爆破工程（第3版）课件：地下工程掘进爆破

地下工程掘进爆破本章主要内容：►

概述►

隧道掘进施工方法►掏槽爆破►崩落孔爆破与周边爆破►掘进工作面爆破参数设计►

立井爆破技术特点Blasting

Engineering地下工程掘进爆破爆

破

工

程第一节

概述1

周边爆破方法及分类(1)

地下掘进的理由：•一是开采地下资源，如煤炭和各种金属、非金属矿藏的开采；•二是获取、利用地下空间。隧道或巷道既是进入地下矿体的通道，也是跨越地理障碍的主要地下结构。地下掘进以隧道或巷道掘进为主体，但也离不了各种倾斜巷道和垂直井筒的掘进。Blasting

Engineering地下工程掘进爆破爆

破

工

程(2)

隧道施工的主要方法目前，隧道掘进施工主要有两种方法。a

综合机械化施工法优点：安全、作业连续、均匀、自动化程度高等优

点；缺点：是机械设备重量大，刀具寿命短，灵活性差、适应能力差、投资大等。b

钻眼爆破法优点：适应于各种地质结构，快速、机动、灵活等；缺点：各工序不连续，机械化作业线配套设备多，组织管理复杂等。Blasting

Engineering爆

破

工

程第

一节概述第二节

隧道掘进施工方式根据地质与水文条件、隧道断面及形状、长度、支护形式、埋深、施工技术与装备、工程工期等因素的不同，隧道掘进施工可选择全断面一次开挖、台阶式开挖、导坑法开挖等施工方法，一般宜优先选用全断面法和正台阶法。1)全断面一次开挖法全断面一次开挖法是利用在整个掘进断面上布置炮眼一次爆破向前推进。采用这种方法施工时，可用凿岩台车钻凿炮眼孔，然后装上炸药、爆破，经通风排烟后，用大型装岩机及配套的运载车辆将矸石运出。一般认为，该法主要用于围岩稳定、坚硬、完整、开挖后不需临时支护的Ⅴ~Ⅵ类围岩(铁道隧道围岩分类法，本节以下同)的岩石隧道以及高度不超过5m、断面

不超过30m2的中小型断面隧道。使用凿岩台车钻眼，一

次爆破循环进尺可达2.5~4m。Blasting

Engineering地下工程掘进爆破爆

破

工

程2)台阶施工法这是将隧道断面分成若干(一般为2~3)个分层，各分层

呈台阶状同时推进施工。其最大特点是缩小了断面高度，勿需笨重的钻孔设备。按台阶布置方式的不同，台阶法可分为正台阶法和反台阶法两种。•正台阶法该法为最上分层工作面先

超前施工，又称下行分层

施工法。施工时首先掘上

部弧形断面(高一般为

2m~2.5m)，然后逐一挖

掘下面各部分。如图5-1所示。图5-1正台阶施工法Blasting

Engineering隧道掘进施工方式爆

破

工

程第

二节•反台阶法反台阶法又叫上行分层施工法，施工顺序正好与正台阶施工法相反。该法施工能使工序减少，施工干扰小，下部断面可一次挖至设计宽度，空间大，便于出渣运输和布置管线，特别有利于爆破破岩，能节省大量材料，适合于围岩稳定、不需临时支护、无大型装渣设备的情况。3)导坑施工法导坑法是以一个或多个小断面导坑超前一定距离

开挖，随后逐步扩大开挖至设计断面，并相继进行砌筑的方法。导坑法按导坑位置不同分围中央下导坑、中央上导坑、上下导坑和两侧导坑等。Blasting

Engineering隧道掘进施工方式爆

破

工

程第

二节•中央下导坑先墙后拱法或先拱后墙法该法的施工顺序是先挑顶后开帮，在开帮的同时完成砌墙工作。比较适用于围岩较稳定的隧道施工，一般为Ⅴ、Ⅵ类围岩石质隧道。根据围岩条件、断面大小可采用六部开挖法或三部开挖法。六部开挖法(图5-2所示)。图5-2下导坑漏斗施工法Blasting

