-隧道(巷道)掘进爆破

第七章地下工程爆破第一节概述第二节掏槽爆破第三节爆破参数和爆破图表第四节光面爆破第五节微差爆破第一节概述隧道是人们利用地下空间的一种形式，被广泛应用于铁路、公路、水利、水电、矿山、市政、人防等部门，在国民经济建设中起着重要的作用。目前，钻爆法(drillingblastmethod)由于对地质条件适应性强、开挖成本低，特别适合于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工。钻爆法仍是隧道掘进的主要手段。爆破开挖(excavationbyblasting)是以钻孔、爆破工序为主，配以装运机械出碴，完成隧道施工的方法，是建设隧道的主要工序，它的成败与好坏直接影响到围岩的稳定及后续工序的正常进行和施工速度，是隧道建设非常重要的组成部分。概述隧道爆破的特点隧道一般采用小孔径钻眼爆破，有钻眼、装药、连线、爆破等工序。主要特点：1）由于水、气温、噪音、粉尘、潮湿以及照明、通风等的影响，钻眼爆破作业条件差。2）爆破的临空面（自由面）少，岩石的夹制作用大，耗药量大，爆破难度大。3）对钻眼爆破质量要求较高。方向正确，隧道断面达到设计标准，爆破时既要预防飞石崩坏支架及设备等，还要保证爆落岩石块度要均匀，爆堆要集中，便于装碴运输。4）要求采用光面爆破技术，尽量减少爆破对围岩的扰动，确保围岩完整。一、炮眼的种类和作用隧道（或巷道）开挖爆破的炮眼类型按其所在位置、爆破作用、布置方式和有关参数的不同可分为掏槽眼、崩落眼眼和周边眼。爆破的关键是掏槽眼和周边眼的爆破，掏槽眼为崩落眼和周边眼的爆破创造了有利条件，直接影响循环进尺和掘进效果；周边眼关系到隧道开挖边界的超欠挖和对周围围岩的影响。直接控制成型质量。1—顶眼；2—崩落眼；3—帮眼；4—掏槽眼；5—底眼B—掘进宽度；H—掘进高度；h1—拱高；h2—墙高一、炮眼的种类和作用（续）•掏槽眼。针对隧道开挖爆破只有一个临空面的特点，为提高爆破效果，宜先在开挖断面的适当位置（一般在中央偏下部)布置几个装药量较多的炮眼。其作用是先在开挖面上炸出一个槽腔，为后续炮眼的爆破创造新的临空面。•崩落眼。位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼。其作用是扩大掏槽眼炸出的槽腔，为周边眼爆破创造临空面。崩落眼又是爆破岩石的主要炮眼。•周边眼。沿隧道周边布置的炮眼称为周边眼。其作用是控制爆破后隧道断面形状、大小和轮廓。按其所在位置的不同，又可分为帮眼、顶眼和底眼。一、炮眼的种类和作用（巷道）1—顶眼；2—帮眼；3—底眼a—掏槽；b—扩槽；c—形成巷道（隧道）规格断面；一、炮眼的种类和作用（隧道）隧道断面炮眼布置图常用的爆破术语（或基本概念）•不耦合装药：炮孔直径大于药卷直径的装药方式，（两者相等时为耦合装药）。•装药不耦合系数：炮孔直径和药卷直径的比值。•炮眼密集系数：炮眼间距和该排（圈）炮眼装药最小抵抗线的比值。•装药集中度：炮眼装药质量和炮眼长度的比值。•炮眼利用率：循环进尺和炮眼长度的比值。•周边眼痕率：爆后周边（一般指顶眼和帮眼）半边眼痕数和周边眼数的比值。•炮头（起爆药包）：内装有起爆元件（雷管）的药包。第一节掏槽爆破1）定义：为了创造第二个自由面，可以在掘进工作面的某一适当位置布置少量炮眼，爆破时首先起爆，在工作面形成一个槽口状空腔（通常称槽腔），使周围其他炮眼（崩落眼和周边眼）均以此为自由面，向空腔方向爆破，以获得较好的爆破效果，此种技术就叫掏槽爆破。这些炮眼就称为掏槽眼。2）特点：为了提高其他炮眼的爆破效果，掏槽眼应比其它炮眼加深150~200mm，装药量增加15%~20%。3）分类：根据隧道（巷道）断面、岩石性质和地质构造等条件，掏槽眼的排列形式有很多种类，归纳起来可分成倾斜眼掏槽和直眼掏槽两大类，此外还有两者结合的混合式掏槽。4）布置原则：掏槽眼位置一般应布置在开挖断面的中部或中下部，有软弱层时，布置在软弱岩层中。