露天深孔爆破

17露天深孔爆破27露天深孔爆破7.1概述

所谓深孔通常是指孔径大于75mm、深度在5m以上并采用深孔钻机钻成的炮孔。深孔爆破是指在事先修好的台阶(梯段)上进行钻孔作业，并在钻好的深孔中装入延长药包进行爆破。深孔爆破破碎质量好，破碎块度符合工程要求，基本上无不合规格的大块，无根底，爆堆集中且具有一定的松散度，满足铲装设备装载的要求。

37露天深孔爆破

深孔爆破必须满足不同开挖工程的技术要求，即要全面改善爆破质量，又要改善爆破技术经济指标，降低工程的总成本。所谓全面改善爆破质量是指一要破碎质量好，破碎块度符合工程要求，基本上无不合格的大块，无根底，爆堆集中和具有一定的松散度，能满足产装设备高效率装载的要求；二要降低爆破的有害效应，减少后冲、后裂和侧裂、降低爆破地震、噪声、冲击波和飞石的危害。改善爆破技术经济指标是指提高延米爆破量，降低炸药单耗，并在改善破碎质量的前提下，使钻孔、装载、运输和机械破碎等后续工序发挥高效率，使其工程成本达到最佳。

深孔爆破除了本身机械化程度较高，解决了其它爆破技术主要依靠人工或机械化程度不高的缺陷外，还能提供适合于机械挖运的破碎岩堆的块度、大小、形状，及满足挖运进度要求的一次爆落方量；47露天深孔爆破

在安全性方面，深孔爆破属露天开挖，装药部位与所爆岩体的位置关系很容易搞清楚和取得数据，加上每次爆破量比硐室爆破要小，爆破时振动强度、飞石距离、空气冲击波强度和破坏范围小且容易控制。深孔爆破与浅孔爆破相比具有以下优点：（1）爆破的岩石块度均匀，可以根据挖装机械铲斗容量调节孔网参数，大块率保持在3～5％左右，有利于机械化综合施工，生产效率高。（2）深孔爆破对于岩石路堑作用力比较均匀，破坏范围小，爆堆形状合理。（3）可以配合深孔爆破采用光面爆破、预裂爆破开挖路堑边坡，改善工程质量，增加了边坡的稳定性。（4）减少炸药用量，降低成本。（5）由于深孔爆破单位耗药量较小，且爆炸能量比较均匀地分布在岩体各处，所以爆破时无论地震强度、飞石距离或空气冲击波的影响范围都比一般爆破为小，因此，安全技术好。57露天深孔爆破7.2深孔爆破参数符号及定义67露天深孔爆破77露天深孔爆破表7-1深孔爆破参数一览表87露天深孔爆破7.3露天深孔爆破炮孔参数7.3.1钻孔形式

钻孔一般分为垂直钻孔和倾斜钻孔两种形式,如图7-1所示。垂直钻孔和倾斜钻孔的优缺点比较如表7-2所示。从表中可以看出，倾斜钻孔在爆破效果方面较垂直钻孔有较多的优点，但在钻凿过程中的操作比较复杂，在相同台阶高度情况下倾斜钻孔比垂直钻孔要长，而且装药时易堵孔，给装药工作带来一定的困难。在实际工程中，垂直钻孔的应用较倾斜钻孔要广泛得多。97露天深孔爆破表7-2垂直深孔与倾斜深孔比较深孔布置形式利用情况优点缺点垂直深孔在开采工程中大量应用（1）适用于各种地质条件（2）钻凿垂直深孔操作技术比倾斜深孔容易（3）钻孔速度比较快（1）爆破岩石大块率比较多常常留有根坎（2）梯段顶部经常发生裂缝,梯段坡面稳固性比较差倾斜深孔在软岩石中的开采工程比较多(随着新型凿岩机的发展,应用范围广泛增加)（1）布置的抵抗线比较均匀,爆破破碎的岩石不易产生大块和残留根坎（2）梯段比较稳固，梯段坡面容易保持（3）爆破软质岩石时，能取得高效率（4）爆破堆积岩石的形状比较好，而爆破质量并不降低（1）钻凿倾斜孔技术操作比较复杂，容易发生钻凿事故（2）坚硬岩石中不宜采用（3）钻凿倾斜孔的速度比垂直孔慢（4）延米方量少107露天深孔爆破7.3.2梯段高度的确定

