爆破工程张云鹏露天硐室爆破.docx

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爆破工程张云鹏露天硐室爆破

第九章露天硐室爆破

在矿山爆破中，有时需要一次爆破大量的土石方，有时在山上爆破大型设备无法运到山顶，而爆破量又大，需要大量的炸药。

炸药不能装入炮孔中，必须装入专门的硐室或井巷中。

这种以专门的硐室或井巷作为装药室空间的爆破称为露天硐室爆破（或硐室爆破）简称露天大爆破。

硐室爆破由于一次可以装很多的炸药，在一瞬间可以搬动大量的土石方，所以在国民经济各个行业中有着广泛的应用。

例如：

矿山：

露天剥离岩石，筑尾矿坝

水电：

定向筑坝，修水库

公路、铁路：

筑路堤，挖路堑

农业：

搬山造田，移河改道

在冶金矿山中的应用，从1956年开始到1986年，为了加速矿山开发建设，光百吨药量以上的大爆破就有60多次。

其中1971年，在我国西南某露天矿进行了一次硐室爆破，总装药量达10162吨。

1992年12月28日13：

50，广东省珠海市炮台山进行了一次总装药量为11138t的大爆破。

一共分成了33段起爆，延期时间是3.75s，振动持续时间为5s。

平均每一段装药338t。

实际爆破土方量1085×104m3（2712.5×104t，如果是75t自卸汽车，得装36.17万车）。

平均单耗1.03kg/m3，抛掷率为51.36%。

爆区最近点民房（550m）无倒塌。

露天硐室爆破由于其药量非常大，对周围环境的影响范围也很大，所以要进行非常严格的设计，并报公安机关批准。

我们这一章就介绍一下硐室爆破设计的基本原理，要求我们学完后，能够自己搞设计并组织施工。

首先谈一下基本情况。

第一节概述

一、硐室爆破的适用条件

（四点书上都有）

1．露天矿基本建设初期，穿孔机械和动力铲等大型设备尚未到齐，为了缩短基本建设时间，加速资源开发，可采用硐室爆破。

2．山势陡峻，重型设备上山困难，或者山顶狭窄，不便使用大型设备，可使用硐室爆破。

3．因生产急需加速剥离，尽快处理局部地段时，可采用硐室爆破。

4．地形条件适宜，而工期又很紧迫时，可用硐室爆破修筑尾矿坝，挖掘堑沟，平整场地，赶修道路等。

二、硐室爆破的优缺点

1．工期较短，工程进度快。

2．只需小型凿岩设备，而不需大型设备。

3．一次爆破岩石量大，采用加强抛掷爆破时，一次可抛出大量的岩石减少土石方的搬运。

4．地质、地形及气候条件对爆破的影响较小。

5．破碎块度不均匀。

6．爆破震动对环境的影响较大。

是否采用硐室爆破，就要分析具体条件是否符合其适用条件，全面衡量。

三、硐室爆破的分级与分类

硐室爆破一般用于露天，井下用于回收矿柱和采空区充填用的很少。

硐室爆破按一次有药量计，分为A、B、C、D四个等级。

A级：

1000t≤Q≤3000t；

B级：

300t≤Q<1000t；

C级：

50t≤Q<300t；

D级：

0.2t≤Q<5t。

一次用药量大于3000t的硐室爆破应由业务主管部门组织专家论证其必要性，其等级按A级管理。

露天硐室爆破的应用范围很广。

按爆破作用程度和结果不同可分为：

松动爆破，加强松动爆破和抛掷爆破。

抛掷爆破按爆破的目的和要求，分为定向爆破和抛散爆破。

