爆破工程

第三章爆破工程爆破是开挖石方最有效的手段，也常用于土石方的松动、抛掷，定向爆破可用来拆除旧的建筑物，在水利工程施工中，通常采用爆破来开挖基坑，开挖地下建筑物所需要的空间，如隧洞开挖，也可用定向爆破建筑大坝。目前控制爆破方法的高新技术，把爆破的应用领域进一步拓宽。爆破利用炸药爆炸瞬间产生的高温高压气体的冲击能量，对周围介质或物体产生压缩、变形、破碎、抛掷或拆毁等特定目标的技术手段。破岩机理三种假说（1）冲击波作用假说（2）高压气体作用假说（3）两者联合作用假说a.冲击波作用阶段b.高压气体作用阶段第一节爆破基本原理1、在外力激发下，可以发生化学爆炸的单质或混合物，叫炸药。2、炸药爆炸是化学爆炸。在某中起爆能的作用下，炸药瞬时内（约万分之一秒内）发生化学分解，产生高温（几千度）、高压（数万几十万个大气压）的气体，对相邻的介质产生极大的冲击压力，以波的形式向四周传播。若传播介质为空气，称为空气波；若传播介质为岩土，则称地震波，也叫固体冲击波。一、无限均匀介质中的爆破作用工程中的介质总是有限的和不均匀的。为了研究方便，假设爆破作用的介质是无限的和均匀的。在这种理想介质中的爆破作用是：冲击波以药包中心为球心，呈同心球向四周传播。距球心越近，作用介质的压力越大，距球心越远，由于介质的阻尼，使作用于介质的压力波逐渐衰减，直至全部消失。假如沿球心切割一平面，可将爆破作用的影响范围划分为如下几个部分：1、压缩圈（粉碎圈）：最靠近药包的介质，受到膨胀压力最大，介质若为塑性体，会被压缩成一个球形空腔；介质若为脆性体，会被压缩的粉碎。因此爆破影响的这个范围称为压缩圈或粉碎圈。相应的半径叫压缩半径。2、抛掷圈：压缩圈外具有抛掷势能的介质。这部分介质当具有逸出的临空面，常发生抛掷。这个范围称为抛掷圈。相应的半径叫抛掷半径。3、松动圈：抛掷圈外围的一部分介质，爆破的作用只能使其产生破裂松动。因此这一范围称为松动圈。相应的半径叫松动半径。4、震动圈：松动圈以外的介质，随着冲击波的进一步衰减，只能使这部分介质产生震动，故称为震动圈。相应的半径叫震动半径。各圈半径的大小与炸药的特性、药包结构、爆破方式、介质的特性等密切相关。二、有限介质中的爆破作用爆破作用受到临空面的影响，即爆破作用半径能达到临空面的爆破，称为有限介质中的爆破作用。工程中多属于这种爆破。有限介质中的爆破形成爆破漏斗。爆破漏斗的概念及形成如炸药的埋置深度小于爆破作用半径，就是有限介质爆破。当药包的爆破作用具有使部分介质直接飞逸出临空面的能量时，往往形成一个倒立圆锥形的爆破坑，这个坑称为爆破漏斗爆破漏斗的几何特性参数1、药包中心到临空面的最短距离称为最小抵抗线长度W；爆破漏斗底半径r；爆破作用半径R；可见爆破漏斗坑深度P；爆破抛掷距离L；爆破作用指数n=r/W。2、爆破作用指数n是爆破设计中最重要的设计参数，n值大，爆破漏斗呈宽浅式，n值小，爆破漏斗呈窄深式，甚至不出现爆破漏斗。因此可以用n值大小对爆破进行分类。爆破分类1、当n=1即r=W时，称为标准抛掷爆破；2、当n＞1即r＞W时,称为加强抛掷爆破；3、当0.75＜n＜1即r＜W时，称为减弱抛掷爆破；4、当0.33＜n≤0.75时，称为松动爆破。5、不因爆破使临空面产生破坏的爆破，叫隐藏式爆破，也叫内部爆破，可用于炸胀药壶。6、相应于以上各类爆破的药包分别叫：标准抛掷药包、加强抛掷药包、减弱抛掷药包、松动药包。可见漏斗深度计算抛掷爆破将部分介质抛出，其中部分介质又回落到爆破漏斗坑中，回落后的可见漏斗深度为：P=CW(2n－1)式中C—介质系数，对于岩石，C=0.33；对于粘土：C=0.4。抛掷堆积距药包中心的最大距离（一般简称抛距）为：L=5nW三、炸药和装药量计算1、性能指标：(1)威力：爆力和猛度的合称。爆力是破坏能力；猛度粉碎能力。(2)安定性：保持炸药物理和化学性质不变的能力。(3)敏感度：在外力作用下发生爆炸的难易程度。