《路基路面工程》11第九章路基爆破.pdf

第九章 石质路基爆破施工 山区公路路基石方工程量大，而且集中，据统计一般约占土石方总量的 45～75。爆破是石 方路基施工最有效的方法，亦可用以爆松冻土、淤泥，开采石料等等。在公路工程中采用综合爆 破，不但施工技术获得了重大革新，而且对公路选线、设计也有较大的影响。例如，沿溪线经常 要遇到悬岩峭壁，施工十分困难，工程量也很大，过去多采用展线翻越，或跨河绕避的方案。展 线方案，由于急弯陡坡较多，既降低路线的技术标准，又增加公路里程。跨河方案，增加桥梁工 程，不仅增加工程费用，还可能遇到基础施工等困难。如能采用综合爆破法施工，功效较高，工 期较短，占用劳动力较少，成本也可降低，且可考虑采用平缓顺直的沿溪线方案而无需展线或跨 河。又如，公路通过鸡爪地形地段时，为了避免施工困难和节省工程量，往往是随地形曲折起伏， 如采用综合爆破法施工，可取顺直的路线布置方案。 9-1 爆破作用原理 一、药包在无限介质内的作用 为了爆破某一岩体，在其中或表面放置一定数量的炸药，称为药包。按其形状或集结程度的 不同，可以分为集中药包、延长药包和分集药包三种。凡药包形状接近球形或立方体，以及高度 不超过直径四倍的圆柱体和最长边不超过最短边四倍的直角六面体，均属于集中药包；相反，药 包的长度或高度超过上述情况者，属于延长药包；分集药包是提高炸药有效能量利用率的新型装 药方式，它是将一个集中药包分为两个保持一定距离集中的子药包，如图 91。 药包在无限介质内爆炸时，炸药在瞬时间内通过化学反应转化为气体状态的爆炸产物。由于 膨胀作用，体积增加数百倍乃至数千倍，而产生静压力，同时产生温度很高、速度高达每秒上千 米的冲击波，以动压力的形式作用于药包周围。这种极其巨大的爆炸能，差不多在爆炸的同时自 药包中心按球面等量扩展，传递给周围介质，使介质产生各种不同程度的破坏和振动现象。这种 现象随着距药包中心距离的增大而逐渐消失。按破坏程度的不同大致分为几个区间，如图 92 所示。 图 91 分集药包示意图 图 92 爆破作用圈示意图 1．压缩圈。图 92 中R压表示压缩圈半径，在这个作用圈范围内，介质直接承受药包爆炸， 产生极其巨大的作用力。如果介质是可塑性的土，便会遭到压缩形成空腔；如果是坚硬的脆性岩 石，便会被粉碎。所以把R压这个球形区叫做压缩圈或破碎圈。 263 2．抛掷圈。在压缩圈范围以外至R抛的区间，所受的爆破作用力虽较压缩圈内小，但介质原 有的结构受到破坏，分裂成为不同尺寸和形状的碎块，而且爆破作用力尚有足以使这些碎块获得 运动速度的余力。如果在有限介质内，这个区间的某一部分，处在临空的自由条件下，破坏了的 介质碎块便会产生抛掷现象，因而叫做抛掷圈。在无限介质内不会产生任何的抛掷现象。 3．松动圈。 在抛掷圈以外至R松的区间。爆破的作用力更弱，但能使介质结构受到不同程度 的破坏，因而叫做松动圈（即破坏）。 4．振动圈。松动圈范围以外，微弱的爆破作用力不能使介质产生破坏。这时介质只能在应 力波的传播下，发生振动现象，如图 92 R松至R振所包括的区间，就叫做振动圈。振动圈以外爆 破作用的能量就完全消失。 以上现象就称为药包的球形爆破作用。 二、药包在有限介质内的爆破作用与爆破漏斗 药包在有限介质内爆炸时，药包的球形爆炸作用，在具有临空面的表面，都会形成漏斗状的 爆破坑，这种爆破坑的形状、数量和大小，不但与药包量大小、炸药性能、介质的性质等有关， 同时还与临空面的数量和所处的边界条件有关。 若在倾斜边界条件下， 则会形成卧置的椭圆锥体， 如图 93。o 为药包中心，ML 表示介质的临空面。oN 为药包中心至临空面的最短距离，称为 最小抵抗线，用 W 表示。药包爆炸时，爆破作用首先沿着 oN 方向阻力最小的地方，使岩（土） 产生破坏，隆起鼓包或抛掷出去，这就是作为爆破理论基础的“最小抵抗线原理”。 图 93 倾斜地形爆破漏斗示意图 可以认为Mf两点是以R下为半径的球面与临空面的交点，mof漏斗内的岩石会被破碎成块，并 部分掷抛出去，所以称mof为抛掷漏斗。