Engineering隧道掘进施工方式爆

破

工

程第

二节•中央上导坑施工法该法适用于需随挖随砌的Ⅲ、Ⅳ类围岩的岩石及土质隧道。施工顺序如图5-3所示。图5-3上导坑先拱后墙法Blasting

Engineering隧道掘进施工方式爆

破

工

程第

二节•两侧导坑施工法进一步，分有：品字形导坑先拱后墙施工法和侧壁导坑先墙后拱法图5-4品字形导坑先拱后墙施工法图5-5侧壁导坑先墙后拱法Blasting

Engineering隧道掘进施工方式爆

破

工

程第

二节第三节

掏槽爆破a

掏槽爆破的任务：创造自由面，改善其他炮眼的爆破条件。b

工作面炮孔分类：掘进工作面布置炮眼(也称炮孔，两种称谓是相同

的，可不加区分)按作用不同分为3种图5-6

。图5-6各种用途的炮眼名称1-周边眼；2-崩落眼；3-槽眼；4-底眼；h1-拱高；h2-墙高；H-掘进高度；B-掘进宽度c

隧道爆破的特点：Blasting

Engineering地下工程掘进爆破爆

破

工

程(1)掏槽眼――用于爆破出新的自由面，为其它炮眼创造有利的爆破条件。(2)崩落眼――是破碎岩石的主要炮眼。经掏槽眼爆破后，崩落眼就有了足够大的平行或大致平行于炮眼的第二

个自由面，能在该自由面方向上形成较大体积的岩石爆破。(3)周边眼――又称轮廓眼，主要用作使爆破后的隧道断面、形状和方向符合设计要求。巷道中的周边眼按其所

在位置又分为顶眼、帮眼和底眼。根据需要，有时工作面还布置为数不多的辅助眼Blasting

Engineering

第三节

掏槽爆破爆

破

工

程1

掏槽方式(1)

掏槽的作用(2)

掏槽的形式分类斜眼掏槽和直眼掏槽两类(3)

斜眼掏槽特点：适用范围广，爆破效果好，所需炮眼少。炮眼方向不易掌握，炮眼深度受巷道断面大小的限制，碎石抛掷距离大。(4)

直眼掏槽特点：炮眼都垂直于工作面且相互平行，技术易掌握，可实现多台钻机同时作业；炮眼利用率；矸石抛掷距离

小，岩堆集中；不受断面大小限制。总炮眼数目多，炸

药消耗量大。Blasting

Engineering

第三节

掏槽爆破爆

破

工

程(5)

常用掏槽方式，见图5-7

，

5-8

，5-9

。Blasting

Engineering

第三节

掏槽爆破

图5-7常用掏槽方式装药眼空眼爆

破

工

程图中锥形掏槽

(5-7a

、b)，楔形掏槽

(图5-7c)，复楔形

掏槽

(图5-7d)，单向掏槽：底部(图5-7e)、侧部(图5-7f)或顶部掏槽，平行龟裂掏槽

(图5-7g)，角柱式掏槽

(图5-7h)、中空四角柱形

(图5-7i)、双空孔菱形

(图5-7j)、六角柱形

(图5-7k)，螺旋式掏槽

(图5-7l)。图5-8为国外常用四部掏槽。图5-9为漏斗掏槽。Blasting

Engineering

第三节

掏槽爆破图5-8四部掏槽图5-9漏斗掏槽爆

破

工

程图5-10阶掏槽与分段掏槽

a-2阶不同深掏槽；b-2阶同深掏槽；c-1阶筒式分段掏槽Blasting

Engineering

第三节

掏槽爆破图5-10分阶掏槽与分段掏槽。爆

破

工

程2

直孔爆破机理(1)

