爆破工程设计指导书

爆破工程设计指导书资源与环境工程学院采矿工程系爆破工程设计是矿山工程中的一项经常性的技术工作，是采矿工程师必须掌握的一项基本技能。爆破工程技术在矿山的应用主要为三个方面，1.矿山各种井巷工程的掘进爆破，2.地下矿采矿爆破，包括浅眼爆破和中深孔爆破，3.露天矿台阶爆破。每一个方面的应用都应该编制相应的工程设计，设计文件主要包括设计图纸和设计说明书两部分。设计中涉及到全部爆破工程理论及技术，设计内容包括工程对象的分析，爆破方法如普通爆破方法、控制爆破方法等的选择，凿岩爆破机具、器材的选用，爆破参数的计算确定，爆破安全措施的制定，爆破施工工艺的安排，爆破效果的评价，爆破成本费用的核算，以及设计图表绘制和设计说明书的编写。爆破工程设计如果投入实际使用，还应有详细的技术交底。一、井巷工程的掘进爆破设计1.所需的原始资料设计所依据有关规程规范和技术标准；井巷工程的名称用途，断面形状，规格尺寸，所处岩体的工程地质情况、岩性、密度、孔隙率、坚固性系数，涌水量；与相邻井巷、采场的相对位置关系。针对这些原始资料，从爆破工程角度做出深入分析。2.凿岩机具和爆破器材的选用选择凿岩机型号，列出凿岩机工作参数，以及钻头直径、钻杆长度。炸药品种及其基本性能；起爆材料，如雷管品种、导爆管、导爆索等。3.爆破参数的计算在选定爆破方法的基础上确定爆破参数。爆破方法是指，在掘进爆破时是使用普通爆破还是光面爆破、预裂爆破。爆破参数包括：（1）炮眼直径：炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、炮眼数目、单位炸药消耗量、爆落岩石的块度和井巷轮廓的平整性。炮眼直径增加，意味着药卷直径加大，有利于提高爆炸反应的稳定性、增加爆速。但是炮眼直径过大，不仅使钻眼速度下降，而且因炮眼数目减少影响炸药的均匀分布，使岩石的破碎质量变差，出现超挖欠挖。我国地下矿山井巷掘进中，一般采用36～43mm的炮眼直径，在小断面巷道（S≤4m2）掘进中，采用25～30mm小直径炮眼，配合使用轻型高频凿岩机、压气装药和高威力炸药，也可获得良好的爆破效果。采用光面爆破时，有的矿山使用过25～30mm小直径炮眼配合小直径药卷，爆破效果良好。（2）炮眼深度：炮眼深度是指炮眼底到工作面的垂直距离，而沿炮眼方向的实际深度叫炮眼长度。炮眼深度的大小，不仅影响着每个掘进工序的工作量和完成各工序的时间，而且影响爆破效果和掘进速度。它是决定每班掘进循环次数的主要因素。为了实现快速掘进，在提高机械化程度、改进掘进技术和改善施工组织的前提下，应力求加大眼深并增多循环次数。根据我国快速掘进的经验，采用深眼多循环，能使工时得到充分利用，增加凿岩和装岩时间，减少装药、爆破、通风和准备工作的时间。但是，眼深和循环次数又是矛盾的两个方面，必须正确分析和处理，随着掘进机械化程度的提高和掘进技术的改进，当达到一定循环指标后，适当地控制循环次数，逐步增加眼深是适宜的。但巷道断面愈小，随着眼深增加，爆破受到的岩石夹制作用更大。目前，在我国巷道掘进中眼深以1.5～2.5m用得最多。随着新型高效率凿岩机和先进的装运设备的出现，以及爆破器材质量的提高，在中等断面以上的巷道掘进中，采用凿岩台车凿岩，将眼深增至3～3.5m，这在技术经济上是合理的。在竖井掘进中，若井筒直径为Dm，根据经验，炮眼深度可按以下关系选取:L=（0.3～0.5）D4.掏槽方式的选择掏槽眼是指掏槽过程中所形成的各种型式的炮眼，布置于掘进工作面中心偏低位置（根据设计而定），掏槽眼最先起爆，以便将中心岩石抛掷出来，为其它炮眼增加爆破自由面。掏槽眼深度应比辅助眼、周边眼深100～150mm，其装药量比辅助眼加大15％～20％。它对整个掘进爆破效率将起决定性作用。掏槽方式分为三类：分别为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。斜眼掏槽主要包括单向掏槽、锥形掏槽、楔形掏槽和扇形掏槽。