在抛掷漏斗之外，还有一个随地面坡度变陡而增大的松 动漏斗，它由Mom和foL所包围的漏斗组成，在爆破过程中松动漏斗内岩体被推出或因本身自重 而崩塌下来，所以又将oL与of所包围的漏斗称为崩塌漏斗。又因为oMR下）和omRo在实践中很 难区分，故两者可统称下破坏作用半径R下，oL称上破坏作用半径R上。R下与R上所包围的漏斗称爆 破漏斗。r下与r上称爆破漏斗口径，a为椭圆的短轴，b为长轴。当地面坡度等于零时，崩塌漏斗消 失，爆破漏斗成为倒置的圆锥体（图 94）。mDL 称为可见的爆破漏斗，其体积 VmDL与爆破 漏斗VmOL之比的百分数E0，称为平坦地形的抛掷率； r0与W 的比值n0称为平地爆破作用指数， 264 n r W 0 0 ；100 0 mOL mDL V V E。 图 94 平坦地形爆破漏斗示意图 当临空面不只是一个，而是数个通过上述各圈或个别作用圈，且最小抵抗线均相等时，则在 各临空面内均形成爆破漏斗，爆能将在各临空面内均匀分布；当药包中心至各临空面的最短距离 不相等时，其最小的一个才是该药包的最小抵抗线。在具有最小抵抗线的临空面上，爆能才能充 分发挥出来。而在其它几个临空面上，爆能的作用则显著降低，有的则以冲击波传布的形式，被 无限介质所吸收。 以上各边界条件下药包的爆破作用，是药包在无限介质内的球形爆破作用，通过最小抵抗线 原理在有限介质中的体现。 三、炸药种类 炸药的种类繁多，爆破工程中常用的可分为以下两类 （一）起爆炸药 起爆炸药是一种爆炸速度极高的烈性炸药，爆速可达 2000～8000m/s，用以制造雷管。起爆 炸药又可分为正起炸药和副起炸药。 正起炸药对热能和机械冲击能均具有强烈的敏感性， 如雷汞、 叠氮铅、黑索金、泰安等；副起炸药须由正起炸药起爆，其爆速甚高，可加强雷管的起爆能量， 如三硝基甲硝胺，四硝化戊四醇等。 （二）主要炸药 用以对岩石或其他介质进行爆炸的炸药称为主要炸药，它的敏感性较低，要在起爆炸药强力 的冲击下才能爆炸。它可分为缓性炸药（爆速为 1000～3500m/s，如硝铵炸药、铵油炸药等）、 粉碎性炸药（爆速为 3500～7000m/s，如梯恩梯、胶质炸药等）等。道路工程中常用的主要炸药 的成分和性能如下 1． 黑色炸药。 它是由硝酸钾 （或硝酸钠） 、 硫磺及木炭所组成的混合物， 其配合比以 751015 为最佳。好的黑色炸药为深灰色的颗粒，不沾污手。对火星和碰击极敏感，易燃烧爆炸，怕潮湿， 威力低，适用于开采石料。 2．梯恩梯（三硝基甲苯）。它呈结晶粉末状，淡黄色，压制后呈黄色，熔铸块呈褐色，不 吸湿，爆炸威力大。但本身含氧不足，爆炸时产生有毒的一氧化碳（CO）气体，不宜用于地下 作业。 3．胶质炸药。它是由硝化甘油和硝酸铵（有时用硝酸钾或硝酸钠）的混合物，另加入一些 木屑和稳定剂制成的。可分为耐冻、非耐冻两种。工业上常用的是硝化甘油及二硝化乙二醇含量 各为 62和 35的耐冻胶质炸药。它对冲击、摩擦和火星都很敏感，如果湿度较高或储存时间过 久，容易分解、渗油和挥发。此时对外界的作用更敏感，受冻后尤其危险，它是一种危险性较大 的炸药。但胶质炸药威力大，不吸湿，有较大密度和可塑性，适合于水下和坚石中使用。 4．硝铵炸药。它是硝酸铵、梯恩梯和少量木粉的混合物。道路工程中常用的 2 号岩石硝铵 265 炸药其配合比例为 85114，具有中等威力和一定的敏感性，在 8 号雷管的作用下可以充分起爆， 是安全的炸药。但是它有吸湿性与结块性，受潮后敏感性和威力显著降低，同时产生毒气。规程 中规定，用于地下爆破时其含水率应小于 0.5％，露天应小于 1.5％，若含水率超过 3％，则可能 拒爆。 5． 铵油炸药。 它是硝酸铵 （NH4NO3） 和柴油 （或加木粉） 的混合物， 通常两者的比例为 94.55.5， 当加木粉时，其比例为 9244。这是一种廉价、安全、制造简单、威力比硝酸铵炸药略低、敏感 性低的炸药。