爆破工程（第3版）課件：地下工程掘進(jìn)爆破

地下工程掘進(jìn)爆破本章主要內(nèi)容：?

概述?

隧道掘進(jìn)施工方法?掏槽爆破?崩落孔爆破與周邊爆破?掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計?

立井爆破技術(shù)特點Blasting

Engineering地下工程掘進(jìn)爆破爆

破

工

程第一節(jié)

概述1

周邊爆破方法及分類(1)

地下掘進(jìn)的理由：?一是開采地下資源，如煤炭和各種金屬、非金屬礦藏的開采；?二是獲取、利用地下空間。隧道或巷道既是進(jìn)入地下礦體的通道，也是跨越地理障礙的主要地下結(jié)構(gòu)。地下掘進(jìn)以隧道或巷道掘進(jìn)為主體，但也離不了各種傾斜巷道和垂直井筒的掘進(jìn)。Blasting

Engineering地下工程掘進(jìn)爆破爆

破

工

程(2)

隧道施工的主要方法目前，隧道掘進(jìn)施工主要有兩種方法。a

綜合機(jī)械化施工法優(yōu)點：安全、作業(yè)連續(xù)、均勻、自動化程度高等優(yōu)

點；缺點：是機(jī)械設(shè)備重量大，刀具壽命短，靈活性差、適應(yīng)能力差、投資大等。b

鉆眼爆破法優(yōu)點：適應(yīng)于各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)，快速、機(jī)動、靈活等；缺點：各工序不連續(xù)，機(jī)械化作業(yè)線配套設(shè)備多，組織管理復(fù)雜等。Blasting

Engineering爆

破

工

程第

一節(jié)概述第二節(jié)

隧道掘進(jìn)施工方式根據(jù)地質(zhì)與水文條件、隧道斷面及形狀、長度、支護(hù)形式、埋深、施工技術(shù)與裝備、工程工期等因素的不同，隧道掘進(jìn)施工可選擇全斷面一次開挖、臺階式開挖、導(dǎo)坑法開挖等施工方法，一般宜優(yōu)先選用全斷面法和正臺階法。1)全斷面一次開挖法全斷面一次開挖法是利用在整個掘進(jìn)斷面上布置炮眼一次爆破向前推進(jìn)。采用這種方法施工時，可用鑿巖臺車鉆鑿炮眼孔，然后裝上炸藥、爆破，經(jīng)通風(fēng)排煙后，用大型裝巖機(jī)及配套的運(yùn)載車輛將矸石運(yùn)出。一般認(rèn)為，該法主要用于圍巖穩(wěn)定、堅硬、完整、開挖后不需臨時支護(hù)的Ⅴ~Ⅵ類圍巖(鐵道隧道圍巖分類法，本節(jié)以下同)的巖石隧道以及高度不超過5m、斷面

不超過30m2的中小型斷面隧道。使用鑿巖臺車鉆眼，一

次爆破循環(huán)進(jìn)尺可達(dá)2.5~4m。Blasting

Engineering地下工程掘進(jìn)爆破爆

破

工

程2)臺階施工法這是將隧道斷面分成若干(一般為2~3)個分層，各分層

呈臺階狀同時推進(jìn)施工。其最大特點是縮小了斷面高度，勿需笨重的鉆孔設(shè)備。按臺階布置方式的不同，臺階法可分為正臺階法和反臺階法兩種。?正臺階法該法為最上分層工作面先

超前施工，又稱下行分層

施工法。施工時首先掘上

部弧形斷面(高一般為

2m~2.5m)，然后逐一挖

掘下面各部分。如圖5-1所示。圖5-1正臺階施工法Blasting

Engineering隧道掘進(jìn)施工方式爆

破

工

程第

二節(jié)?反臺階法反臺階法又叫上行分層施工法，施工順序正好與正臺階施工法相反。該法施工能使工序減少，施工干擾小，下部斷面可一次挖至設(shè)計寬度，空間大，便于出渣運(yùn)輸和布置管線，特別有利于爆破破巖，能節(jié)省大量材料，適合于圍巖穩(wěn)定、不需臨時支護(hù)、無大型裝渣設(shè)備的情況。3)導(dǎo)坑施工法導(dǎo)坑法是以一個或多個小斷面導(dǎo)坑超前一定距離

