爆破参数的优化设计方案

（1）标准抛掷爆破单位耗药量系数K值。单位体积耗药量K值，代表岩石爆破性的综合指标。对K值影响的因素较多，在选取时，应以多种方法分析选取，常用方法为工程类比、计算、爆破漏斗试验等。

1）工程类比法。标准抛掷爆破单位耗药量系数K采用工程类比法时，可根据岩体种类、风化状况、物理性能等特性，结合岩石硬度指标按表7-2选择。

表7-2　各种岩石的标准抛掷爆破单位耗药量系数K值

2）计算法。用天然岩石密度γ计算K值，按式（7-2）计算：

用岩石等级（16级标准）计算K值，交通运输部公路洞室爆破按式（7-3）计算：

式中　N——岩石等级；

　　　b——系数（当N≤7，则b=0.7；当N＞7，则b=0.6）。

水利部东北勘测设计院采用（镜泊湖岩塞爆破）的K值按式（7-4）计算：

3）标准漏斗试验法。现场平地爆破漏斗试验求得K值，试验设计的步骤为：①标准漏斗的药包量Q=KeW3；②爆破后实测爆破漏斗半径r（r=L/2π，L为试验漏斗周长），算出爆破作用指数ne=r/W；③用Ke、ne算出实际单耗药量K值，即K=

为了使试验成果可靠，试验过程中应注意以下几点：①试验地点要有代表性，地质条件应与实际爆破的岩体相同；②试验时使用标准炸药，施工时如炸药发生变化时，应进行换算；③炮孔堵塞时，堵塞长度应满足设计要求，堵塞密实、质量好；④测量爆破漏斗半径时，地面高程应严格抄平。爆破试验应多作几次（3次以上），试验的数据误差不超过10%时，确认试验代表性好。

按岩石强度、等级查表或按密度计算K值，数据可能偏大。其原因是现场取芯的岩样较完整，试验得出的强度、密度等指标偏高些。爆破试验时，地表浅层的岩石易于风化，强度低一些，裂隙也发育些，故试验所得数据可能偏小。

当抵抗线穿过不同岩性、层次时，尤其是当某岩体厚度超过最小抵抗线40%时，应当采用加权平均法计算K（Km）值，即按式（7-5）计算：

式中　Hi——互层岩石于最小抵抗线方向上的厚度，m；

　　　Ki——各岩层的单位耗药量，kg/m3。

（2）最小抵抗线W值。确定最小抵抗线是洞室爆破设计核心。最小抵抗线的方向与取值，对洞室爆破的爆破效果、爆破安全以及爆破成本等影响显著。最小抵抗线方向应尽量避开爆区周边被保护对象，最小抵抗线采用较大值时，虽能降低洞室开挖量，但爆破大块率较高，增大二次改炮量，使装运困难。而采用过小的最小抵抗线时，会增加药包的个数和洞室开挖量，增大爆破施工难度，增大爆破成本。

确定最小抵抗线应首先针对爆区环境特点，确保周围建筑物安全的前提下，根据爆破块度要求和挖运设备的能力综合考虑。一般可在10～25m范围内选取。水利水电工程洞室爆破主药包的最小抵抗线值以20m左右为宜，且最小抵抗线W与药包埋设深度H的比值宜为W/H=0.6～0.8。

岩石爆破作用方向与岩体最小阻力面的方向一致。爆破设计的每个药包，都有自身的最小抵抗线。在确定W值时，还应综合考虑下列因素的制约影响：①扬弃沟槽横断面体形与尺寸；②多临空面（包括山脊地形）山地自然状态的相应设计标高；③斜坡地面的爆破方量、抛掷方向和抛掷堆积距离；④爆破药包布置为多排、多层药包时，对W值的相对大小与埋置深度的比例关系；⑤爆破时对岩块破碎度要求。

在多临空面的山体地形条件下，可针对不同的爆破破碎要求，确定相应的抵抗线。

山体两侧地形对称：岩性相同且均质时，如A、B两侧同样为抛掷或松动爆破，则WA=WB。

如洞室爆破设计时考虑A方向抛掷时、在B方向作松动或加强松动，则可按式（7-6）计算：

一般情况下，WB/WA=1.2～1.4时爆破效果较好。如地质因素复杂，除了K值本身有差异外，还要研究结构面的作用和影响，式中f（n）=0.4+0.6n3，为爆破作用指数函数值。

