硐室爆破（全）.ppt

硐室爆破,工程爆破理论与技术系列培训之,1、概述（1）、硐室爆破的概念硐室爆破是将大量炸药集中装填于按设计开挖成的药室中,达到一次起爆完成大量土石方开挖、抛填任务的爆破技术。（2）、硐室爆破的发展硐室爆破起源于军事上的地雷爆破，随着采矿业、建筑业、铁道交通和水利水电事业的发展，钻孔爆破法已远远不能满足采矿业、木工建筑业的飞速发展的需要，从面寻求新的大量快速开挖爆破方法硐室爆破法。优点量大、快速、高效、简便，不受气候与交通条件限制，能经济和安全地完成大量的土石方工程开挖、堆存和填筑等各项任务。缺点大块率偏高，但经工程实践总结提高，有很大改善。,硐室爆破,爆破硐室的分类,a、松动爆破,概述,硐室爆破,其作用特征为浅埋药包爆破后，在岩土内形成一个倒锥形的破碎漏斗，岩石充分破碎，疏松膨胀，在地面隆起，抛掷作用微弱，爆堆可用人工、机械挖运。,按其破碎疏松程度的要求，可分为标准松动爆破n0.75加强松动爆破1.0n0.75减弱松动爆破n1.0减弱抛掷爆破1.0n0.75,概述,硐室爆破,c、内部爆破,当药包的埋深很大，药包爆炸仅对周围介质有压缩、破碎的作用，地面上无破坏现象。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a,L,R,（5）、硐室爆破的形式,a、集中药包,集中药包形式图,概述,硐室爆破,,概述,硐室爆破,计算公式,其中，Q为炸药重量；VQ为炸药体积；∆为炸药密度KV为装药系数1.11.2。,集中药包可用竖井或导洞法开挖成药室或在导洞端部装填药后,用土石堵塞而成。,定义1从药包的几何形状和爆炸波传播特性与集中药包截然不同的特点来定义.认为当药包的纵向最长边LM较其横截面的最短边L1长度之比LM/L1≥8时,即为条形药包。,b、条形药包,定义2从药包浅埋于岩土内爆破所产生的漏斗形状出发,认为在条形药包的中段,爆破漏斗口半径r沿轴线有一段相同值时,为条形药包。,概述,硐室爆破,C、分集药包,概述,硐室爆破,即将条形药包沿药室或导硐内分成多个分割长度的非条形药包。分集药包大多用于岩体内断层和大裂隙较多,地形崎岖不平,W变化突出的爆区条件。,6硐室爆破的用途,概述,硐室爆破,①路堑开挖;,②露天矿山剥离爆破;,③定向爆破筑坝;,④路基爆破填筑;,⑤非金属矿剥离爆破;,⑥填海建港爆破;,⑦引水渠开挖及围堰拆除;,⑧场地平整爆破;,⑨围堰截流;,⑩石料开采;,硐室爆破的设计程序,概述,硐室爆破,根据我国爆破安全规程规定，硐室爆破设计工作应按不同爆破规模和重要性的分级标准，分阶段进行。A、B级硐室爆破应按可行性研究、技术设计和施工设计3个阶段的相应设计深度要求，逐一设计和审批程序进行。C级硐室爆破允许将可行性研究与技术设计合并，分两个阶段设计。D级硐室爆破可一次完成施工设计。,二.硐室爆破设计、管理与等级划分,硐室爆破,硐室爆破设计依据,1、设计依据,按设计委托书的任务要求,以国家标准的规定和各有关部门的指示为爆破设计的基础依据.,2、硐室爆破必备的设计依据资料,爆区地形图比例尺和精度为1/5001/2000,视工程规模和爆区大小而定;爆区地质平面图和地质钻孔资料含岩性、产状结构、地质断层、裂隙、溶洞、不稳定岩体分布及水文地质情况）；爆区周围的重要设施、设备，重要建筑物及隐蔽工程情况报告资料等。,2020/10/26,12,硐室爆破设计管理与分级标准,硐室爆破,以一次爆破炸药用量Q为基础，视工程的重要性及环境的复杂性可按规定做适当调整。,A级1000≤Q≤3000t；B级300≤Q1000t；C级50≤Q300t；D级0.2≤Q50t；,装药量大于3000t的，应由业务主管部门组织论证其必要性和可行性，其等级按A级管理。,硐室爆破分级标准,硐室爆破设计,硐室爆破,爆破方案规划药包布置原则,1、根据工程项目任务书，结合地形地质条件和自然条件，划定硐室爆破的区域范围，估算可爆方量和有效方量，是否满足要求若不满足重新调整，达到要求。,2、根据确定的主、副爆区的条件，制定药包形式和组合布置方式。,3、布置药包考虑侧面地形地质条件。,4、考虑药包设计参数的合理性和前后药包的关系。,5、药包布置高程应根据工程使用要求，结合爆区地形地质条件确定。