開挖，隨后逐步擴(kuò)大開挖至設(shè)計斷面，并相繼進(jìn)行砌筑的方法。導(dǎo)坑法按導(dǎo)坑位置不同分圍中央下導(dǎo)坑、中央上導(dǎo)坑、上下導(dǎo)坑和兩側(cè)導(dǎo)坑等。Blasting

Engineering隧道掘進(jìn)施工方式爆

破

工

程第

二節(jié)?中央下導(dǎo)坑先墻后拱法或先拱后墻法該法的施工順序是先挑頂后開幫，在開幫的同時完成砌墻工作。比較適用于圍巖較穩(wěn)定的隧道施工，一般為Ⅴ、Ⅵ類圍巖石質(zhì)隧道。根據(jù)圍巖條件、斷面大小可采用六部開挖法或三部開挖法。六部開挖法(圖5-2所示)。圖5-2下導(dǎo)坑漏斗施工法Blasting

Engineering隧道掘進(jìn)施工方式爆

破

工

程第

二節(jié)?中央上導(dǎo)坑施工法該法適用于需隨挖隨砌的Ⅲ、Ⅳ類圍巖的巖石及土質(zhì)隧道。施工順序如圖5-3所示。圖5-3上導(dǎo)坑先拱后墻法Blasting

Engineering隧道掘進(jìn)施工方式爆

破

工

程第

二節(jié)?兩側(cè)導(dǎo)坑施工法進(jìn)一步，分有：品字形導(dǎo)坑先拱后墻施工法和側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法圖5-4品字形導(dǎo)坑先拱后墻施工法圖5-5側(cè)壁導(dǎo)坑先墻后拱法Blasting

Engineering隧道掘進(jìn)施工方式爆

破

工

程第

二節(jié)第三節(jié)

掏槽爆破a

掏槽爆破的任務(wù)：創(chuàng)造自由面，改善其他炮眼的爆破條件。b

工作面炮孔分類：掘進(jìn)工作面布置炮眼(也稱炮孔，兩種稱謂是相同

的，可不加區(qū)分)按作用不同分為3種圖5-6

。圖5-6各種用途的炮眼名稱1-周邊眼；2-崩落眼；3-槽眼；4-底眼；h1-拱高；h2-墻高；H-掘進(jìn)高度；B-掘進(jìn)寬度c

隧道爆破的特點：Blasting

Engineering地下工程掘進(jìn)爆破爆

破

工

程(1)掏槽眼――用于爆破出新的自由面，為其它炮眼創(chuàng)造有利的爆破條件。(2)崩落眼――是破碎巖石的主要炮眼。經(jīng)掏槽眼爆破后，崩落眼就有了足夠大的平行或大致平行于炮眼的第二

個自由面，能在該自由面方向上形成較大體積的巖石爆破。(3)周邊眼――又稱輪廓眼，主要用作使爆破后的隧道斷面、形狀和方向符合設(shè)計要求。巷道中的周邊眼按其所

在位置又分為頂眼、幫眼和底眼。根據(jù)需要，有時工作面還布置為數(shù)不多的輔助眼Blasting

Engineering

第三節(jié)

掏槽爆破爆

破

工

程1

掏槽方式(1)

掏槽的作用(2)

掏槽的形式分類斜眼掏槽和直眼掏槽兩類(3)

斜眼掏槽特點：適用范圍廣，爆破效果好，所需炮眼少。炮眼方向不易掌握，炮眼深度受巷道斷面大小的限制，碎石拋擲距離大。(4)

直眼掏槽特點：炮眼都垂直于工作面且相互平行，技術(shù)易掌握，可實現(xiàn)多臺鉆機(jī)同時作業(yè)；炮眼利用率；矸石拋擲距離

小，巖堆集中；不受斷面大小限制?？偱谘蹟?shù)目多，炸

藥消耗量大。Blasting

Engineering

第三節(jié)