其具有结块性和吸湿性，使用时不能直接以 8 号雷管起爆，须同时用 10的硝铵炸 药作起爆体，才能使其充分起爆。工地就地拌制的铵油炸药，单价较便宜，目前在爆破中应用较 多。 6．浆状炸药。它是以硝酸铵、梯恩梯（或铝、镁粉）和水为主混合而成的一种浆糊状炸药， 它的威力大，抗水性强，适用于深孔爆破，但需烈性炸药起爆。 7．乳化油炸药。它是以硝酸铵、硝酸钠、高氯酸钠等水溶液，石蜡、柴油和失水山梨醇单 油酸脂的乳化剂，以及含有微小气泡的物质如空心玻璃微球或膨胀珍珠岩等，混合而成的一种乳 胶状抗水炸药，具有中等威力，8 号雷管可以直接起爆。 四、 起爆材料及其起爆方法 （一）雷管及电力起爆方法 雷管是常用的起爆材料。按照引爆方式分为火雷管和电雷管两种。电雷管又分为即发、延期 及毫秒雷管。雷管外壳有纸、铜、铁等几种。工业上依雷管内起爆药量多少，分成 10 种号码， 通常使用 6 号和 8 号两种。6 号雷管相当于 1g 雷汞的装药量，8 号相当于 2g 雷汞的装药量。 1．雷管的构造。雷管由雷管壳、正副装药、加强帽三部分组成，如图 95 所示。 火雷管与电雷管的不同之处，是在管壳开口的一端，火雷管留出 15mm 左右的空隙端，以备 导火索插入之用；而电雷管则有一个电气点火装置，并以防潮涂料密封端口。延期和毫秒电雷管 的特殊点是在点火装置和正装药之间加了一段缓燃剂。 电气点火装置的构造，是在脚线（纱包绝缘铜线）的端部焊接一段高电阻的金属丝（一般为 康铜丝，也有铬镍合金或铂铱合金丝），称为电桥丝。电桥上滴上一滴引燃剂，通电时灼热的电 桥就能点燃引燃剂，使电雷管的正副起爆药发火起爆。 图 95 雷管的构造 1雷管壳；2副装药；3正装药；4加强帽；5电器点火装置； 6滴状引燃剂； 7密封胶和防潮涂料；8延缓剂；9窝槽（集能槽）；10帽孔 2．电雷管的主要指标。为了保证电雷管的准爆和操作安全，现将使用电雷管的有关参数介 绍如下 266 （1）电阻。一般使用的电雷管，电阻大致为 0.5～1.5Ω（2m 长铜脚线、康铜电桥丝）。按 安全规定串联在一起的电雷管，电阻差彼此不能超过 0.25Ω。 （2）最大安全电流和准爆电流。所谓最大安全电流，是指在通电 5 min 左右而不引起爆炸的 最大电流。康铜电桥丝的雷管最大安全电流和准爆电流为 0.3～0.4A，铬镍合金电桥丝的雷管为 0.15～0.2A。用来测定电雷管的仪器输出电流，不得超过 0.05A。 所谓最小准爆电流，是指在 2min 左右的时间内，通电而使雷管准爆的最小电流。康铜电桥 丝的为 0.5～0.8A， 铬镍合金电桥丝的为 0.4～0.5A。 按照安全规定， 成组串联电雷管的准爆电流， 直流电为 2A，交流电为 2.5A 。若能保证有 2.0～5.0A 的电流通过每个电雷管，则可充分保证准 爆。 3．电力起爆法。 通过电爆网路实现起爆的方法称为电力起爆法。电爆网路中，电爆管的 联结型式有串联、并联和混合联三种。 （二）导火索及火花起爆法 导火索是点燃火雷管的配置材料，外形为圆形索线，索芯内有黑火药，中间有纱导线，芯外 紧缠着一层纱包线或防潮剂。导火索的要求是燃烧完全，燃速恒定。根据使用的要求导火索的正 常燃速为 100～120s/m，缓燃导火索燃速为 180～210s/m。 导火索在使用之前必须进行外观检查，不得有表层破损、折断、曲折、沾有油脂及涂料不均 匀等情况，并应作燃速试验。 火花起爆法是利用导火索燃烧引爆雷管，从而使药包爆炸的一种起爆方法。 （三）传爆线及传爆线起爆方法 传爆线又称导爆线，其索芯用高级烈性炸药制成，内有双层棉织物，一层为防潮层，一层为 缠绕着的纱线。为与导火索区别，表面涂成红色或红黄相间等色。我国制造的传爆线是用黑索金 或泰安为索芯的，爆速为 6800～7200m/s. 传爆线着火较困难，使用时须在药室外的一段传爆线上捆扎一个 8 号雷管来起爆，传爆网路 与药包的联结方式有并联、串联、并簇联等。 由于传爆线的爆速快，故在大量爆破的药室中，使用传爆线起爆可以提高爆破效果。