梯段高度是露天开采工程的重要参数之一，他的选择正确与否直接影响到露天开采系统，钻孔爆破和挖掘运输等工序，以及技术经济指标和挖掘机械的作业安全。总的来说，梯段高度的选择，应有利于钻孔、铲、装、运等各环节。一般认为梯段高度不宜过高，以10～15m为佳，我国冶金部门对国内各矿山调查后得出结论是，在目前技术条件下，对3～4m3电铲，梯段高度以12m为宜，当采用1m3电铲时，梯段高度一般10～12m为好，也有采用15~20m的的高台阶。有人认为合理的台阶高度为12~18m

一般不超过20m.117露天深孔爆破7.3.3孔径D

露天深孔爆破中，一般不宜选孔径D<80mm的钻孔。因为孔径愈小，钻孔总进尺数就愈大，不利于爆破效率的提高，而地下深孔爆破，孔径可小到D＝50mm。孔径的选择往往是由所采用的钻机型号所决定的，我国目前制造的钻机中，凿岩台车孔径为φ50～80mm，潜孔式钻机孔径为80～200mm，牙轮钻机为230～250mm，钢绳冲击钻为200～250mm。7.3.4装药直径d

装药直径与装药结构有关，当采用全段药卷装药时，药径应比炮孔直径小15～20mm，以便能容易地装入孔内；若炸药采用散装时，则药径等与孔径，即d＝D。

从爆破经济效果和装药施工来说，无疑钻头直径越大越好，每米孔爆破方量按钻孔直径增加值的平方增加，孔径越大，装药越方便，越不易发生堵孔现象。而对爆破效果来讲，无疑孔径小，炸药在岩体中分布更均匀，效果更好。所以在强风化或中风化的岩石以及覆盖层剥离时可采用大钻头（钻头直径100～165mm），而在中硬和坚硬岩石中钻孔以小钻头（钻头直径75～100mm）为宜。127露天深孔爆破7.3.5孔深L与超钻深度h

超钻是为了克服底盘阻力(即岩层的夹制作用)，使爆破后不留根坎，在钻凿深孔时孔深(垂直深度)大于梯段高度的长度，称为超钻深度。在确定超钻深度时，一般可按下式计算垂直深孔（7-1）倾斜深孔（7-2）或参考下列公式计算（7-3）（7-4）（7-5）（7-6）137露天深孔爆破孔深L与台阶高度H，超钻深度h的关系为：（7-7）

由于炮孔倾角θ一般均在60度以上，而且超钻深度h值不大，所以（7-7）式可近似用下式表示：在确定超深时也可以参照表7-2选取147露天深孔爆破7-2超钻深度h与岩石硬度f和梯段高度H关系15

确定台阶高度必须满足下列要求：

1．给机械设备（挖掘机、自卸车等）创造高效率的工作条件；

2．保证辅助工作量最小；

3．能否达到最好的技术经济指标；

4．满足安全工作的要求。16

从国内外资料看，普遍认为台阶高度不宜过高。在采矿部门取10～15m为宜；在铁路施工中，根据施工特点和采用钻机及挖掘机械的技术水平，一般取8～12m较为合适。台阶高度还与钻孔孔径有着密切的联系，不同钻孔孔径有不同的台阶高度适用范围。17

台阶高度过小，爆落方量少，钻孔成本高；台阶高度过大，不仅钻孔困难，而且爆破后堆积过高，对挖掘机安全作业不利。台阶的坡面角最好在60°～75°之间。18

若岩石坚硬，采取单排爆破或多排分段起爆时，坡面角可大一些。如果岩石松软，多炮孔同时起爆，坡面角宜缓一些，坡面角太大（α＞75°）或上部岩石坚硬，爆破后容易出现大块；坡面角太小或下部岩石坚硬，易留根坎。目前，随着钻机等施工机械的发展，国内外已有向高台阶发展的趋势。197露天深孔爆破7.3.6填塞长度L2与装药长度L1