掏槽爆破爆

破

工

程(5)

常用掏槽方式，見圖5-7

，

5-8

，5-9

。Blasting

Engineering

第三節(jié)

掏槽爆破

圖5-7常用掏槽方式裝藥眼空眼爆

破

工

程圖中錐形掏槽

(5-7a

、b)，楔形掏槽

(圖5-7c)，復(fù)楔形

掏槽

(圖5-7d)，單向掏槽：底部(圖5-7e)、側(cè)部(圖5-7f)或頂部掏槽，平行龜裂掏槽

(圖5-7g)，角柱式掏槽

(圖5-7h)、中空四角柱形

(圖5-7i)、雙空孔菱形

(圖5-7j)、六角柱形

(圖5-7k)，螺旋式掏槽

(圖5-7l)。圖5-8為國外常用四部掏槽。圖5-9為漏斗掏槽。Blasting

Engineering

第三節(jié)

掏槽爆破圖5-8四部掏槽圖5-9漏斗掏槽爆

破

工

程圖5-10階掏槽與分段掏槽

a-2階不同深掏槽；b-2階同深掏槽；c-1階筒式分段掏槽Blasting

Engineering

第三節(jié)

掏槽爆破圖5-10分階掏槽與分段掏槽。爆

破

工

程2

直孔爆破機(jī)理(1)

直孔爆破機(jī)理(破碎、拋擲

)，圖5-11

。a

爆生氣體滲流區(qū)(Ⅰ區(qū))Ⅰ區(qū)內(nèi)含有高壓氣體和碎塊

(松散體)。巖石遭受粉碎性破

壞，認(rèn)為：在該區(qū)內(nèi)高壓槽腔排棄運(yùn)動分區(qū)氣體均勻地滲

流到松散體，松散體隨著高壓氣體的體積膨脹向外運(yùn)動。b

爆生氣體未滲流區(qū)

(Ⅱ區(qū))在爆生氣體未滲流區(qū)，僅含有巖石碎塊

(松散體)。散體的運(yùn)

動滿足流體運(yùn)動方程組，既滿足流體力學(xué)運(yùn)動方程和連續(xù)性方

程。圖5-11槽腔排棄運(yùn)動分區(qū)Blasting

Engineering爆

破

工

程掏槽爆破第三節(jié)3

掏槽眼裝藥量計算(1)

斜孔掏槽：每個掏槽眼裝藥量Q(kg)與掏槽爆破的體積成正比，即：

Q

=

qV

/

n(2)

平行直眼掏槽：蘭格弗爾斯認(rèn)為，平行直眼掏槽炮眼朝向一個空眼時，其裝藥線密度ql(kg/m)取決于空眼直徑d1(mm)和裝藥炮眼距空眼的距離a1(mm)，有如下的關(guān)系式。即：

ql

=1.5×10?

3

(a1

/d1

)3

/

2

(a1

?d1

/2)或根據(jù)經(jīng)驗公式：

ql

=

qa

(a1

?

d1

/

2)(3)

按裝藥系數(shù)確定：

Q

=

ηLql(4)直眼掏槽的炮眼裝藥長度集中裝藥單自由面下爆破的炸藥用量常按鮑氏公式計算：4

掏槽孔間距確定(1)直眼掏槽炮孔間距

：主要以柱形裝藥在介質(zhì)中產(chǎn)生的破碎

區(qū)大小為依據(jù)確定孔距

a

=

2r

=

d

(p

/

σ

)

pppppppppppbc1bpBlasting

Engineering

第三節(jié)

掏槽爆破

Q

=q

K

W

3

(0.4+0.6n

3

)爆

破

工

程直眼掏槽的槽腔形成過程Blasting

Engineering

第三節(jié)

掏槽爆破炮眼布置(數(shù)字代表起爆順序)爆

破

工

程起爆1Blasting

Engineering

第三節(jié)

