岩石爆破实用技术.ppt

1、岩石爆破实用技术岩石爆破实用技术（2）影响爆破的因素在爆破工程中，为了提高炸药能量的有效利用率，改善爆破效果，有必要对影响爆破效果的各种因素进行全面分析，以指导爆破工作。影响因素主要有：炸药爆炸特性岩石等介质的爆破特性爆破参数与爆破工艺（3）炸药爆炸能量利用率炸药是爆破做功的能源，它是通过爆轰波、爆声气体膨胀作用形式传递能量破坏岩石。但实际用于破碎岩石的能量值占爆炸全功的10%。因此，提高炸药能量利用率对进一步有效破碎岩石潜力很大。若不考虑炸药本身热损失，炸药爆炸做功的主要形式有：使药包周围近区内岩石产生强烈的塑性变形与破碎。克服岩石内聚力与摩擦力，将岩石从岩体中分离出来，并分裂成为碎块。将破

2、碎岩块推移或抛掷出去。在破坏区外的岩体中造成爆破地震以及在空气中产生空气冲击波和声响。所以，调整各种效应的能量比率，就可以提高炸药能量的有效利用率。（4）爆轰压力（PH）爆轰压力在岩石中激起的冲击波压力值越高，以应力形式传播爆轰能量就越高。在岩石中可造成较高的应力和变形，有利于改善破碎效果（尤其对于坚韧密实岩石）。但绝不是爆轰压力越高越好，过高的爆轰压力将造成药包周围近区岩石的过度粉碎，而消耗过多的爆破能，以致使近区以外岩石的爆破效果变坏。因此，该值以能免足应力的强度使岩石破坏即可。（5）爆炸压力(PB)由于炸药爆轰反应过程极为短暂，常在岩石破坏过程尚未完成之前即告结束。所以，爆轰压力的作用时

3、间远不如在后来达到某一峰值的爆炸压力作时间长，尤其在较软弱的岩石中。岩石中爆破时，爆炸压力对改善爆破效果显得更为重要。裂隙在较低应力作用下开始出现，然后在较长时间的爆生气体（爆炸压力）作用下裂隙扩展延伸，能量分配合理。图即为岩石爆破压力时间曲线图。岩石爆破压力时间曲线图TT2T1PPHPB2、岩石爆破特性及其效果影响（1）炸药波阻抗同岩石波阻抗的匹配为了改善爆破效果，必须根据岩石的波阻抗值选择炸药品种，使各自的波阻抗值能够很好的相匹配。实验表明：岩石波阻抗与炸药波阻抗越接近，爆炸能联的传播效率就越高，在岩石中引起的应变值就越大。岩土和炸药的波阻抗值为：土壤岩石的波阻抗：2105 25105G/

4、CM2.S硝铵类炸药的波阻抗：4105 7105G/CM2.S所以，炸药波阻抗略低于岩石波阻抗，因此，选用炸药时尽量选高波阻抗炸药。（2）爆破参数与爆破工艺对爆破效果的影响主要影响因素：自由面数目与位置最小抵抗线炮孔密集系数（M=A/W)炮孔超深装药结构炮孔堵塞质量起爆间隔时间起爆药包位置3、爆破岩土工程基本性质路基土石方爆破参数设计计算详细见交通土建工程爆破工程师手册P100至P230。地下工程爆破参数设计计算详细见交通土建工程爆破工程师手册P231至P285。岩石波阻抗岩石波阻抗孔隙率孔隙率容重容重岩石风化程度岩石风化程度密度密度（DENSITY）（BULK DENSITY）（POROUS

5、NESS）（WAVE IMPEDANCE）岩石波阻抗为岩石中纵波波速（C）与岩石密度 的乘积。物理性质（1）岩石基本性质）岩石基本性质4 爆破工程地质爆破工程地质岩石风化程度岩石风化程度A A力学性质B BD岩石的变形特征C岩石的强度特性弹性模量E 泊松比 单轴抗压强度 单轴抗拉强度 抗剪强度 弹性 塑性脆性（ELASTIC MODULUS）（POISSONS RATIO）（2）岩石）岩石中应力波中应力波应力波岩石在急剧变化的载荷作用下，既产生运动，又产生变形。其质点便失去原来的平衡而发生变形和位移，而形成扰动。一个质点扰动必将引起相邻质点的扰动。这种扰动的传播叫做波；同时，变形将引起质点之间

