深孔爆破课件.

深孔爆破(long-holeblasting)技术在改善破碎质量、维护边坡稳定、提高装运效率和经济效益等方面有极大的优越性，随着深孔钻机等机械设备的不断改进发展，在铁路和公路路堑、矿山露天开采工程、水电闸坝的基坑开挖工程中，深孔爆破技术得到广泛的应用，深孔爆破技术在石方爆破工程中占有越来越重要的地位。第六章深孔爆破第一节深孔爆破基本概念所谓深孔通常是指孔径大于75mm、深度在5m以上并采用深孔钻机钻成的炮孔。深孔爆破是指在事先修好的台阶(梯段)上进行钻孔作业，并在钻好的深孔中装入延长药包进行爆破。深孔爆破破碎质量好，破碎块度符合工程要求，基本上无不合规格的大块，无根底，爆堆集中且具有一定的松散度，满足铲装设备装载的要求。同时提高延米爆破量，降低炸药单耗，并在改善破碎质量的前提下，使钻孔、装载、运输和破碎等后续工序发挥高效率，并使工程的综合成本达到最低。深孔爆破的炸药比较均匀地分散在岩体中，用药量比较容易控制，与其它爆破方法相比，深孔爆破的优越性主要表现在石方的机械化施工和安全性两个方面。深孔爆破除了本身机械化程度较高，解决了其它爆破技术主要依靠人工或机械化程度不高的缺陷外，还能提供适合于机械挖运的破碎岩堆的块度、大小、形状，及满足挖运进度要求的一次爆落方量；在安全性方面，深孔爆破属露天开挖，装药部位与所爆岩体的位置关系很容易搞清楚和取得数据，加上每次爆破量比硐室爆破要小，爆破时振动强度、飞石距离、空气冲击波强度和破坏范围小且容易控制。一、台阶要素深孔爆破通常是在一个事先修好的台阶上进行钻孔作业，这个台阶也称作梯段。所以台阶深孔爆破也称作梯段深孔爆破。深孔爆破的孔网参数表示钻孔在台阶中的位置，如图6-1（a）所示。台阶要素bBHLlL2WW1hLa图6-1台阶要素及钻孔形式示意图1-堵塞；2-炸药hL2a垂直钻孔倾斜钻孔图中H为台阶高度（m），W1为前排钻孔底盘抵抗线（m），h为超深（或超钻）深度（m），L为钻孔深度（m），l1为堵塞长度（m），l2为装药长度（m），α为台阶坡面角（度），b为排距（m），c为台阶上部边线至前排孔口的距离（m），a为钻孔间距（m），为达到良好的爆破效果，必须正确确定台阶要素的各项参数。二、钻孔形式钻孔一般分为垂直钻孔和倾斜钻孔两种形式,如图6-1所示。垂直钻孔和倾斜钻孔的优缺点比较如表6-1所示。从表中可以看出，倾斜钻孔在爆破效果方面较垂直钻孔有较多的优点，但在钻凿过程中的操作比较复杂，在相同台阶高度情况下倾斜钻孔比垂直钻孔要长，而且装药时易堵孔，给装药工作带来一定的困难。在实际工程中，垂直钻孔的应用较倾斜钻孔要广泛得多。施工人员正在进行钻孔钻孔形式优点缺点垂直钻孔1.适用于各种地质条件的钻孔爆破2.钻垂直深孔的操作技术比倾斜孔简单3.钻孔速度比较快1.爆破后大块率比较高，常留有根底2.台阶顶部经常发生裂缝，台阶面稳固性比较差倾斜钻孔1.抵抗线比较小且均匀，爆破破碎的岩石不易产生大块和残根2.易于控制爆堆的高度和宽度，有利于提高采装效率3.易于保持台阶坡面角和坡面的平整，减少凸悬部分和裂缝4.钻孔设备与台阶坡顶线之间的距离较大，人员与设备比较安全1.钻凿倾斜深孔的技术操作比较复杂2.钻孔长度比垂直钻孔长3.装药过程中容易发生堵孔表6-1垂直钻孔与倾斜钻孔比较三、布孔方式布孔方式有单排布孔（一字形布孔）及多排布孔两种，多排布孔又分为方形、三角形（或梅花形）三种，如图6-2所示。从能量均匀分布的观点看，以等边三角形布孔最为理想，方形或矩形多用于挖沟爆破。在相同条件下，与多排孔爆破相比较，单排孔爆破能取得较高的技术经济指标。图6-2深孔布置图一字形；三角形；方格形；梅花形abcda单排布孔b矩形布孔c交错布孔d方形布孔炮孔平面布置第二节设计计算为了达到良好的深孔爆破效果，必须合理确定台阶高度、网孔参数、装药结构、装填长度、起爆方法、起爆顺序和炸药的单位消耗量等参数。在以上参数设计合理的情况下，可以达到技术经济的合理性，从而达到高效、经济的目的。