掏槽爆破爆

破

工

程Blasting

Engineering

第三節(jié)

掏槽爆破爆

破

工

程(2)

斜眼爆破：目前還沒有較好的理論計算公式，大多依照經(jīng)驗參數(shù)取值，參見表5-4、表5-5。Blasting

Engineering

第三節(jié)

掏槽爆破爆

破

工

程第四節(jié)崩落爆破與周邊爆破1

崩落孔爆破a

存在兩個自由面，類似露天臺階爆破。

(1)

崩落孔抵抗線的確定a

根據(jù)單孔裝藥量原理確定b

根據(jù)最小抵抗線和孔徑的比值確定堅硬的礦石：

W=(25~30)db

中等堅硬的礦石：

W=(30~35)db

松軟的礦石：

W=(35~40)dbc

經(jīng)驗公式W

=

ρ0

gdc

/

(2

f

k

)，且

W

≤

3

L

/

5

db

0.785ρ0lc

100

mqBlasting

Engineering地下工程掘進(jìn)爆破爆

破

工

程=Wd

崩落爆破炮孔間距：

ar=(08~13)We

崩落爆破的炮孔裝藥量：

Q

=

qar

WL2

周邊爆破

a

要求:開挖輪廓平整、光滑，盡可能降低爆破對圍巖的破壞，以保證圍巖的原有強(qiáng)度和穩(wěn)定性。b

確定參數(shù)：爆破的參數(shù)設(shè)計可以采用理論計算確定，也可以根據(jù)經(jīng)驗或參照工程類比確定，詳見第四章。Blasting

Engineering崩落爆破與周邊爆破爆

破

工

程第四節(jié)1

爆破參數(shù)(1)

單位體積炸藥消耗量a

定義：爆破每1m3

原巖所需的炸藥量叫單位炸藥消耗

量。b

影響因素：

炸藥性質(zhì)、巖石性質(zhì)、斷面大小、臨空面

多少、炮眼直徑與深度等有關(guān)。c

意義：其數(shù)值大小直接影響著巖石塊度、飛散距離、

炮眼利用率、對圍巖的擾動以及對施工機(jī)具、支護(hù)結(jié)構(gòu)的損壞等。第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計Blasting

Engineering地下工程掘進(jìn)爆破爆

破

工

程Blasting

Engineering

第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計c

定額總裝藥量確定后及裝藥在炮孔中的分配(2)

確定方法a

普氏公式

：b

經(jīng)驗公式：

q

=

kf

0.75

3

x爆

破

工

程

f/

Sq

=1.1Ke(3)

炮孔數(shù)目①影響因素主要與挖掘的斷面尺寸、巖石性質(zhì)、炸藥性能、臨空面數(shù)目等有關(guān)。②估算方法a根據(jù)掘進(jìn)斷面大小S

(m2

)和巖石堅固系數(shù)f估算：b根據(jù)每循環(huán)所需炸藥量與每個炮眼的裝藥量計算：Blasting

Engineering

第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計c根據(jù)每米炮眼的平均裝藥量q計算：③一次布置而后加和計算qS

ηl

ex

L

p

ex=N

=3.33

fS

2N

=qS/q0爆

破

工

程N(yùn)l(3)

炮孔深度a

定義：

炮眼深度指炮眼眼底至炮眼口臨空面的垂直距

離。b

影響因素:

炮眼深度受掘進(jìn)速度、采用的鉆孔設(shè)備、循環(huán)方式、斷面大小等影響。c

循環(huán)組織形式：淺孔循環(huán)爆破、深孔循環(huán)爆破d

最佳炮孔深度：能夠獲得最高的掘進(jìn)速度和最低的工時

消耗的炮眼深度，稱為最佳炮眼深度。Blasting

Engineering

第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計爆

破

工

程e

計算方法

：一般取掘進(jìn)斷面高(或?qū)?的0.5~0.8倍；圍巖堅硬及斷面小時，對爆破夾制力大，系數(shù)取小值。也可根據(jù)所使用的鉆眼設(shè)備確定，還可按月(或日)

