爆破工程（第3版）课件：露天爆破技术

露天爆破技术本章主要内容：►爆破引起瓦斯的原理与条件►安全炸药与安全雷管►含瓦斯地层的爆破技术►冻结条件下的爆破技术►高地应力条件下的爆破技术Blasting

Engineering露天爆破技术爆

破

工

程第一节

爆破引起瓦斯的原理与条件a

特殊地层：瓦斯、冻结、高地应力，要采用专用的炸

药和器爆材料

。1

瓦斯爆炸发生的条件a

瓦斯：

是与煤伴生、并赋存于煤层中的可燃、爆炸性气

体。组成：CH4

、CnHm

、H2

、CO2

、CO、NO2

、SO2

、H2

S等。b

矿井瓦斯等级划分：《煤矿安全规程》2001年版规定：矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌

出量和瓦斯涌出形式分为低瓦斯矿井、高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井。Blasting

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程c

瓦斯爆炸的三条件：①瓦斯浓度处于爆炸界限内(5%~16%)；②有足以能引爆瓦斯的火源；③空气中氧含量大于12%。在瓦斯爆炸三要素中，最容易获得的条件是空气

中的氧气含量大于12%。Blasting

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第一节爆破引起瓦斯的原理与条件爆

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程有燃烧反应的点燃，如吸烟、火灾、气体切割和焊接等。与爆破有关的点燃，如使用非许可炸药、钻孔充填不当引起爆破火焰等。上述不包含的点燃，如闪电、压缩管路破裂气体喷出等。d

引起瓦斯爆炸的点燃源：(1)机械类包括机械运行中的摩擦、坚硬岩石及钢铁支架、设备之间的撞击。(2)电气类与输电线路、电气设备有关的电火花、电弧、电器燃爆等。Blasting

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第一节爆破引起瓦斯的原理与条件(4)炸药类(5)其它类(3)火焰类爆

破

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程2爆破作业引起瓦斯煤尘爆炸的原理(1)

炸药爆炸→气体产物＋固体产物＋热(2)

爆炸引起瓦斯的三种形式a

空气冲击波点火作用：空气冲击波的强度增加时，作用于瓦斯的温度愈高，爆燃的可能性变大。b

炽热的或燃着的固体颗粒的作用：c

气态爆炸产物的发火作用。炸药爆炸引爆瓦斯的三种方式可各自单独作用于瓦斯或共同作用于瓦斯，但都能引燃瓦斯，以下分别讨论各种作用

方式引爆瓦斯的可能性。Blasting

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第一节爆破引起瓦斯的原理与条件爆

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程(1)空气冲击波的点火作用炸药爆炸后在井下空气中产生空气冲击波，空气冲击波的强度不同，对瓦斯的绝热压缩程度也不同，若考虑空气冲击波的反射迭加，从表8-1中的数据可以看出，空气冲击波的强度增加时，作用于瓦斯的温度愈高，爆燃的可能性变大。(2)

炽热或燃烧着的固体颗粒的作用混合炸药爆炸后或多或少留下残渣，这些固体残渣的极大

部分能通过40目筛(0.425mm)，在炸药爆炸瞬间，它们可

提供极大的热表面，而且这些表面的某些部位具有一定数

量的活化中心。所有这些都将增加瓦斯的接触机率，但只

有接触时间大于瓦斯的诱导期，爆燃就会发生。Blasting

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第一节爆破引起瓦斯的原理与条件爆

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程(3)气态爆炸产物的发火作用气态爆炸产物在爆炸瞬间被加热到1800~3000℃，超过瓦斯引燃温度的数倍，再加上气体间的均匀的、充分接触，所以认为气体爆炸产物是引燃瓦斯的主要方式之一。除爆炸产物的直接作用点火外，最有可能的是“二次火焰”点火，所谓“二次火焰”是爆炸产物中含有的可燃性气CO

、H2、CH4、NH3等与空气混合物在温度高于其爆燃温度时发生的自燃。爆破作业引起瓦斯发火的原因是十分复杂的，与空

气成分、爆炸性气体的组成、冲击波的强度、固体颗粒的

性质与数量、诱导期等有关。一般认为，高温的气态产物

对引燃瓦斯是最危险的。这就要求在设计新的许用炸药

时，必然考虑降低爆温，减少爆炸性气体的生成量。Blasting

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第一节爆破引起瓦斯的原理与条件爆

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程3

《煤矿安全规程》对瓦斯浓度的规定《煤矿安全规程》(2001年)对瓦斯浓度的安全标准作了明确的规

定：•采掘工作面及其他作业地点风流中瓦斯浓度达到1.0％时，必须停止用电钻打眼；•爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.0％时，严禁爆

