爆破工程之八露天台阶深孔控制爆破

第八章露天台阶深孔控制爆破通常将直径大于50mm、深度超过5m的钻孔称为深孔。露天深孔一般在台阶（梯段）上或事先平整的场地上进行作业，按开挖形式分为开沟（拉槽）深孔爆破和台阶深孔爆破两种。开沟爆破时，爆破只有一个向上的自由面；台阶爆破时，有两个或两个以上的自由面，因此可得到较好的爆破效果。按炮孔方向可分为垂直深孔、倾斜深孔和水平深孔，倾斜深孔和垂直深孔广泛用于台阶爆破，水平深孔仅在爆破厚度和高度不大、场地条件受限制的路堑爆破、整平场地的爆破中使用。第一节台阶深孔控制爆破的基本原理一、台阶深孔爆破的原则露天台阶深孔爆破必须在满足各种开挖工程技术要求的同时，提高爆破质量，改善爆破的技术经济指标，降低工程的总成本。提高爆破质量就是一方面要破碎充分，便于高效率铲装；另一方面要最大限度地降低爆破危害，减少后冲、后裂和侧裂。改善爆破的技术经济指标，提高延米爆破量，降低炸药单耗，在保证爆破质量的前提下，使铲装、运输、机械破碎以及边坡支护等后续工序发挥高效率，降低工程的综合成本。二、台阶构成与炮孔布置（一）台阶构成要素主要有：台阶高度H、前排钻孔的底盘抵抗线W1、台阶坡面角α、孔边距b、钻孔超深h、排距W2、孔距a、孔深（H＋h）、炮孔倾角、堵塞长度等。图8—1台阶深孔爆破

（二）炮孔布置形式通常分为：单排布孔和多排布孔两种。当开挖工作面较长或较多、台阶高度较大、单排孔爆破能确保有一定的方量且满足装运要求时，在安全允许的条件下可采用单排布孔。在工作面少、台阶高度较低、单排孔爆破的爆落方量不能满足挖掘要求时，多采用多排布孔形式。多排布孔又分为矩形和三角形（或称梅花形）两种形式，如图8—2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，所以矿山多采用三角形布孔，而矩形布孔多用于开沟爆破。图8—2多排孔布置形式

为了增加一次爆破量，广泛推广大区多排孔微差爆破技术，无论采用哪种布孔形式，均应以孔距相等为原则。铁路与公路路堑爆破因受地形条件变化的影响，在布孔方法上与露天矿的正规台阶爆破有所不同。其布孔条件较为复杂，通常有半路堑开挖布孔和全路堑开挖布孔两种方式。1、半路堑开挖布孔方式半路堑开挖多采用纵向台阶布孔法，即沿平行于线路方向布孔，如图8—3所示。对于高边坡半壁路堑，应采用分层布孔。图8—3半路堑布孔形式图8—4全路堑分层开挖布

2、全路堑开挖布孔方式开挖断面小，爆破易影响边坡的稳定性。最好采用纵向浅层开挖，每层深约6~8m。上层顺边坡用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8—4所示。在露天矿基建初期的剥离、工业场地平整以及站场开挖等工程中，由于地形变化较大，其炮孔布置应随地形变化作适当调整。三、爆堆及其块度控制的概念台阶深孔爆破的控制目标主要有：岩体破碎程度及其范围、爆破的后冲作用、爆破地震对基岩或边坡的动力作用、爆破飞石危害、爆堆形状和推移距离、爆堆块度（工程上常称为“级配”）等。对于前四个目标的控制，在台阶深孔爆破的实际应用中，可以通过优化选取爆破作用指数、炸药单耗、孔网参数（最小抵抗线、孔距、排距、孔深）、微差间隔时间、装药结构和起爆方案以及采用缓冲爆破、预裂爆破和挤压爆破等措施来实现。然而，对于爆堆形状和块度级配的控制问题目前涉及的并不多，并且由于其复杂性，实现起来尚有一定的困难。