直孔爆破机理(破碎、抛掷

)，图5-11

。a

爆生气体渗流区(Ⅰ区)Ⅰ区内含有高压气体和碎块

(松散体)。岩石遭受粉碎性破

坏，认为：在该区内高压槽腔排弃运动分区气体均匀地渗

流到松散体，松散体随着高压气体的体积膨胀向外运动。b

爆生气体未渗流区

(Ⅱ区)在爆生气体未渗流区，仅含有岩石碎块

(松散体)。散体的运

动满足流体运动方程组，既满足流体力学运动方程和连续性方

程。图5-11槽腔排弃运动分区Blasting

Engineering爆

破

工

程掏槽爆破第三节3

掏槽眼装药量计算(1)

斜孔掏槽：每个掏槽眼装药量Q(kg)与掏槽爆破的体积成正比，即：

Q

=

qV

/

n(2)

平行直眼掏槽：兰格弗尔斯认为，平行直眼掏槽炮眼朝向一个空眼时，其装药线密度ql(kg/m)取决于空眼直径d1(mm)和装药炮眼距空眼的距离a1(mm)，有如下的关系式。即：

ql

=1.5×10−

3

(a1

/d1

)3

/

2

(a1

−d1

/2)或根据经验公式：

ql

=

qa

(a1

−

d1

/

2)(3)

按装药系数确定：

Q

=

ηLql(4)直眼掏槽的炮眼装药长度集中装药单自由面下爆破的炸药用量常按鲍氏公式计算：4

掏槽孔间距确定(1)直眼掏槽炮孔间距

：主要以柱形装药在介质中产生的破碎

区大小为依据确定孔距

a

=

2r

=

d

(p

/

σ

)

pppppppppppbc1bpBlasting

Engineering

第三节

掏槽爆破

Q

=q

K

W

3

(0.4+0.6n

3

)爆

破

工

程直眼掏槽的槽腔形成过程Blasting

Engineering

第三节

掏槽爆破炮眼布置(数字代表起爆顺序)爆

破

工

程起爆1Blasting

Engineering

第三节

掏槽爆破爆

破

工

程Blasting

Engineering

第三节

掏槽爆破爆

破

工

程(2)

斜眼爆破：目前还没有较好的理论计算公式，大多依照经验参数取值，参见表5-4、表5-5。Blasting

Engineering

第三节

掏槽爆破爆

破

工

程第四节崩落爆破与周边爆破1

崩落孔爆破a

存在两个自由面，类似露天台阶爆破。

(1)

崩落孔抵抗线的确定a

根据单孔装药量原理确定b

根据最小抵抗线和孔径的比值确定坚硬的矿石：

W=(25~30)db

中等坚硬的矿石：

W=(30~35)db

松软的矿石：

W=(35~40)dbc

经验公式W

=

ρ0

gdc

/

(2

f

k

)，且

W

≤

3

L

/

5

db

0.785ρ0lc

100

mqBlasting

Engineering地下工程掘进爆破爆

破

工

程=Wd

崩落爆破炮孔间距：

ar=(08~13)We

崩落爆破的炮孔装药量：

Q

=

qar

WL2

周边爆破

a

要求:开挖轮廓平整、光滑，尽可能降低爆破对围岩的破坏，以保证围岩的原有强度和稳定性。b

确定参数：爆破的参数设计可以采用理论计算确定，也可以根据经验或参照工程类比确定，详见第四章。Blasting

Engineering崩落爆破与周边爆破爆

破

工

程第四节1

爆破参数(1)

单位体积炸药消耗量a

定义：爆破每1m3

原岩所需的炸药量叫单位炸药消耗

量。b

影响因素：

炸药性质、岩石性质、断面大小、临空面

多少、炮眼直径与深度等有关。c

意义：其数值大小直接影响着岩石块度、飞散距离、

炮眼利用率、对围岩的扰动以及对施工机具、支护结构的损坏等。第五节

掘进工作面爆破参数设计Blasting

Engineering地下工程掘进爆破爆

破

工

程Blasting

Engineering

第五节

掘进工作面爆破参数设计c

定额总装药量确定后及装药在炮孔中的分配(2)

确定方法a

普氏公式

：b

经验公式：

q

=

kf

0.75

3

x爆

破

工

程

f/

Sq

=1.1Ke(3)