進(jìn)

度計劃確定，公式如下2a

+

ηK2

K3

T3

V0VL

=

2aV

N1(HV0τ

/

e)Blasting

Engineering

第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計爆

破

工

程(4)

炮孔直徑a

確定炮孔直徑根據(jù)裝藥直徑來確定的(光面爆破除外)，而裝藥直徑的選擇決定于裝藥爆轟性能、應(yīng)力波

參數(shù)、爆破參數(shù)和爆破效果、鉆眼爆破技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響。2

隧道工作面的炮孔布置

(1)

要求，應(yīng)保證

(6條)

(2)

方法與原則a

周邊眼應(yīng)布置在設(shè)計輪廓線上，但為便于打眼，通常

向外(或向上)偏斜一定角度。b

選擇適當(dāng)?shù)奶筒鄯绞胶吞筒畚恢?，通常將掏槽槽腔?/p>

置選在斷面中央偏下

。c

崩落眼以槽洞為中心層層布置。d

底眼眼口應(yīng)高出底板水平150mm左右；眼深宜與掏槽眼相同，眼距和抵抗線與崩落眼相同。Blasting

Engineering

第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計爆

破

工

程3

裝藥結(jié)構(gòu)與填塞

a

空氣間隔b

反向裝藥：爆破作用時間長，破碎效果好。c

填孔材料：炮泥通常用粘土或粘土加砂混合制作，也可用裝有水的聚乙烯塑料袋做充填材料。e

堵孔長度：約為1/3的炮眼長度，當(dāng)眼長小于1.2m時，填塞長度需有炮眼長度的1/2左右。4

鉆眼施工要點a

快、準(zhǔn)、直、齊b

隧道快速光爆時鉆孔技術(shù)改進(jìn)5

毫秒延秒時間a最佳的起爆時差應(yīng)以能夠獲得最佳爆破效果和最少的有害作用為準(zhǔn)則。以25ms延遲為宜，參見表5-9。Blasting

Engineering

第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計爆

破

工

程6

鉆孔爆破說明書與爆破因素表

a

說明書內(nèi)容(6條)1)簡單描述隧道的特征(名稱、用途、位置、

斷面形狀和尺寸、坡度等)，穿過巖石的名稱、地質(zhì)條

件和巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，礦井瓦斯等級和通過巖層含瓦斯情況等。2)鉆眼機(jī)械、鉆眼工具和其它鉆眼設(shè)備的選擇。3)爆破器材的選擇。4)鉆眼爆破參數(shù)的計算。包括：掏槽形式和掏槽

爆破參數(shù)，光面爆破參數(shù)，崩落眼的爆破參數(shù)。5)爆破網(wǎng)路的計算。6)爆破采取的各項安全措施。Blasting

Engineering

第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計爆

破

工

程炮眼編號炮眼名稱炮眼

長度

(

m

)傾角裝藥量(kg)炮泥

長度

(

m

)起爆方向起爆順序雷管垂直方向水平方向數(shù)量段別表中的炮眼編號應(yīng)在炮眼布置圖上標(biāo)出。具有相同參數(shù)的炮眼在表內(nèi)占一行，編號連續(xù)時在該行內(nèi)只寫最小編號和最大編號，中間以連字符連結(jié)。1)炮眼布置圖，特殊形式的裝藥結(jié)構(gòu)圖。2)炮眼布置參數(shù)和裝藥參數(shù)(表格)：Blasting

Engineering

第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計b

圖表內(nèi)容

(3條)爆

破

工

程項目名稱單位數(shù)量礦井瓦斯和煤塵等級隧道凈斷面m2隧道掘進(jìn)斷面m2巖石堅固性系數(shù)f鑿巖機(jī)(型號)臺每循環(huán)所需鉆頭(型號、直徑)數(shù)目個每循環(huán)炮眼數(shù)目個每循環(huán)所需炮眼總長m每米隧道所需炮眼總長m炮眼利用率%單位耗藥量(炸藥品種)Kg/m3每循環(huán)消耗炸藥量Kg每米隧道消耗炸藥量Kg每循環(huán)所需雷管數(shù)目個每米隧道消耗雷管數(shù)個每循環(huán)隧道進(jìn)度m每循環(huán)出巖量m3Blasting