破。•对因瓦斯浓度超过规定被切断电源的电气设备，必须在瓦斯浓

度降到1.0％以下时，方可通电开动。为此，必须从生产管理上采取措施，

防止瓦斯积聚；当发生瓦

斯积聚时，必须及时处理。因爆破引起瓦斯爆炸事故的实例在我国占有很大比例。根据不

完全统计，因放炮引起瓦斯爆炸的事故占总事故的37%。因此，除

了消除瓦斯聚积外，重要的还须做好放炮火焰的防治工作。Blasting

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第一节爆破引起瓦斯的原理与条件爆

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程第二节

安全炸药与安全雷管1

安全炸药(1)

煤矿需用炸药a

矿用炸药的安全性等级指炸药在矿井中爆炸后不易引燃瓦斯或煤尘的性能。目前，我国煤矿炸药其安全性分为五级。1)一级煤矿许用炸药：包括2号煤矿炸药，2号抗水煤矿炸药，一级煤矿许用乳化炸药3种。2)二级煤矿许用炸药：包括3号煤矿炸药，3号抗水煤矿炸药，二级煤矿许用乳化炸药，二级煤矿许用水胶炸药4种。3)三级煤矿许用炸药：包括安全被简炸药、三级煤矿许用乳化炸药：三级煤矿许用水胶炸药3种。4)四级煤矿许用炸药：有四级煤矿许用乳化炸药一种。5)五级煤矿许用炸药：有离于交换炸药，适用于各级矿井及特殊危险条件爆破。Blasting

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程覆一层惰性盐作外壳而制成的炸药，这样的炸药结构既能保证炸药的感度和爆炸性能，又能提高炸药的安

全性。c

离子交换炸药：含有离子交换盐

(氯化铵、硝酸钠或

硝酸钾)，炸药爆炸时，离子交换盐相互作用，形成b

被筒炸药是一种以含盐量较少的炸药为药芯，其外包超细度的氯化钠或氯化钾，从而提高炸药的安全性。Blasting

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程第二节(2)

BMH型硫化矿用安全炸药在多孔销氨炸药外表涂上一层涂复剂作为隔离层，防止炸药与矿石接触，并在炸药中加入一种或二种添

加剂和化学抑制剂，避免炸药爆点降低。特点：原材

料来源广泛、价格低廉、生产工艺简单，炸药成本较

低。Blasting

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程第二节(3)煤矿需用炸药的基本要求•在保证作功能力条件下，对煤矿许用炸药应按炸药等

级限制爆温和爆热。•炸药反应必须完全；•炸药的氧平衡必须接近于零

；•加入消焰剂；•不许有易于在空气中燃烧的物质和外来夹杂物；•不能含有促进瓦斯链锁反应的产物。Blasting

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程第二节4

矿用炸药安全性测定a

爆燃性评价：试验装置如图8-l所示。图8-1爆燃试验装置示意图1-雷管；2-钢体；3-被动药包；4-煤粉柱；5-主动药包Blasting

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程第二节图8-2试验巷道示意图1-小车；2-臼炮；3-舱口；4-风扇；5-爆炸小室；6-隔片；7-巷道体b

瓦斯安全性测定：如图8-2所示。Blasting

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程第二节2

安全雷管：分为普通型

(引爆瓦斯)和煤矿许用型两种。(1)

安全雷管的要求a

不使用铝壳或铁壳，只能使用聚氯乙烯绝

缘爆破线。b

加有适量的消焰剂或采用爆温低、火焰短

且延续时间小的其它组分。c

使用燃烧温度低、生成气体量少、能封闭燃烧的延期药，或采用特殊结构形式的雷

管。Blasting

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程第二节(2)

安全雷管的特点a

平底：消除聚能流或金属射流

。b

装入延期药体，拉拔制成铅延期体。

c

加厚管壁。图8-3煤矿许用毫秒延期电雷管

1-脚线；2-铜管壳；3-引火头；4-铅延期体；5-正起爆药；6-副起爆药《煤矿安全规程》规定：井下采掘工作面爆破，必须使

用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷管。Blasting

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程第二节3

安全导爆索普通导爆索不能用于有瓦斯或矿尘爆炸危险的矿井，安全导爆索是专供有瓦斯和矿尘危险的井下爆破作业使用的产品。结构与普通导爆索相似，所不同的是在药芯或包裹层中加了适量的消焰剂(一般是