如洞室爆破设计时A方向抛掷，在B方向不破裂逸出，可按式（7-7）计算：

式中　ky——决定地质条件等的安全系数值，一般为1.00～1.08。

（3）爆破作用指数n值。爆破作用指数n值是洞室爆破主要参数之一。它关系到下列几方面：①爆破漏斗尺寸，包括直径与可见漏斗深度；②爆破抛掷方量和抛掷率；③抛掷堆积长度与宽度，即爆堆分布状况。因此，应根据设计要求、地形条件、地质条件、施工条件等确定。该参数对炸药量的增减，也是较为敏感的。

1）在斜坡地面的洞室抛掷爆破，选用n值时，与地面坡度有一定关系，可参照表7-3选择。

表7-3　地面坡度与n值关系表

据经验，抛掷至界外的抛掷百分数确定后，可根据下列关系式反求n值。

单排药包按式（7-8）计算：

两排药包按式（7-9）计算：

上两式中　E1、E2——设计抛掷百分率，%；

　　　　　α——地面斜坡与水平线的夹角，（°）；

　　　　　DW——前后排药包最小抵抗线之比值。

2）陡岩地形的爆破，抛掷与加强松动爆破的n值可在下列范围内选取：

3）平坦地面的扬弃爆破，可按设计扬弃百分数Ev反求n值，按式（7-10）计算：

有关工程经验指出，有时由于工程的特殊需要，如加大扬弃百分数，减少甚至设想不清理沟槽内的松散方量时，可将n值加大至2.0～3.0。此法在防汛过程中，开挖非常规溢洪道爆破时使用过。

对于平坦地面的其他爆破性质的n值一般取值如下。

全场弃爆破时，n值采用1.75～2.00；

半场弃爆破时，n值采用1.25～1.75；

加强松动爆破时，n值采用0.75～1.00。

4）多临空面地形（包括山脊地形）爆破可根据工程实施经验，确定n值：

（4）装药量计算。

1）标准抛掷爆破。标准抛掷爆破药包量的计算，按式（7-11）为：

式中　K——标准抛掷爆破时单耗药量，kg·m-3；

　　　W——最小抵抗线长度，m；

　　　n——爆破作用指数；

　　　Q——药包量，kg；

　　　f（n）——爆破作用指数函数（0.4+0.6n3）。

公式的适用范围为3≤W＜20～25m。当W＜3m时，计算不够准确；当W＞20～25m时，水平地面爆破漏斗偏小，应考虑重力修正。爆破作用指数为0.75≤n≤3.00。

2）扬弃爆破。平坦地面或地面坡度小于30°的扬弃爆破药量计算式仍为式（7-10）。但是有文献提出，当岩石W＞15m，土壤W＞20m时，应进行重力修正较合理，可按式（7-12）、式（7-13）计算：

3）抛掷爆破。斜坡地面当坡度α＞30°的抛掷爆破，按式（7-14）计算药量：

式（7-14）中函数f（α）为地面漏斗体积增量函数，不同n值时的f（n）/f（α）比值可参阅表7-4取值。表中的f（α）硬岩为坚硬完整岩体斜坡地面漏斗体积增量函数；f（α）软岩为土质、软岩、中硬岩地质条件下的斜坡地面漏斗体积增量函数。

表7-4　f（α）和f（n）/f（α）的关系表

4）加强松动爆破：对于较完整岩石或矿山覆盖层剥离时，可按式（7-15）计算：

5）松动爆破。在平坦地面沟槽松动爆破，按式（7-16）计算：(www.xing528.com)

6）崩塌爆破。当地面坡度大于70°的陡岩或出现多面临空时，药包量计算按式（7-17）计算：

7）分散药包爆破。有时为改善爆破岩石的均匀性、控制岩石的飞散，将一个集中药包的药量分成两个彼此间距很小（≤0.5W）且同时起爆的药包。这样做的好处是，既提高了爆破的可靠性，又有利于爆破岩石的均匀性和减小石块的飞散。根据不同情况按式（7-18）计算子药包量：

式中　Q——集中药包装药量，kg；

　　　Q1、Q2——分散为两个子药包的装药量，kg；

其余符号意义同前。

设计时可根据实际的地质、地形、爆破要求、最小抵抗线指向等进行药包布置和参数选择。当K1=K2，n1≠n2时，将式中的K项约去；当K1=K2，n1=n2时，Q1、Q2仅与呈比例关系。