6、的应力和应变，这种应力、应变的变化的传播叫做应力波或应变波。由冲击端面产生的变形 勒夫波瑞利波纵 波横 波波的种类波的种类根据波的传播位置 体积波表面波 在介质内部传播的波只沿介质体的边界面传播的波根据介质质点振动方向波同扰动传播方向垂直 同波的传播方向一致 介质质点沿椭圆形轨迹运动 介质体表面质点在垂直于波的传播方向成水平横向振动 应力波引起的介质变形应力波引起的介质变形应力波引起的介质变形（A）纵波；（B）横波；（C）勒夫波；（D）瑞利波；（E）瑞利波质点运动方向应力波叠加应力波叠加 波的叠加性 当两个扰动同时传到某一点时，那么这点的总状态参量等于两个扰动分别抵达这点的代数和，这便叫波的叠

7、加性。波的叠加性 顺、逆两波遇叠 加,便成为一个合成状态波。应力波反射和透射（应力波反射和透射（1）(A)应力波从交界面垂直入射 时，不产生波的反射。有反射波，也有透射波 入射压缩波全部反射成拉伸波，而没有透射波产生 既有透射压缩波，又有反射拉伸波。时 时 时 时 叠加的结果使交界面处的应力值为入射应力波的两倍，此交界面即为固定端。纵 波 垂 直 入 射 应力波反射和透射（应力波反射和透射（2）(B)应力波向交界面倾斜入射，纵 波 倾 斜 入 射 表面波和地震波表面波和地震波 地震波是质点作周期性振动的弹性波，是质点作谐振动而形成的正弦波。BC瑞利波 勒夫波 地震波 瑞利波是沿自由面传播的表面

8、波。波通过时，自由面上质点在垂直的射线平面内作反向椭圆运动，长轴垂直自由面，短轴平行自由面。勒夫波是在层状岩石中沿层面传播的表面波。其中质点在垂直传播方向的水平横向方向上作剪切形式的振动，没有垂直运动分量。A 与天然地震比较，爆炸地震的特点是：震源能量小，影响范围不大，持续时间短，频率高，其强度、传播方向和持续时间能预计并加以控制。地震波的破坏作用主要绝对于质点振速。爆炸冲击动荷载对岩石的加载作用爆炸冲击动荷载对岩石的加载作用 爆炸冲击动荷载对岩石的加载作用与静载相比，有如下几个特点：1冲击荷载作用下形成的应力场（应力分布及大小）与岩石性质有关；静载则与岩性无关。3 爆炸荷载在传播过程中，具有

9、明显的波动特性，其质点除失去原来的平衡位置而发生变形和位移外，尚在原位不断波动。2 冲击加载是瞬时性的，一般为毫秒级；静载则通常超过10S。（3）岩石）岩石分级分级土壤及岩石分类 岩石可钻性分级 不仅可以确定工程所在的岩石开挖方法、判断岩石爆破的难易程度，而且可以作为计算承包单价、编制投标书的依据。岩石可爆性分级 岩石可钻性是表示钻凿炮孔难易程度的一种岩石坚固性指标。（DRILLABILITY）（BLASTABILITY）岩石可爆性（或称爆破性）表示岩石在炸药爆炸作用下发生破碎的难易程度。它是动载作用下岩石物理力学性质的综合体现。（4）地质）地质条件对爆破的影响条件对爆破的影响在进行具体的爆破