,6、多排多层药包布置方案时，起爆顺序的基本原则是前排先爆，后排相继依次起爆。,硐室爆破技术设计的基本内容、方法和步骤,硐室爆破设计,硐室爆破,1、药包布置与设计。,2、爆破漏斗绘制。,3、计算爆区爆破方量。,4、通过爆破抛掷率和抛掷堆积计算，确定爆破方案的有效方量。,5、对爆破设计方案进行安全校核分析计算，确定其安全可靠性。,6、进行爆破施工组织设计。,7、对爆破设计方案进行综合经济分析评价,8、根据设计方案的优缺点和存在问题，重新调整药包布置和参数选择。,二．硐室爆破药包布置方法,硐室爆破,药包布置是爆破设计的核心工作,它具有整体性和灵活性,并与爆区地形、地质条件密切结合进行布置，修正寻优、循环设计的特点。,1、单个集中药包布置法（适用于多临空面小山包开挖爆破）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,爆破后地面线,硐室爆破,2、并列集中药包布置法（适用于短垭口路基开挖爆破）,注意两药包之间的合理间距a与药包的W，n值相关，一般可用a0.51nW,n为两个药包的算术平均值。,,,,,,,,,,,,,,硐室爆破药包布置方法,硐室爆破,3、双层单排延期药包布置法（适用于全路堑开挖爆破）,,,,,,,,,,,,,,,,,,硐室爆破药包布置方法,硐室爆破,4、单排并列群药包侧向抛掷爆破药包布置法（见半路堑爆破峒室开挖断面图）,5、露天矿剥离爆破药包布置法,1）山脊地形剥离爆破,2）单侧抛掷削顶爆破药包布置,3）爆区条件复杂的大型剥离爆破药包布置,4）定向爆破药包布置,6、硐室爆破与预裂孔配合布置法,（这种方法为了保护边坡免遭破坏。）,硐室爆破药包布置方法,半路堑开挖爆破地形及断面,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R,W,W,R,R’,R’,DK032,DK0-22,硐室爆破,硐室爆破药包布置方法,单侧抛掷削顶爆破药爆布置图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,原地面线,抛掷堆积线,滚动堆积线,需爆破的覆盖层,,,W,n1.25n1.3n1.35n1.4n1,硐室爆破,硐室爆破药包布置方法,峒室预裂药包布置,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,w,边坡线,预裂孔线,10.3,R’,R,硐室爆破,硐室爆破药包布置方法,参数的选取与计算,,,,,,,,,r,w,硐室爆破,1、药包参数的选取,a）最小抵抗线W,b）爆破作用指数n,c）炸药消耗量K,硐室爆破药包布置方法,2、装药量计算,1集中药包抛掷爆破的装药量计算,QeKW3（0.40.6n3,说明适用W≤2025M的范围的平地抛掷爆破；e以标准2号岩石炸药为标准的换算系数；K与岩土等级有关的炸药消耗系数；确定方法参照经验选取、通过容重计算、爆破实验确定。,硐室爆破,硐室爆破药包布置方法,K值的选取方法一经验选取法）,硐室爆破,硐室爆破药包布置方法,K值的选取方法二容重计算选取法）,硐室爆破,单一岩性的K值选取，kg/m3K0.4r/24002r单位kg/m3多种岩层的K值选取KK1W1K2W2KnWn/k1k2kn,硐室爆破药包布置方法,K值的选取方法三现场实验计算选取法）,硐室爆破,爆破漏斗实验n1.0w≥35m;统计r统计平均值后按鲍氏公式反求K值。,a、平坦大地大抵（W≥2040m）QKW3（0.40.6n3W/201/2该公式考虑岩石重力的因素比较多。,b、斜坡地带，重力影响与斜坡角度有关QKW3（0.40.6n3Wcosa/201/2,硐室爆破药包布置方法,2条形药包药量计算公式,硐室爆破,公式前提L/W尺寸足够大，端部效应不考虑，按集中药包间距a0.51nw计算。,Qql[eKW3（0.40.6n3l]/d[eKW2（0.40.6n3l]/m,L为条形药包长度，m。,q单位长度装药量，kg。,m药包间距系数。,硐室爆破药包布置方法,药包压缩圈半径计算,硐室爆破,1、集中药包爆破压缩圈的半径计算（前苏联公式）,r0.62QK1/3,K压缩圈系数，与岩土性状有关。