8）条形药包爆破。洞室爆破采用条形药包代替集中药包时，药量的计算按式（7-19）和式（7-20）计算：

以上两式中　q——条形药包单位长度装药量，kg/m；

　　　　　　L1～n——一排集中药包改为条形药包的装药长度，m。

（5）压缩圈半径。爆炸瞬间产生的高温、高压将使附近一定范围内的岩石粉碎。该爆破区的半径称为压缩圈（或粉碎圈）半径。压缩圈半径的大小因药包形式、岩土性质而定。集中或条形药包按经验式（7-21）和式（7-22）计算：

式中　RC——压缩圈半径，m；

　　　Q——药包量，t；

　　　Δ——炸药密度，t/m3；

　　　q——单位长度药量，t/m；

　　　μ——压缩圈半径系数，可按表7-5选取。

表7-5　压缩圈半径系数μ与岩石强度关系表

注 黏土μ值为250；坚硬土μ值为150。

（6）预留边坡保护层。在渠道、溢洪道以及路堑洞室爆破开挖时，为保护边坡的稳定和安全，常需要设置边坡保护层。保护层厚度可按式（7-23）计算：

式中　ρ——保护层厚度，m；

　　　RC——压缩圈半径，m；

　　　B——药室中心向边坡一侧的宽度，m。

保护层厚度也可按式（7-24）计算：

式中　W——最小抵抗线；而系数A可按表7-6查用。

表7-6　预留边坡侧保护层系数A值表

（7）药包间距。洞室爆破采用多药包和群药包时。药包间距视地形、地质、施工、起爆方式等因素确定。分别简例如下。

1）斜坡地面抛掷爆破时硬岩、软岩分别按式（7-25）和式（7-26）计算：

式中　a——药包间距，m；

　　　n——爆破作用指数；

　　　W——抵抗线长度，m；

　　　f（n）——爆破作用指数函数。

同排同时起爆时，相邻药包间距还应符合式（7-27）的要求：

上下层同时起爆时，相邻药包间距还应符合式（7-28）的要求：

2）平坦地面扬弃爆破。

硬岩按式（7-29）计算：

软岩可按式（7-30）计算：

3）条形药包爆破时，可按式（7-28）计算，或a=W。

4）分散集中药包爆破间距按式（7-29）控制，或a≤0.5W。

当施工中要求在两药包间的岩体有较大的破碎时，可减小药包间的距离，当相邻药包的W、n不相同时，应取用它们的平均数nep、Wcp值，代入公式进行计算。

（8）漏斗破裂半径。在水平地面实施洞室爆破时，水平地面以下埋置药包，其深度为最小抵抗线W，爆破漏斗半径为r=nW，漏斗斜边的破裂半径为

在山坡洞室爆破时，斜坡地面因受重力作用影响，增加了部分塌落岩石，上破裂半径R′则应按式（7-31）计算：

式中　β——破坏系数。

铁道科研部门分析了数十个断面资料，得到了地面坡角α与破坏系数β的关系。

硬岩按式（7-32）计算：

软岩按式（7-33）计算：

在不同地面坡度时，破坏系数β值也可按表7-7选取。

表7-7　破坏系数β值表

在爆破设计中，还可采用上破裂角的方法来确定上破裂线的位置，一般上破裂角可认为就是土和岩石的自然休止角。坚硬、致密的岩石，上破裂角可取为70°～80°；微风化岩石，上破裂角可取为60°～70°；中等风化岩石，上破裂角可取为50°～60°；强风化岩石，上破裂角可取为40°～50°；土的上破裂角可取为30°～40°。

上述的R′值适用于较陡斜坡地面或山顶附近。如上部为平台或山脊地形时，R′值与φ角相关，其关系见图7-18。中硬以上岩石φ=60°～70°；松软岩石φ=55°～60°。

爆破漏斗下破裂半径R可按式（7-34）计算：

（9）药包埋置深度H值。斜坡地面布置药包时，要掌握药包埋置深度H与最小抵抗线W的比例关系，否则将影响爆破效果。对于抛掷爆破，W/H值可为0.6～0.8；对于崩塌爆破，H可适当加大，使W/H≤0.5～0.6，并与斜坡的角度也有关系。

上述9个方面的设计参数，在具体爆破工程设计中，应结合工程实际条件，合理选择，并在工程试验中验证比较后选定。

图7-18　上部为平台或山脊地形时φ角确定关系图