10、设计时，下述设计计算参数的选取与岩性有密切的关系：DCBA爆破安全计算中的不逸出半径、地表破爆破安全计算中的不逸出半径、地表破坏圈范围，以及爆破振动计算中的有关坏圈范围，以及爆破振动计算中的有关系数。系数。各种岩石的爆后松散系数，抛各种岩石的爆后松散系数，抛掷堆积计算的抛距系数和塌散掷堆积计算的抛距系数和塌散系数。系数。单位炸药消耗量的确定单位炸药消耗量的确定炸药品种选择炸药品种选择E进行爆破漏斗及方量计算时采用的压缩圈系数、进行爆破漏斗及方量计算时采用的压缩圈系数、上破裂线系数、预留保护层厚度系数、药包间排上破裂线系数、预留保护层厚度系数、药包间排距系数。距系数。对爆破的影响的有关地质对爆破

11、的影响的有关地质ABC结构面 特殊地质条件地形 （5）爆破）爆破对工程地质条件影响对工程地质条件影响爆破对水文地质条件影响爆破对水文地质条件影响爆破对水文地质条件影响爆破对水文地质条件影响 ABC爆破对保留岩体破坏爆破对保留岩体破坏爆破对保留岩体破坏爆破对保留岩体破坏爆破对边坡稳定性影响爆破对边坡稳定性影响爆破对边坡稳定性影响爆破对边坡稳定性影响5、路堑台阶爆破设计（1）爆破参数炮孔直径（D）路堑台阶爆破的孔径与下列因素有关：台阶高度岩石性质炸药性能钻孔机械类型（2）底盘抵抗线路堑台阶爆破有两种抵抗线：最小抵抗线（W):由装药中心至台阶坡面的最小距离。底盘抵抗线（WD)：第一排炮孔中心至台阶坡

12、底线的水平距离。底盘抵抗线是影响路堑台阶爆破的重要参数，其值选过大，爆破质量不佳，产生根底，后冲增强。其值过小，爆破能量得不到充分利用，效率降低。不仅浪费炸药，而且还增加钻孔工作量。（3）按钻机安全作业要求（见下图）WD=C+H.CTG式中：H台阶高；C安全值（2.53.0M)；坡角（6080）WDHLCWCWDHLWCHWDHLWCL（4）按每孔装药量计算 WD=D.(7.85./M.Q)1/2 (M)式中：D炮孔直径 单位：DM；装药密度KG/DM3；装药系数 0.60.8；M密集系数M=A/W；Q炸药单耗 KG/M3；A炮孔间距 M。炮孔间距（A)、排距（B)、密集系数（M)两炮孔之距为

13、A、两排之距为B、密集系数：M=A/W.孔距与排距一般称为孔网参数；确定孔网参数，通常是以每个炮孔容许装入药量为依据，再计算每个炮孔所负担的爆破体积，最后得出炮孔间距。大块孤石的爆破法钻孔法外敷法聚能穴法抛体堆积情况WRRODCWRRDCRR1ABOWRRDC当N1时，AOD范围内的岩土爆破后可被抛出爆破漏斗之外，该范围内的岩体称为抛体抛体。DOC范围内的岩土在爆破和重力作用下将产生破碎、坍塌，称为坍塌体坍塌体。ABC范围内的岩土体统称为爆落体爆落体。坍塌体的破碎、运动、堆积原理：坍塌体是在爆破作用下产生一定裂隙，当抛体被抛出后，由于重力和振动作用而塌落，大部分或全部坍塌滚落在爆破漏斗之内，堆

14、积规律符合松散体的坍塌堆积规律，堆积角约为32。各参数值为：R1=0.062.(Q./)1/3R=W.(1+N2)1/2R=W.(1+N2)1/2式中：Q药包质量，KG；W最小抵抗线，M；N爆破作用指数；装药密度，T/M3；岩土压缩系数，见下表；岩土的破坏系数。岩土的压缩系数岩土性质黄土松散岩土软岩硬岩坚固性系数 f0.50.60.82.0356值200150502010对于土壤可取：=1+0.04（/10)1/3。对于岩石可取：=1+0.016（/10)1/3。式中：地形坡面角。当药包上部岩土呈平台或山脊地形时上部破裂范围按破裂角确定，破裂角值一般取为5565。对于土壤或N值较大时，取小值，