食盐)，药芯中黑索金含量为12~14g/m，食盐含量为2g/m，爆速一般不低于6000m/s。Blasting

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程第二节第三章

含瓦斯地层爆破技术1

瓦斯隧道爆破技术(1)

瓦斯隧道对爆破材料的有关要求根据《煤矿安全规程》(2003版)要求，爆破器材的选择必须遵守以下规定：•器材需经授权检验合格；•必须使用煤矿许用炸药和煤矿许用电雷管；•必须使用煤矿许用瞬发电雷管或煤矿许用毫秒延期电雷

管；•应采用毫秒爆破；•制定安全技术措施；•仅用串联网络等。Blasting

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程煤矿许用炸药的选用应遵守下列规定：1)低瓦斯矿井的岩石掘进工作面必须使用安全等级不低于一级的煤矿许用炸药。2)低瓦斯煤层开掘工作面、半煤岩掘进工作面必须使用安全等级不低于二级的煤矿用炸药。3)高瓦斯岩层或高瓦斯区域，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药。有煤(岩)与瓦斯突出危

险的工作面，必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用含水炸药。严禁使用黑火药和冻结或半冻结的硝化

甘油类炸药。同一工作面不得使用两种不同品种的炸

药。Blasting

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程第三节(2)

施工瓦斯的检测a

必须随时检测瓦斯的浓度，一旦超过安全极限值，

必须采取相应措施安全极限规定为(9条)：①氧浓度，

②总回风风流瓦斯浓度，③进入风流中瓦斯浓度，④工作面风流中瓦斯，⑤同④，电动机或其他开关地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1.5％时；⑥局部瓦斯浓度；⑦停设备瓦斯浓度>1%，⑧恢复风机瓦斯浓度，⑨其它浓度。b

瓦斯超限处理立即停止作业，撤出人员，并报告主管领导，采取

处理措施。符合标准时方可复工。Blasting

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程第三节(3)瓦斯隧道爆破作业技术要求必须遵守《爆破安全规程》、《煤矿安全规程》及《铁路瓦斯隧道爆破的暂行技术规定》的要求。内容包括：(1)瓦斯隧道施工单位的各级行政领导是安全生产的第一责任者，必须加强责任心。(2)专职的瓦斯安全检查员、爆破工、电工和各种设备司机，必须进行专门的安全技术培训，经考试合格后方可上岗。瓦斯安全检查员负责检查、督促安全措施的全面实施，当发现事故预兆时，有权责令现场人员停止施工，并按有关安全规定采取措施。(3)有瓦斯突出危险的隧道，应单独编制预防瓦斯突出的实施性施工组织设计。瓦斯区段的施工均应进行瓦斯监测，设置消防设施，并配备兼职救护队Blasting

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程第三节(4)隧道含瓦斯区段必须采用普通光电测距仪测量时，其工作范围内的瓦斯浓度必须小于1％。(5)洞内装碴时，必须将石碴润湿，装碴机铲斗不得猛力与石碴碰击。(6)隧道含瓦斯区段爆破应严格执行“一炮三检”制度，即钻眼前、装药前、起爆前均应进行瓦斯浓度检查。(7)隧道含瓦斯工区钻孔作业，应符合下列规定：1)钻眼前，应测定工作面附近20m以内风流中的瓦斯浓

度，在1％以下时方可开钻。2)在施钻过程中，要随时检测瓦斯浓度。3)必须采用湿式凿岩，炮眼深度不得小于0.65m。(8)采用电雷管起爆，正向连续装药结构，起爆药卷以外不宜装药。采用反向装药或间隔装药时，必须有相应的安全措施。Blasting

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程第三节(9)

在岩层内爆破，炮眼深度在0.9m以下时，装药

长度不得超过炮眼深度的1/2；炮眼深度在0.9m以上时，装药长度不得超过炮

眼深度的2/3。在煤层内爆破，装药长度不得超过炮眼深度的

1/2

。所有炮眼的剩余部分都应用炮泥堵塞。(10)

炮泥应用黏土炮泥，严禁使用煤粉、块状材

料或其他可燃性材料作炮泥。Blasting

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程第三节(11)

有下列情况之一者，未经妥善处理不准装药和放炮：1)

放炮地点附近20m以内风流中，沼气浓度达到1％时；2)

在放炮地点20m以内，有未清除的碎石、煤碴、矿车或

其他物体阻塞巷道断面1/3以上时；3)

风量不够，风向不稳，局部有循环风时；4)