抛掷爆破根据抛掷作用的方向不同又可分为：

单侧抛掷爆破，双侧抛掷爆破，多侧抛掷爆破和上向抛掷爆破等类型。

另外，一次爆破可同时具有多种性能，可一侧抛掷，另一侧松动。

以上谈的硐室爆破的基本情况，下面就重点讲述硐室爆破如何设计。

第二节控制抛掷作用的基本原理

一、控制抛掷方向的基本原理

抛掷爆破，首先应当确定的就是抛掷方向，那么抛掷方向由什么来确定呢？

1．最小抵抗线原理

岩石破碎与抛掷的主导方向是最小抵抗线方向。

根据最小抵抗线原理有以下要求：

（1）要求多个药包向某处集中抛掷，就必须选择凹形地形；反之，若选用凸形地形，岩石就被抛散而不能集中了。

（2）如果地形不利于抛掷，可用辅助药包创造新的自由面，从而确定新的最小抵抗线方向。

2．多向爆破作用控制原理

在多自由面的山头爆破时，最小抵抗线往往不只是一个而是两个或三个。

那么这里的抛掷方向，当然不能沿着一个方向，这时如何来控制它的破碎和抛掷作用呢？

以山脊地形为例，这时只有两个最小抵抗线。

（1）若使岩石沿A、B两侧的抛掷量相等，显然必须使WA=WB。

（2）欲使A方抛掷，B方加强松动，显然应使WA＜WB，定量表示：

其中f（n）=0.4+0.6n3

（3）若使A方抛掷，B方松动

同样 WA

因为松动爆破药量为标准抛掷爆破药量的1/3。

（4）若使A方抛掷，B方岩石不破碎，此时必须满足下式：

 式中：

为爆破漏斗的破裂半径。

上面讲的全是双向爆破作用，根据以上原理亦可推出三向爆破作用控制原理。

根据多向爆破作用原理，就可以根据不同的要求确定药包的位置。

3．群药包共同作用原理

两个并列的等量对称药包同时爆破时，药包之间的岩土一般不发生侧向抛散，只是沿着两药包的最小抵抗线方向抛出，这个原理就是群药包共同作用原理。

如图所示：

这样就有利于控制岩石的抛掷方向，提高抛掷率。

当然从侧面看，还是一排药包，还向两侧抛散。

为了更好地提高抛掷率，就设计成四个药包（如图）。

从图上就可以看出大部分岩石是朝着一个方向抛出的。

对于非等量药包，岩石抛掷方向会发生一定的偏斜。

同时会产生一定的抛散。

但大部分岩石是按着几个药包联合作用所决定的方向抛出的。

群药包作用原理在抛掷爆破中广为应用，如定向抛掷筑坝，一般设计成四个药包，同时起爆。

4．重力作用

在山坡地形（尤其是地形较陡时）一部分岩石被抛掷，而有一部分岩石依靠重力作用，会坍塌。

所以在有些地形条件下，如陡峭的山坡，狭窄的山谷，爆破时；只靠着重力坍塌即可满足要求，而毋需再抛掷，这时只用松动爆破即可，而不用抛掷爆破。

这样就可以减少药量。

实践表明，由于岩石靠重力滚到山谷中，岩石不产生抛散，经济效益显著。

以上讲的是控制抛掷方向的基本原理，要求都要掌握。

二、抛体堆积的基本原理

1．抛体、坍塌体及爆落体的概念

在斜坡地形条件下，埋入岩体内的药包爆炸后，形成这样的形状。

首先，药包爆炸后要产生半径为R1压缩图。

其次，当n≥1时，形成爆破漏斗AO'D这部分岩土被抛出，故称之为抛体。

之后，在爆破及重力作用下，DB'C部分岩石产生破碎与坍塌，这部分岩石就称为坍塌体。

两部分合在一起就称为爆落体。

在爆落体内 W：

最小抵抗线

          AO：

称为下破裂半径R

          CO：

称为上破裂半径R'