15、对于硬岩或N值较小时，取大值。RWRR用破裂角确定上破裂范围路堑边坡保护层边坡线保护层MR1BW（5）爆破作用指数N的确定爆破作用指数关系到抛掷程度、破碎范围和质量以及堆积状况，是一个重要的参数。单药包的N值确定法。（按地形及抛掷率选取）平坦地形掘沟爆破可按预期抛掷率E(%)选取：N=0.5+E/55斜坡地形单侧抛掷爆破E=60%,可按地形自然坡角选取。依坡角而定N值坡角/（）1530304545606070n值21.751.751.51.51.251.251.0多面临空地形抛掷爆破时，N=11.25；加强松动爆破时，N=0.70.8；陡壁地形：抛掷爆破时，N=0.81;加强松动爆破时，N=0

16、.650.75.多层多排药包N值的确定。主药包的N值应比辅助药包的N值达0.25；后排药包的N 值应比前排药包的N值达0.25；上、下层同时起爆的药包，上层药包的N值可增大0.1左右；同排同时起爆的N值相同。（6）药包间距的确定合理的药包间距应既能使爆破时两药包间不留岩埂，又能充分利用炸药能量，使岩石得到充分破碎，降低大块。药包间距同爆破类型、地形地质等条件有关，其值可参考下表（表中 W和N应取相邻药包的平均值）：爆破类型地形介质药包间距计算式松动平坦地形，斜坡、台阶土壤岩石a=(0.81.0)wa=(1.01.2)w加强松动，抛掷平坦地形岩石土壤、软岩a=0.5w(1+n)a=wf(n)1/

17、3斜坡地形坚硬岩石软岩土壤a=wf(n)1/3a=n.wa=4n.w/3多面临空土壤、岩石a=(0.80.9).w(1+n2)1/2（7）微差爆破的参数计算根据路堑的开挖和爆破工艺，需采用下列主要的炮孔装药方式和微差爆破方案：纵向顺次微差爆破方案 该方案适用于在山坡地形或平坦地段一次爆成的深度小于4M的路堑。山坡地形12342133平坦地形2（8）横向顺次微差爆破该方案适用于挖掘地面宽度大于10M 的路堑和在意破碎岩石中用短段爆破和全宽度掘进路堑。1234（9）V形微差爆破方案该方案适用宽度小于10M的正面短段爆破全宽度掘进的路堑135791113156、隧道爆破技术（1）隧道掘进爆破是指竖井

18、和水平巷道掘进的爆破技术目前，隧道施工工艺主要有两方法。综合机械化施工方法。凿岩爆破法。目前，方法是坚硬岩石隧道施工的基本方法。若岩石坚固系数F接近或大于6，该法则是唯一经济有效的方法。隧道掘进工作的炮孔布置与起爆顺序。（2）隧道掘进工作面（掌子面）炮孔安其位置分为掏槽孔、辅助孔、周边孔。周边孔又可分为：顶孔、底孔、帮孔。隧道掘进炮孔布置倾斜掏槽三角锥形掏槽圆锥形掏槽楔形掏槽水平楔形掏槽垂直楔形掏槽单向掏槽适用范围：适用于软弱或具有层理、节理、裂隙或软弱夹层的岩石中。类型：顶部掏槽、底部掏槽、侧向掏槽、扇形掏槽。顶部掏槽底部掏槽侧向掏槽扇形掏槽（3）Q确定方法试爆、经验类比、查表（见下表)隧道

19、水平掘进时单位炸药消耗量（KG/M3)（炸药2#岩石）掘进断面/m2岩石普氏坚固系数f23468101214152044668810101212151520201.231.050.890.780.720.660.640.601.771.501.281.121.010.920.900.862.482.151.891.691.511.361.311.262.962.642.332.041.901.781671.623.362.932.592.322.101.971.851.80若选用的炸药不是2#岩石炸药，须乘以修正系数KK=A/B式中：A2#岩石炸药的爆力；B选用炸药的爆力。则改用新炸药的Q值为