爆堆块度的控制正日益受到工程爆破界的重视。除了矿山生产中需要控制大块率和达到适合的块度组成外，在应用台阶爆破法开采石料构筑堆石坝的水利电力工程中，爆堆的块度组成或级配对构筑的坝体质量起着决定性的影响，不论大块度级或小块度级岩块的含量过高，都将影响坝体的稳定性和渗透性。块度级配就是将不同块度级（尺寸）的岩石碎块按照一定的配比混合在一起。爆破块度控制是一项较为复杂的研究课题。尽管国内外研究者已进行了大量的调查与实验工作，其难点在于爆破碎块的形成受岩体内宏观节理、裂隙、断层等地质结构（构造）和爆破参数的双重控制。实际调查结果发现，爆破岩块沿岩体的原生地质弱面（节理、裂隙、层理等）形成的比例超过80%。爆破块度在很大程度上受岩体节理裂隙分布特征的控制，受节理裂隙的间距分布状态的控制。若岩体内的节理裂隙呈多向发育，平均间距小于0.5m，那么，当采用爆破法开采石料时，要获得含0.5m以上块度的级配石料是相当困难的。与此三相反三，若三节理三裂隙三不发三育，三岩体三完整三且均三质，三那么三，通三过选三取不三同的三爆破三参数三、布三孔形三式和三起爆三顺序三，就三可能三获得三多种三不同三的级三配石三料（三爆堆三）。一般三要求三块度三小时三，应三采用三小孔三径爆三破；三反之三，采三用大三孔径三爆破三。需三要指三出的三是，三在富三含各三种结三构弱三面的三岩体三中爆三破时三，为三了达三到控三制块三度的三目的三，必三要时三可以三不满三足孔三距相三等的三布孔三原则三，尤三其在三含有三地质三断层三的情三况下三，不三能为三保证三孔距三相等三而布三孔于三断层三带上三。第二三节三台阶三深孔三爆破三参数三的设三计计三算台阶三深孔三爆破三的爆三破参三数包三括：三孔径三、孔三距、三底盘三抵抗三线、三排距三、，三超深三、孔三深、三台阶三高度三、台三阶坡三面角三、孔三边距三、炸三药单三耗、三每米三炮孔三装药三量、三堵塞三长度三、间三隔装三药时三的药三包分三配、三间隔三距离三、合三理微三差间三隔时三间等三。一、三孔径三与孔三深露天三台阶三深孔三爆破三的孔三径主三要取三决于三钻机三类型三、台三阶高三度、三岩石三性质三和爆三破要三求。当采三用潜三孔钻三机时三，孔三径通三常为三10三0～三20三0mm三。采用三牙轮三钻机三或钢三绳冲三击式三钻机三时，三孔径三通常三为2三50三～3三10mm三，也有三的达三50三0mm大直三径钻三孔。通常三，钻三机型三号确三定后三，其三钻孔三直径三已固三定下三来，三国内三采用三的深三孔孔三径多三为1三00三、1三50三、1三70三、2三00三、2三50三、3三10mm等几三种。孔深三由台三阶高三度和三超深三确定三。在三实际三施工三中，三钻孔三内岩三碴排三不完三，因三此会三出现三钻孔三深度三与爆三破实三际孔三深不三一致三的现三象。在施三工中三，要三尽量三让孔三深达三到要三求，三以防三出现三根底三。但是三在设三计中三应充三分考三虑钻三孔深三度与三爆破三实际三孔深三的关三系。二、三台阶三高度一般三确定三台阶三高度三的原三则有三：①三为钻三机、三铲装三设备三创造三高效三率工三作的三条件三；②三能创三造最三好的三经济三效益三；③三满足三安全三施工三的要三求。我国三各行三业间三采用三的台三阶高三度相三差较三大，三主要三随钻三机、三铲装三设备三的不三同而三异。在确三定台三阶高三度时三，应三把机三械设三备的三安全三高效三作业三放在三第一三位，三一般三为8三~1三5m，在国三内的三金属三矿开三采中三也有三采用三15三~1三8m高台三阶的三。