炮眼内有异物、温度骤高或骤低、煤岩松散或有显著瓦斯涌出时；5)

炮眼内煤、岩粉末清除干净；6)

无炮泥、封泥不足或不严的炮眼。(12)

爆破后，只有当瓦斯浓度小于1％，二氧化碳浓度

小于1.5％，撤除警戒后工作人员才可进入工作面工作。Blasting

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程第三节(4)

爆破实例南昆线(南宁至昆明)家竹箐高瓦斯隧道施工。图8-4家竹箐隧道施工工区布置示意图Blasting

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程第三节家竹箐高瓦斯隧道在防爆区内的防爆措施及其防爆效果是成功的，反映

在以下几个方面：1)

施工选用8#

煤矿许用五段毫秒电雷管，最后一段延期时间为

100ms

。符合《煤矿安全规程》要求，偏于安全。2)

选用3#煤矿许用炸药。并增加了两支“水泡泥”，对消焰、消烟效果

有利。在黄泥堵塞物中加入少量食盐，消焰效果也较明显；特别是爆破

后喷雾洒水的作用，亦不可低估。经现场多次观察，洞室爆破后,确实

不产生火焰，不产生燃烧，非常安全。3)

安全揭煤“双保险”。一是人工检查，包括人工打钻时的实测、分部

检测与效果检测三部分；二是地面仪器监测系统。家竹箐高瓦斯隧道在

进口建立了一个瓦斯监测站，通过洞内多分站(探头)不断反馈信息，对

煤层进行全方位监测。当局扇、开挖面、横通道、回风流等多处瓦斯浓

度超过1.5%时，各探头同时报警，并闪烁红灯，洞内施工人员立即撤

离到安全地带避难。而地面监测系统荧光屏幕上也同时报警，闪烁红

灯，并显示瓦斯超限数值，即刻知道发生异常的时间、位置、地点里

程，

以及瓦斯超限的浓度。随后，监测站命令停工，加大风速，下井检

查，消除隐患，直到恢复正常生产为止。Blasting

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程第三节4)

家竹箐高瓦斯隧道采用巷道通风方案完成后，利

用正洞为进风道，平导为回风道，利用大型抽风

机，其具有风量大、设备简单、成本低等优点，本

工程巷道抽风量达到2200m3/min，巷道风速达到

1.33~4.28m/s。实践证明，深孔、电雷管起爆的爆破技术在高

瓦斯隧道施工中是安全可靠的技术措施，有良好的

经济效益。本隧道先后揭煤78次，瓦斯涌出量达100

多万m3，使用电雷管50万发，没有发生过一次瓦斯

突出事故，确保了施工进度和施工安全。Blasting

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程第三节2

横穿岩层进入煤层时的震动放炮

(1)揭开突出危险煤层时的震动放炮措施

a

《煤矿安全规程》规定穿层巷道(也称石门)的位置应尽量避免选择在地

质变化区，掘进工作面距煤层10m以外，就应开始向煤层打钻，并且要经常保持超前工作面5m，以便及时准确掌握煤层赋存条件和瓦斯情况，揭开煤层前掘进工

作面到煤层之间必须保持一定的岩柱，急倾斜煤层为

2m，缓倾斜及倾斜煤层为1.5m。Blasting

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程第三节震动放炮的实质是在掘进工作面上钻较多的炮眼，装较多的炸药，全断面一次起爆。揭开煤层，并且利用放炮所产生的强烈震动来诱导煤和瓦斯的突出。震动性放炮必须将所有炮眼一次起爆，炸开石门全断面内岩柱和煤层全厚。如果一次震动性放炮没有揭开煤层时，第二次爆破工作仍应按震动性放炮的有关规定进行，直到全部揭开并过煤层若干米后为止。在放炮之前，掘进工作面排放瓦斯的钻孔，必须用炮泥填塞放炮只准采用带安全被筒的煤矿安全炸药。爆破网路及爆破器材必须周密设计、选择、检查，

保证不发生拒现象。采用毫秒雷管时，煤和岩石的炸药

消耗量为2~3kg／m3，采用瞬发雷管时为3~4.5kg／

m3。放炮地点必须位于新鲜风流中，

同时还应根据煤层

突出和危险程度规定放炮地点距工作面的距离。Blasting

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程第三节(2)震动放炮的主要爆破参数

炮眼数目：

N

=

5.5S

2

f

3炮眼布置：按炮眼位置和作用分为三部分：①岩石槽眼和煤层槽眼：炮眼深度根据岩柱和煤层厚度确定。炮眼数目：煤槽眼为4~6个，岩石槽眼为4~8个。②岩石辅助眼和煤层辅助眼深度与槽眼相同。岩石辅助眼为4~8个，煤层辅助眼为6~8个。③岩石帮眼：炮眼数目一般为10~20个。所有岩石炮眼都不能打透煤层，眼底与煤层之间应保持0.1~0.2m的岩柱。若因操作不慎而误入煤层，则按上述

