kg/m)0.780.961.101.251.591.902．比钻眼数指单位开挖断面的平均钻眼数。它是评价在同等条件下钻眼工作量的一个指标。通常单位开挖断面的平均钻眼数为2～6个。其中掏槽眼的值较大，周边眼次之，辅助眼较小，即不同部位的炮眼布置密度不同。可按下式计算：（7－4）式中，—炮眼数目；—开挖断面积。（七）炮眼布置炮眼布置原则；1．将计算出的炮眼数目大致均匀地分布于开挖面上。2．掏槽眼应位于开挖面中央偏下部位，其深度应比掘进眼深15～20cm。3．辅助眼应由内向外，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖断面轮廓形状。4．周边炮眼严格按照相关要