其特点是在各种岩层中均能获得较好的掏槽效果；所需炮眼数目较少，单位耗药量少；炮眼位置和倾角的精度对掏槽效果的影响较小。但钻眼方向难以掌握，炮眼深度受巷道断面的限制，岩石的抛掷距离较大，爆堆分散，易损坏设备和支护。直眼掏槽包括缝隙掏槽或龟裂掏槽、角柱状（筒形）掏槽、螺旋掏槽及双螺旋掏槽等。其特点是所有掏槽眼都垂直于工作面布置，有利于多台钻机同时作业和机械化作业；炮眼深度不受巷道断面限制，可实现中深孔爆破；能取得较高的炮眼利用率；岩石抛掷距离较近，爆堆集中，不易破坏井壁和巷道内设备、支护结构。但需要较多炮眼和炸药消耗量较高；对炮眼的间距和平行度要求也高。5.炮眼数目合理的炮眼数目应当保证有较高的爆破效率（炮眼利用率不小于85~90%）、爆下的岩块、爆破后的巷道轮廓均能符合施工和设计要求。其数目确定的是否合理将直接影响钻眼的时间和钻眼工作量，也影响着爆破效果。确定炮眼数目的方法有多种，其中一种方法是按一个循环的总装药量平均装入所有炮眼的原则进行估算，作为实际排列炮眼的参考。一个掘进循环所需总的装药量为此总的装药量按照一定的炮眼装药系数，平均装入工作面的所有炮眼中去，那么总的装药量又可写成以上两式相等，故得总炮眼数为式中N—炮眼总数，个；q—单位炸药消耗量，kg／m3；S—巷道掘进断面积，m2；L—炮眼平均深度，m；η—炮眼利用率；a—炮眼的平均装药系数，一般取0.5~0.7；m—每个药卷的长度，m；LSqQmPaLNQpamSqNP—每个药卷的质量，kg。6.炮眼布置的方法和原则除合理选择掏槽方式和爆破参数外，还需合理布置炮眼，以取得理想的爆破效果。炮眼的布置方法和原则如下：（1）工作面上各类炮眼布置是“抓两头，带中间”。即是先选择掏槽方式和掏槽眼位置，其次是布置好周边眼，最后根据断面大小布置辅助眼。（2）掏槽眼通常布置在断面的中央偏下，并考虑使辅助眼的布置较为均匀和减少崩坏支架及其它设施的可能，（3）周边眼一般布置在巷道断面轮廓线上。光面爆破技术已很成熟，因此，顶眼和帮眼按光面爆破的要求布置，各炮眼相互平行，眼底落在同一平面上。光面爆破周边眼间距与其最小抵抗线存在着一定的比例关系，即式中，K为炮眼密集系数，一般为0.6~1.0，岩石坚硬时取大值，较软时取小值；E为周边眼间距，一般取400~600mm，W为最小抵抗线。（4）辅助眼均匀的布置在掏槽眼和周边眼之间，以掏槽眼形成的槽腔为自由面层层布置。其眼距一般为500~700mm，炮眼方向一般垂直于工作面，装药系数（装药长度与炮眼长度之比）一般为0.45~0.60，如采用光面爆破，则紧邻周边眼的辅助眼要为周边眼创造一个理想的光面层（光面层厚度要比较均匀，且等于周边眼的最小抵抗线）。（5）底眼负责控制标高。底眼眼口位置应比巷道底板高出150mm，以利钻眼和防止灌水，但眼底应低于底板标高100～200mm，以免巷道底板欠挖。底眼眼距一般为500～700mm，装药系数一般为0.5～0.7。有时为了给钻眼与装岩同时作业创造条件，需采用抛渣爆破，则将底眼眼距缩小为400mm左右，眼深增加200mm左右，每个底眼增加1～2个药卷。水沟的炮眼应与其它炮眼同时钻眼与爆破。7.单位炸药消耗量影响炸药单位消耗量的主要因素有以下儿点：①炸药性能②岩石的物理力学性质③自由面的大小和数目除以上因素外，还有炮眼直径和炮眼深度等。炸药单耗的大小对爆破效果、凿岩和装岩土作量、炮眼利用率、巷道轮廓的平整性和围岩的稳定性都有较大的影响。炸药单耗偏低时，则可能使巷道断面达不到设计要求，岩石破碎不均匀，甚至崩落不下来。当炸药单耗偏高时，不仅会增加炸药的用量，而且可能造成巷道超挖、降低围岩的稳定性，甚至还会损坏支架和设备。由于影响因素很多，目前还没有精确计算炸药消耗量的方法。设计中可以从教材或爆破工程设计手册给出的岩巷掘进炸药消耗量定额表中选取。8.装药结构装药在炮眼内的安置方式称为装药结构，它是影响爆破效果的重要因素。最WEK常采用的装药结构形式有：耦合装药：药包直径与炮孔直径相同，药包与孔壁之间不留间隙。不耦合装药：药包直径小于炮孔直径，药包与孔壁之间留有间隙。