第三章2-石方路基爆破施工

1钻孔工人正在进行光面爆破的钻孔2某经过光面爆破的岩石3某土石方爆破后形成的爆堆4

由于岩石是一种非均质、各向异性的介质，爆炸本身又是一个高温高压高速的变化过程，炸药对岩石破坏的整个过程在几十微秒到几十毫秒内就完成了，因此研究岩石爆破作用机理是一项非常复杂和困难的工作。炸约—爆炸产物—球面传播—坡坏和振动—能量消失3.1爆破作用机理5岩石爆破破碎原因的几种学说

爆轰气体压力作用学说(explosiongasfailuretheory)

这种学说从静力学观点出发，认为岩石的破碎主要是由于爆轰气体（explosiongas）的膨胀压力引起的。这种学说忽视了岩体中冲击波和应力波（stresswave）的破坏作用。6应力波作用学说（shockwavefailuretheory）

这种学说以爆炸动力学为基础，认为应力波是引起岩石破碎的主要原因。这种学说忽视了爆轰气体的破坏作用。7应力波和爆轰气体压力共同作用学说这种学说认为，岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同作用的结果。这种学说综合考虑了应力波和爆轰气体在岩石破坏过程中所起的作用，更切合实际而为大多数研究者所接受。8一、药包在无限介质内的爆破作用

为了分析岩体的爆破破碎机理，通常假定岩石是均匀介质，并将装药简化为在一个自由面条件下的球形药包。球形药包的爆破作用原理是其它形状药包爆破作用原理的基础。9图3-1爆破的内部作用R0-药包半径；R1-粉碎区半径；R2-破裂区半径10图3-2爆破示意图压缩区《R压抛掷区R压

-R掷松动区R掷

-R松振动区R松

-R振11某土石方爆破后形成的爆堆12

二、爆破漏斗（crater）

当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。这种情况下的爆破作用叫作爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，称为爆破漏斗，如图3-4所示。13图3-4爆破漏斗的几何要素14

（一）爆破漏斗的几何要素

1.自由面（freeface）是指被爆破的介质与空气接触的面，又叫临空面。

2.最小抵抗线（minimumburden）是指药包中心距自由面的最短距离，如图W。爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的主导方向。15

3.爆破漏斗半径（craterradius）是指形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。常用r表示爆破漏斗半径。

4.爆破漏斗破裂半径，又叫破裂半径，是指从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。图3-4中的R表示爆破漏斗破裂半径。

5.爆破漏斗深度。爆破漏斗顶点至自由面的最短距离叫爆破漏斗深度。图3-4中的H表示爆破漏斗深度。16

6.爆破漏斗可见深度。爆破漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离叫爆破漏斗可见深度。如图3-4中h所示。

7.爆破漏斗张开角，即爆破漏斗的顶角，如图3-4中的θ所示。17

（二）爆破作用指数（craterindex）。爆破漏斗底圆半径与最小抵抗线的比值称为爆破作用指数，用n表示，即：（3-1）爆破作用指数n在工程爆破中是一个极重要的参数。爆破作用指数n值的变化，直接影响到爆破漏斗的大小、岩石的破碎程度和抛掷效果。18

（三）爆破漏斗的分类。根据爆破作用指数n值的不同，将爆破漏斗分为以下四种。

1.标准抛掷爆破漏斗。所示，当r=W，即n=1时，爆破漏斗为标准抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ=90°。形成标准抛掷爆破漏斗的药包叫做标准抛掷爆破药包。

2.加强抛掷爆破漏斗。当r＞W，即n＞1时，爆破漏斗为加强抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ＞90°。形成加强抛掷爆破漏斗的药包，叫做加强抛掷爆破药包。19

3.减弱抛掷爆破漏斗。当0.75＜n＜1时，爆破漏斗为减弱抛掷爆破漏斗，漏斗的张开角θ＜90°。形成减弱抛掷爆破漏斗的药包，叫做减弱抛掷爆破药包，减弱抛掷爆破漏斗又叫加强松动爆破漏斗。