(4)最佳密度：能获得最大爆破效果的密度。(5)氧平衡：含氧量和爆破需氧量的关系。有零氧平衡、正氧平衡、负氧平衡三种情况。(6)殉爆：一个药包爆炸引起附近药包爆炸的现象。能连续三次殉爆的最大距离称殉爆距。2、工程炸药的类型(1)起爆炸药：制造起爆材料的炸药，特点是爆力和猛度高，对冲击、摩擦、火焰敏感性强，化学安定性大。如：雷汞，氮化铅，二硝基重氮酚等。(2)单质猛性炸药：是制造起爆材料的炸药，爆力和猛度都很高。它还可以作为提高混合猛性炸药敏感度的敏化材料，这类炸药如梯恩梯、硝化甘油等。(3)混合猛性炸药：是按一定比例将爆炸性和非爆炸性可燃物混合制成的。是应用最广的工程炸药。这类炸药主要有：硝酸铵类炸药（铵梯、铵油、浆状、乳化油等炸药的总称）。3、装药量计算爆破效果和所用成本都于药包大小（装药多少）相关，药包的类型不同，爆破效果不同。按形状药包分为集中药包和延长药包。当L/a≤4时为集中药包；当L/a＞4时为延长药包。对于大爆破，采用洞室装药，常用集中系数φ来区分药包类型。实际工程要结合现场条件，吸取成功经验，选择符合实际情况的计算方法。爆破设计时，标准情况的标准抛掷爆破的单位用药量K值可查爆破手册获得。标准情况是指标准抛掷爆破、标准炸药（国内以2号岩石铵梯炸药为标准炸药，其爆力值为320cm3）、爆破在一个临空面的标准情况下进行的。随着临空面的增多，单位耗药量随之减少，有两个临空面时为0.83K，有三个临空面时为0.67K。课本装药量计算，只是以单个水平自由面、单个集中药包为前提条件的，未能反映对爆破质量、岩石破碎程度、爆破均匀程度提出要求。但实际工程爆破中要复杂得多，因此，要结合现场条件，吸取成功经验，选择符合实际情况的计算方法。第二节起爆方法和起爆材料一、炸药起爆有关概念：1、起爆：利用外力使药包爆炸的过程叫炸药起爆。2、起爆方法：常用火雷管起爆、电雷管起爆、导爆索起爆、导爆管起爆、联合起爆等方法。3、起爆器材：一是点火器材，如火雷管、电雷管；二是传爆器材，如导火索、传爆线、传爆管等。二、起爆方法1、火雷管起爆法：这是利用点燃的导火索产生的火焰先使雷管爆炸，进而引起药包爆炸的起爆方法。2、电雷管起爆法：利用雷管通电从而起爆，进而引起药包爆炸的起爆方法。安全性大，可以准确控制起爆时间；技术要求高。3、导爆索起爆法：先用雷管引爆导爆索，再有导爆索网路引爆炸药。4、导爆管起爆法：导爆管用起爆枪或者雷管起爆，导爆管只传递爆轰波，将导爆管的末端与普通雷管相配合，引起药包爆炸。5、联合起爆法三、起爆器材1、火雷管：由管壳、起爆炸药、加强帽三部分组成。2、导火索：以黑火药为药芯，借药芯燃烧传递火焰，引爆火雷管。3、即发电雷管：在通电后的瞬时立即发生爆炸的电雷管。4、延发电雷管：通电后能延长一段时间才会爆炸的电雷管。5、导爆索：以黑索金等单质炸药为药芯，端部用雷管起爆后，便通过自身的爆炸性能引爆整个网路的药包。6、导爆管：是一根薄塑料软管，内壁涂有一薄层单质炸药。用起爆枪或者雷管起爆，末端与普通雷管相配合，引起药包爆炸。四、起爆网路当采用群药包进行爆破时，为达到增强起爆效果，控制爆破震动等目的，可能采用齐发、延迟或组内齐发、组间延迟等起爆方式，这就要求用起爆材料将各药包联接成可统一赋能起爆、又能控制各药包起爆延迟时间的网络。电力起爆网路导爆管起爆网路导爆索第三节爆破的基本方法在各种工程建设中爆破工程采用的爆破基本方法有：浅孔爆破法、深孔爆破法、药壶爆破法、洞室爆破法等；钻孔爆破常分为浅孔爆破及深孔爆破；钻孔爆破法通常利用地形或人工创造临空面，形成台阶状进行爆破。一、浅孔爆破法1、对于炮孔孔径小于75mm，孔深小于5m的爆破叫浅孔爆破。2、浅孔爆破使用的打孔简单，操作方便，但生产效率低，钻孔工作量大，因此，不适合规模大的工程爆破。