三、三底盘三抵抗三线由于三台阶三坡面三往往三是一三斜面三，对三于垂三直深三孔而三言就三存在三两种三抵抗三线，三即最三小抵三抗线三与底三盘抵三抗线三。最小三抵抗三线是三指台三阶平三台水三平上三药柱三中心三至台三阶坡三面的三最小三距离三。底三盘抵三抗线三是指三台阶三平台三水平三上药三柱中三心至三台阶三坡面三底线三的距三离。为了三克服三爆破三时的三最大三阻力三，避三免台三阶底三部出三现“三根底三”，三一般三都采三用底三盘抵三抗线三作为三爆破三参数三设计三的依三据，三而不三是用三最小三抵抗三线。底盘三抵抗三线过三大，三根底三增多三，影三响爆三破效三果；三底盘三抵抗三线过三小，三爆破三量又三会太三小，三影响三爆破三技术三经济三指标三。对于三一定三的炮三孔直三径有三一个三适合三的底三盘抵三抗线三。因此三，底三盘抵三抗线三可按三炮孔三直径三计算W1=nD式中W1——底盘三抵抗三线，m；D—三—炮孔三直径三，m；n—三—与炮三孔倾三角、三岩石三硬度三有关三的系三数，三一般三取n三=2三0~三45三；对于三垂直三炮孔三，岩三石硬三度大三时取三小值三，岩三石硬三度小三时取三大值三。在已三知炮三孔直三径、三装药三密度三和炮三孔密三集系三数的三条件三下，三可根三据单三个炮三孔的三装药三量计三算底三盘抵三抗线式中Δ—三—装药三密度三，kg三/m3；Τ—三—装药三系数三，Τ=三0三.6三~0三.8三;m—三—炮孔三密集三系数三，即三孔距三与排三距之三比，m＝三0.三7~三1.三4；q—三—炸药三单耗三，kg三/m3。可作三为按三式（三8-三1）三所确三定的三底盘三抵抗三线的三校核三公式三，计三算值三应大三于式三（8三-1三）的三计算三值；三否则三，就三可能三出现三炮孔三装不三完计三算炸三药量三的情三况。此外三，据三实践三经验三，在三台阶三高度三和炮三孔直三径选三择合三理的三条件三下，三底盘三抵抗三线还三可按三台阶三高度H确定三，即当岩三石坚三硬、三台阶三高度三小时三，取三小值三；反三之，三则取三大值三。为了三钻机三安全三作业三的需三要，三底盘三抵抗三线应三满足三如下三关系b—三—孔边三距，m；α—三—台阶三坡面三角，α=600~750。四、三孔距三与排三距孔距三一般三可按三底盘三抵抗三线和三炮孔三密集三系数三确定a三=三mW1（8三—5三）对于三一般三条件三下的三爆破三，炮三孔密三集系三数m＝三0.三7~三1.三4，在小三抵抗三线宽三孔距三爆破三中（三如斜三线起三爆时三），m＝三2.三0~三5.三0。多排三齐发三爆破W2=三（0三.9三~1三.0三）W1多排三微差三爆破W2=三W1在采三用正三三角三形布三孔时三，可三按排三距与三孔距三的几三何关三系确三定排三距W2=三a三si三n6三00≈0三.8三66三a五、三超深超深三是钻三孔超三过台三阶底三板的三部分三。为三增加三炮孔三底部三的炸三药量三，克三服台三阶底三板的三夹制三作用三，避三免爆三破后三在台三阶底三部留三下根三底。超深三值主三要取三决于三岩石三的可三爆性三，如三果岩三石坚三硬、三可爆三性差三，超三深应三加大三；如三果岩三石松三软，三超深三则小三。超深三与底三盘抵三抗线三大小三、坡三面角三和底三部装三药情三况有三关，三坡面三角越三大，三底部三装药三量大三，则三超深三就小三，反三之则三大。超深三可按三下式三计算实践三表明三，在三超深三值大三于1三5D后，三超深三部分三炸药三爆破三克服三台阶三底板三夹制三作用三的能三力已三减弱三，过三大的三超深三已没三有实三际意三义。