中深孔台阶爆破

中深孔台阶爆破前言一、台阶爆破的特点及要素二、工程地质三、台阶爆破常用的爆破器材四、台阶爆破设计五、台阶爆破的网络设计六、微差爆破七、台阶爆破的几种常见布孔方式八、台阶爆破技术经济指标九、台阶爆破施工技术十、边坡及底板保护性开挖十一、台阶爆破施工组织和管理十二、台阶爆破安全技术十三、中深孔台阶爆破设计方案十四、钻孔设备机械配臵前言台阶爆破是露天矿开采的主要爆破方式，所以在技术上及管理上得到了充分发展，爆破方案设计、爆破参数优化、爆破效果模拟计算及块度预报、爆堆形态计算、爆破有害效应的控制、爆破成本控制及全自动化管理系统，均采用了最前沿的计算机、自动化及系统工程技术，使台阶爆破工艺逐步臻于完善。

在台阶爆破工艺逐步完善的过程中，于20世纪80年代将此技术引进到建设工程中来，特别是进入到21世纪以来，中深孔台阶爆破得到了广泛的推广及发展。

从发展的趋势看，中、深孔台阶爆破在建设工程中会逐占主导地位。

考虑到在当前工程建设开挖队伍中，对中、深孔台阶爆破的认识和经验不足，我们总结了自己的经验与教训，结合一些学习与实践经验的体会编成此册，本册内容多取材于各种知名的爆破书籍并结合我们爆破实践，可供施工单位和人员参考。

一、台阶爆破的特点及要素深孔台阶爆破在石方工程中占有重要的地位。

它已在露天和地下土建工程中被广泛应用。

在铁路、公路、水利等土建工程及冶金开采中采用，取得了良好的技术经济效果。

随着钻孔机械和装运设备的不断改进、爆破技术的不断提高、爆破器材的日益发展，深孔台阶爆破在改善和控制爆破质量、实现石方机械化施工、提高生产效率、达到快速施工方面，已明显地为人们所认识和重视。

因此深孔台阶爆破方法在石方开挖中所占的优势越来越明显。

露天开采时，通常是把矿岩划分成一定厚度的水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状，每个阶梯就是一个台阶或称为阶段。

台阶是露天采矿场的基本构成要素之一，是进行独立剥离和采矿作业的单元体。

1、深孔爆破的特点（1）、破碎质量好，破碎块度符合工程要求，大块率低，无根坎，爆堆集中和具有一定松散度，能满足铲装设备高效率装载的要求；（2）、降低爆破有害效应，如震动、噪声、冲击波、飞石等危害，减少后冲、后裂和侧裂；（3）、提高爆破技术经济指标，即提高钻孔延米爆破量，降低炸药单耗，使钻孔、铲运等工序发挥最大效率。

2、台阶参数台阶爆破的几何参数如下图所示，下面是对几何参数的说明。

台阶爆破炮孔布臵示意图（1）台阶高度H，m。

台阶高度H是中深孔爆破的最重要参数之一，合理的台阶高度对于施工组织、成本控制、安全风险等影响很大，因此应综合考虑工地的地形地质条件、钻孔机械的配备、挖运能力、工期要求、工程成本等因素进行确定，一般H=8-20米，而台阶高度在10-15米居多。