炮孔数目①影响因素主要与挖掘的断面尺寸、岩石性质、炸药性能、临空面数目等有关。②估算方法a根据掘进断面大小S

(m2

)和岩石坚固系数f估算：b根据每循环所需炸药量与每个炮眼的装药量计算：Blasting

Engineering

第五节

掘进工作面爆破参数设计c根据每米炮眼的平均装药量q计算：③一次布置而后加和计算qS

ηl

ex

L

p

ex=N

=3.33

fS

2N

=qS/q0爆

破

工

程Nl(3)

炮孔深度a

定义：

炮眼深度指炮眼眼底至炮眼口临空面的垂直距

离。b

影响因素:

炮眼深度受掘进速度、采用的钻孔设备、循环方式、断面大小等影响。c

循环组织形式：浅孔循环爆破、深孔循环爆破d

最佳炮孔深度：能够获得最高的掘进速度和最低的工时

消耗的炮眼深度，称为最佳炮眼深度。Blasting

Engineering

第五节

掘进工作面爆破参数设计爆

破

工

程e

计算方法

：一般取掘进断面高(或宽)的0.5~0.8倍；围岩坚硬及断面小时，对爆破夹制力大，系数取小值。也可根据所使用的钻眼设备确定，还可按月(或日)

进

度计划确定，公式如下2a

+

ηK2

K3

T3

V0VL

=

2aV

N1(HV0τ

/

e)Blasting

Engineering

第五节

掘进工作面爆破参数设计爆

破

工

程(4)

炮孔直径a

确定炮孔直径根据装药直径来确定的(光面爆破除外)，而装药直径的选择决定于装药爆轰性能、应力波

参数、爆破参数和爆破效果、钻眼爆破技术经济指标的影响。2

隧道工作面的炮孔布置

(1)

要求，应保证

(6条)

(2)

方法与原则a

周边眼应布置在设计轮廓线上，但为便于打眼，通常

向外(或向上)偏斜一定角度。b

选择适当的掏槽方式和掏槽位置，通常将掏槽槽腔位

置选在断面中央偏下

。c

崩落眼以槽洞为中心层层布置。d

底眼眼口应高出底板水平150mm左右；眼深宜与掏槽眼相同，眼距和抵抗线与崩落眼相同。Blasting

Engineering

第五节

掘进工作面爆破参数设计爆

破

工

程3

装药结构与填塞

a

空气间隔b

反向装药：爆破作用时间长，破碎效果好。c

填孔材料：炮泥通常用粘土或粘土加砂混合制作，也可用装有水的聚乙烯塑料袋做充填材料。e

堵孔长度：约为1/3的炮眼长度，当眼长小于1.2m时，填塞长度需有炮眼长度的1/2左右。4

钻眼施工要点a

快、准、直、齐b

隧道快速光爆时钻孔技术改进5

毫秒延秒时间a最佳的起爆时差应以能够获得最佳爆破效果和最少的有害作用为准则。以25ms延迟为宜，参见表5-9。Blasting

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第五节

掘进工作面爆破参数设计爆

破

工

程6

钻孔爆破说明书与爆破因素表

a

说明书内容(6条)1)简单描述隧道的特征(名称、用途、位置、

断面形状和尺寸、坡度等)，穿过岩石的名称、地质条

件和岩石的物理力学性质，矿井瓦斯等级和通过岩层含瓦斯情况等。2)钻眼机械、钻眼工具和其它钻眼设备的选择。3)爆破器材的选择。4)钻眼爆破参数的计算。包括：掏槽形式和掏槽

爆破参数，光面爆破参数，崩落眼的爆破参数。5)爆破网路的计算。6)爆破采取的各项安全措施。Blasting

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第五节

掘进工作面爆破参数设计爆

破

工

程炮眼编号炮眼名称炮眼

长度

(

m

)倾角装药量(kg)炮泥

长度

(

m

)起爆方向起爆顺序雷管垂直方向水平方向数量段别表中的炮眼编号应在炮眼布置图上标出。具有相同参数的炮眼在表内占一行，编号连续时在该行内只写最小编号和最大编号，中间以连字符连结。1)炮眼布置图，特殊形式的装药结构图。2)炮眼布置参数和装药参数(表格)：Blasting

