巷道开挖爆破优化设计爆破警戒示意图炮孔布置图网络敷设图巷道断面图装药结构图课程设计.docx

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巷道开挖爆破优化设计（爆破警戒示意图+炮孔布置图+网络敷设图+巷道断面图+装药结构图）-课程设计

巷道开挖爆破优化设计（爆破警戒示意图+炮孔布置图+网络敷设图+巷道断面图+装药结构图）

忙碌了一个多星期终于完成了爆破课程设计，说难也不难，可是自己真的做起来确实觉得到处碰壁，当初拿到题目时，脑子里真的想不出该怎么去做，应该说是无从下手了，于是就想着老师能给我们一些范本，好参照着做，结果也没有拿到，于是自己跑到图书管寻觅着相关资料，好不容易借了3本书，一阵幸喜之后便开始翻阅，从中找到了许多有用的设计资料，就这样不会了从书上慢慢找回需要的知识，在这样的过程中终于做完了我的爆破设计。

做完设计，自己收获很多，收获的不仅是平时没有见过或者很陌生的知识，尤其是通过自己的努力作出的成果的那种乐趣，我的设计题目是《道开挖优化爆破设计》，采用全断面一次爆破，运用光面爆破的方法进行设计。

由于光面爆破能减少超挖，爆破后形成规模，以及爆破后隧道轮廓外的围岩不产生或很少产生爆破裂缝，有效保持了围岩的稳定性等特点，在隧、巷道掘进中，光面爆破已全面推广，并成为一种标准的施工方法。

光面爆破技术的关键是更好准确的确定光爆参数，包括周面眼的布置，最小抵抗线，装药系数，以及不偶合系数的确定，根据确定的参数进行布孔和装药，近而为后来的施工开挖做准备。

通过本次设计我基本上了解到了一些爆破施工设计的方法、步骤以及注意事项。

更重要的是通过这次设计，使我发现了自己以前在学习这门课程中的不足。

爆破工程不是一门只注重理论的课程，事实上，一个好的爆破设计并不是单单靠书本知识就可以做出来的，它实际上是一个指导理论与实践经验的产物。

在爆破过程中，安全问题的重要性随时都体现着。

整个爆破环节中只要是出现一个小小的错误，都可能导致爆破的失败及危险的出现，更有可能造成人员伤亡。

爆破器材的运输、保管以及正常使用更是有着严格的规定。

所以在爆破实际施工过程中，一定要保持严谨、认真的态度，结合以往经验及实际情况进行设计施工。

通过本次设计，我进一步的认识到，实践是检验真理的标准，实践是检验我们所学的理论知识是否完整，是否能真正用得得体的唯一方法，虽然我并没有真正去实践自己的知识，但是通过做设计这样的方法可以让我们去把错乱的知识联系在一起，为以后更好的运用提供条件。

知识永远也没有尽头，就爆破这一方面来说，还有很大一方面需要去改变和突破，以便优化设计方案，为我们今后的物质生活提供更大帮助。

某井巷平峒开挖，其断面形状为三心拱，其宽度约为4米，最大高度约为2.8米，围岩坚固性系数为f=5~8,围岩密度为2.60t/m³,炸药单耗为0.15~0.28kg/t.每次穿爆长度约为3。

0米，则应如何进行爆破设计才能满足要求。

设计内容一、爆破参数设计：

1．审题：

1.1   工程概况：

1.1.1  设计依据：

井巷平峒开挖，断面为三心拱，宽度约4米，最大高度约2.8米.

1.1.2 工程技术要求：

围岩坚固系数f=5~8，围岩密度2.60t/m³，炸药单耗为0.15~0.28kg/t，每次穿爆长度约为3.0米。

1.1.3 技术要求：

断面均匀，大块率小，超挖、欠挖符合规定要求，爆破危害小。

1.2 爆区环境示意图

三芯拱有关参数系数表：

几何形状    参数/

拱弧长拱面积三芯拱 /3 0.3333 0.6920 0.2620 

1.3287 0.2620

井巷断面图：

（单位：

mm）

1.3    爆破方案：

掘进巷道的方法有钻眼爆破法掘进和掘进机掘进两种，而钻眼爆破法掘进占绝大多数，根据巷道围岩性质稳定以及巷道断面高度不超过5米，断面不超过30米²，属于中小型断面巷道，故采用巷道施工常用的钻孔爆破法中的光面爆破法进行此巷道的开挖掘进。