（2）台阶面倾斜角α。

斜孔台阶爆破α=β（钻孔斜角）；直孔台阶爆破α=700-900，软岩取小值。

（3）直孔倾斜角β。

直孔β=900；斜孔一般取730（斜度1：0.3）（4）。

底板抵抗线W1，m。

是中深孔爆破的最重要参数之一，W1过大，爆后不仅会残留根底而且大块率高；过小不仅增加钻孔数量，浪费炸药，提高爆破成本，而且易产生飞石，出现安全事故。

底板抵抗线大小同炸药威力、岩石可爆性、岩石破碎要求、药卷直径等很多因素有关，因此必须合理科学选取。

W1=（1.2-1.3）W或W1≤40φ。

一般取偏小值。

（5）前排炮孔抵抗线W，m。

一般指底部装药上沿（或单一装药中心）至台阶坡面的距离。

（6）炮孔间距a，m。

一般取a=1.25W和a=1.25b。

采用大孔距爆破时a=mW，m为炮孔密集系数，一般大于1， m可扩大到2-3.5。

（7）炮孔排距b，m。

也可以称为后排药包抵抗线，取b=W。

合理的孔排距可以增加钻孔爆落方量，改善爆破效果，降低大块率。

（8）前排钻孔上沿宽B，m。

B≤W，布孔时应考虑钻机的安全。

（9）钻孔孔深L，m。

L≥H，L=H+h1。

（10）钻孔超深又称超钻h1，m。

h1=0.3W1。

或h1=（10-20）φ。

超钻作用是为了克服底板岩石的夹制作用，使爆破后不残留根底，开挖后形成平整的底部平面。

超深选取过大，将造成钻孔和炸药的浪费，增加对下一台阶顶面的破坏，给钻孔带来困难；超深不足将产生根底，影响挖运施工，根据以往施工经验，结合本工地的岩石情况，根据不同台阶高度选取。

（11）填塞长度h0。

合理的堵塞长度和良好的堵塞质量，是改善爆破效果、提高炸药能量利用率、确保安全防止飞石的重要手段，一般取h0=（0.7-1.2）W。

或h0≥20φ。

（12）下部装药长度h2，上部装药长度h3，m。

（13）钻孔直径φ，mm。

（14）装药直径d，mm。

全耦合装药时d=φ。

径向不耦合装药时d＜φ；对上下部分段装药时，上部装药直径d=φ/1.4，下部耦合装药，上部延米装药量是下部装药的一半。

（15）爆破作用指数n。

是衡量爆破漏斗口大小的指标。

即爆破漏斗口半径r与最小抵抗线W的比值。

n= r/ W二、工程地质土石方爆破工程，是直接在岩体中进行的，所以爆破与地质有密切关系。

爆破实践证明，爆破效果的好坏，在很大程度上取决于爆区地质条件的好坏和爆破设计能否充分考虑到地质条件与爆破作用的关系。

与爆破关系密切的地质条件是：（1）地形；（2）岩性；（3）地质构造；（4）水文地质；（5）特殊地质。

1、岩石的主要物理性质与爆破有关的岩石物理性质主要包括容重、比重、密度、孔隙度、碎胀性、耐风化侵蚀性等等，它们与组成岩石的各种矿物成分的性质及其结构、构造和风化程度等方面有关。

2、岩石的分级岩石的坚固性是一个综合性的概念，概括各种物理力学性质和强度，表征着各种不同的方法下岩石破碎难易的程度。

目前在工程实践中最普遍的是用岩石的坚硬系数f值（普氏系数）作为岩石工程分级的依据。

具体参考普氏岩石分级表。

3、各种新炸落下岩石的松散系数各种新炸落下岩石的松散系数普氏岩石分级表4、结构面成因类型和分级岩石在成岩的过程，尤其是在形成以后的地质历史中，长期经受地壳的内力作用和外力地质作用，使岩石发生变形-断裂以及内部结构的改变，在岩石中形成各种结构面。

结构面可分为三大内；原生的、构造形成的和次生的。

原生的，包括沉积岩的层面、不正合面、夹层、岩浆岩的流层、与围岩的接触带和挤压带、节理、喷出岩的间歇层等，变质岩的片理面、板理面等；构造形成的，包括裂隙、劈理、断层、层间错动等；次生的，包括风化裂隙、卸荷裂隙、泥化内层。

5、岩石的节理裂隙与爆破的关系在存在宽间距张开裂隙的岩层内，少数大直径炮孔与少量岩块相交：在节理平行于炮孔的地方，节理能够部分地反射爆炸产生的应变波，使药包和其邻近节理间的岩石破碎得更好，但在这些节理以外的地方出现大块。

没有和装药接触的岩块只是受到通过节理传递的应变波的影响，因此岩块破碎度较差。

这些大块造成挖掘设备降效并加快装运设备的磨损、增加停车时间和维修费用；爆破时形成的新断裂面区主要取决于原有的不连续面间的平均距离，如果相邻节理间距大于现有设备的装运能力，就应采用较小孔径使炮孔的间距小于节理的平均间距，如果不是这样做的话，尽管钻孔（即增大孔径）可节约费用，但二次爆破、装载、运输和破碎的综合费用却高得多。