填塞长度L2指装药药柱顶面至孔口的堵塞长度。一般取值为：也可以取合理的堵塞长度：

实测资料表明，对于孔径D＝250mm的炮孔，填塞长度L2＝3～4m时，炮孔内炸药起爆后，填塞长度约以25m/s的平均速度冲出孔口，约需要150ms时间。在此期间，岩石已基本解体。若堵塞长度5m，则已相当可靠。装药长度L1＝L－L2

207露天深孔爆破7.3.7炸药单耗q

炸药单耗是爆破每立方米（矿山爆破为每吨）矿岩所需要的炸药量，单位为Kg/m3（或Kg/t）（1）q选取可以查表表7-4单位炸药消耗量q值217露天深孔爆破（2）可以用公式进行计算（7-11）

（3）参照同类工程的经验数据（4）现场爆破试验

当选择的单耗合适时，爆破效果应表现为爆区岩石被充分松动，可用推土机或铲车直接出碴，大块较少且出碴底面基本平整。在实际工程中，为了某种需要，将单耗适当增加一些是允许的

227露天深孔爆破7.3.8底盘抵抗线W1与抵抗线W（1）按钻机安全作业条件(7-12)

（2）巴隆公式（7-13）

（3）经验公式（7-15）（7-14）（7-16）237露天深孔爆破7.3.9单孔装药量在梯段爆破中，单孔装药量由下式确定，即：（7-17）

7.3.10孔距a、排距b及炮孔邻近系数m炮孔邻近系数m为孔距与排距的比值，即：m＝a/b

工程经验表明，一般情况下，炮孔邻近系数m大于1.0，后排炮孔的m=1.3~1.7。在宽孔距爆破中炮孔邻近系数m则取3~4或更大。但是，第一排孔往往由于底盘抵抗线过大，应选用较小的密集系数，以克服底盘的阻力。(7-19)

（7-20）

247露天深孔爆破（7-21）

将式（7－17）代入以上二式可得另外两个表达式，即（7-22）

（7-23）

257露天深孔爆破7.3.11布孔方式

布孔方式有单排布孔（一字形布孔）及多排布孔两种，多排布孔又分为方形、三角形（或梅花形）三种，如图7-3所示。

从能量均匀分布的观点看，以等边三角形布孔最为理想，方形或矩形多用于挖沟爆破。在相同条件下，与多排孔爆破相比较，单排孔爆破能取得较高的技术经济指标。267露天深孔爆破27a单排布孔b矩形布孔c交错布孔d方形布孔

炮孔平面布置7露天深孔爆破287露天深孔爆破7.3.12延米方量VL7.4露天深孔爆破设计297露天深孔爆破307露天深孔爆破7.5炸药选用与装药结构7.5.1炸药选用（1）全段药卷装药结构（2）全段散装药结构（3）空气层装药结构（4）孔内分段间隔装药结构(5)混合装药结构7.5.2装药结构31图6-7孔间交错间隔装药结构1-沙土、岩粉；2-炸药327露天深孔爆破

为了提高爆破效果，可以根据爆破地点的地形地质条件，灵活地采用装药结构或增加辅助药包的方式。如图7-4所示。梯段底部抵抗过大时可以增加底盘炮孔；对于坚硬的岩石，上部装药不足时，可增设辅助炮孔；对于表层风化，底部坚硬的岩层，可采用两种炸药的混合装药法；对于超深孔或孔口堵塞段过长时，可采用分段装药法；在岩石不很坚硬，但又较完整时，可采用空气间隔装药法。337露天深孔爆破347露天深孔爆破7.6露天深孔爆破施工7.6.1施工总体布置和平整台阶7.6.2布孔和孔位选择

布孔从台阶边缘开始，边孔与台阶边缘保留一定距离，以保证钻机安全工作。孔位根据设计要求测量确定，但孔位要避免布在岩石被震松，节理发育或岩性变化大的地方。遇到这些地方，可以调整孔位，调整时要注意抵抗线、排距和孔距之间的关系。一般说，应保证抵抗线（或排距）和孔距及他们的乘积在调整前后相差不超过百分之十。布孔时当坡面角度过缓时，要在坡脚处补孔，或者加大超深。地形复杂时应注意钻孔沿整个长度的抵抗变化，避免因局部地方的抵抗线过小引起水平冲炮造成飞石过远。