压缩圈半径R1，下破裂半径R，上破裂半径R'分别由下式计算。

式中：

Q——药包重量，kg；

Δ——装药密度t/m3

μ——岩土的压缩系数由表9-1中查找。

 实际上是爆破漏斗破裂半径

 （在公式中加了一个β）

其中θ：

地形坡面角

如果药包上部的岩土呈平台或地形较缓时，则上破裂范围应按破裂角来确定。

一般取ϕ0=55°～65°。

土壤或n值较大时，取小值。

土壤或n值较小时，取大值。

2．抛体堆积的基本原理

（1）抛体运行逆从弹道运行规律

对于抛掷爆破而言，抛体沿着最小抵抗线抛出后，一般可以认为是遭从弹道轨迹，即抛物线形。

以为抛体是一个松散体，是由无数小岩块组成，我们不可能求出每一块飞行的轨迹，但我们可以计算抛体质心的运行轨迹。

根据弹道理论，抛体质心的基本方程。

抛距：

或

式中：

v——抛体质心初始速度；

g——重力加速度；

ϕ——抛角；

H——落差；

S——抛距（水平距离）。

由抛距公式可以看出，抛距的大小主要取决于抛速和抛角的大小。

抛体的运动规律很容易得出来，但真正应用于工程实践却很难。

这里面抛角比较好确定，抛速就比较难了，关键是抛速与药量和最小抵抗线。

爆破作用指数n有什么样的关系，就很难确定了。

所以多少年来，爆破设计计算抛距都是采用经验公式。

直到70年代末到80年代初，科学家杨人光提出了单元抛体抛掷堆积规律，才将弹道理论成功地应用于工程实践，突破了经验公式的框框，使理论与实践结合起来。

1979年牡丹江二电厂储灰坝工程，采用单元抛体弹道理论设计法，爆破后达到了设计预计的爆破效果。

（2）抛体堆积规律

这个规律是铁道兵朱忠节提出来的，他认为抛体抛出后，抛体各质点呈三角形分布，落在地上亦是三角形。

多层多排药包可以分成若干个三角形，落在地面上正是这些三角形的叠加合成。

这就是抛体堆积的基本规律，堆积三角形的尺寸，同地形条件，药包位置，布药参数等因素有关。

（3）堆积体与抛体的体积平衡

抛体抛出后，经松散和堆积形成堆积体，所以二者的体积应该相等。

由此可计算出堆积的体积，堆高及抛掷率。

第三节硐室爆破设计的原则和内容

这一节书上没有。

硐室爆破是一项非常复杂的工作，一次用药量很大，对周围环境的影响也很大。

所以不能盲目地进行，必须经过严格设计并经公安机关审查批准。

一、设计所需要的基础资料

硐室爆破的设计一般需要下列基础资料

1．设计任务书或委托书

这是设计的依据。

是经上级机关批准的正式文件。

在这个文件当中要明确以下几点：

爆破地点，爆破性质（为什么要进行这次爆破）和目的，爆区范围，工程量，投资额，技术与进度要求，及其它要求。

2．地形地质资料（一般需要）

（1）1：

500爆区地形图

若爆区范围小或有特殊要求，亦可用1：

200地形图。

（2）采场：

1：

2000或1：

5000矿区地形地质图及剖面图。

在地形地质图上要标注安全范围以内的建筑物或构筑物的位置。

井筒或井下工程的位置等，以及其它设施的位置。

（3）露天矿1：

1000或1：

2000的露天矿采场最终平面图及基建范围图。

（4）爆区的地质勘探报告说明书及附图，明确爆区内是否有断层，浴洞等地质构造，明确爆区内的水文地质资料。

（5）爆区内的气象、地震等有关资料及图件

3．试验和检验资料

炸药性能测试，爆破材料及爆破网路的测试结果。

小型模拟爆破实验资料等。

二、爆破设计的基本要求

1．大爆破设计应根据上级机关批准的任务书和有关的基础资料进行设计。

2．要经济合理，降低材料消耗，提高经济效益。

3．保证安全可靠，保证施工人员的安全，保证爆区范围内的建筑物、构筑物及其它设施的安全。

4．合理地选择爆破参数，对于重要的爆破，爆破参数要通过实验来确定。

三、设计内容

露天硐室爆破一般可分为可行性研究，技术设计和施工图设计三个阶段。

硐室爆破设计应按爆破等级分阶段进行。

《爆破安全规程》（GB6722-2003）中规定：

A级、B级、C级、D级爆破工程均应编制爆破设计书，其他一般爆破应编制爆破说明书。

爆破设计分为可行性研究、技术设计和施工图设计三个阶段。

可行性研究阶段应充分论证爆破方案在技术上的可靠性，在经济上的合理性和在安全上的可靠性。

通过与其他施工方案比较论证爆破方案的优越性，通过两个以上不同爆破方案的比较分析，推荐出最优的爆破方案。

技术设计是提交审核与安全评估的重要文件，在技术设计阶段应将推荐方案充分展开，做到可以按设计文件开始施工的深度。

施工图设计应为施工的正常进行提供详实图纸和安全技术要求，对硐室爆破还应在装药前根据硐室开挖过程中揭示的地质情况和开挖工程验收资料，提出每条导硐装药、填塞、网路敷设的施工分解图。

硐室爆破设计书，由说明书和图纸组成。

大爆破还必须编制施工组织设计，由施工单位根据设计书，施工图及有关规程、标准进行编制。

大爆破设计书应由说明书和图纸组成，爆破设计的主要内容是以设计说明书的形式出现的，说明书主要应阐述以下内容：

1．工程概况与环境技术要求。

写明工程的目的、任务、规模和技术要求等。

对预计的爆破效果作一般概述。

2．爆破区地形、地貌、地质条件。

说明爆区内的自然条件、地形、地貌、工程地质及水文地质情况；

3．设计方案的选择。

写明选择爆破方案的原则，对比个爆破方案的优缺点及技术经济指标，论证所确定方案的合理性。

说明所选择的爆破类型，药包布置方式，绘制药包布