采用光面爆破，巷道围岩会产生很少的炮震裂隙，不会破坏围岩的稳定性，有利于巷道支护和顶板管理。

采用全断面一次爆破，分别装入多段毫秒电雷管或非电塑料导爆管起爆系统起爆（起爆顺序“掏槽孔—辅助孔—崩落孔—周边孔”）的方案。

1.4． 设备选型：

选用凿岩台车同时钻眼，钻眼与装岩平行作业

1.5．穿孔爆破参数（光爆参数）：

1131

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1.5.1炮眼直径  炮眼直径应和药卷直径相适应的，炮眼直径小了装药困难；而过大的炮眼直径，将时标准药卷在炮眼内空隙过大，影响爆破效果。

目前我国普遍采用的药包直径为32mm和35mm两种，现场普遍采用的炮眼直径一般比药包直径大4~6mm。

在这选药包直径为35mm。

则炮眼直径为40mm。

1.5.2炮眼深度  炮眼深度跟炮眼长度不同，它是指炮眼底到工作面的垂直距离。

炮眼深度是决定每次掘进循环进尺的重要因素。

根据我国目前掘进技术装备条件下，采用气腿式凿岩机时，炮眼深度一般为1.3~2.0m，采用凿岩台车时，一般为2.2~3.0m。

综合题目取3.0m为炮眼深度。

当凿岩机紧贴在已开出的轮廓面操作时，凿岩机向上（拱部）或向外墙偏离的角度为4°~5°。

掘进循环进尺的确定：

巷道掘进平巷时，施工主要工序有：

钻眼、装药、连线、通风、出渣和支护。

辅助工序主要有：

定腰线、定中线、浮石、接管线等。

考虑到钻眼设备及围岩稳定对施工的影响和掘进组织作业形成和掘进方式的选择，取每一循环进尺3米。

1.5.3 周边眼间距 周边眼的间距和最小抵抗线是光面爆破的两个重要参数。

根据试验，一般可依岩石情况不同，按下式选择  m=a/

         式中 m——炮眼密集系数，一般取0.8~1.0，岩石坚硬时取大值，较软时取小值。

       a——周边眼距，一般取400~600mm，

        ——最小抵抗线，mm。

1.5.4  最小抵抗线  最小抵抗线即光面层厚度，光面爆破效果的好坏，除受周边眼间距和周边眼装药结构参数的影响外，更主要受最小抵抗线的影响，光面层厚度不仅影响周边眼间裂纹的形成，而且还影响光面层的破碎和开挖后巷道的围岩的稳定。

因此确定合理的光面层厚度，对提高光面爆破效果有积极作用

   光面层厚度可用以下公式来确定=

式中为光面炮眼的装药量；a为炮眼间距；L为炮眼深度；为爆破系数，相当于单位耗药量，对于f=4~10的岩层，值变化范围为0.2~0.5kg/m³，由表及经验表明满足工程需要取周边眼最小抵抗线=0.6m

