全国工程爆破技术人员统一培训内容(7)

全国工程爆破技术人员统一培训内容中国工程爆破协会编汪旭光主编冶金工业出版社（2011）爆破设计与施工（7）第七章露天爆破7.1露天深孔台阶爆破7.2露天浅孔台阶爆破7.3边坡控制爆破7.4硐室爆破7.5高温爆破7.6冻土爆破7.1露天深孔台阶爆破7.1.1概述台阶爆破是指爆破工作面以台阶形式推进完成爆破工程的爆破方法，也称为梯段爆破。露天台阶爆破按孔径、孔深的不同，可分为深孔台阶爆破和浅孔台阶爆破。通常将孔径大于50mm，孔深大于5m的钻孔称为深孔台阶爆破。反之，则称为浅孔台阶爆破。深孔台阶爆破是矿业开采和铁路、公路路堑开挖，大型水利枢纽工程基础开挖的基本手段。深孔台阶爆破优越性主要表现在：（1）一次爆破方量大。大型设备的采用，尤其是牙轮钻机、大型电铲、电动轮汽车的配套使用，大大提高了开采强度和矿石产量。（2）深孔爆破利于先进爆破技术的使用和促进深孔爆破技术的发展，如：毫秒微差爆破技术、宽孔距小抵抗线爆破技术和预裂爆破技术等。（3）显著地改善了破碎质量，降低了边坡、路基等有害效应。（4）提高了钻孔延米爆破量，提高了爆破效率，降低了矿山开采的综合成本等技术经济指标。7.1.2台阶要素与布孔方式深孔爆破的台阶按照钻孔与台阶面的角度不同分为垂直深孔和倾斜深孔两种，其台阶要素分别如图所示。图7-1台阶要素图Bl2l1LHhW1αab（a）BHhW1αabl2l1L（b）图中，H—台阶高度；W1—前排钻孔的底盘抵抗线；L—钻孔深度；l1—装药长度，l2—堵塞长度；h—超深；—台阶坡面角；a—孔距；b—排距；B—在台阶面上从钻孔中心至坡顶线的安全距离。台阶高度的确定应遵循的原则：满足生产进度的要求，为机械装运设备创造高效率的工作条件，辅助工作量少，保证安全生产要求。一般台阶高度的确定应考虑为钻孔、爆破和铲装创造安全和高效率的作业条件，它主要取决于挖掘机的铲斗容积和矿岩开挖技术条件。目前，我国深孔爆破的台阶高度为H=10～15m，有的甚至达到或超过20m。垂直深孔与倾斜深孔台阶爆破优缺点比较：垂直深孔台阶爆破使用范围较广，在开采工程中大量采用。优点：适用于各种地质条件、钻孔技术容易掌握、钻进速度快；缺点：爆破岩石大块率较高、顶部易出现裂缝、台阶坡面稳定性差。倾斜深孔台阶爆破在软岩中使用较多。优点：爆破破碎的岩石大块率低、残留岩坎少、台阶比较稳固、爆破堆积岩块形状好、利于提高采装效率；缺点：钻孔技术要求高、钻进速度慢。7.1.3爆破参数露天深孔爆破参数包括：孔径、孔深、超深、底盘抵抗线、孔距、排距、堵塞长度和单位炸药消耗量等。（1）孔径露天深孔爆破的孔径主要取决于钻机类型、台阶高度和岩石性质，一般来说钻机选型确定后，其钻孔直径就已确定下来。大型金属露天矿多采用牙轮钻机，孔径250～310mm；中小型金属露天矿、非金属矿山则采用潜孔钻机，孔径100~200mm；铁路、公路路基土石方开挖常用的钻孔机械，其孔径为76～170mm。国内常用的深孔直径有76～80，100、150、170、200、250、310mm几种。（2）孔深与超深孔深是由台阶高度和超深确定。当台阶高度确定后，应依据现场条件确定超深，超深的目的是为了克服底盘岩石的夹制作用，避免残留岩坎。超深目前国内矿山的超深值一般为0.5～3.6m，后排孔的超深值一般比前排加深0.5m。一般超深与底盘抵抗线相关，可按下式计算：h=（0.15~0.35）W1式中W1—底盘抵抗线。露天深孔爆破的孔深由下式确定：垂直深孔孔深倾斜深孔孔深hHLhHLsin/（3）底盘抵抗线底盘抵抗线受许多因素影响，变动范围也较大，因此底盘抵抗线的确定方法有多种。1）根据钻孔时的安全作业条件：式中W1—底盘抵抗线，m；—台阶坡面角，一般为60°～75°；H—台阶高度，m；B—从钻孔中心至坡顶线的安全距离，对大型钻机，。2）按台阶高度和孔径计算：式中k—系数，见表7-1；d—炮孔直径，mm。