巷道爆破方案的设计

巷道爆破方案的设计

1.工程情况简介

通过工程情况简介，要了解隧道的长度，交通情况，有没有斜井、竖井、平行导坑。还要了解工程周边的情况，有没有建筑物、居民，我们进行爆破工程，对建筑物有没有影响，扰不扰民。还要大致了解是一条隧道还是两条隧道并行，若是两条隧道，之间的间距是多少。

2.工程水文地质情况

这里要了解围岩的类别、地质情况，各级围岩所占的比例，有多少条断层，在什么里程，含水量多大，在什么里程最为突出；有没有有毒气体，易燃易爆气体；隧道穿过的地方有没有古墓。当地气候条件，年平均降雨量，汛期最大降雨量，隧道进出口的汇水面积多大，隧道的进出口是不是就在山洪暴发所通过的通道上，隧道的进出口的标高如何，对洞子有没有淹没的危险。

3.爆破方案

3.1开挖方法

3.1.1全断面开挖（围岩整体性、稳定性都比较好的，一般来说是Ⅲ级围岩以上）

3.1.2上下台阶开挖（分长台阶和短台阶）（一般来说介于Ⅲ级和Ⅴ级之间）

3.1.3分部开挖（整体性稳定性都不好，一般用于Ⅴ级围岩）

3.1.4双侧壁导坑开挖（又叫“眼镜拱”法开挖）（整体性稳定性都不好，破碎围岩较多） 3.1.5CD法开挖（整体性稳定性都不好，破碎围岩较多）

3.1.6CRD法开挖（整体性稳定性都不好，破碎围岩较多，同时围岩比较软弱）

3.2掏槽孔

3.2.1锥形掏槽

各掏槽眼以相当或近似相等的角度向工作面中心轴线倾斜，孔底趋于集中，但互相并不贯通，孔底相互保持20cm的距离，爆破后形成锥形槽。孔数为3—6个，通常排列成三角锥形、正四角锥形和圆锥形。这种掏槽形式大多用于竖井的掘进。

3.2.2楔形掏槽

通常有两排相对称的倾斜炮孔组成，爆破后形成楔形槽。楔形槽通常用于中硬以上的均质岩石，断面大于4m2，炮孔以2—3对用得最多，每对掏槽孔间距为20—60cm，掏槽孔与工作面交角为55°--75°，孔底距为20cm。

楔形掏槽的优点是：所需掏槽孔数目较少，掏槽体积大，易将岩石抛出，有利于其他炮孔的爆破。缺点是：掏槽孔深度受到巷道断面的限制，因而影响每循环进尺；岩石抛得较远，岩堆分散，影响装岩效率。

表1锥形掏槽孔要素

岩石坚固系数f 炮孔倾角（°） 相邻炮孔间距（m） 备注 孔口距离 孔底距离

2—6 75—70 1.00—0.90 0.40 6—8 70--68 0.90—0.85 0.30

8—10 68—65 0.85—0.80 0.20

10—13 65—63 0.80—0.70 0.20

13—16 63—60 0.70—0.60 0.15

16—18 60—58 0.60—0.50 0.10

18--20 58--55 0.50—0.40 0.10

表2楔形掏槽的主要参数

岩石坚固系数f 炮孔倾角（°） 两排炮孔空口间距（m） 炮孔数目 备注

2—6 75—70 0.6—0.5 4

6—8 70--65 0.5—0.4 4—6

8—10 65—63 0.4—0.35 6

10—12 63—60 0.35—0.30 6

12—16 60—58 0.30—0.20 6

16—20 58—55 0.20 6--8

3.2.3垂直孔掏槽（直线型掏槽）

垂直孔掏槽是所有掏槽孔相互平行且垂直与工作面，其中有一个或数个不装药的空孔，作为装药孔的辅助自由面。垂直孔掏槽有缝形、桶形和螺旋形三种类型，由于缝形掏槽体积较小，故目前已很少用，常被桶形掏槽所代替。