1.5.5 炮眼密集系数  炮眼密集系数也称炮眼邻近系数，它表达了炮眼间距与最小抵抗线之间的关系即m=a/，是光面爆破参数确定中的一个关键值。

目前在工程施工中，光面层厚度的确定，一般情况下，周边眼间距a与光面层厚度的比值为

      =0.8~1.0时有较好的光爆效果

1.5.6 不偶合系数B  炮眼直径与药包直径的比值称不偶合系数，当不偶合系数B=1时，表示药包与孔壁紧密接触，当B>1时，表示药包与孔壁之间存在着空气间隙。

由表1中可知B=1.5~2.0之间满足本设计要求。

           1.5.7单位炸药消耗量 爆破一立方米原岩所需的炸药重量叫做单位炸药消耗量，通常用q来表示，单位用kg/m3。

由设计题可算得   q=0.39~0.728kg/m3

  根据工程经验取q==0.6573kg/m3

1.5.8  炮孔数目的确定

由于光面爆破的周边眼距小，周边眼装药量少，因此根据这一特点先求出周边眼数目，然后按平均装药量原则计算出其他炮眼数目。

（1） 周边眼数目          

式中B为巷道掘进宽度，m；a为周边眼平均间距，m；为巷道掘进周长，m；可按式=计算，其中S为巷道掘进断面面积；c为断面形状系数，对于拱形巷道c=3.86。

可知=12.24m，由表1取a=0.5m

由此可算得=17.48，这里取=17个

（2） 掏槽眼、辅助眼和底眼数目

 值按一次爆破所需要的总装药量减去周边眼装药量，使剩余的药量平均分配在内来计算。

        式中Q为按定额确定的一茬炮所需的总装药量，kg;,为周边眼每米装药量，，=；q为按定额确定的单位炸药消耗量，；为炮眼利用率；为除周边眼外，每个炮眼内的平均装药量，kg。

        ，其中k为装药系数，当采用直眼掏槽时k=0.6~0.7；为每个药卷的重量，kg；l为每个药卷的长度，m。

为满足当相对间距a/在0.8~1.0之间时有较好的爆破效果，由光爆参数表1取a=0.5m，=0.6m,则=0.6573×0.5×

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0.6=0.2kg，满足周边眼装药集中度在0.2~0.3kg.m的要求。