炮眼方向，在岩层层理明显时，应尽量垂直于岩层的层理面；一、倾斜眼掏槽1、单向掏槽a—顶部掏槽；b—底部掏槽；c—侧向掏槽；d—扇形掏槽孔口孔底2、锥形掏槽a—三角锥形b—正角锥形c—圆锥形3、楔形掏槽型式•a－垂直楔形掏槽•b－水平楔形掏槽。孔口孔底3、楔形掏槽型式（续）3、楔形掏槽（续）•类型：•通常由两排或三排相对称的倾斜炮眼组成，爆破后形成楔形槽腔。楔形掏槽可分为垂直楔形掏槽和水平楔形掏槽两种。•应用：•楔形掏槽常用于中硬以上均质岩石。当巷道岩层有水平层理时，宜采用水平楔形掏槽，以提高掏槽爆破效果。•特点：•根据掏槽深度的不同，每对掏槽眼眼口间距为0.8~1.2m，眼底距离为200~300mm，相邻炮眼排距300～400mm，掏槽眼与工作面交角为600~750。斜眼掏槽的优缺点优点：1）适用于各种岩石并能获得较好的掏槽效果；2）所需掏槽眼数较少，炸药单耗较低，但掏槽体积大，易将岩石抛出，有利于其它炮眼的爆破，3）掏槽眼位置和倾角的精度对掏槽效果影响较小。缺点：1）掏槽眼深度受到巷道断面限制，因而影响到每个掘进循环的进尺（隧道断面较大，影响小，但小断面巷道影响较大，无法进行深孔爆破）；2）岩石抛掷距离远，岩堆分散，影响装岩效率；3）钻眼方向难以掌握。二、直眼掏槽•直眼也称直线掏槽•特点：所有掏槽眼均垂直于工作面，炮眼之间相距较近且保持互相平行，其中有一个或数个不装药的空眼。•形式：垂直眼掏槽有龟裂掏槽（又称缝隙掏槽或直线掏槽）、角柱形掏槽（圆柱又称桶形掏槽）和螺旋形掏槽等多种种类型。1、龟裂掏槽装药孔空孔1、龟裂掏槽（续）•特点：1）掏槽眼布置在一条直线上，彼此间严格平行，装药眼与空眼间隔布置，爆破后形成一条槽缝槽腔。2）掏槽眼数目与巷道断面大小及岩石坚固性成正比，通常为3~7个眼。眼间距离一般取（1~2）炮眼直径。3）龟裂掏槽体积较小，应用较少。•适用：适用于中硬以上或坚硬岩石，或小断面巷道。2、角柱形掏槽•图中数字表示起爆顺序。装药孔空孔2、角柱形掏槽（续）•各掏槽眼互相平行且呈对称形式。空眼直径可与装药眼相同，也可采用大直径空眼，以便增强自由面的作用。•大直径空眼角柱形掏槽，可适当增加炮眼间距。•桶形掏槽较龟裂掏槽形成的槽子体积大，在中硬岩石中使用较为普遍。•主要形式有：三角柱掏槽、四角柱掏槽、菱形角柱掏槽、五星角柱掏槽、六角柱掏槽、筒形掏槽、复式三角柱掏槽等2、角柱形掏槽——大直径空眼角柱形掏槽•，3、螺旋形掏槽•螺旋掏槽的特点是各装药眼至空眼的距离依次递增，呈螺旋线布置，并由近及远顺序起爆，能充分利用自由面，扩大掏槽效果，其扩槽原理如图a—小直径空眼；b—大直径空眼。图中数字表示起爆顺序小直径空眼螺旋掏槽•1—炸药；2—炮泥。图中数字表示起爆顺序半发射式掏槽超深300~500mm大直径空眼螺旋形掏槽炮眼布置•图中数字表示起爆顺序1234直眼掏槽与倾斜掏槽相比•优点：•1）眼深不受巷道断面限制，可进行较深炮眼的爆破。•2）掏槽体积里外大小较一致，因而相邻炮眼的最小抵抗线里外也较一致，使爆落的矿岩块度均匀，不会抛掷太远，爆堆集中在工作面附近，有利于装岩。•3）炮眼垂直工作面，利于多台凿岩机平行作业。•缺点：•1）掏槽眼数较多，掏槽体积小，装药眼和空眼的间距不能太大且需相互平行。•2）钻眼误差对掏槽效果影响较大，要求要有较高的钻眼技术。直眼掏槽中空眼的作用•1）是爆破辅助自由面，改善岩石破碎效果。•2）作为爆后岩石破碎的膨胀空间。•3）导向裂隙。•因此：•空眼越多、空眼直径越大，对直眼掏槽爆破越有利。•注意：直眼掏槽一般都是过量装药，装药长度占全眼长的70%～90%，如果装药长度不够，易发生“挂门帘”和“留门坎”现象。当眼深大于2.5m时易产生沟槽效应，应采取相应措施防止爆轰中断。三、混合掏槽混合掏槽是指两种以上的掏槽方式混合使用。在遇到岩石特别坚硬或巷道断面较大时，可以采用如图的复式楔形掏槽或桶形与锥形混合掏槽。三层楔形掏槽眼示意图•H0、h1、h2均为炮孔底至自由面的垂直线；•R0掘进工作面（自由面）；R1、R2分别为每层掏槽孔底深度（距自由面）。自由面四层楔形掏槽眼示意图•（图中0~12表示起爆顺序）自由面掘进进尺孔底位置第二节掘进爆破技术•一、掘进中爆破参数的确定•二、炮眼布置•三、装药结构•四、爆破说明书和爆破图表•五、实例一、爆破参数的确定合理确定爆破参数是获得良好爆破效果、加快掘进速度的可靠保证。