铁路建设大部分是在一狭小的条形地带施工，线路绵延于山区和丘陵地区，就土石方爆破工程来讲，除个别站场的工程量较大外，一般工程数量都比较小而分散。因此，铁路建设工程中深孔爆破的台阶布置形式与露天矿开采有所不同。35

根据台阶坡面走向与线路走向之间的关系，可以把深孔爆破的台阶布置方法分为以下两种。

1.纵向台阶法爆破施工形成的台阶坡面走向与线路走向平行时，称为纵向台阶（图7-5）。采用纵向台阶进行土石方施工的方法称为纵向台阶法。按纵向台阶法进行钻孔爆破时的炮孔布置方法称为纵向台阶布孔法。7露天深孔爆破36

纵向台阶布孔法适用于傍山半路堑开挖。对于高边坡的傍山路堑，应分层布孔，按自上而下的顺序进行钻爆施工。施工时应注意将边坡改造成台阶陡坡形式，以便上层开挖后下层边坡能进行光面或预裂爆破（图7-6）。7露天深孔爆破377露天深孔爆破38图7-6傍山高边坡路堑横向台阶分层布孔（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为施工顺序）7露天深孔爆破39图7-7横向台阶法7露天深孔爆破40图7-8横向台阶单线深拉槽路堑开挖7露天深孔爆破41

2.横向台阶法爆破施工形成的台阶坡面走向与线路走向垂直时，称为横向台阶（图7-7）。采用横向台阶进行土石方施工的方法称为横向台阶法。按横向台阶法进行钻孔爆破时的炮孔布置方法称为横向台阶布孔法。横向台阶布孔法适用于全断面拉槽形式的路堑和站场开挖。7露天深孔爆破42

对于全断面拉槽形式的站场开挖，为加快施工进度，可同时从山体两侧向中间进行深孔爆破作业，如图7-7(b)。单线的深拉槽路堑开挖，由于线路狭窄，开挖工作面小，爆破容易破坏或影响边坡的稳定性，因此在采用横向台阶法时，最好分层布孔，为便于施工和减少岩石的夹制作用，每层的台阶高度不宜过大，以6～8m为宜。7露天深孔爆破43

在布置钻孔时，对于上层边孔可顺着边坡布置倾斜孔进行预裂爆破，而下层因受上部边坡的限制，边孔通常不能顺边坡钻凿倾斜孔。在这种情况下，可布置垂直孔进行松动爆破，但边坡的垂直孔深度不能超过边坡线（图7-8）。如果下层边坡采用预裂爆破，那么边坡需要改造成台阶形式。7露天深孔爆破44

7.6.3钻孔、钻孔检查及钻孔排水

1.孔位布置布孔应从台阶边缘开始，边孔与台阶边缘要保留一定距离，以保证钻机安全工作。孔位应根据设计要求在工地测量确定，遇到孔位处于岩石破碎、节理发育或岩性变化较大的地方，可以调整孔位位置，但应注意最小抵抗线、排距和孔距之间的关系。

7露天深孔爆破45

一般情况下，应保证最小抵抗线（或排距）和孔距及它们的乘积在调整前后相差不超过10%。在周围环境许可时，对前排孔最小抵抗线采取宁小勿大的原则，可以减少大块率，并保证后几排炮孔的爆破效果。7露天深孔爆破46

布孔时还要注意：①开挖工作面不平整时，选择工作面的凸坡或缓坡处布孔，以防止在这些地方因抵抗线过大而产生大块。②在底盘抵抗线过大处要在坡脚布孔，或加大超深，以防止产生根坎和大块。③地形复杂时，应注意钻孔整个长度上的抵抗线变化，特别要防止因抵抗线过小而出现飞石现象。

7露天深孔爆破47

2.钻孔机械正是因为钻孔机械的发展，深孔爆破技术才得以广泛应用并迅速发展。深孔爆破中使用的钻孔机械主要有牙轮钻机、潜孔钻机、旋转钻机、凿岩机和钻车。在大型矿山中使用的钻机大部分是孔径大于200mm的潜孔钻机和牙轮钻机。在一般石方开挖和中小型矿山中使用的多是孔径在200mm以下的轻型潜孔钻机和液压钻机。7露天深孔爆破48