 =0.165×0.7×3/0.833=0.416kg

       ，取=26个

（3） 工作面炮眼总数N

 +=17+26=43个

1.5.9 炮眼布置

  掘进工作面的炮眼，按其用途和位置可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼三类。

其起爆顺序为先掏槽眼，次辅助眼，最后周边眼。

掏槽眼布置：

根据掏槽眼的方向，可分为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽三种。

            a斜眼掏槽 一般使用于各种岩石条件。

主要有锥形掏槽和楔形掏槽两种。

楔形掏槽在岩巷掘进中使用较多，多数情况下采用垂直楔形掏槽，巷道断面大，岩石坚硬时，掏槽眼数就多些。

但因炮眼倾斜，掏槽眼深度受到巷道宽度的限制，循环进尺也同样受到限制。

            b直眼掏槽 这种掏槽方法的特点是：

所有的掏槽眼都垂直于工作面，各个炮眼之间必须保持平行；炮眼深度不受巷道断面的限制，可用于深孔爆破，同时也便于使用高效凿岩台车打眼。

直眼掏槽的破岩不是以工作面作为主要自由面，而是以空眼作为附加自由面，基本上是利用爆破作用的破碎圈来破碎岩石。

而直掏槽中采用角柱式掏槽，这种掏槽方法形式很多，槽眼的布置多采用对称式，易于掌握，所用雷管段数较少，易于实现全断面一次起爆。

在一般中硬岩层巷道中使用效果很好，故采用较多。

 c混合掏槽 因此方法比较烦琐，本设计不在说明。

根据设计条件及上述综合比较故采用直掏槽中的三角柱掏槽法布置掏槽眼。

掏槽孔分正、副掏槽。

正掏槽为三角柱三空孔，副掏槽为一正六角形，共布置10个孔。

由围岩系数及装药炮孔直径为40m可取装药炮孔距空孔为150mm

周边眼与底眼布置：

        周边眼布置17个孔，周边眼间距为500mm，顶眼间距550mm，底眼和水沟眼布置7个，间距为600mm

辅助眼：

根据已确定并画好的槽眼、周边眼之间的间距，均匀布置辅助眼，以求扩大掏槽获得均匀岩块并为光面爆破创造条件，共布置辅助眼9个。

1.5.10  各炮眼炸药量的分配

  槽眼：

k取0.6，则：

每眼装药卷数=3.1×0.6÷0.165=11卷

       槽眼总装药量=11×10×0.15=16.5kg

      辅助眼：

k值取0.7，则：

 每眼装药卷数=3×0.7÷0.165=12卷

              辅助眼总装药量=12×9×0.15=16.2公斤

      底眼与水沟眼：

k值取0.5，则：

每眼装药卷数=3×0.5÷0.165=9卷

              底眼与水沟眼总装药量=7×9×0.15=9.45公斤

      周边眼：

根据经验，3m深的周边眼，采用单段空气柱装药法，每眼装

三卷炸药即可获得良好效果。

则：

周边眼总装药量=17×3×0.15=7.65公斤

      因此，设计总装药量=16.5+16.2+9.45+7.65=49.8公斤

      设计雷管消耗量为49个，即43个每眼装一个雷管，再加上5段延时雷管和总起爆雷管

1.5.11 炮孔布置图：

二、爆破方式及网络敷设

1．装药结构

1.1装药结构类型：

光面爆破采用不偶合装药，一般不偶合系数为1.5~2.0，炮眼装药按装药集中度计算出的药量均匀装入炮眼内。

为更好地达到光爆效果，周边眼采用导爆管、有2#岩石硝铵炸药（ø35×165×150）改进加工的低密度炸药（ø25×165×107）加竹片绑扎的串状装药结构（空气间隔不偶合装药结构）；其它炮眼采用直径35mm标准药卷连续装药反向起爆结构。

底板眼、掏槽眼炮泥堵塞长度为最小抵抗线。

1.2不偶合系数

由于炮眼直径为40mm，周边孔所用药卷直径为25mm，故可取不偶合系数为1.6。

1.3装药结构图

2．起爆方式的选择

工业炸药现行的起爆方法，主要分为两大类：

非电起爆法和电起爆法。

其中，非电起爆法又可分为火花起爆法、导爆索起爆法和导爆管起爆法等。

 2.1 起爆方法的比较

我国工业炸药现行的起爆方法，主要分为两大类：

非电起爆法和电力起爆法。

其中，非电起爆法又可分为火花起爆法、导爆索起爆法和导爆管起爆法等。

a.火花起爆法

 使用的器材主要是导火索、火雷管和点火材料。

 起爆机理是：

点燃导火索，利用导火索燃烧产生的火焰引爆火雷管，再由雷管的爆炸能引起炸药爆炸。

 优点：

操作简单易行，要求不高，容易掌握，机动灵活，成本低廉。

缺点：

在爆破工作面点火，安全性差；无法在起爆前用仪表检查起爆准备工作的质量，不能精确的控制起爆时间；导火索燃烧是，工作面存在有毒气体。

b.导爆索起爆法

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 导爆索起爆法，是利用一种导爆索爆炸是产生的能量去引爆炸药的一种方法，但导爆索本身需要先用雷管将其引爆。

