预裂爆破施工中控制钻孔质量的关键技术

（1）钻孔布置。预裂孔应沿设计开挖边界线布置，炮孔倾斜角度应与设计边坡坡度一致。预裂爆破时，预裂面的超欠挖和不平整度主要取决于钻孔精度，以确保钻孔精度为前提，采用合理的爆破参数即可获得理想的预裂面。控制钻孔质量是预裂爆破施工中成败的关键。预裂孔的放样、定位和钻孔施工中角度的控制决定着钻孔质量。

预裂爆破的钻孔直径应与台阶爆破的台阶高度H相匹配，台阶高度H=5～15m时，预裂孔d=60～100mm；当台阶高度H=2～4m时，预裂孔d≤40mm。

预裂爆破孔与主爆区炮孔应符合下列关系：

1）预裂缝形成后，紧靠预裂缝孔外的一排主炮孔，既要将沿抵抗线方向的岩体破碎爆除，又要破碎预裂缝前的岩体，同时不破坏预裂后的岩石面。因此，紧邻预裂面的一排或两排主爆孔，应采用缓冲爆破，即减小抵抗线、减小装药量。缓冲孔应减小孔距、排距（见图4-5）。预裂孔与相邻主炮孔之间的距离宜为主爆孔最小抵抗线的0.3～0.5倍。该距离与主炮孔药包直径及单段最大起爆药量有关，缓冲孔的药量可为主爆孔的1/2～2/3。

2）预裂爆破时，预裂孔轴线端的布孔界限应超出主体爆破区，宜向主体爆破区两侧各延伸L=5～10m，以确保预裂缝的减振效果，预裂孔应有一定的超深（Δh）。

图4-5　预裂孔的示意图

（2）爆破参数。正确选择预裂爆破参数是爆破成功的关键，合理的爆破参数能获得最佳爆破效果，满足工程要求。影响预裂爆破参数选择的因素较多，如钻孔直径、炮孔间距、装药量、装药结构、炸药性能、炸药直径、地质构造、岩石力学强度等。预裂爆破参数选择一般采取理论计算法、经验公式法和工程类比法，但有时误差较大，效果不理想。因此，在全面考虑各影响因素的前提下，以理论计算为依据，以工程类比为参考，通过现场试验综合确定爆破参数。

1）钻孔直径d。钻孔直径根据台阶高度和钻机性能来确定，一般边坡台阶爆破时，预裂孔钻孔直径以80～110mm为宜，当边坡开挖质量要求较高时，钻孔直径宜适当减小。

2）钻孔间距a。预裂爆破的钻孔间距与钻孔直径有关，孔距与孔径之比a=（7～10）d，一般为0.5～1.0m，预裂爆破质量要求高、岩石软弱破碎、裂隙发育者取小值，岩石坚硬完整时取大值。

3）不耦合系数Kd。预裂爆破一般采用不耦合装药，Kd值大时，炸药直径与孔壁之间的间隙大，爆破后对孔壁的破坏小，相反对孔壁的破坏大。一般不耦合系数取Kd=2～4，当Kd≥2时，只要药包不紧贴孔壁，孔壁就不会受到损伤。如果Kd＜2时，炮孔孔壁质量很难保证。

4）预裂炮孔的超钻深度Δh。超钻孔深Δh可在0.5～2.0m之间取值，以不留根底和不破坏坡后岩体为原则。钻孔深直径大或岩石坚硬完整时超钻孔深取大值，当钻孔浅直径小或岩石较软弱时超钻孔深取小值。

（3）药量计算。

1）理论计算法。理论计算中多采用苏联A.A.费先柯和B.C.艾里斯托夫提出的计算方法。主要包括预裂爆破需满足的应力条件、装药密度计算及炮孔间距计算三项公式。

预裂爆破应满足的条件：预裂孔同时起爆时，需满足式（4-19）力学方程的要求：

式中　σr——预裂孔壁受到的最大径向压应力，MPa；

　　　σT——预裂孔连心线上岩体受到的切向最大拉应方，MPa；

　　　σ压——岩石的极限抗压强度，MPa；

　　　σ拉——岩石的极限抗拉强度，MPa。

装药密度计算：根据炮孔内冲击应力波的作用理论，在保证孔壁岩体不被压碎的条件下，可求得最佳的装药密度，可按式（4-20）计算：

式中　Δ——最佳装药密度，g/cm3；

　　　σ压——岩石的极限抗压强度，kPa；

　　　Q——炸药的爆热，kJ/kg。

炮孔间距按式（4-21）计算：

式中　a——炮孔间距，cm；

　　　σ压——岩石的极限抗压强度，kPa；

　　　σ拉——岩石的极限抗拉强度，kPa；

　　　μ——岩石的泊松比；(www.xing528.com)