4.松动爆破漏斗。当0＜n＜0.75时，爆破漏斗为松动爆破漏斗，这时爆破漏斗内的岩石只产生破裂、破碎而没有向外抛掷的现象。从外表看，没有明显的可见漏斗出现。

20爆破漏斗分类标准抛掷爆破漏斗θrWθW°45°45rWθrWθr加强抛掷爆破漏斗减弱抛掷爆破漏斗松动爆破漏斗21

工程中常用二三个以上炮孔或峒室的群药包进行爆破。群药包爆破是单个药包爆破的组合，通过调整群药包的药包间距和起爆时间顺序，采用诸如光面爆破、预裂爆破、微差爆破、挤压爆破等爆破技术，可以充分发挥单个药包的爆破作用，达到单个药包分次起爆所不能达到的爆破效果。22某土石方爆破工程23三、炸药一种化学性质不稳定的物质，含有碳、氢、氧、氮等元素，在外力冲击、摩擦、挤压下爆炸，速度达数千米/秒，温度1500-4500度，压力超过10000MPa。1）炸药的威力：爆力——破坏一定量介质的能力猛度——将岩石粉碎成细块的能力2）炸药的敏感度：爆燃点、撞击敏感度、摩擦敏感度、起爆敏感度受其密度、湿度、粒度、杂质影响3）炸药安全性：保持原有物理化学性质的性能挥发、结块、吸湿、耐冻、耐水；化学性质稳定24起爆炸药：用来做作雷管主要炸药：黑色炸药梯恩梯(TNT)胶质炸药硝铵炸药铵油炸药浆状炸药乳化油炸药炸药的种类25四、起爆材料及其起爆方法1、起爆器材——雷管火雷管：导火索引爆，常用6号雷管相当于1g雷汞的装药量。电雷管：电流引爆（1A《I〈5A）即发型——同时点火同时起爆迟发型——点火后延迟起爆，2s、4s、6s、8s、10s、12s26导火索起爆

点燃导火索—引爆火雷管—起爆主炸药关注导火索的燃速电起爆

电流—引爆电雷管—起爆主炸药传爆线起爆

传爆线—8号雷管—起爆主炸药塑料导爆管非电起爆雷管—导爆管—起爆主炸药2、起爆方法273.2药包量计算原理

目前，在岩土工程爆破中，精确计算装药量(chargequantity)的问题尚未得到十分圆满的解决。工程技术人员更多的是在各种经验公式的基础上，结合实践经验确定装药量。其中，体积公式是装药量计算中最为常用的一种经验公式。

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一、体积公式的计算原理在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积与所用的装药量成正比。这就是体积公式的计算原理。体积公式的形式为：

Q=k·V（3-2）式中：Q—

装药量，kg; k—

单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3; V—

被爆落的岩石体积，m3

。29

二、集中药包的药量计算

1.集中药包（concentratedcharge）的标准抛掷爆破:根据体积公式的计算原理，对于采用单个集中药包进行的标准抛掷爆破，其装药量可按照下式来计算：

Qb＝kb·V＝kb·W330式中V值的大小为：

式中：r—

爆破漏斗底圆半径，m；

W—

最小抵抗线；m。对于标准抛掷爆破漏斗，，即r＝W，所以31

2.集中药包的非标准抛掷爆破

Q=f(n)·kb·W3式中：f(n)—

爆破作用指数函数323.3爆破参数的意义和选择

一、单位用药量k值

单位耗药量也是一个经济指标，可用来衡量爆破工程的经济效益，是爆破工程预算的重要指标之一。

k是指单个集中药包形成标准抛掷爆破漏斗（n＝1）时，爆破每一立方米岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的重量，称作标准抛掷爆破单位用药量系数，简称标准单位用药量系数。33

k’则是指单个集中药包形成松动爆破漏斗时（一般0<n<0.75），爆破每一立方米岩石或土壤所消耗的2号岩石铵梯炸药的重量，称作松动爆破单位用药量系数。

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二、最小抵抗线W

最小抵抗线W的确定方法根据爆破方法的不同而有所区别。对于硐室爆破、药壶法爆破以及其它采用集中药包的爆破方法，最小抵抗线W是从药包中心到地面或临空面的的最短距离；采用延长药包爆破的炮眼法爆破（浅眼爆破、深孔爆破），最小抵抗线W则是从药包长度的中心到距该中心最近临空面的最短距离。35图3-5各种爆破方法的最小抵抗线36

三、爆破作用指数n值

n值是表示爆破漏斗大小的一个重要指标，是一个无量纲参数。通过n值，我们可以判断爆破工程的性质。同时，也是分析爆破的效果和经济效益的重要依据。为了获得良好的爆破效果，在选择n值时，可参考以下原则：

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1．对于抛掷爆破，n值的大小可根据地面坡度的大小选取：≤20°时n=1.75～2.0