连续装药：炸药在炮孔内连续装填，不留间隔。间隔装药：炸药在炮孔内分段装填，炸药之间由炮泥、木垫或空气柱隔开。装药结构还应反映起爆药包在炮眼中所处位置是正向起爆还是反向起爆，以及炮眼的堵塞长度。9.掘进爆破设计说明书爆破说明书和爆破图表是井巷施工组织设计中的一个重要组成部分，是指导、检查和总结爆破工作的技术文件。编制爆破说明书和爆破图表时，应根据岩石性质、地质条件、设备能力和施工队伍的技术水平等，合理选择爆破参数，尽量采用先进的爆破技术。爆破说明书的主要内容包括：（1）爆破工程的原始资料。包括井巷名称、用途、位置、断面形状和尺寸，穿过岩层的性质、地质条件及涌水情况等。（2）选用的钻眼爆破器材。包括凿岩机具的型号和性能，炸药、雷管的品种。（3）爆破参数的计算。包括掏槽方式和掏槽爆破参数，光面爆破参数，辅助眼的爆破参数。（4）爆破网路的计算和设计。（5）爆破安全措施。根据爆破说明书绘出爆破图表。在爆破图表中应有炮眼布置图和装药结构图；炮眼布置参数和装药参数的表格；以及预期的爆破效果和经济指标。说明书中包括的图表有（1）爆破原始条件表序号项目单位参数1井巷断面积m22断面规格（宽×高）m3岩石坚固性系数f4岩石密度kg/m35工作面涌水量m3/h6循环进度m7炮眼深度m8炮眼个数个9炸药雷管类型10凿岩机型号（2）装药量及起爆顺序表炮眼编号名称眼深装药量角度°爆破顺序联线方式眼数kg/眼小计kg合计（3）炮眼布置图（如下图示例）（4）预期爆破效果表序号名称单位指标1炮眼利用率2工作面循环进度3每循环爆破量4循环炮眼总长度5炸药消耗量6每立方米雷管消耗量7每米巷道消耗雷管8每米巷道消耗炸药量二、地下矿中深孔崩矿爆破设计1.设计的目的和要求井下中深孔采矿爆破设计是回采工艺中的重要环节，它直接影响崩矿质量，作业安全、回采成本、损失贫化和材料消耗等。合理的深孔设计应是（1）炮孔能有效地控制矿体边界，尽可能使回采过程中矿石损失贫化最少；（2）炮孔布置均匀，有合理的密度和深度，使爆下矿石的大块率最低；（3）炮孔的有效率和实现率要高；（4）材料消耗少，技术经济指标合理；（5）施工方便，作业安全。2.设计所需的基础资料采矿方法设计图，图中应标有凿岩巷道或硐室在空间的相对位置、规格尺寸、补偿空间的大小和位置，以及矿体边界线，简单的地质说明、原拟定的爆破顺序和相邻采场的情况；矿石密度、松散系数、坚固性系数；矿体含水情况。3.布孔设计的基本内容目前，国内矿山的具体做法虽不完全一致，但其基本要求是相同的。布孔设计一般应包括下列内容（1）平行深孔与扇形深孔扇形深孔具有凿岩巷道掘进量少，深孔布置灵活，设备移动次数少（打完一层才移动一次），故应用极广。但存在块度不均，深孔利用率低的缺点。平行深孔使用较少。（2）水平、向上和向下深孔主要由采矿方法而定。①阶段强制崩落法用水平扇形孔；②无底柱采矿法中多用上向扇形孔；③下向孔用的较少，因排粉困难，（天井掘进中用向下，因掘进的需要）最近VCR法、高风压潜孔、牙轮大孔中多用下向。爆破方案的确定。爆破方案主要决定于采矿方法的结构、炮孔的布置、采场位置及地质构造等。方案主要内容包括爆破规模、起爆方法（含网路）、起爆顺序和雷管段别的安排等。爆破规模与爆破范围是密切相关的。一次爆破范围是一个采场，还是几个采场；或者一个采场分几次爆破，这些直接影响着爆破规模的大小。但这部分内容在采场单体设计时一般己初步确定，爆破设计的任务则是根据变化了的情况进行修改和作详细的施工设计。爆破规模，对于每个矿山都有满足产量的合适范围，一般情况下不会随便改变。只有在增加产量、地质构造变化或控制地压的需要等，才扩大爆破规模或缩小爆破范围。在正常情况下，一般爆破范围以一个采场为一次爆破的较多。4.爆破参数的确定深孔崩矿的爆破参数包括孔径、孔深、最小抵抗线、孔间距和单位炸药消耗量。（1）炮孔直径的大小，对凿岩劳动生产率和爆破效果的影响较大，而矿石的性质、凿岩设备和工具、炸药的威力等因素又影响着炮孔直径的大小。我国矿山，采用接杆凿岩时，孔径主要决定于钻杆