钻孔爆破设计及控制技术

根据不同工程任务的需要，一般有裸露爆破法、炮眼爆破法、药壶爆破法和洞室爆破法等基本方法，其中以炮眼爆破法最为常用，如基岩开挖、洞室开挖、石料开采等工程任务都是采用炮眼爆破的方法进行的。

炮眼爆破根据炮眼深度大小（或台阶高度大小）区分为浅眼爆破和深孔爆破。在水电工程建设施工中，当基岩开挖厚度较大时，常以深孔梯段爆破作为主要的开挖方法，对开挖深度不大的基岩可采用浅孔爆破的方法。

为达到某种质量目标，按炮眼起爆的时间顺序和作用形式又有不同的方式，常见的有齐发爆破、微差爆破、小抵抗线宽孔距爆破和微差挤压爆破等，对周边起控制作用的还有预裂爆破和光面爆破。

（一）露天浅孔爆破

爆破工程中通常将孔径在50mm以下及深度在5m以下的钻孔称为浅孔。在水平面上进行钻眼、装药、堵塞及起爆作业。

1.炮眼排列形式

炮眼排列形式可分为单排眼和多排眼两种。一次爆破量较小时用单排眼，一次爆破量较大时则要布置多排眼，一般不宜超过3～4排，多排眼的排列可以是平行的，也可以是交错的。图2-13、图2-14所示为常用的炮眼布置形式。

2.爆破参数

爆破参数应根据施工现场的具体条件和类似矿山的经验选取，并通过试验检验修正，以取得最佳参数值。

图2-13　露天小台阶炮眼爆破

H—台阶高度；L—眼深；h—超深；L1—装药长度；L2—堵塞药长度；W底—底盘抵抗线

图2-14　露天小台阶炮眼爆破的炮眼布置形式

（1）单位炸药消耗量q。q值与岩石性质、台阶自由面数目、炸药种类、炮眼直径等多种因素有关。在大孔径深孔台阶爆破中，q值在0.2～0.6kg/m3范围内变化，浅眼小台阶爆破可参照此数值或稍高一些选取。

图2-15　小台阶炮眼布置示意

1—垂直眼；2—倾斜眼

（2）炮眼直径d和炮眼深度L。露天小台阶炮眼爆破与深孔爆破的一个主要区别是炮眼直径和炮眼深度不同，小台阶炮眼爆破时，采用浅眼凿岩设备，炮眼直径和炮眼深度都远小于深孔参数，眼径多在50mm内，眼深多在5m内，此时台阶高度H也在5m以内，若台阶底部辅以倾斜炮眼，台阶高度可增加，如图2-15所示。

（3）底盘抵抗线W底。在台阶爆破中，一般都用这一参数代替最小抵抗线进行有关计算，以便保证台阶底部能获得预期的爆破效果，W底与台阶高度H有如下关系，即

式中　Kw——岩质系数，一般取15～30，坚硬岩石取小值，松软岩石取大值；

　　　d——钻孔直径，mm。

在坚硬难爆的岩体中，若台阶高度较高时，计算时应取较小的系数。

（4）炮眼超深h。如前所述，为了克服台阶底部岩石对爆破的阻力，炮眼深度要适当超出台阶高度H，其超出部分h为超深，h一般取台阶高度的10%～15%，即

（5）炮眼孔距a与排距b。同一排炮眼间的距离叫炮眼间距，常用a表示。通常a是不大于L、不小于W底，并有以下关系，即

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（6）装药量计算。浅孔爆破药量按延长药包计算，单孔药量为