＝20°～30°时n=1.5～1.75

＝30°～45°时n=1.25～1.5

＝45°～60°时n=1.0～1.25

＞60°时n=0.75～1.038

2．松动爆破的n值。在工程中一般只是借用爆破作用指数函数f(n)的形式来计算松动爆破的装药量。39

下面是不同类型松动爆破的f(n)值最大的内部作用药包f(n)=0.125～0.2；减弱松动药包f(n)=0.2～0.44；正常松动药包f(n)=0.44；加强松动药包f(n)=0.44～0.64；为了达到松动爆破的爆破目的，对于上述取值范围，f(n)一般不宜超过上限0.25，即使在岩石坚硬完整的情况下也应遵守这个原则。

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3.4影响爆破效果的因素

影响爆破效果的因素很多，本节就炸药性能、地质条件、装药结构、堵塞以及起爆方式等爆破工程中影响爆破效果的共性问题进行阐述。41

一、炸药性能对爆破效果的影响

炸药的密度、爆热、爆速、作功能力和猛度等性能指标，反映了炸药爆炸时的作功能力，直接影响炸药的爆炸效果。增大炸药的密度和爆热，可以提高单位体积炸药的能量密度，同时提高炸药的爆速、猛度和作功能力。42煤矿许用铵梯炸药432号岩石炸药44岩石膨化硝铵炸药45

二、地质条件对爆破效果的影响 露天工程爆破的实践证明，爆破效果的好坏，在很大程度上取决于爆区地质条件的好坏以及爆破设计是否充分考虑到地质条件与爆破作用之间的的关系。国内外爆破专业人员越来越多地认识到爆破与地质结合的重要性。爆破工程地质正在朝着形成一个新学科的方向发展。

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爆破工程地质着重研究地形地质条件对爆破效果、爆破安全及爆破后岩体稳定性的影响，涉及地形、岩性、地质构造和水文地质诸方面。47

1.自由面对爆破效果的影响

48图3-6药包布置在断层中图3-7药包布置在断层下1-药室；F-断层；R1-实际下破裂线R2-设计下破裂线；R‘1-实际上破裂线R‘2-设计上破裂线

2.断层对爆破效果的影响49

3、装药结构对爆破效果的影响炸药在被爆介质内的安置方式称为装药结构。50

堵塞（tamping）就是针对不同的爆破方法采用相应的材料，将岩体中通向药室(chamber)的通道填实。堵塞的目的是：保证炸药充分反应，使之产生最大热量，防止炸药不完全爆轰；防止高温高压的爆轰气体过早地从炮眼或导洞中逸出，使爆炸产生的能量更多地转换成破碎岩体的机械功，提高炸药能量的有效利用率。

4、堵塞对爆破效果的影响51图4-16堵塞对爆破作用的影响a-有堵塞；b-无堵塞523.5爆破方法

一、中小型爆破1、裸露药包法（裸炮）药包直接置于岩石表面或石缝效率低仅用于二次爆破532、炮孔法（钢钎炮）炮眼直径和深度分别小于7cm和5m.用药量小、机动性好、操作简单适于地形改造、其他爆破开创临空面L为炮孔深度；H为爆破岩石深度或阶梯高度；C岩石系数：坚硬取1.5，次坚硬去0.85-0.95，软岩取0.7-0.9注：炮孔装药长度为炮孔的1/3-1/2

松动爆破或减弱松动爆破，炮孔装药长度为炮孔的1/3-1/4543、深孔爆破孔径大于75mm，深度5m以上，采用延长药包。装药量大、爆破量大、施工快若10%-25%需二次爆破，需要使用大型机械。55564、药壶法（葫芦炮）575、猫洞法58

6、微差爆破（milliseconddelayblasting）

（1）定义：以毫秒数量级来控制相邻炮孔或炮排之间的起爆间隔时间，这样的顺序起爆技术称为微差爆破，又称毫秒爆破。15～75ms

59（2）特点（优） （1）地震效应低（指在等药量的前提下） （2）一次爆破量大（同震级条件下） （3）单耗低，节省炸药25％。 （4）爆破块度均匀，大块率低 （5）爆堆整齐、集中 （6）能将飞石、空气冲击波危害减少6061

7、挤压爆破（留渣多排孔微差爆破）定义：在W自由面前方留有一定厚度的爆堆，增加第一排炮孔装药量（增加单耗）和相对延长微差时间（第一排响后与第二排之间的时间），从而提高炸药能量利用率和改善爆破效果，称为多排孔微差挤压爆破。62堆渣图3-8挤压爆破原理炮孔地面63优点：

1.爆堆集中整齐，根底少；

2.块度较小，爆破质量好；