BctgHW1HW）（9.0~6.01kdW1表7-1k值范围装药直径/mm清碴爆破k值压碴爆破k值20030～3522.5～37.525024～4820～4831035.5～41.919.4～30.63）按每孔装药条件（巴隆公式）式中d—炮孔直径，m；△—装药密度，kg/m3；—装药系数，=0.35～0.65；L—钻孔深度，m；q—单位炸药消耗量，kg/m3；m—炮孔密集系数（即孔距与排距之比），一般m＝0.8～1.2；H—台阶高度，m。除了要考虑上述因素外，控制坡面角也是调整底盘抵抗线的一个有效方法。qmHLdW785.01（4）孔距和排距孔距（a）——指同一排深孔中相邻两钻孔中心线间的距离。孔距按下式计算：式中m—炮孔密集系数。炮孔密集系数（m）——即孔距与排距之比。值通常大于1.0。在宽孔距小抵抗线爆破中则为3～4或更大。由于第一排孔往往底盘抵抗线过大，应适当选用较小的密集系数，以克服底盘的阻力。1mWa排距（b）——指多排孔爆破时，相邻两排深孔间的距离。它与孔网布置和起爆顺序等因素有关。计算方法如下：①采用等边三角形布孔时，排距与孔距的关系为：式中b—排距，m；a—孔距，m。②多排孔爆破时，孔距和排距是一个相关的参数。在给定的孔径条件下，每个孔都有一个合理的负担面积，即S＝a·b或式中符号含义同前。上式表明，当合理的钻孔负担面积S和炮孔密集系数m已知时，即可求出排距b。aab866.060sinSbm（5）堵塞长度堵塞长度——指钻孔装药后的剩余长度。合理的堵塞长度和良好的堵塞质量：①对改善爆破效果和提高炸药利用率都具有重要作用；②合理的堵塞长度应能降低爆炸气体能量损失和尽可能增加钻孔装药量；③良好的堵塞质量是尽量增加爆炸气体在孔内的作用时间和减少空气冲击波、噪声和飞石的危害。堵塞长度l2按下列公式确定：或垂直深孔取；倾斜深孔取式中d—炮孔直径，mm。应该指出的是，堵塞长度与堵塞质量、堵塞材料密切相关。堵塞质量好和堵塞物的密度大时，可适当减小堵塞长度。12)0.1~7.0(Wl1)8.0~7.0(W1)0.1~9.0(Wdl)30~20(2（6）单位炸药消耗量影响单位炸药消耗量的主要因素有岩石的可爆性、炸药特性、自由面条件、起爆方式和岩石块度要求。因此，选取合理的单位炸药消耗量q往往需要通过多次现场试验或长期的生产实践来验证。在设计中可以参照类似矿岩条件下的实际单耗值选取，也可以按表7-2选取。该表数据以2号岩石铵梯炸药为标淮，如果采用其他种类炸药，需要进行炸药能量换算，确定实际单位炸药消耗量。表7-2单位炸药消耗量q值岩石坚固性系数f0.8～23～456810121416200.400.430.460.500.530.560.600.640.670.703/qkgm（7）每孔装药量单排孔爆破或多排孔爆破的第一排孔的每孔装药量按下式计算：式中q—单位炸药消耗量，kg/m3；a—孔距，m;H—台阶高度，m；W1—底盘抵抗线，m。多排孔爆破时，从第二排孔起，以后各排孔的每孔装药量按下式计算：式中k—考虑受前面各排孔的矿岩阻力作用的增加系数，k=l.l～l.2；b—排距，m。其余符号含义同前。HWaqQ1HbaqkQ7.1.4布孔方式与起爆顺序1、布孔方式露天深孔台阶爆破在露天矿石开采、大规模场地平整、露天矿山剥离、铁路和公路路堑开挖等工程中采用，但布孔方式随爆破工程目的不同略有差异。下面依据爆破工作环境不同，分为普通爆破布孔方式和路堑爆破布孔方式介绍。（1）普通深孔爆破台阶平面布孔方式普通爆破布孔方式有单排布孔和多排布孔两种。多排布孔按炮孔相对位置又可分为方形、矩形和梅花形，如图7-2所示。方形布孔方式各炮孔具有相等的间距和排距。矩形布孔的排距比孔距一般较小。三角形布孔时相邻三孔呈三角形，排距和孔距根据爆破采用技术确定，可以是一般等边三角形，也可是宽孔距小抵抗线的钝角三角形。