式中　q——浅孔台阶爆破单耗，一般为0.2～0.6kg/m3，可按照岩性不同从有关资料中选取。

（7）起爆网路。浅孔台阶爆破现多采用导爆管起爆网路，进行微差间隔起爆。常用的微差间隔起爆方法包括排间微差和V型微差，如图2-16所示。

（二）露天深孔爆破

爆破工程中通常将孔径在50mm以上及深度在5m以上的钻孔称为深孔。深孔爆破一般是在台阶上或事先平整的场地上进行钻孔作业，并在深孔中装入延长药包进行爆破。

图2-16　台阶爆破的微差间隔起爆方式

1，2，3，…，5—雷管段别

为了达到良好的空孔爆破效果，必须合理地确定布孔方式、孔网参数、装药结构、装填长度、起爆方法、起爆顺序和单位炸药消耗量等参数。

（三）深孔微差爆破

微差爆破又称毫秒爆破，是指在深孔孔间、深孔排间或深孔内以毫秒级的时间间隔，按一定的顺序起爆的一种爆破方法。通常用不同段别毫秒雷管调节排间微差时间，这种方法具有降低爆破地震效应、改善破碎质量、降低炸药单耗、减小后冲、爆堆比较集中等明显优点。因此，在各种爆破工程中得到广泛应用，特别是大区多排孔微差爆破方法已成为露天爆破开挖工程的一种主要方法。

随着开挖工程规模的不断扩大，大区多排微差爆破越来越显示出其优越性。为保证达到良好的爆破质量，必须正确选择起爆方案。起爆方案是与深孔布置方式和起爆顺序紧密结合的，需要根据岩石性质、裂隙发育程度、构造特点、爆堆要求和破碎程度等因素进行选择。

常用的起爆方案如图2-17所示。

图2-17　几种常用的起爆方案

此外，在方形或三角形布孔方式中，也可采用单孔顺序微差起爆方案。

目前，多采用三角形布孔对角起爆或V型起爆方案，以形成小抵抗线宽孔距爆破，使深孔实际的密集系数增大到3～8，以保证岩石的破碎质量。

（四）预裂爆破和光面爆破

为保证保留岩体按设计轮廓面成型并防止围岩破坏，须采用轮廓控制爆破技术。常用的轮廓控制爆破技术包括预裂爆破和光面爆破。预裂爆破就是首先起爆布置在设计轮廓线上的预裂爆破孔药包，形成一条沿设计轮廓线贯穿的裂缝，再在该人工裂缝的屏蔽下进行主体开挖部位的爆破，保证保留岩体免遭破坏；光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面。

预裂爆破和光面爆破在坝基、边坡和地下洞室岩体开挖中获得了广泛应用。

1.成缝机理

预裂爆破和光面爆破都要求沿设计轮廓产生规整的爆生裂缝面，两者成缝机理基本一致。现以预裂缝为例论述它们的成缝机理。

预裂爆破采用不耦合装药结构，其特征是药包和孔壁间有环状空气间隔层，该空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值。因为岩石的抗压强度远大于抗拉强度，因此可以控制削减后的爆压，不致使孔壁产生明显的压缩破坏，但切向拉应力能使炮孔四周产生径向裂纹；加之孔与孔间彼此的聚能作用，使孔间连线产生应力集中，孔壁连线上的初始裂纹进一步发展，而滞后的高压气体的准静态作用使沿缝产生气刃劈裂作用，使周边孔间连线上的裂纹全部贯通成缝。

2.质量控制标准

（1）开挖壁面岩石的完整性用岩壁上炮孔痕迹率来衡量，炮孔痕迹率也称半孔率，为开挖壁面上的炮孔痕迹总长与炮孔总长的百分比。在水电部门，对节理裂隙极发育的岩体，一般要求炮孔痕迹率达到10%～50%；节理裂隙中等发育者应达50%～80%；节理裂隙不发育者应达80%以上。围岩壁面不应有明显的爆生裂隙。

（2）围岩壁面不平整度（又称起伏差）的允许值为±15cm。

（3）在临空面上，预裂缝宽度一般不宜小于1cm。实践表明，对软岩（如葛洲坝工程软岩）裂缝宽度可达2cm以上，而坚硬岩石预裂缝难以达到1cm。