牙轮钻机是一种效率高，机械化、自动化程度高，适应各种硬度的岩石穿孔作业，技术先进的钻机。它是大型矿山露天开挖的主要钻孔机械，但由于其一次性投资高，影响了它的广泛使用。7露天深孔爆破49

潜孔钻机是一种回转加冲击的钻机，它的钻杆前端装有与钻头相连接的风动（或液压）冲击器，钻杆由回转机构带动回转。凿岩时，冲击器潜入孔底，压缩空气由钻杆内部送入冲击器中，经配气装置带动锤体以高频冲击钻头，岩石在钻头的冲击和回转作用下被破碎成岩粉，再由压缩空气吹出孔外。与牙轮钻机相比，潜孔钻机具有灵活机动、设备重量较轻、投资小、成本低等特点，适合铁路路堑深孔爆破使用。7露天深孔爆破50

表7-4列出了部分国产潜孔钻机的主要技术性能参数。几年来铁路、公路以及其它大多数土石方工程中更多地采用了进口或合资工厂的钻机设备。常见的有：7露天深孔爆破51型号YQ-150AYQ-150BCLQ-80YQ-100YQ-100BYQ—80钻孔直径（mm）15015085～10010010080钻孔深度（m）17.51720向下17水平501220钻孔角度与地面成45°,60°75°,90°向下与地面成0°,45°,60°75°,90°向下任意向下任意90°钻杆长度（m）961.5＊1.232.132.8爬坡能力20°20°＞20°行走方式履带自行履带自行履带自行无履带轮胎设备重量（kg）12000120004500400860备注全风动可装在拖拉机上表7-4国产部分潜孔钻机主要技术性能一次可推进二根杆3.0m。52

（1）阿特拉斯·科普柯（ATLASCOPCO）公司（与我国天水等生产厂家有技术合作）的钻机。国内常见的有以下几种：

ROC442PC履带式气动钻车，孔径35mm～102mm，配COP131气动凿岩机，所有动力来自压缩空气，不带发动机和电力装置。7露天深孔爆破53

ROC742HC系列履带式液压露天钻车，自带发动机和空压机，配COP1238或COP1838液压凿岩机，可选配驾驶室和自动接杆系统。（2）宣化英格索兰（Ingsoland）矿山工程机械有限公司生产的钻机。主要有：7露天深孔爆破54

ROC460PC风动履带式潜孔钻车，孔径85mm～140mm，所有动力来自压缩空气，不带发动机和电力装置。

ROC742HC系列履带式液压露天钻车，自带发动机和空压机，配COP1238或COP1838液压凿岩机，可选配驾驶室和自动接杆系统。7露天深孔爆破55

CM351高风压露天潜孔钻机，孔径105mm～165mm，工作风压1.05MPa～2.46MPa，耗风量17m3/min～21m3/min，配用DH-4、DH—6、DHD-340A、DHD-360型冲击器，爬坡能力26°。

7露天深孔爆破56

CM341中风压露天潜孔钻机，孔径105mm～114mm，工作风压0.7MPa～1.2MPa，耗风量20m3/min，配用DH-4、DHD-340A型冲击器，爬坡能力25°。

CLQ80A低风压露天潜孔钻机，孔径90mm～120mm，工作风压0.5MPa～0.7MPa，耗风量17m3/min。7露天深孔爆破57

（3）芬兰汤姆洛克（TAMROCK）CHA660、DHA660型履带式液压露天钻车，钻孔直径76mm～89mm。（4）日本古河（FURUKAWA）HCR-C180R、HCR-260型履带式液压露天钻车，钻孔直径76mm～89mm。7露天深孔爆破58

高效液压钻机的引入简化了深孔爆破的施工组织。这些钻机可以自行，动力单一，不需要安装供水、供电、供电等线路和管路，对钻孔平台的要求也不很高，大大缩短了准备工作时间，促进了深孔爆破的发展。