规定，用炮泥填实相应深度。炮眼布置时应顶部密度小，底部密度大，两侧密度大，中间密度小。同时，岩石炮眼与煤层炮眼彼此应交错排

列。1111221Blasting

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程第三节q1=.61m

.

2f

0

/.S

75(2)炸药消耗量Blasting

gineeringEn含瓦斯地层爆破技术爆

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程第三节图8-8揭煤层爆破设计图Blasting

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程第三节图8-9一次穿透岩层及煤层的炮眼布置Blasting

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程第三节(3)

立井进含瓦斯煤层的爆破立井过含瓦斯煤层爆破时安全技术措施为：1)过瓦斯煤层压力大于0.lMPa时，必须首先采取降压措施，当瓦斯压力小于0.lMPa

时，采用震动性放炮通

过，比较安全可靠，但必须预留安全岩柱，急倾斜煤层岩柱厚1.5~2m，缓倾斜煤层为1~1.5m。这一点与巷道

的情况相同。2)采用震动放炮要达到全断面一次揭开煤层，要制定合理的钻眼爆破图表和安全措施，并要根据瓦斯等级选

择爆破材料。3)在即将进入煤层前最后一个循环的炮眼装药前，应将悬吊设备提到安全高度，仔细吹扫炮眼，用瓦斯检定器在井筒工作面、吊盘上以及回风流处检查瓦斯含

量。有涌出压力瓦斯的炮眼不准装药，需用粘土堵塞，另外重新打眼。井筒内、井口平台及井筒周围20m范围内均应切断电源。Blasting

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程第三节4)井筒过含瓦斯煤层时，需经常观察煤帮变化情

况，如遇响煤炮，片帮来压，底鼓，温度骤变、瓦斯

超限忽高忽低时，要停止工作进行处理。5)井筒通过有瓦斯突出危险的煤层时，要在煤层以上2~4m岩层中，沿井帮向外打两圈钻孔穿过煤层，

进行注浆形成临时壁圈，保证安全作业。注浆眼距

300~500mm，圈距300~400mm，如图8-10所示。6)电爆网路中，网路的联结点要绝缘。井筒工作面上要架空联接线。装药联线后，保证工作面淹水高度不应小于架空线联线高度200mm。7)震动放炮前，所有人员一律撤离井筒和井口平台，并远离井筒50m以外，放炮后通风30分钟以上，才可佩带自救器下井检查。Blasting

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程第三节图8-10过瓦斯煤层注浆眼布置图Blasting

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程第三节第四节

冻结条件下的爆破技术1

冻土爆破的可行性a

概念：

冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水结

冰，把天然岩土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下工程的联系，以便在冻结壁的保护下进行井筒或地下工程掘砌施工的特殊施工技术。2

冻土爆破冻结管的振动破坏准则，防振动破坏a

在冻土爆破中，各炮眼对冻结管的距离不同，对一次齐爆的炮眼药量和距离换算成等效药量和等效距离为：c安全距离为：

d

最大装药量为：b

爆破震动破坏准则为：R

=

(

3

⋅

ri

)

/

311111111111111111Km

(Q1

/

3

/R)α

≤VmQ

=

q

i

(

R

/

ri

)

3R

≥

Q1

/

3

⋅

(Km

/

Vm

)1

/

αBlasting

EngineeringQ

≤(Vm

/Km

)3

/

α

⋅R

3露天爆破技术爆

破

工

程3

炸药选择：选用抗冻炸药。所谓炸药的耐冻性，实质上是炸药在低温条件下保持良好弹塑性的性质。4

冻土煤矿实例冻结条件下的爆破技术Blasting

Engineering爆

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程第四节施工注意事项1)偏斜冻结管在冻土段采用钻眼爆破法的主要技术难题是保证冻结管的安全。当冻结管偏斜时，在偏斜冻结管处应谨慎爆破。放炮前，应

正确计算各偏斜冻结管的偏斜距离和方位，在井帮上按计算结果标出偏

斜冻结管的位置，在该位置上周边眼只打眼