但必须 严格遵守安全规定。 （四）塑料导爆管非电起爆方法 塑料导爆管由高压聚乙烯，制成内外径分别约为 1.4 和 3mm 的软管，内涂有以奥克托金 （homocyclonite或黑索金为主的混合炸药，药量为 14～16mg/m。国产导爆管爆速为 1600～ 2000m/s. 可用雷管、导爆索、火帽、引火头等能产生冲击波的器材激发。很安全，可作为非危险 品运输。一个 8 号雷管可激发 30～50 根导爆管。起爆网路与药包的联结方式有并联、串联、簇 联和复式联结法等。该起爆方法具有抗杂电、操作简单、使用安全可靠、成本较低等优点，致使 有逐渐替代导火索和导爆索起爆法的趋势。 9-2 药包量的计算原理 一、多边界条件下爆破作用的特性 多边界条件即地形变化条件。在爆破工程中，一般分为平坦地形（地面坡度角α0～15）、 倾斜地形（α15）、凸形多面临空地形（山包地形）和凹形地形（垭口地形）四类。其中倾斜 地形又分为缓坡地形（α15～30）、斜坡地形（α30～50）和陡坡地形（α50）。 （一）爆破漏斗的形成过程 根据大量生产性使用的研究和高速摄影的宏观观察得知，药包在多边界条件下的爆破作用特 点， 可以从倾斜边界条件爆破漏斗的形成过程中得到反映， 如图96。 这一过程可分为五个阶段 267 第一阶段从炸药爆炸瞬间起至压缩波到达临空面时止，介质的运动完全与药包在无限介质 中爆炸的运动相似。临空面对药包周围介质运动没有影响，爆炸作用保持球面等量分布，形成空 腔，如图 96a。大量爆能消耗在使药包周围介质产生粉碎或塑性变形，形成压缩圈。 第二阶段爆炸能量主要消耗于使介质在垂直于临空面方向获得加速度。最后爆能的球形分 布被破坏，临空面介质沿最小抵抗线方向逐渐隆起形成“鼓包”，如图 96b。鼓包壳的厚度， 随鼓包上升而拉薄，以致从顶部破坏成碎块。爆炸产物剩余能量将逸散于大气中不做功。 第三阶段抛掷漏斗内介质，在重力场作用下作弹道飞行如图 96d。介质的抛掷距离，由 破碎介质中所储藏的动、位能，发射角和空气阻力等因素所决定。 第四阶段抛掷漏斗以上岩体，具有较大位能，在药包的爆震破坏下，因自重而崩塌下来， 堕入抛掷漏斗，减小可见漏斗，形成崩塌漏斗，扩大了爆破量，如图 96c。崩塌量由地面坡度、 岩性和结构软弱面产状所决定。 第五阶段介质由整体经药包的破碎作用变为松散体，在其自身所含位能的作用下，为达到 新的平衡而坍滑出路基，最后在漏斗内和坡脚推积成稳定的岩堆。其坡角为岩石碎块的安息角， 如图 96e。坍滑量由介质所含位能、岩性和地形所决定。 图 96 倾斜边界条件爆破漏斗形成过程示意图 a）形成空腔阶段；b）鼓包阶段；c）岩土飞扬阶段；d）崩塌阶段；e）坍滑阶段（陡峭地形时） 以上五个阶段，并非在任何条件下均可同时出现，也不能截然分开。在倾斜地形条件下，当 α〈45时，坍滑阶段将消失；在水平边界条件下，崩塌与坍滑两阶段都将消失，鼓包和抛掷方向 均垂直向上，位能的作用趋于零；多面临空地形，变化比较复杂，但最终还是由上述五个阶段组 合而成。 多边界条件的爆破漏斗体积按下式计算 1．倾斜、水平和多面临空地形（V）（m3） Vn WAB 1 2 23 α 上 （91） 2．凹形垭口地形（VY）（m3） VnWAn Y ⋅− 322 cossinsinααα 上 α （92） 式中 A崩塌系数，与岩性有关，一般为 0.05～0.12； B边界条件系数，倾斜地形为 1，多面临空地形B r nW ′ 2 1； （93） r′最小抵抗线出口点至山脊的距离，m； α上崩塌漏斗附近的地面坡角，（）； Aα上≥1 其余符号同前。 根据式（91）、（92）计算，倾斜地形爆破漏斗体积比平坦地形大 1～1.84 倍；多面临 空地形比平坦地形大 1.8～2.8 倍；凹形地形当地面横坡较陡时，爆破漏斗体积可能反而比平坦地 形爆破漏斗体积小。 （二）药包在多边界条件下的主要作用 268 1．上抛作用。药包爆炸的一个作用是把介质向上升起，然后再向四周抛掷出去形成爆破漏 斗。