7露天深孔爆破59

这里仅例举瑞典阿特拉斯·科普柯（ATLASCOPCO）公司生产的ROC742HC液压钻机在花岗岩中的性能予以说明。纯钻孔速度1.4m/min，每孔定位时间3.5min，接卸钻杆时间2.8min，89mm孔径的钻孔速度36.1m/h。可以计算出该钻机的台班进尺大于200m。按每米钻孔爆落石方量7.5m3计算，其台班爆破方量在1500m3以上。7露天深孔爆破60

3.炮孔质量

(1)堵孔的原因及预防在深孔爆破，尤其是在台阶深孔爆破中，受上一台阶超钻部分炸药爆破的影响作用，钻孔作业常发生钻孔被堵现象。7露天深孔爆破61

钻孔被堵原因主要有：岩体破碎导致孔壁在炮眼钻好后塌落；岩粉顺岩体内贯通裂隙沉积到相邻炮孔内，造成邻孔堵孔；钻孔时造成喇叭形孔口，成孔后孔口塌落堵塞钻孔；成孔后没有及时封盖孔口或封盖无效，造成地面岩粉或石渣掉入孔中；雨水冲积造成孔内泥土淤塞。

7露天深孔爆破62

钻孔被堵导致一些炮孔深度发生变化，给装药带来很大的困难，甚至造成炮孔报废。若是炮孔被堵部分为孔底，则因装不够药而造成爆后留根；或者由于炮孔被堵深浅不一，造成底盘高低不平；若局部炮孔全堵，将影响整体爆破效果。7露天深孔爆破63

可采取以下措施预防堵孔：避免将孔口打成喇叭状；岩石破碎易塌落时，要用泥浆固壁封缝；及时清除孔口岩碴及碎石；加工专用木塞封堵孔口或用木板将孔口封严；雨天用岩碴在孔口作一小围堰，防止雨水灌入孔内。7露天深孔爆破64

(1)钻孔检查及处理

炮孔检查主要指检查孔深和孔距。孔距一般都能按设计参数控制。孔深的检查可分为三级检查负责制，即打完孔后钻孔操作人员检查、接班人或班长检查、专职检查人员验收。检查的方法可用软绳（或测绳）系上重锤进行测量，要作好记录。装药前的孔深检查应包括孔内的水深检查和数据记录。7露天深孔爆破65

炮孔深度不能满足设计要求的原因有：炮孔壁面掉落石块堵孔；岩碴未排到孔外而回落孔底；孔口封盖不严造成雨水冲垮孔口引起堵孔等。排出这些原因，或适当加大超深，就可以防止或减少因堵孔而造成的孔深不足的问题。7露天深孔爆破66

对发生堵塞的钻孔应进行清孔。可用高压风管吹排，或用钻机重新钻凿。如果堵孔部位在上部，也可用炮棍或钢筋捅开。在地下水位高、水量大的地方或雨季施工，炮孔中容易积水，应使用防水炸药如水胶炸药、乳化炸药等。由于防水炸药一般多为卷装，在炮孔内的装药密度远小于散装炸药的装药密度，在设计时应对孔网参数进行调整。7露天深孔爆破67

排水一般用高压风吹出法。这种方法简单有效。使用的高压风管管径与钻孔孔径有关，过细吹不上来，过粗易被孔壁卡住。操作时要小心，防止将孔壁吹塌或风管飞起伤人。 7露天深孔爆破687.6.4装药、堵塞（1）装药方法深孔装药方法分为手工操作和机械装药两种。在铁路爆破施工中，手工操作仍是目前主要的装药方法。手工操作主要用炮棍和炮锤装药。炮棍可以使用木头、竹竿或塑料制作，必要时可以在炮棍头上装上铜套或铜制尖端。69

当炮棍长度不够时，可以采用炮锤捣实孔底装药，炮锤使用耐腐蚀的木料制成，为了加大锤体重量，可以在锤体内注铅。锤体上应加工有连接环，以便套结强度足够的麻绳或尼龙绳。任何情况下都严禁使用铁器制作炮锤、炮棍或炮棍头。70

装药机械主要有粉状粒状炸药装药机和含水炸药混装车。其中含水炸药混装车（乳化炸药或浆状炸药混装车）的应用是爆破工程的一项重大技术进步。它集制药、运输、贮存和向炮