一、钻孔孔径的选择在钻孔机械确定后，一般钻孔孔径的选择余地不大。如目前使用较多的进口液压钻，采用Φ38的钻杆，使用的钻头直径为3英寸（76mm）和3.5英寸（89mm）两种，但对Φ38的钻杆，用3英寸的钻头凿进能发挥钻机的最大效率。从爆破经济效果和装药施工来说，无疑钻头直径越大越好，每米孔爆破方量按钻孔直径增加值的平方增加，孔径越大，装药越方便，越不易发生堵孔现象。而对爆破效果来讲，无疑孔径小，炸药在岩体中分布更均匀，效果更好。所以在强风化或中风化的岩石以及覆盖层剥离时可采用大钻头（钻头直径100～165mm），而在中硬和坚硬岩石中钻孔以小钻头（钻头直径75～100mm）为宜。二、台阶高度的确定台阶高度是深孔爆破的重要技术参数之一，其选取合理与否，直接影响到爆破的效果和碎石装运效率以及挖掘机械的安全。因此，确定台阶高度必须满足下列要求：1．给机械设备（挖掘机、自卸车等）创造高效率的工作条件；2．保证辅助工作量最小；3．能否达到最好的技术经济指标；4．满足安全工作的要求。从国内外资料看，普遍认为台阶高度不宜过高。在采矿部门取10～15m为宜；在铁路施工中，根据施工特点和采用钻机及挖掘机械的技术水平，一般取8～12m较为合适。台阶高度还与钻孔孔径有着密切的联系，不同钻孔孔径有不同的台阶高度适用范围。台阶高度过小，爆落方量少，钻孔成本高；台阶高度过大，不仅钻孔困难，而且爆破后堆积过高，对挖掘机安全作业不利。台阶的坡面角最好在60°～75°之间。若岩石坚硬，采取单排爆破或多排分段起爆时，坡面角可大一些。如果岩石松软，多炮孔同时起爆，坡面角宜缓一些，坡面角太大（α＞75°）或上部岩石坚硬，爆破后容易出现大块；坡面角太小或下部岩石坚硬，易留根坎。目前，随着钻机等施工机械的发展，国内外已有向高台阶发展的趋势。三、底盘抵抗线的确定底盘抵抗线是指由第一排装药孔中心到台阶坡脚的最短距离。在露天深孔爆破中，为避免残留根底和克服底盘的最大阻力，一般采用底盘抵抗线代替最小抵抗线，底盘抵抗线是影响深孔爆破效果的重要参数。过大的底盘抵抗线，会造成残留根底多、大块率高、冲击作用大；过小则不仅浪费炸药，增大钻孔工作量，而且岩块易抛散和产生飞石、震动、噪声等有害效应。底盘抵抗线同炸药威力、岩石可爆性、岩石破碎要求、钻孔直径和台阶高度以及坡面角等因素有关。这些因素及其相互影响程度的复杂性，很难用一个数学公式表示，需依据具体条件，通过工程类比计算，在实践中不断调整底盘抵抗线，以便达到最佳的爆破效果。1．根据钻孔作业安全条件确定（6-1）式中W1——底盘抵抗线，m;H——台阶高度，m；α——台阶坡面角，一般为60°～75°；c——从深孔中心到坡顶边线的安全距离，c≥2.5～3m。cHctgW12、按照体积法（即药包重量与爆落岩石成正比）反推计算式中：d——炮孔直径，dm；Δ——装药密度，kg/dm3；τ——装药长度系数，当H＜10m时，τ＝0.6；当H＝10～15m时，τ＝0.5；H=15～20m时，τ＝0.4；H20m时，τ＝0.35；HqmLdW85.71q——单位耗药量，kg/m3；m——炮孔密集系数，一般m＝0.8～1.2（当岩石坚固系数f高，要求爆下的块度小，台阶高度愈小时，可取较小m值，反之可取较大m值）。L——钻孔深度，m。3、按台阶高度确定：岩石坚硬，系数取小值，反之，系数取大值。4、按钻孔直径确定：k——日本取k=40,国内铁路上建议取k=32～38;d——孔径，mm。HW)9.0~6.0(1kdW1四、孔距与排距孔距a是指同排的相邻两个炮孔中心线间的距离；排距b是指多排孔爆破时，相邻两排炮孔间的距离。两者确定的合理与否，均对爆破效果产生重要的影响。炮孔密集系数m是指炮孔间距a与抵抗线W的比值，即m=a/W。当W1和b确定后，则a=mW1或a=mb。根据一些难爆岩体的爆破经验，保证最优爆破效果的孔网面积（a×b）是孔径断面积（π·d2/4）的函数，两者之间比值是一个常数，其值为1300～1350。在露天台阶深孔爆破中，炮孔密集系数m是一个很重要的参数。