3.2.3.1桶形掏槽

桶形掏槽的体积较大，有利于辅助眼的爆破，故被广泛应用。空孔直径可与装药孔相同，一般采用75—100mm的大孔径，孔间距一般为10—20cm。

3.2.3.2螺旋式掏槽

它的特点是装药孔到空孔距离依次递增，由近及远依次起爆，能充分利用自由面的作用扩大掏槽效果。如炮孔直径为d，则孔距L1=（1~1.8）d；L2=（2~3.5）d；L3=（3~4.5）d；L4=（4~5.5）d。为了克服这种掏槽爆后往往在槽中存留被压实的岩碴，可增加2~3个空孔，其长度比装药孔加长30~50cm，并在眼底装200~300g炸药，然后用充填物堵塞20cm，待所有掏槽孔爆破后，紧接着反向起爆，以利抛碴。

垂直掏槽与倾斜掏槽相比，其优点是：孔深不受巷道断面限制，可进行较深的炮孔爆破，加大掘进循环进尺；掏槽体积里外大小较一致，相邻炮孔的最小抵抗线也较一致，爆块均匀，不会抛掷过远，爆堆集中，有利于装岩。其缺点是掏槽孔数较多，掏槽体积小，装药孔和空孔的间距不能太大且需相互平行，要求有较高的钻孔技术。

3.2.4单向掏槽

掏槽孔排成一行，并朝一个方向倾斜。单向掏槽适用于软岩或有层理、节理、裂隙和软弱夹层的岩石中，且掏槽孔应与层理、裂隙垂直或斜交。

3.2.5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，可采用复式楔形掏槽或桶形与锥形混合掏槽。 3.2.6“大八字”掏槽

这种掏槽也是倾斜掏槽的一种，一般用于大断面隧道的开挖，其优点是：钻孔少，简单、省事。缺点：用药量大，爆出的石头粒径特别大，超欠挖十分严重，不提倡使用这种掏槽。

3.3周边孔（包括底板孔）

周边孔布置在开挖断面的轮廓线上，用以控制开挖断面的轮廓和规格。周边孔应向外倾斜3°~5°，以保证断面轮廓不缩小。周边孔的孔口距巷道轮廓边缘10--25cm，以利凿岩机械操作。根据围岩的级别不同，周边孔的孔口间距为40—70cm。

3.4辅助孔（掘进孔，爆破孔）

辅助孔均匀布置在所爆区域内，孔间距一般为60—90cm。

3.5光面爆破参数

3.5.1炮眼直径（d）

对于隧道开挖，现场所使用的钻头直径一般为35mm—42mm，所以炮眼直径一般来说是38mm—45mm。

3.5.2周边眼间距（a）

周边眼间距（a）和最小抵抗线（w）是光面爆破的两个重要参数。一般原则是，软岩和层理节理发育的岩层上，眼距应小而抵抗线应大，在坚硬稳定的岩层上，眼距应大些，抵抗线应小些。隧道跨度较小时，眼距应适当小一些，反之适当加大。隧道开挖施工爆破可按下式确定周边眼间距a

a=（10—20）d d为炮眼直径cm

对于隧道爆破的周边眼间距一般取40cm—70cm，导向空眼和装药眼之间的间距一般不小于40cm。

3.5.3最小抵抗线w

最小抵抗线即光面层厚度，光面爆破效果的好坏，除受周边眼间距和周边眼装药结构参数的影响外，更主要受最小抵抗线影响，光面层厚度不仅影响周边眼间裂纹的形成，而且还影响光面层的破碎和开挖后隧道围岩的稳定。因此，确定合理的光面厚度，对提高光面爆破效果有积极作用。

表3隧洞光面爆破参数一般参考值

炮孔间距a（m） 最小抵抗线w（m） 线装药密度q（kg/m） 适用条件

坚硬岩 0.55--0.70 0.60—0.80 0.30—0.35 炮孔直径d为38—45mm，药卷直径32mm，炮孔深度1.0—3.5m 中硬岩 0.45—0.65 0.60—0.80 0.20—0.30