20、：Q=K.Q单位炸药消耗量确定后，即可求得每循环使用的炸药消耗总量Q：Q=QSL式中：S掘进断面积，M2；L平均炮孔深度，M；炮孔利用率，一般为：80%95%。Q、Q确定后，可根据各类炮眼不同的爆破作用，合理地按照装药系数分配到每个炮眼里，掏槽眼：0.70.8，辅助眼：0.50.7，周边眼：0.40.6。（4）炮眼直径炮眼直径主要根据药包直径来确定的。一般标准要捐直径为32及35MM,炮眼直径应比药卷直径大47MM，因此炮眼直径为3642MM。（5）炮眼深度影响炮眼深度的主要因素：巷道断面尺寸和掏槽方法、岩性、钻眼设备、劳动组织和循环作业方式等。6、控制爆破技术控制爆破是有效地控制爆破作用范围

21、，降低爆破振动对周围的破坏作用，达到预想的破坏方法。可使爆破地震效应和空气冲击波以及费时作用降低；可增大一次爆破量，减少爆破次数，提高大型设备的利用率；爆下的矿岩块度均匀，大块率低；爆对形状整齐、集中，前、后冲小，有利于下个循环的穿爆作业，提高产装生产率；可提高延米爆破量。（1）挤压爆破 挤压爆破就是在没有足够补偿空间的条件下进行爆破。也就是说，在待爆破的岩体自由面前面，留有已爆落的岩石碎块，使待爆破的岩石在已爆落岩石的覆盖和阻挡条件下进行爆破，这种爆破方法称为挤压爆破或压渣爆破。与有自由面条件下爆破相比，该法可延长爆炸气体作用时间，减少岩石的抛掷，改善岩石的破碎效果。挤压爆破机理：挤压爆破产

22、生的应力波向自由面方向传播，在自由面前留有一定厚度的爆堆，由于松散岩石的波阻抗大于空气波阻抗，反射率降低约20%30%，不利于岩石的充分破碎。（2）预裂、光面预裂爆破预裂、光面爆破是一种使爆破出的新壁面保持平整而不受明显破坏的爆破技术。1、爆破后成型规整，符合设计轮廓，爆后新壁面上留下清晰可见的半孔痕迹，超挖量大为减少。2、节省装运提、回填、支护等工程费用；3、爆后不产生或很少爆震裂隙，新岩面稳定；4、新岩壁平整，通风阻力小，岩面上应力集中现象少。预裂爆破应达到以下质量标准：1、岩体在预裂面上形成贯通裂缝，其地表裂缝宽度不应小于1CM。2、预裂面平整，壁面不平整度小于15CM。3、壁上半孔率在

23、硬岩中不少于80%，软岩不少于50%。4、减震效应，符合预估要求。案例案例在广西南宁市青云街旧城改造项目爆破现场，一栋54M高办公大楼伴着闷响声倒下，而且爆破形成烟雾也在几分钟内被水幕和喷水覆盖。这不仅标志着“广西第一爆”爆破圆满成功，也充分体现了环保要求。2005年11月17日下午3时，一座高84.8M、底部直径68.5M、自身重量4700T的钢筋混凝土庞然大物轰然倒塌，刚才还是高耸云烟的冷却塔转眼间淹没在一片灰白的尘雾中。从起爆到坍塌时间为7秒钟，这座在秦岭南麓陕西省汉中市大唐略阳发电厂冷却塔在奉献了6年后，从人们的视线中永远的消失了。中国矿业大学能源学院原沈阳电力专科学校62M高的办公楼轰然倒下，被辽沈媒体关注的“辽宁第一爆”至此成功完成中国矿业大学能源学院105KG炸药折断宁波150M烟囱中国矿业大学能源学院因烟囱有150M高，而它正前方无障碍物的长度仅130M，定向距离不够，因此爆破方首次使用折叠式定向爆破技术，即先在烟囱30M高的地方凿一个孔放炸药，先起爆该切口，再起爆底部另一切口。THE END