Engineering

第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計3)主要爆破條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(表格)爆

破

工

程Blasting

Engineering

第五節(jié)

掘進(jìn)工作面爆破參數(shù)設(shè)計爆

破

工

程第六節(jié)

隧道掘進(jìn)快速爆破施工技術(shù)1

隧道快速光爆施工方法的種類和特點(1)按爆破時序分類a

周邊后裂法，又稱修邊法：周邊的光面炮孔都安排在最后

起爆。b

周邊先裂法又稱預(yù)裂法：最先起爆周邊炮孔，沿輪廓線首先裂出一條貫通縫，然后在爆掉中心的巖石，大大減弱爆破

地震作用

。c

龜裂拋渣法：首先起爆龜裂孔，把整體巖石沿各炮孔連線龜裂成許多碎塊，然后再延期起爆拋渣孔，分段爆松或拋掉這些碎塊體，這一方法稱為無掏槽爆破法。Blasting

Engineering地下工程掘進(jìn)爆破爆

破

工

程(2)按爆破深度分類a

簡易光爆法：循環(huán)鉆爆深度因受鉆爆器材等條件限制，一般不大于2~2.5m，故又稱淺孔光爆。b

深孔光爆法：

受掏槽技術(shù)的限制，一般不能超過5~

6m的極限深度。c

超深孔光爆法：循環(huán)鉆爆深度可達(dá)6m以上

。Blasting

Engineering

第六節(jié)

隧道掘進(jìn)快速爆破施工技術(shù)爆

破

工

程2

實現(xiàn)隧道快速光爆施工的技術(shù)要點(1)正確選擇方案：根據(jù)具體的工程目的、隧道種類、巖石性質(zhì)、周圍環(huán)境、施工機(jī)具、爆破材料、施工隊伍、經(jīng)驗水平，以及裝巖、運(yùn)輸、支護(hù)、通風(fēng)、安全等技術(shù)設(shè)備狀況，綜合選擇最優(yōu)的鉆爆方案。(2)合理布置炮孔：原則“抓兩頭、帶中間”

。(3)確定鉆爆參數(shù)：按照分類布孔、分類裝藥和分類起爆的原

則，分別設(shè)計和選用不同的鉆爆技術(shù)參數(shù)，并認(rèn)真施工。(4)提高鉆孔技術(shù)：達(dá)到“快、準(zhǔn)、直、齊”

四個要求。(5)正確的裝藥結(jié)構(gòu)：根據(jù)各類炮孔的作用、深度和炸藥品種

采用各種不同的合理裝藥結(jié)構(gòu)。(6)改善起爆方法：使每個炮孔內(nèi)的全部裝藥都能夠按時、按

序、按要求的方向和速度，準(zhǔn)確無誤地起爆和傳爆。(7)改進(jìn)掏槽方式3

光爆實例Blasting

Engineering

第六節(jié)

隧道掘進(jìn)快速爆破施工技術(shù)爆

破

工

程第七節(jié)

立井技術(shù)要點1

立井技術(shù)要(圖5-18

)a

立井掘進(jìn)工作困難、危險的原因：工作地點一般是潮濕、狹窄和嘈雜的；鉆孔和爆破人員還可能受到下墜物的傷害。b

兩次爆破之間必須清理爆碴，且裝碴專用設(shè)備的容積有圖5-18采用臺階爆破法的立井掘進(jìn)限；c

采用臺階爆破法；

d

要求使用抗水炸藥

；

e

使用電雷管或非電

雷管起爆炸藥；Blasting

Engineering地下工程掘進(jìn)爆破爆

破

工

程f

立井掏槽方式：深孔直眼掏槽和深孔錐形掏槽。直眼掏槽

分為直眼一次掏槽、直眼分段掏槽和直眼龜裂掏槽；錐形

掏槽分