抛掷效果取决于所产生的动能，用药量愈大，抛得愈高，则所获得的抛掷量就愈大，爆破效 果就愈稳定。若药包埋置较深或抛掷率E〈50～55，被抛起的介质有可能大部分将重新落入爆破 漏斗，使实际的可见漏斗体积减小，甚至与松动爆破的漏斗相似。所以，在水平边界条件下，抛 掷率与药包量大小成正比，即E0∝Qο。上抛作用，是平坦地形和凹形地形确定可见漏斗体积的依 据。爆破漏斗的主要尺寸（图 94）一般是 堆积高度 h （0.32～0.36）W （94） 堆积距离 L （0.1E1.5）W （95） 爆破漏斗体积Vο 因边界条件为水平， B1， α上0， Aα上1， 代入式 （91） ， 得到Vn， 当n W 00 23 01 时，则V 。 W 0 3 ≈ 2．崩塌作用。在非水平地形条件下，崩塌漏斗内的岩体由于爆能的作用被破坏，在本身自 重作用下发生崩塌，明显地扩大了爆破范围，急剧地增加了爆破量。其体积V崩（m3）由下式计 算 Vn WA 崩 1 2 1 23 α 上 − （96） 崩塌作用大大降低了单位耗药量。 但因崩塌漏斗内大部分岩体抛不出去， 故相应地降低了抛掷率。 在缓坡地形最少要降低 30～40；在斜坡和陡坡地形这种不利作用，将在一定程度上为侧抛作用 所克服。但必须指出，即使在斜坡地形条件下，由于崩塌作用，路堑内岩体亦不能全部抛出路基。 3．坍滑作用。岩体因爆能的作用破坏成松散岩块所释放出来的位能，使岩块向路基外坍滑 （图 96e）。这是“抛坍爆破”能获得抛坍率的主要理论根据。它与地面坡度、岩石的爆破安 息角、松散系数等有关。 （1）爆破安息角θ。在斜坡以上地形，无论是采用抛掷药包或松动药包，当药量相差数倍甚 至十倍时，爆后路基面上均残留有三角形的岩堆。其坡角θ变化在 23～40之间，略小于自然安 息角，故称为爆破安息角。它可近似用下式表示 θ α 17 4 ，（） （97） 若松散岩块的边坡角大于爆破安息角，则岩块将因自重而坍出路基。 （2）坍滑作用力的分析。为了不伤及路基（图 97），药包必须提高，使下破坏作用半径与 路基交于有效路基宽度之外。 如图 97a， 设其夹角为ϕ。 因为R下1.41W， 即ACW， 故∠CAO45 常数，α角为地面坡度角，则 ϕα−45 如图 97b，当ϕ角足够大时，崩塌或松动的岩石，将沿 OA 斜面滑坍出路基。 HGsinϕ FfNfGcosϕ （98） 式中f岩石的摩阻系数，ftgθ； θ动或静安息角，一般θ动21，θ静32； G岩块 M 的重量。 若使 M 岩块向下滑动（或滚动），必须符合下列条件 0cossin⋅−ϕϕGfG （99） θϕtgftg∴ 或 ϕθ 令 ϕθ， 则由式（98）可得 α θ 45 当 θ 21 时，α 66 ； 269 当 θ 32 时，α 77 。 由此可知，若考虑动摩阻角，当α66时，岩块即可沿面 AO 坍滑，当α77后，一般静止的 岩块亦因自重而发生坍滑。这证明，在陡坡地形，岩体一经松动，便会因自重而坍滑出路基。 a） 图 97 横断面药包示意图 （3）坍滑作用与抛掷率的关系 药包仅起破碎岩石的作用时，根据破碎岩块的安息角，岩石的松散系数和自然地面坡度的关 系（图 98），可推导出坍出率的计算公式 E tg ctgtg tg ctgtg tg ctgtg tg ctgtg 出 − −⋅ − −⋅ −⋅ − −⋅ ⎛ ⎝ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ 1 111 11 ξ θ ϕθ ψ ϕψ α ϕα ψ ϕψ （910） 式中E出 药包仅起破碎作用时，岩石的坍出率，以百分率表示； ξ 岩石的松散系数，一般采用 1.3； θ 岩石的爆破安息角，（）； ϕ 设计的路堑边坡线与水平面所成的角度，一般为 53～90。 根据斜坡地形药包布置的基本原则，当α≤45时，药包一般可靠近路基顶面布设。