软岩 0.35—0.50 0.40—0.60 0.08—0.12

3.5.4炮眼密集度系数m

炮眼密集度系数也称炮眼临近系数，他表达了炮眼间距和a与最小抵抗线w之间的关系即m=a/w，是光面爆破参数确定中的一个关键值，实践证明m得合理取值在0.8—1.0。

3.5.5光面爆破炮眼的角度和深度

每循环炮眼的深度2.5—3.5m，其外插角为3—5°

3.5.6装药量 光面爆破装药量，一般按经验数据来确定，根据爆破效果，再适当调整爆破参数。

表4掘进爆破炸药单耗q（kg/m3）

掘进断面面积m2 岩石坚固性系数f

2--3 4--6 8--10 12--14 15--20

＜4 1.23 1.77 2.48 2.96 3.36

4—6 1.05 1.50 2.15 2.46 2.93

6—8 0.89 1.28 1.89 2.33 2.59

8—10 0.78 1.12 1.69 2.04 2.32

10—12 0.72 1.01 1.61 1.90 2.10

12—15 0.66 0.92 1.36 1.78 1.97

15—20 0.64 0.90 1.31 1.67 1.85

＞20 0.60 0.86 1.26 1.62 1.80

有了炸药单耗q值后，便可以计算每掘进一环所需的炸药量，采用下式计算装药量：

Q=q*S*L*△

式中Q—掘进一循环所需炸药量，kg；

q—炸药单耗量，kg/m3，一般取0.15—0.25kg/m3，软岩取小值，硬岩取大值；

S—巷道掘进断面面积，m2；

L—平均炮孔深度，m；

△—炮孔利用率，一般为0.8—0.95. 单孔装药量Q0：

Q0=a*L*G/h

式中Q0—每个炮孔的装药量，kg；

L—炮孔深度，m；

a—平均装药系数，即装药长度与炮孔深度之比，一般取0.5—0.8；

h—药卷长度，m；

G—药卷重量，kg。

3.5.7炮孔数目

炮孔数目取决于掘进断面面积、岩石性能和炸药性能。孔数过少将造成大块增多，巷道周壁不平整，甚至会出现炸不开的情况；相反，孔数过多将使凿眼工作量增大。因此，在必须保证合格爆破效果的前提下尽可能的减少孔数，通常根据炮孔平均分配炸药量的原则来计算炮孔数目。设炮孔数目为N，可根据每一循环炸药量Q与单孔Q0炸药量求得：

N=Q/ Q0

3.5.8不耦合系数B

炮眼直径（d）与药卷直径（dy）的比值称为不耦合系数，即B=d/dy。当不耦合系数B=1时，表示药卷与孔壁紧密接触。当B＞1时，表示药卷与孔壁存在着空气间隙，爆炸能量将在空隙中衰减一部分，因此，在实际施工中主要采用耦合装药改变装药结构来实现控制爆破。研究和实践经验表明，B=1.25—2.0时，是隧道控制超欠挖效果最好的。 3.6光面爆破的质量要求

对于光面爆破的质量要求，参见表5所示，爆破后的各项指标应符合表中要求，并且爆破后石碴块度应与所采用的装碴设备相适应，否则需要调整爆破参数。

表5光面爆破质量要求

顺序 项目 硬岩 中硬岩 软岩

1 平均线性超挖量cm 10 15 15

2 最大线性超挖量cm 20 25 25

3 两炮衔接台阶的最大尺寸cm 15 15 15

4 炮眼痕迹保存率% ≧80 ≧70 ≧50

5 局部欠挖量cm 5 5 5

注：①超欠挖的测量以爆破设计线为准；

②平均线性超挖量=超挖面积/爆破设计开挖断面周长（不包括隧道底宽度）；

③最大线性超挖量系指最大超挖处至爆破设计开挖轮廓切线的垂直线；

④炮眼痕迹保存率=残留有痕迹的炮眼数/周边炮眼总数量，应在开挖轮廓线上均匀分布；

⑤欠挖范围每平方米内不大于0.1m2.

附：隧道开挖各项指标统计表