图7-2深孔布置方式a-单排布孔；b-矩形布孔；c-方形布孔；d-梅花布孔（a）（b）（c）（d）（2）铁路、公路路堑爆破的布孔方式铁路、公路路堑爆破与露天矿台阶爆破不同，其特点是地形变化大，大多在条形地带施工，开挖深度不大，布孔条件较为复杂，边坡要求质量高。依照地形和路基开挖程度，通常可以分为全路堑和半路堑两种布孔方法。1）半路堑开挖布孔方式半路堑开挖亦称单侧边坡开挖，多以纵向台阶法布置，即平行线路方向钻孔。对于高边坡半壁路堑，应采用分层布孔（图7-3）。光面或预裂孔光面或预裂孔(a)(b)台阶或边坡(c)图7-3半壁路堑布孔a-倾斜孔；b-垂直孔；c-分层布孔当进行复线扩建路堑时，可采用浅层横向台阶纵向推进法布孔，边坡用预裂爆破（图7-4）。爆破时，主药包必须控制好药量。并对现有铁路做好防护工作，防止爆破抛掷岩块砸坏原有铁路。如果上述方法对安全行车有影响，则需要预先拨道或临时改道。图7-4复线扩建路堑开挖法边坡预裂孔既有铁路2）全路堑开挖布孔方式全路堑开挖由于开挖断面小，爆破易影响边坡的稳定性。最好采用纵向浅层开挖，每层深6～8m左右。对于上层边孔可沿着边坡布置倾斜孔进行预裂爆破，下层靠边坡的垂直孔深度应控制在边坡线以内，如图7-5所示。若开挖断面较大，如双线路堑，仍可采用单层开挖，一般采用横向台阶布孔法。图7-5单线全路堑分层开挖法边坡预裂孔上层下层2、起爆顺序尽管深孔台阶爆破布孔方式只有方形、矩形和三角形，但是起爆顺序因爆破器材选择、地形地势变化和爆破技术人员的习惯不同而丰富多样、变化无穷。归纳起来其基本形式有以下几种：（1）逐排起爆顺序逐排起爆就是依照炮孔布置以一个临空自由面为首排，依次按照爆破网路设计的起爆时差各排顺序爆破（如图7-6所示）。主要优点：设计、施工简便，爆堆比较均匀、整齐，是最基本的一种起爆顺序形式。图7-6排间顺序起爆a-排间全区顺序起爆；b-排间分区顺序起爆1234ab24681357（2）V字形起爆顺序在多排炮孔中，以台阶临空面中部为首段起爆，尔后按照V字形顺序设计起爆时差顺序起爆的方式，称为V字形顺序起爆（如图7-7所示）。该种起爆方式，先从爆区中部爆出一个的空间，改变后面起爆炮孔的最小抵抗线，为后段炮孔的爆破创造自由面。优点：岩石向中间崩落，加强了碰撞和挤压，有利于改善破碎质量，也是最基本的一种起爆顺序。由于碎块向自由面抛掷作用小，多用于挤压爆破和掘沟爆破。以前面两种起爆顺序为基础，可以演变或衍生出其它的起爆顺序，如梯形起爆顺序、波浪式起爆顺序和对角线起爆顺序等。图7-7V字形顺序起爆图432110987655678910（3）梯形起爆顺序该种起爆顺序实质是V字形起爆顺序的变化，只是在首段起爆的炮孔数由一个变化成多个而已（如图7-8所示）。该起爆顺序具备V字形起爆顺序的优点，适用于路堑拉槽爆破。图7-8梯形顺序起爆987654321123456789（4）波浪式起爆顺序波浪式起爆顺序实质是逐排起爆顺序与V字形起爆顺序的结合，是在临空面有多个小V字形按照逐排起爆的顺序向后延伸，其爆破顺序犹如波浪。其中相临两排孔对角相连，称之为小波浪式；多排孔对角相连，称之为大波浪式（如图7-9所示）。图7-9波浪式顺序起爆a-小波浪式；b-大波浪式11111123455555552134545454111111ab（5）对角线顺序起爆亦称斜线起爆，是逐排起爆顺序的变化，该种起爆顺序首排起爆不是从台阶推进方向临空面开始，而是从爆区侧翼开始，起爆的各排炮孔均与台阶坡顶线相斜交，为后爆炮孔相继创造了新的自由面。其主要优点是减少了后冲，有利于下一爆区的钻爆工作，适用于开沟和横向挤压爆破（如图7-10所示）。图7-10对角线顺序起爆图12345678910111213141516虽然起爆顺序方式多样，但起爆顺序的确定应依据爆破地形、地质条件和爆破器材的种类、数量，以及施工人员技术水平等因素综合考虑确定。7.1.5爆破施工技术露天深孔爆破施工工艺包括定位、钻孔、装药、堵塞、敷设网路与起爆等。整个工艺过程的施工质量将会直接影响爆破安全与效果。因此，