　　　d——炮孔直径，mm。

2）经验公式计算法。预裂爆破经验计算可按式（4-22）～式（4-25）计算。

预裂爆破线装药密度计算通式（4-22）为：

式中　 q线——炮孔的线装药密度，kg/m；

　　　σ压——岩石的极限抗压强度，MPa；

　　　a——炮孔间距，m；

　　　d——炮孔直径，mm；

　　　K、α、β、γ——系数。

以下选取了相关单位推荐的预裂爆破计算经验公式，部分公式中取消了式（4-24）通式中的aβ项。

3）工程类比法。由于预裂爆破装药量的理论计算存在一些参数很难确定的缺陷，因此可以根据已完成类似工程的资料，并结合地形、地质条件、钻孔设备、爆破要求及爆破规模等进行工程类比选择。根据岩性不同，预裂爆破的线装药密度一般为100～700g/m，预裂爆破参数经验数据见表4-10。不同品种的炸药的密度、爆速、爆力、猛度等均有差异，爆破效果也不一样，应根据施工现场实际使用的炸药品种进行必要的换算。

表4-10　预裂爆破参数经验数据表

（4）预裂孔起爆延时。预裂爆破和主体爆破同次起爆时，预裂爆破的炮孔应在主体爆破前起爆，对于软岩宜不少于150ms，硬岩宜不少于75ms，使其在主爆孔起爆前形成预裂缝面。在主爆区需进行多次爆破时，预裂爆破也可事先起爆。预裂孔可采用齐发爆破，也可数孔或单孔毫秒延时起爆，以控制预裂爆破的振动影响。

（5）装药结构与堵塞。

1）装药结构。严格做好药包、药串加工，装药量、装药结构和堵塞质量均应符合设计要求，这是搞好预裂爆破的重要技术措施。预裂爆破常采用不耦合装药，其装药结构见图4-6，分为连续装药、均匀等距离装药和分段装药三种形式。采用分段装药时，底部为加强装药段、中部为正常装药段、顶部为减弱装药段和堵塞段。一般情况下各段与孔深的关系为加强装药段长度L3=0.2L，中部正常装药段长度L2=0.5L，顶部减弱装药和堵塞段L1=0.3L。

图4-6　预裂孔装药结构示意图

1—堵塞段；2—顶部减弱装药段；3—正常装药段；4—底部增强装药段

不管何种装药结构，预裂孔底部0.5～1.5m处均为加强装药段，装药量应比计算线装药密度加强，光面（预裂）炮孔底部加强装药段药量增加见表4-11。

表4-11　光面（预裂）炮孔底部加强装药段药量增加表

注 L1为底部加强装药段长度；qy1为预裂爆破孔加强装药段线装药密度，g/m；qy为预裂爆破孔正常装药段线装药密度，g/m；qg1为光面爆破孔加强装药段线装药密度，g/m；qg为光面爆破孔正常装药段线装药密度，g/m。

2）堵塞。堵塞良好可使炸药的爆炸能量得到充分利用，同时减少爆破有害效应，堵塞长度和炮孔直径有关，一般取炮孔直径的10～20倍，常为0.6～2.0m，可用砂子、泥土或石粉等材料逐层捣实，确保堵塞质量。

炮孔装药前，应将炮孔内的石渣和积水吹净，无法排干积水的炮孔应有防水措施。应严格按设计药量及装药结构制作药串，将加工好的药串按孔位编号，装药时按药串的编号送入相应的炮孔内。预裂爆破通常采用人工装药，将加工好的药串抬起，慢慢地放到孔内，当药串放到位后，应牢靠固定，再进行孔口堵塞。用竹片条绑扎的药串，放入炮孔内时可使竹片贴靠在保留区的孔壁部位。在炮孔堵塞过程中，应注意保护好导爆索和雷管脚线。

（6）工程实例。锦屏一级水电站大坝坝高305m，为世界已建最高拱坝。大坝左岸坝基地质条件复杂，坝肩槽最大开挖高度305m，在高程1885.00～1730.00m之间为灰色粉沙质板岩夹变质砂岩，其中在高程1833.00～1798.00m段出露宽度约4.4～6.5m的岩性为深灰色板岩，高程1730.00～1580.00m段地层为三叠系中上统杂谷脑组第二段大理石。边坡中有13条主要断层和11组层间挤压带。岩石卸荷作用强烈，卸荷裂隙发育。

开挖时爆破振动要求严，振动控制标准为：坝基和坝肩槽边坡质点振动速度不大于10m/s，新施工的锚索、锚杆0～3d龄期质点速度不大于1m/s。开挖中，锦屏水电站左岸坝肩预裂爆破主要参数见表4-12。开挖质量符合设计要求，达到预期效果。

表4-12　锦屏水电站左岸坝肩预裂爆破主要参数表（2号岩石乳化炸药）