第七章 隧道(巷道)掘进爆破

第七章
第一节 概述
地下工程爆破
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(drilling blast method)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(excavation by blasting)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。
0 . 75 3 x x
公式符号解释见教材P148。
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”
半发射式掏槽 超深300~500mm
大直径空眼螺旋形掏槽炮眼布置
2
• 图中数字表 示起爆顺序
1 3
4
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。
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
孔口 孔底
• a－垂直楔 形掏槽 • b－水平 楔形掏槽。
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。
2பைடு நூலகம்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
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；
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。
2、角柱形掏槽
• 图中数字表示起爆顺序。 空孔
装药孔
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
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。
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。
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。
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。
四层楔形掏槽眼示意图
• （图中0~12 表示起爆顺序）
孔底位置 掘进进尺 自由面
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）
• 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
q 1 . 1 k 0 f /S
经验公式二
q kf p/(S d ) x
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：
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。