三目前三，台三阶深三孔爆三破的三超深三一般三不超三过3三.5m，若条三件允三许，三应力三求减三小超三深。六、三孔边三距与岩三石性三质有三关，三还对三穿孔三设备三的安三全影三响较三大，三同时三与垂三直孔三的底三盘抵三抗线三大小三有直三接关三系。三在钻三垂直三深孔三时，三在安三全前三提下三，往三往要三求穿三孔时三孔边三距尽三量小三一些三。孔三边距三一般三取2三.5三~3三.0m。七、三堵塞三长度堵塞三长度L一般三可按三炮孔三直径三或底三盘抵三抗线三确定三，即L三=三（2三0~三30三）D或L三=三（0三.5三~0三.7三5）三W1八、三炸药三单耗取决三于以三下几三个因三素：（1三）岩三石的三爆破三性能三。一三般与三岩石三的物三理力三学特三性和三结构三特征三有关三，岩三石越三硬、三越完三整，三单耗三就越三高。（2三）炸三药的三威力三。使三用的三炸药三威力三越高三，单三耗就三越低三。（3三）装三药的三堵塞三情况三。堵三塞越三差，三单耗三越高三。（4三）开三挖对三爆破三的要三求。三即要三求爆三破后三块度三的大三小、三爆堆三堆散三的范三围等三等。对于三2#岩石三铵梯三炸药三；在三保证三堵塞三长度三大于三2m的情三况下三，q值也三可按三表5三-1三选取三。九、三每孔三装药三量单排三孔爆三破或三多排三孔爆三破的三第一三排孔三的每三孔装三药量Q1由下三式计三算：Q1=三qW1Ha当可三以不三考虑三对边三坡的三影响三，且三边孔三在无三侧向三临空三面时三，为三了克三服岩三体的三夹制三作用三，药三量可三增加三20三%左三右。多排三孔齐三发爆三破时三，后三排孔三抵抗三线用三排距三计算三，其三药量三要增三加2三0%三，即三后排三孔每三孔装三药量三为Q2=三1.三2q三W2Ha多排三孔微三差爆三破时三，后三排孔三的药三量可三与单三排孔三的药三量计三算方三法相三同。十、三装药三结构深孔三爆破三最好三使用三综合三装药三法：三孔底三用威三力大三、爆三速高三的炸三药；三上部三用威三力小三、爆三速低三的炸三药。三或者三孔底三采用三高装三药密三度，三上部三采用三低装三药密三度。目前三大多三数工三程爆三破中三仍使三用一三种炸三药和三相同三的装三药密三度，三此时三整个三炮孔三的装三药结三构分三为连三续装三药与三间隔三装药三两种三形式三。（一三）连三续装三药结三构施工三简单三，但三由于三孔的三上部三不装三药段三（即三堵塞三段）三较长三，这三一部三分岩三体爆三破后三容易三出现三大块三，特三别是三台阶三较高三、坡三面较三陡、三上部三岩石三坚硬三时，三大块三率较三高。这种三装药三结构三适用三于台三阶较三低、三孔深三小、三表面三岩石三比较三破碎三或风三化严三重、三上部三抵抗三线较三小的三深孔三爆破三。（二三）间三隔装三药结三构采用三间隔三装药三可以三改善三爆破三质量三，提三高装三药高三度，三减少三孔口三不装三药部三分的三长度三，降三低大三块率三。采用三间隔三装药三时，三应该三把大三部分三炸药三装在三台阶三爆破三阻力三最大三处，三孔中三不装三药部三分要三选择三在距三台阶三坡面三最近三之处三（即三抵抗三线小三的地三方）三，或三爆炸三气体三可能三沿裂三隙逸三出的三地方三。图8-5孔间间隔装药结构1—不装药、堵塞段；2—装药段如果三岩体三是水三平走三向的三层状三岩石三，那三么装三药部三位应三该位三于较三厚或三较坚三硬的三岩层三部位三。在三地质三条件三复杂