由于在爆破作业中，从装药、堵塞到联线等施工程序上都没有雷管，而是在一切准备就绪，实施爆破之前才接上起爆雷管，因此，施工的安全性要比其他方法好。

此外，导爆索起爆法还有操作简单，容易掌握，节省雷管，不怕雷管、杂电影响，在炮孔内实施分段装药爆破简单等优点，因而在爆破工程中广泛采用。

缺点：

成本高，噪音大。

c.导爆管起爆法

导爆管起爆法的主体是塑料导爆管。

起爆网路由激发元件、传爆元件、连接元件和起爆元件所组成。

起爆原理：

主导管被击发产生冲击波，引爆传爆雷管，再击发支导爆管产生冲击波，最后引爆起爆雷管，起爆炮孔内的装药。

优点：

操作简单轻便，使用安全、准确、可靠；能抗杂散电流、静电和雷电；原料是塑料，金属和棉纱的用量少，导爆管运输安全。

缺点：

不能用仪表检测网路联结质量，爆炸是产生冲击波，不适用有瓦斯或矿尘爆炸危险的矿山。

d.电力起爆法

 电力起爆法是利用电雷管通电后起爆产生的爆炸能力引爆炸药的方法。

其有许多其他起爆法所不及的优点：

（1）在准备到整个施工过程中，从挑选雷管到联接起爆网路等所有工序，都能用仪表进行检测，并能按设计计算数据，从而保证了爆破的可靠性和准确性。

（2）能在安全隐蔽的地点远距离起爆药包群，使爆破工作在安全条件下顺利进行；

（3）准确的控制起爆时间和药包群之间的爆炸顺序，因而可保证良好的爆破效果；

（4）可同时起爆大量雷管等。

缺点：

（1）普通电雷管不具备抗杂散电流和抗静电的能力，在有杂散电流的地点或露天爆破与有雷电时，危险性较大；

（2）准备工作量大，操作复杂，作业时间较长；

（3）电爆网路的设计计算、敷设、联结要求较高，操作人员必须要有一定的技术水平；

（4）需要可靠的电源和必要的仪表设备等。

2.2 起爆方法的选择

由于缺少仪表设备，操作人员技术水平不够高，所以不用电力起爆法。

导火索起爆成本太高，火花起爆不安全，所以选择导爆管起爆法。

3． 炸药和雷管

根据生产条件，结合生产成本，以及各种炸药的适用条件、技术规格，同时选取非电延期雷管和非电瞬发雷管引爆。

为保证围岩的稳定性，周边眼采用低密度炸药，其规格为ø25×165×107（长度为165mm重107g，由ø35×165×150加工而来），其余炮眼采用2#岩石硝铵炸药，ø35×165×150规格。

采用延期时间为100ms的段发雷管。

4.爆破图表的编制：

  根据表2-1，2-2，2-3所列项目，将本设计已知条件填入下表。

            表2-1爆破原始条件

序号 名称 单位 数量

1 掘进断面 m2 10.0592

2 岩石硬度系数  5~8

3 炮眼深度 m 3.0

4 炮眼个数 个 43

5 2号岩石硝铵炸药  

6 雷管  49

7 总装药量 kg 49.8

表2-2炮眼排列及装药量

眼号 炮眼名称 炮眼深度（米） 炮眼长度（米） 装药量 倾角 爆破顺序 联线方式

    卷/眼 小计 水平 垂直  

1~10 掏槽眼 3.1 3.1 11 110  90° 1 串

并联

11~19 辅助眼 3.0 3.0 12 108  90° 2 

20~27 帮眼 3.0 3.0 3 51  90° 3 

28~36 顶眼 3.0 3.0    90°  

37~42 底眼 3.0 3.0 9 63  90° 4 

43 水沟眼 3.0 3.0    90°  

总计  18.1  332 

 表2-3预期爆破效果

名称 单位 数量 名称 单位 数量

炮眼利用率 % 95 每米巷道炸药消耗量 kg/m 16.6

每循环工作面进尺 m 3.0 每循环炮眼总长度 m/循环 130

每循环爆实体岩石 m3 30.1776 每m3岩石雷管消耗量 个/m3 1.624

炸药消耗量 kg/m3 0.6573 每米巷道雷管消耗量 个/米 16.3

5.可绘出网络敷设图：

（附）

三、爆破效果预测：

1．预测爆破效果

1.1爆破块度的预测

爆破块度是指爆破后矿岩碎块的几何尺度，几何尺度是指块体两端间的最大线性尺寸、等效直径或等效体积。

一次爆破堆的块度，常用块度分布来描绘。

1.1.1块度估算方法

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（1）V.M.Kuznetsov表达式   （公式1.1）

 其中:

   --------爆破块度中50%能通过的筛目尺寸；

 ---------每个炮孔爆破岩石的体积（m）

A--------岩石系数，取值参照表3-1；

      Q--------所用炸药的能量的TNT当量（）；

                     表3-1岩石系数取值

岩石类型 中等岩石 有裂隙硬岩 无裂隙硬岩

A 7 10 13

（2）C.Cunninghum表达式   （公式1.2）

    其中：

    --------爆破块度中50%能通过的筛目尺寸；

 e---------炸药的相对重量威力，取铵油炸药为100；

A--------岩石系数，取值参照表3.1；

      Q0--------炮孔的装药量；

   1.1.2估算结果计算  

（1）根据V.M.Kuznetsov表达式

         = =12.3cm

（2）根据C.Cunninghum表达式

        ==11.2cm

     以上其他参数的取值是参照网上权威资料所取得。

 根据以上的计算可以以几何平据数方法来预测出爆破块度中50%能通过的筛目尺寸为：

 = cm

1.2 预测安全距离

1.2.1地震波安全距离计算

  由于爆破时会产生强烈的地震效应。

判定爆破地震对地面建筑物和构造物的影响，可用质点震动的位移、速度和加速度等指标，其中以震动速度用的最多。

根据经验总结，其安全距离可由以下公式得：

               R=（K/V）Q                        （公式1.3）

V------表示质点的振动速度，cm/s；

Q------同段起爆的最大装药量，kg；

R------爆源至测点之间的距离，m；

 -----同地质条件有关的地震波衰减系数；

K------同岩石性质，爆破方法等因数有关的系数，一般取50-200，岩石松软时取大值。

以上参数K、的取值可参照表3-2：

                表3-2爆区不同岩性的K、值

岩 性 坚硬岩石 中硬岩石 软岩石

K 50~150 150~250 250~350

1.3~1.5 1.5~1.8 1.8~2.0

结合爆区的岩石岩性，参照表根据表3.2，K=100， =1.5，又同段起爆的最大炸药量Q1=16.5kg，查阅《爆破安全规范》，取V=2.0，则：

R=（K/V）Q =（100/2.0）16.5=13.75×2.5458=35m

满足设计资料提供的条件。

1.2.2 空气冲击波的安全距离计算

查阅参考资料，爆破时空气冲击波的安全距离可按以下公式计算:

              （公式1.4）

R-----空气冲击波的安全距离，m；

 ------经验系数；

 ------指数。

 ------爆破超压，根据安全规范，本设计中对人员取0.02Pa，对周围物体取0.04。

 的取值可参照表3-3。

表3-3   的取值

  爆破类型

参数 一般阶梯爆破 炮孔法爆破大块

1.48 0.67

    结合公式1.4，参照表3-3，计算

对于一般建筑物：

 =8.9812.5458=23m

对人员：

=16.052.5458=41m

   都满足设计要求。

 1.2.3、确定最终爆破安全距离

根据1.2.1、1.2.2的计算，

地震波安全距离R=35m

空气冲击波的安全距离

对于一般建筑物：

R=21m

对人员：

R=41m

为了保证足够的安全，最终预测爆破安全距离R=41m。

四、施工与安全组织：

1钻孔要求与验收:

钻孔要求：

（a）钻孔应按照爆破设计图进行；（b）钻孔和开孔不要打成喇叭状孔口；（c）钻凿过程中发现岩石破碎容易塌孔时，可以用加泥浆的方法固结孔壁，封住裂缝；（d）钻孔是要随时将孔口岩渣清楚干净，如果不能清楚则适当加大超深；（e）钻孔误差不大于孔深的1%；（f）钻孔完毕后，用专制孔盖将孔口封好，防止泥土或岩粉冲入孔内。

爆破装药前检查孔壁碎石是否塌落堵孔，孔内有无积水，有则应排出积水；钻孔深度、孔距、底部抵抗线等参数是否符合设计误差范围。

对不符合的参数应采取相应的补救措施。

2 起爆网络的注意事项:

联线应按爆破说明书规定的联线方式把雷管线脚线与脚线、脚线与连接线或端线、端线与母线连好接通，为放炮作好准备。

联线时，脚线的连接工作可由经过专门训练的班、组长协助放炮员进行.检查线路和通电工作，只准放炮员一个人操作。

与联线无关的人员都要撤离到安全地点。

联线操作人员应把手上的药粉、泥、油洗干净，以免增加接头电阻和影响接头导通。

然后把炮眼中引出的雷管脚线解开，并把接头刮净，按一定顺序从一端开始向另一端进行扭结，如果脚线不够长，可用规格相同的旧脚线做连接线，连线接头要用对头联结，不要顺向联结，也不能留有须头。

当炮眼长度大于脚线长度时，必须接长脚线，这时要注意使两根脚线的接头错开，并用胶布包好，防止脚线短路和漏电，联线接头必须扭紧，不能虚接，并要悬空，不得与任何物体相碰。

雷管间全部联好后，再与端线联结起来，端线要先挽结起来。

待工作面作过放炮前的瓦斯检查后，决定放炮时，必须在放炮母线接电源方面的那头仍扭结在一起的情况下，并验明母线却无电流后，方可将端线与母线联结起来。

3 现场装填准备工作

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