因此，可 近似认为ψ为零，这样，式（910）即变成以下形式 E tg ctgtg tg ctgtg 出 − −⋅ −⋅ ⎛ ⎝ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ 1 11 1 ξ θ ϕθ α ϕα （911） 设ϕ90;ξ1.3和 1.5，θ35和40，根据式（910）计算，所得结果如图 99 所示。 由图 99 看出，在药包仅起炸碎岩石的作用时，坍出率将随自然地面坡度的变陡而剧增。 例如曲线“1”，当α40时其坍出率为 32；当α50时，其坍出率竟高达达 59.4，相当于斜 坡地形采用抛掷爆破的最佳抛掷率。 270 图 98 岩石的安息角 图 99 药包仅起破碎作用时坍出率与自然地面坡度的关系曲线 与自然地面坡度示意图 1为θ35，ξ1.3；2为θ40，ξ1.3；3为θ35，ξ1.5； 这一结果表明，在斜坡地形条件下，无需采用抛掷爆破。因为，岩体本身所含的位能已经代 替将岩块抛出路基所需的爆能。 4．侧抛作用。由图 96b 可以看出，“鼓包”沿最小抵抗线倾斜上升，岩体具有一定的位 能和有利的抛射角， 使侧向抛起的岩块不易再落回爆破漏斗。 因此只需要较小的抛起高度和抛距， 即可获得较高的抛掷率。这种动位能的共同作用，称为“抛掷作用”。在此情况下，如药包量不 变，爆破效果与自然地面坡度成正比，即 Q常数，Ε∝α。侧抛作用的大小，可近似地用标准抛 掷爆破时，抛掷率的增量ΔΕ表示。 ΔEf −7752.lgα 二.多边界条件下药量计算公式 根据介质本身潜在位能的作用相当于炸药有效爆能的提高和能量守恒原理，即在倾斜边界条 件下，抛坍一定量同类介质所需的机械能是常数。可以推导得到多边界药量 Q 的计算公式 Qe d K WEfe d K W F E⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ 3 ϕα, 3 α 912 式中 e炸药换算系数； d堵塞系数，与施工条件有关，一般 d1； K形成标准抛掷漏斗时，每方的耗药量，Kg/m3； W最小抵抗线，m； F（E，α）药包性质指数，可由图 91 查得经验值 F EEf,αϕα⋅ 理论值 FEEE ϕ αϕψ α,,⋅ 其中 ψ α α , .. . lg E a E f − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 1 0051 05 3876 ； α自然地面坡度，（）； E抛掷率（或抛坍率），； ϕ（E）抛掷率的函数，一般按下式计算，在抛坍爆破中ϕ（E）1； （913 ϕE E 04510 0 0129 . .. 271 fα抛坍系数，随自然地面坡度按以下规律变化 1.在抛掷爆破中 当α0～30时 fα α −1 7000 2 ； 或cosα； （914） 当α31～90时 fα α 26 （915） 2.在抛坍爆破中 f A Bα α （916） 其中A 和 B系数，一般情况下，A 和 B 取值分别为 26 和 0，当为低坡脚时，取值分别为 21 和 0.30。 目前我国和前苏联广泛采用的包列斯柯夫公式QKW3（0.40.6n3）是多边界药量计算公式 在α0时的特例。 图 910 药包性质指数 F（E，α）与 E、α的关系曲线 三、标准抛掷药包、松散药包和药包性质的变化 （一）标准抛掷药包 根据公式（92），当α0，E27时，则 fa1，ϕ（E1,即 F（E，α1，由此可得 kg （917） QKWQKV 3 0 或 此式即为标准抛掷药包的计算公式。用标准抛掷药包在介质内爆破，即形成标准抛掷漏斗。 272 它具有以下特征在水平边界条件下，其抛掷率为 27，，相应的爆破作用指数nr0/W1，漏斗 的顶部夹角为直角。 若 E1，则称为加强抛掷药包。标准 抛掷药包只作为药量的对比标准，在工程上没有什么实际的作用。 （二）松动药包 根据药包分类的意义， 松动药包的抛掷率 E0， 在水平边界条件下α0， 按此条件， 式 （9 12）变为 Q kg （918） K 045 3 .W W 此式就是在水平地形或拉槽路堑中所用的松动药包计算公式。 