一般取m＝0.8～1.4。然而，随着岩石爆破机理的不断研究和实践经验不断丰富，宽孔距爆破技术发展迅速，即在孔网面积不变的情况下，适当减小底盘抵抗线或排距而增大孔距，可以改善爆破效果。在国内，炮孔密集系数值已增大到4～6或更大；在国外，炮孔密集系数甚至提高到8以上。五、超钻(subdrilling)超钻h是指钻孔超出台阶高度的那一段孔深。其作用是克服底盘岩石的夹制作用，使爆破后不留根底。超钻过大将造成钻孔和炸药的浪费，破坏下一个台阶顶板，给下次钻孔造成困难，增大地震波的强度；超钻不足将产生根底或抬高底板的标高，而且影响装运工作。超钻与岩石的坚硬程度、炮孔直径、底盘抵抗线有关。超钻值可按h＝（0.15～0.35）W1确定。岩石松软、层理发达时取小值，岩石坚硬时则取大值。也有按孔径的8～12倍来确定超钻值的。倾斜钻孔的超钻h＝（0.3～0.5）W。岩石f值台阶高度H（m）1～33～66～810～2070.600.700.851.00100.700.851.001.25150.851.001.251.50201.001.251.501.75251.251.501.752.00表6-2超钻h值（m）确定超钻时，还可以参考表6-2进行选取，但表中所列数值适用于钻孔直径为150mm的情形。如果钻孔直径不是150mm，则将表中的数值乘以d/150即可。进行多排孔爆破时，第二排以后的超钻值还需加大0.3～0.5m。六、单孔装药量在深孔爆破中，单位耗药量q值一般根据岩石的坚固性、炸药种类、施工技术和自由面数量等因素综合确定。在两个自由面的边界条件下同时爆破，深孔装药时单位耗药量可按6-3表选取。f0.8～23～45681012141620q(kg/m3)0.400.430.460.500.530.560.600.640.670.70表6-3单位耗药量q值表注：表中数据以2号岩石铵梯炸药为准。HqaWQ1单排孔爆破（或第一排炮孔）每孔装药量按下式计算：式中q——单位耗药量，kg/m3；a——孔距，m；H——台阶高度，m。（6-4）多排孔爆破时，从第二排起，各排孔的装药量可按下式计算：（6-5）式中K——为考虑受前面各排孔的岩碴阻力作用的装药量增加系数，一般取1.1～1.2。KqabHQ第三节深孔爆破施工工艺一、台阶布置铁路建设大部分是在一狭小的条形地带施工，线路绵延于山区和丘陵地区，就土石方爆破工程来讲，除个别站场的工程量较大外，一般工程数量都比较小而分散。因此，铁路建设工程中深孔爆破的台阶布置形式与露天矿开采有所不同。根据台阶坡面走向与线路走向之间的关系，可以把深孔爆破的台阶布置方法分为以下两种。1.纵向台阶法爆破施工形成的台阶坡面走向与线路走向平行时，称为纵向台阶（图6-3）。采用纵向台阶进行土石方施工的方法称为纵向台阶法。按纵向台阶法进行钻孔爆破时的炮孔布置方法称为纵向台阶布孔法。纵向台阶布孔法适用于傍山半路堑开挖。对于高边坡的傍山路堑，应分层布孔，按自上而下的顺序进行钻爆施工。施工时应注意将边坡改造成台阶陡坡形式，以便上层开挖后下层边坡能进行光面或预裂爆破（图6-4）。预裂孔（台阶坡面）图6-3纵向台阶法轨道AAAA台阶面走向台阶面地面线台阶式边坡ⅡⅢⅠ图6-4傍山高边坡路堑横向台阶分层布孔（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为施工顺序）预裂孔主炮孔台阶坡面路线方向台阶坡面路线方向剖面开挖推进方向开挖推进方向地面线剖面主炮孔预裂孔主炮孔(c)BB(b)(a)AA图6-5横向台阶法线面地下层上层边坡预裂孔图6-6横向台阶单线深拉槽路堑开挖2.横向台阶法爆破施工形成的台阶坡面走向与线路走向垂直时，称为横向台阶（图6-5）。采用横向台阶进行土石方施工的方法称为横向台阶法。按横向台阶法进行钻孔爆破时的炮孔布置方法称为横向台阶布孔法。横向台阶布孔法适用于全断面拉槽形式的路堑和站场开挖。对于全断面拉槽形式的站场开挖，为加快施工进度，可同时