主要适用于：浅层开挖（如渠道、路堑、小型料场、基坑的保护层开挖等）；坚硬土质的预松（以便人工开挖或其它不适宜开挖硬质土的机械开挖）；复杂地形的石方爆破（不便于大型机械开挖作业的）；旧建筑物拆除；地下工程爆破开挖等。3、浅孔爆破的炮孔布置原则：合理布置炮孔，应充分利用自然临空面，或者创造更多的临空面以提高爆破效果。要尽量防止炮孔方向与最小抵抗线方向一致。避免爆破时首先将炮孔的堵塞物冲出，形成冲天炮（爆破效果很差的空炮）。不论是基坑开挖，还是渠道开挖，一般总是先开除先锋槽，形成阶梯。这样，不仅增加了临空面，同时，便于组织钻孔、装药、爆破、出渣各道工序的平行流水作业。4、主要参数：最小抵抗线长度W：W=(15～30)倍炮孔直径阶梯高度H：H=（1.2～2.0）W炮孔深度h：坚硬岩石（1.1～1.15）H、松软岩石（0.85～0.95）H、中等岩石h=H炮孔的间距a：火雷管起爆（1.2～2.0）W；电雷管起爆（0.8～2.0）W；炮孔的排距b：b=（0.8～1.2）W爆破孔布置：平面上双排的，要呈等边三角形布孔，多排的，要呈梅花形布孔，以提高爆破效果。装药要求：1、浅孔松动爆破的装药量计算为：Q=0.33Kabh（kg）2、装药长度一般为孔深的1/3～1/2；3、雷管置于自上部算起装药全长的1/3～1/2处；4、孔口段要用炮泥堵塞。二、深孔爆破法1、炮孔孔深大于5m，孔径大于75mm的爆破，称为深孔爆破。2、深孔多用回转钻机、潜孔钻机等各类专用钻机造孔，一般孔径150—225mm，阶梯高度为8—16m。3、与浅孔法比较，深孔法单位耗药量少，单位爆破落岩体所耗钻孔工作量小，一次爆破方量多，生产率高。4、深孔爆破法主要适用于：大型工程的深基坑开挖；大型采石场的松动爆破；大型劈坡开挖等。5、深孔爆破炮孔可以垂直或者倾斜布置。倾斜布置的炮孔与坡面平行，爆破后的岩石破碎均匀；留下的残埂少；爆破后的坡面较平整；钻孔施工较为安全。6、炮孔布置的主要参数：台阶高度H：要满足总体布置要求，也要考虑铲运机械的配置。当使用3～4m3的电铲装渣时，台阶高度12～15m；当使用1～2m3的电铲时，台阶高度以10～12m。钻孔直径d：根据造孔的钻机确定，根据岩石坚硬程度会扩大1.06～1.4倍。抵抗线Wp：深孔爆破不采用最小抵抗线。孔距a与排距b：堵塞长度L：超钻深度h：药包重量Q：钻孔机械三、洞室爆破四、改善爆破效果的方法与措施1、充分利用和创造临空面；2、采用毫秒微差挤压爆破：创造临空面；3、采用不耦合装药，提高爆破效果：药包周围有空隙，降低爆破峰压；4、分段装药爆破：增长爆压作用时间；5、保证堵塞长度和堵塞质量；第四节特种爆破技术根据爆破的基本规律，为了解决工程的特殊要求（如定向要求、切割要求、减震要求等）需要采取特殊的爆破方法，如定向爆破、预裂爆破、光面爆破等。这些特殊爆破的应用，促进了爆破技术的发展。一、定向爆破1、定向爆破原理：爆破工程中，由于临空面的作用，介质流主要沿药包中心至临空面的最短距离，即沿最小抵抗线方向抛射。定向爆破应尽量利用天然地形，或利用辅助药包创造临空面，以满足工程定向抛掷的要求。2、作用：定向爆破可以用于截流、筑坝、开渠、移山填谷等。二、预裂爆破1、基本概念：预裂爆破是一种用于大劈坡爆破，或者用于开挖深槽的控制设计边线爆破。它的特点是，在开挖区爆破之前，根据岩石特性，沿设计开挖线先炸出一条裂缝面。这个裂缝面可将爆破开挖区传来得冲击波的能量削减70%，从而可以减轻对保留区的震动影响，以切断爆破区裂缝向保留区的扩展，保证设计边坡的平整性和稳定性。2、基本机理：预裂爆破是一种不耦合装药结构，产生的切向拉力使炮孔四周形成径向裂纹，切向拉力和孔与孔之间的聚能作用一起，在孔与孔之间的连线上产生应力集中，首先使孔间连线（包括连线上的裂纹）上的拉力强化，从而使裂缝发展，而后的高压气体进一步使这一裂缝开展，形成“气刃”劈裂作用，使这一连线上的裂纹全部贯通。这就称为预裂爆破。3、预裂爆破设计：炮