在陡坡地形或阶梯地形，因有崩塌作用，故可采用以下标准松动药包公式 kg （919） QK 033 3 . （三）药包性质的变化 为了与目前国内外其他爆破经验比较，根据药包性质指数变化，现列出在水平边界条件下药 包性质变化的规律如表 91。 药包性质变化表 表 91 药包性质指数 F（E，α） 抛掷率（E）， 爆破作用指数（n） 药包性质 0～0.187（0.125） 0 0 内部作用 0.187～0.33 0 1（0） 减弱松动 0.33 0 1（0） 标准松动 0.45 0 1 一般松动 0.45～0.7 0～10 1（0～0.8） 加强松动 0.7～1.0 10～27 1（0.8～1） 减弱抛掷 1.0 27 1 标准抛掷 1～2 27～50 1～1.42 加强抛掷 2～9 50～100 1.42～2.35 稳定加强抛掷 注 括号内为烈性炸药的药包性质指数； 根据包列斯柯夫公式反算的“n” 值，实际上并不存在。 四、延长药包与分集药包的计算 （一）延长药包的计算 1．与临空面平行的延长药包（图 911）按以下公式计算 QKlW F E 2 ,α （920） 式中 l延长药包的长度。 2．与临空面垂直的药包（图 912）按下式计算 QKl F E ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 5 6 3 3 ,α （921） 式中 l炮眼深度，m； 273 其余符号同前。 图 911 与临空面平行的延长药包 图 912 与临空面垂直的延长药包 在生产中一般不按式（921）计算，而是用装药长度lz与炮眼深度之间的比值控制，即 lZ ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ 1 3 2 3 l （922） 多临空面和阶梯地形，采用低限；临空面少，夹制力大，采用上限，但最小不得少于 1/5。 3．每米长延长（条形）药包按下式计算 QK WF E 条 ⋅⋅⋅105 2 2 3 .,α ； 或 Q Q a 条 ； Qb W q 条平 ⋅⋅ Kg/m （923） （二）平面药包的药量计算 qK F E 平 ⋅⋅111 1 3 .,α 或 q Q b W 平 条 ⋅ ； q Q a b W 平 ⋅ ⋅ Kg/m3 （924） （三）分集药包的计算 分集药包的药量仍按集中药包的公式计算。当两个子药包的最小抵抗线不等时，应取集中药 包处的最小抵抗线，按以下联立方程式解出，然后按地形、地质情况作适当的调整。 Q QWfWf QQQ 121 3 12 3 2 12 ⋅⋅ ⎫ ⎬ ⎪ ⎭ ⎪ αα （925） 式中 Q1、 Q2 ，W1、 W2，α1、α2 分别为两个子药包的药量、最小抵抗线和地面坡度。 Q 按集中药包计算出的药量， Kg。 当 W1 W2 时， Q1 Q2 1/2Q。 9-3 设计参数的选择及有关数据的计算 一、单位耗药量 K 值 单位耗药量 K 是在水平边界条件下， 形成标准抛掷漏斗时爆破单位体积介质所需要的炸药用 量。它是衡量岩石爆破性能的综合性指标。影响单位耗药量的因素很多，在爆破时，一般按以下 几种方法综合分析选取 K 值。 1．根据岩石等级，由表 92 查出。 除查表外，亦可根据岩石等级用下式计算各级岩石的平均 K 值。 274 KNb01 . （926） 式中N 岩石等级（按 16 级分级法）； b 系数。 当 N≤7 级时，b0.7； 当 N＞7 级时，b0.6。 2．根据岩石密度（ρ），由下式计算 K − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟1307 1000 2 2 .. ρ （927） 当最小抵抗线穿过不同岩层时，可用加权平均的方法计算，或以占大于 30的最小抵抗线的 岩性的 K 值， 作为整个药包 K 的值。 