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第五节

掘进工作面爆破参数设计b

图表内容

(3条)爆

破

工

程项目名称单位数量矿井瓦斯和煤尘等级隧道净断面m2隧道掘进断面m2岩石坚固性系数f凿岩机(型号)台每循环所需钻头(型号、直径)数目个每循环炮眼数目个每循环所需炮眼总长m每米隧道所需炮眼总长m炮眼利用率%单位耗药量(炸药品种)Kg/m3每循环消耗炸药量Kg每米隧道消耗炸药量Kg每循环所需雷管数目个每米隧道消耗雷管数个每循环隧道进度m每循环出岩量m3Blasting

Engineering

第五节

掘进工作面爆破参数设计3)主要爆破条件和技术经济指标(表格)爆

破

工

程Blasting

Engineering

第五节

掘进工作面爆破参数设计爆

破

工

程第六节

隧道掘进快速爆破施工技术1

隧道快速光爆施工方法的种类和特点(1)按爆破时序分类a

周边后裂法，又称修边法：周边的光面炮孔都安排在最后

起爆。b

周边先裂法又称预裂法：最先起爆周边炮孔，沿轮廓线首先裂出一条贯通缝，然后在爆掉中心的岩石，大大减弱爆破

地震作用

。c

龟裂抛渣法：首先起爆龟裂孔，把整体岩石沿各炮孔连线龟裂成许多碎块，然后再延期起爆抛渣孔，分段爆松或抛掉这些碎块体，这一方法称为无掏槽爆破法。Blasting

Engineering地下工程掘进爆破爆

破

工

程(2)按爆破深度分类a

简易光爆法：循环钻爆深度因受钻爆器材等条件限制，一般不大于2~2.5m，故又称浅孔光爆。b

深孔光爆法：

受掏槽技术的限制，一般不能超过5~

6m的极限深度。c

超深孔光爆法：循环钻爆深度可达6m以上

。Blasting

Engineering

第六节

隧道掘进快速爆破施工技术爆

破

工

程2

实现隧道快速光爆施工的技术要点(1)正确选择方案：根据具体的工程目的、隧道种类、岩石性质、周围环境、施工机具、爆破材料、施工队伍、经验水平，以及装岩、运输、支护、通风、安全等技术设备状况，综合选择最优的钻爆方案。(2)合理布置炮孔：原则“抓两头、带中间”

。(3)确定钻爆参数：按照分类布孔、分类装药和分类起爆的原

则，分别设计和选用不同的钻爆技术参数，并认真施工。(4)提高钻孔技术：达到“快、准、直、齐”

四个要求。(5)正确的装药结构：根据各类炮孔的作用、深度和炸药品种

采用各种不同的合理装药结构。(6)改善起爆方法：使每个炮孔内的全部装药都能够按时、按

序、按要求的方向和速度，准确无误地起爆和传爆。(7)改进掏槽方式3

光爆实例Blasting

Engineering

第六节

隧道掘进快速爆破施工技术爆

破

工

程第七节

立井技术要点1

立井技术要(图5-18

)a

立井掘进工作困难、危险的原因：工作地点一般是潮湿、狭窄和嘈杂的；钻孔和爆破人员还可能受到下坠物的伤害。b

两次爆破之间必须清理爆碴，且装碴专用设备的容积有图5-18采用台阶爆破法的立井掘进限；c

采用台阶爆破法；

d

要求使用抗水炸药

；

e

使用电雷管或非电

雷管起爆炸药；Blasting

Engineering地下工程掘进爆破爆

破

工

程f

立井掏槽方式：深孔直眼掏槽和深孔锥形掏槽。直眼掏槽

分为直眼一次掏槽、直眼分段掏槽和直眼龟裂掏槽；锥形

掏槽分