除掏槽方式和掏槽参数外，主要的爆破参数还有：单位炸药消耗量（炸药单耗）、炮眼直径、药卷直径、炮眼深度、炮眼数目、炮眼间距、装药密集系数等。合理选择这些爆破参数时，不仅要考虑掘进的条件（岩石条件和巷道断面条件），还要考虑到这些参数之间的相互关系及其对爆破效果的影响（如炮眼利用率、岩石破碎块度、爆堆形状及尺寸等）。1、单位炸药消耗量（炸药单耗）1）定义：爆破一立方米原岩所消耗的炸药量称为单位炸药消耗量（或称炸药单耗），通常以q表示，单位：kg/m3。2）重要性：炸药单耗的大小对爆破效果、凿岩和装岩工作量、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。对爆破效果的影响：单位炸药消耗量偏低时，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。当单位炸药消耗量偏高时，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，抛掷量和抛掷距离增强，甚至还会损坏支架和设备。3）影响因素：单位炸药消耗量取决于炸药性质（密度、爆速、爆力和猛度等）、岩石的性质、巷道断面、炮眼直径和炮眼深度等多种因素。1、单位炸药消耗量（炸药单耗）•4）确定方法：目前尚无完善的理论计算方法。在掘进爆破工作中，常根据经验或参考国家相关定额。具体有：方法一、国家定额选取（教材表7-2）方法二、经验公式计算（较少采用）经验公式一经验公式二公式符号解释见教材P148。)/(375.0xxxdSpkfq2、炮眼直径•影响因素：1）炮眼直径的大小影响钻眼速度、炮眼数目、炸药单耗、爆落岩石的块度和井巷轮廓的平整性。2）炮眼直径增加，则药卷直径加大，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。•取值：目前我国隧道（或巷道）掘进爆破一般采用35~45mm的炮眼直径。煤矿井下（一般煤系地层岩石较软）采用28~32mm小直径炮眼，配合小直径药卷和小直径锚杆施工，即常称的“三小”3、炮眼深度1）定义：炮眼深度是指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，例如斜眼掏槽中的掏槽眼。2）影响：炮眼深度大小，不仅影响着每个掘进工序工作量和完成时间，而且影响爆破效果和掘进速度以及材料消耗等。3）取值原则：a）炮眼深度要和施工条件相适应。普通凿岩机一般不超过2.5~3.0m，采用大型凿岩设备时（凿岩台车配重型凿岩机）时可达3.0~4.0m；小断面巷道眼宜浅，大断面眼应深。b）炮眼深度要和循环作业方式相适应，要保证能够实现正规循环作业。采用中深孔爆破，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、通风和准备工作和其他辅助作业时间的时间。提高掘进工效。4、炮眼数目•1）影响：炮眼数目多少直接影响着凿岩工作量和爆破效果。眼数过少，大块增多，轮廓不平；眼数过多，将增加凿岩工作量。2）确定原则：在保证爆破效果的前提下，尽可能减少。3）确定方法：实践中通常根据巷道断面和岩石条件，以及各类炮眼的爆破要求，以合理的炮眼间距和抵抗线布置炮眼。而后得出炮眼数目。•也可用公式估算：•式中：N为炮眼数目，个；f为岩是坚固性系数；S为井巷掘进断面积，m2。323.3fSN5、炮眼间距和炮眼密集系数•炮眼间距和炮眼密集系数的确定方法：一般按巷道断面的大小及形状、岩石性质、炸药性能等均匀地布置炮眼。当炮眼直径在35～42mm时，炮眼间距可取500～700mm，炮眼密集系数可取0.8~1.0。对于隧道（或巷道）周边光明爆破，炮眼间距要小。（具体光明爆破时讲授）。二、炮眼布置隧道（巷道）内布置炮眼时，必须保证获得良好的爆破效果，并考虑钻眼的效率。在开挖面上除出现土石互层、围岩类别不同、节理异常等特殊情况外，应按实际需要布置炮眼，一般应按