在裂隙发育的岩层，总的破碎度几乎完全受材料结构特性的控制，如果爆炸产生足够大的膨胀能，膨胀能就足以注入、楔开和扩大原有裂隙，移动岩石，形成松散的令人满意的爆堆。

与强应变波有关的能量存这种岩层内实际上被浪费掉了。

因此。

对裂隙发育的岩石，孔径可以加大（钻孔费用减少），而岩石的破碎度不会明显降低，和随后的作业费用也会增加。

增加孔径要求增加填塞长度，如果填塞段的岩石破碎不理想，可在填塞料内臵放一个短药包，辅助破碎大量的孔口岩石。

在填塞段放臵药包时，一定要设计好上部堵塞段的长度，以免造成飞石和下部主药包的气体过早逸散，造成安全隐患和炸药能量的损失。

在弱岩层中爆破如果存在强度较高的夹层或土质夹层，则岩层厚度和夹层厚度也是选择孔径必须认真考虑的问题，要布臵的炮孔间排距以使夹层得到充分破碎，而较小的间排距就要求孔径较小的钻孔。

6、岩石的倾向对爆破的影响对于有倾向的岩层，台阶爆破的抛掷方向一般应选择平行于倾面方或斜交于下倾面方向。

原因如下：抛掷方向如垂直于倾面方向，爆破后的后冲较大，会产生大的滑坡面和顶裂面，不利于下次的钻孔。

而平行倾面方向，则倾面位于爆区的侧方，且爆破产生的侧冲较小，对下次爆区的布臵有利，同时便于挖装工作。

7、地下水对爆破的影响在爆破中地下水对爆破的影响，主要是对钻孔和装药、堵塞施工方面的影响。

当钻孔达到地下水以后，孔内渗水，凿岩岩屑不易吹出孔外，容易发生卡钻；装药过程中，有时装入药卷会因脱节不连续而发生殉爆，影响爆破效果，造成安全隐患。

在堵塞炮孔时，若孔口满水，回填的砂土粒不能及时下沉，使得孔口堵塞不严实，常会发生冲炮，减弱爆破作用力。

三、台阶爆破常用的爆破器材及起爆方法一般炸药按用途分为：起爆药、猛炸药、发射药。

我们目前通常使用的主爆药是2号岩石炸药。

品种主要为膨化硝铵、改性铵油、乳化炸药。

主要性能如下表起爆器材：雷管、导火索、导爆索、继爆管、塑料导爆管与导爆管的连通材料雷管分为：火雷管、电雷管、非电导爆管雷管起爆器和电阻值测量仪器：起爆器分为发电机式和电容式两类，电容式类性能稳定、使用方便且容量较大，国产起爆器多为此类。

在量测电爆网络和电雷管的电阻值时，必须使用爆破电桥和爆破欧姆表。

共同特点是：输出电流小于30mA，外壳对地绝缘良好，防潮性好，不会把外电通过外壳引向爆破网络，也不致因内部受潮漏电引爆电雷管。

注意事项：使用前应进行其输出电流、对地绝缘和外露金属之间的绝缘，以确保安全，正常起爆。

起爆方法：1、导火索起爆法先点燃插入火雷管中的导火索段，待它燃烧后火焰以稳定的速度沿着导火索的药芯传播，当传到火雷管时，从导火索的端口喷出的火焰引爆火雷管，进而引爆药包。

优点是机动灵活、操作方便、点火容易，不需要复杂的电气线路，易于爆破员掌握。

缺点是劳动条件差、点火人员紧靠工作面、安全性差。

目前已很少使用该起爆方法。

2、导爆索起爆法导爆索可以直接用来起爆炸药和导爆管，但本身也需要用雷管起爆。

主要是利用绑在导爆索一端的雷管爆炸，起爆导爆索，然后导爆索传播，将绑在导爆索另一端的起爆药包起爆。

由于在爆破作业中，从装药、填塞到联线等施工程序上都没有雷管，而是在一切准备就绪、实施爆破之前才接上起爆雷管，其施工的安全性要比其他方法好。

优点是操作技术简单；安全性高；因导爆索的爆速高，有利于提高被起爆炸药传爆的稳定性；可以使组成炮孔和药室同时起爆，而且同时起爆的炮孔数不受限制。

缺点是成本高；爆破网络质量无法通过仪表检查；露天爆破时，噪声大，不适合城市控制爆破。