当所遇岩体节理发育或风化严重时， 可酌情降低岩石等级 1～ 2 级选用 K 值。 3．对于松动药包的单位耗药量 K，一般可近似取 1/3K，并可按下列公式计算 1）在露天钻孔爆破中，当破碎岩块的平均尺寸为 0.3～0.4 m 时 ′ − ⋅ − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟K C 080018 10 20 5 2 .. ρ （928） 2）在地下开采爆破中，当破碎岩块的平均尺寸为 0.15～0.2m 时 ′ − ⋅ − ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟K C 1050002 10 20 5 2 .. ρ （929） 式中K′ 松动药包单位耗药量，kg/m3； ρ 岩石的密度，kg/m3； C 岩体的当地声波传播速度，m/s； ρC 波阻抗。 单位耗药量 K 值表 表 92 岩石名称 岩石等级 （N） 坚实系数 （f） 岩石密度 γ（kg/m3） 标准抛掷单位耗药量K（ kg/m3） 砂 I 0.50.6 1500 1.82.0 密实的或潮湿的砂 0.60.8 1600*1.41.5 重亚粘土、砂质粘土 III 0.81.0 1750 1600（I） 1.21.35 坚实粘土 IV 1.01.5 2000 1.21.5 黄土 IV～V 1.02.0 1800 1600（II） 1.11.5 白垩土 V 1.52.0 1550 2600（VI） 0.91.1 石膏（硬石膏） V～IV 2.04.0 2200 2900（VII） 1.21.5 蛋白石（硅藻土） V～IV 2.04.0 2200 1.21.5 泥灰岩 V～IV 2.04.0 1900 2300 1.21.5 裂纹喷出岩（凝灰岩） VI 2.04.0 1100 1.51.8 重质浮石 VI 2.04.0 1100 1.51.8 贝壳石灰岩 VI～VII 4.06.0 1200 1.82.1 钙质砾岩 VI～VII 4.06.0 2200～2800 1.351.65 砾岩 VI～VII 4.06.0 2500 1.351.65 粘土质砂岩 VI～VIII 6.08.0 2200 1.351.65 泥质页岩、石灰岩 VI～VIII 6.08.0 2300 1.351.65 泥灰岩 VII～VIII 6.08.0 2500 1.351.65 白云岩 VIII～X 8.012.0 2700 2900（XI） 1.51.95 石灰岩 VIII～X 8.012.1 2700 1.51.95 275 镁质岩 VIII～X 8.012.0 3000 1.51.95 钙质砂岩 VIII～X 8.012.0 2600 1.51.95 石灰岩 VIII～XII 80.16.0 2900 3100 1.52.4 砂岩 VIII～XII 8.016.0 2700 1.52.4 花岗岩 IX～XII 10.015.0 2800 3100 3300 1.82.55 玄武岩 XII～XVI 14.020.0 2700 3100 3300 2.12.7 安山岩 XII～XVI 14.020.0 2700 3100 2.12.7 石英岩 XIV 18.020.0 2800 3300 1.82.1 斑岩 XIV～XV 18.025.0 2800 2700 3300 2.12.55 注 1．“*”根据试验得出。 2．（ ）括号内的罗马字母代表相应容重的岩石等级。 二、炸药换算系数 e 值 以标准炸药为准，令其换算系数 e＝1。标准炸药的爆力为 300ml，猛度为 11mm。若所用炸 药不是标准炸药，则按下式换算 e 300 所用炸药的实际爆力 或 e 11 炸药实际的猛度 （930） 在换算中，也有采用爆力与猛度同时考虑取其平均值者。大爆破应以爆力为准。一般可按表 93 选用。 炸药换算系数 e 值表 表 93 炸药名称 型号 换算系