,我国使用的公式,r0.62Qu/⊿1/3,其中U与K相同，单位m；⊿为装药密度，单位t/m3。,硐室爆破药包布置方法,2、条形药包压缩圈计算,硐室爆破,r0.56qu/⊿）1/2,q---条形炸药单宽炸药量。,⊿---为装药密度，单位t/m3。,其中U与K相同,硐室爆破药包布置方法,单个集中药包单位炸药消耗量分析,硐室爆破,W，r为标准爆破漏斗的尺寸，m.,ry为药包压缩圈半径，m.,根据计算，抛掷爆破与松动爆破的V，和单位炸药消耗量Q/V。若U10、n1.0n0.75时，得出如下结论标准爆破抛掷单位炸药消耗量0.8K;标准爆破松动单位炸药消耗量0.33K,硐室爆破药包布置方法,岩土爆破压缩圈半径系数,硐室爆破,硐室爆破药包布置方法,三．药包间距计算,1、集中药包amw0.51nw,其中n、W为相邻药包的参数的平均值。对于松动爆破m0.81.2;同排多层集中药包斜面爆破，层间距bm’w;n≤m’≤1n21/2抛掷爆破取小值；松动崩塌爆破取大值。,2、条形药包的间距,同排同列L0.30.5W同段起爆）L0.8W1n21/2.延时起爆200ms斜面爆破b和多层集中药包相同，抛掷取小值、崩塌取大值。,硐室爆破,四．爆破抛掷率分析,1、平地爆破抛掷率E按n0.5E/0.55进行估算。,2、斜坡地面抛掷爆破参照下表进行分析。,硐室爆破,,爆破抛掷率E值,爆破抛掷率分析,硐室爆破,五、药包爆破漏斗绘制原理和方法,绘制方法与步骤,1、通过药包中心垂直地形图上等高线最近的方向切割地形剖面；2、垂直地表和药包中心做W线；3、选取参数计算装药量；4、计算药包压缩半径；5、计算RW（1n21/2.6、计算R‘W（1Bn21/27、通过上述计算划出A、B点，通过A、B点划出剖面。,硐室爆破,药包爆破漏斗绘制原理和方法,硐室爆破,爆破漏斗剖面图,,,,,,,,M,B,A,W,R’,R,O,,ry,药包爆破漏斗绘制原理和方法,硐室爆破,,,,,,,,,,,Z,O,Y,X,R,M,W,R,Lx,Hx,,Rx,x,A,B,药包爆破漏斗绘制原理和方法,硐室爆破,,,,,,,,,A,B,O,X,,,,A,B,O,M,,,R‘,Lx,,,,M,,,,,,,,,,R,R,Rx,Rx,R,O1,Ox,,OR,漏斗边上任意点x与O的连线RX在平面投影的长度为LX有如下关系,药包爆破漏斗绘制原理和方法,硐室爆破,RX漏斗边上某x点的破裂半径；HXx点相对应于药包中心O点的相对高差。,,,药包爆破漏斗绘制原理和方法,硐室爆破,以药包中心O点为圆心，以各点的Lx值为半径，分别在相应高程的等高线相交，即的x点在地形图上的位置。连接所求的点，即位爆破漏斗的投影轮廓图形。若为群药包爆破，则先按每个药包各自绘制爆破漏斗轮廓线。然后，在相邻药包最小抵抗线剖面中破裂线上的相同高程点以直线连接，药包外侧漏斗则与前述绘制方法相同，围成的爆破漏斗范围即为爆破总平面地形图。,六、抛掷堆积计算,（一）体积平衡法,基本原理是爆破堆积体来源于爆破抛掷有效方量，基于物质守恒定律，两者方量平衡。,基本假定,①抛掷堆积体从爆破可见漏斗下缘算起，无论是在纵横向都是连续整体。,②在一般情况下，堆积体形状是水平地面爆破，堆积体呈凹形抛物线；斜坡地面爆破，在漏斗范围内呈凹形抛物线，漏斗处一般呈抛物线；,硐室爆破,硐室爆破,抛掷堆积计算,③平地单个药包爆破的堆积体。在平面上投影为同心圆，斜坡地面则为半椭圆状。群药包根据其位置大小，按上述方法投影类推。复杂地形根据特定地形条件来判断。,④堆体积最大宽度在一般情况下，与抛距或nW值成正比。,⑤多排药包爆破堆积体，可认为是各排药包爆破岩石按顺序叠加而成。故可用单排群药包爆破堆积体计算方法，通过叠加程序获得。,⑥累积叠加法，同样适用于两岸同时爆破的堆积计算。,抛掷堆积计算,硐室爆破,这种计算方法的特点是根据以上假定，应用爆破漏斗、可见漏斗深度、抛距、塌散范围等经验计算公式，首先进行平面积平衡，然后根据漏斗内的抛掷面积Aai，松动面积A面，土石松散系数ΔV及平均断面间的距离di，计算总抛掷方量VA。考虑到有部分土石Kr飞散于其他方向（一般Kr5～8），按照体积平衡原理即得堆积总方量计算式,,,,式中,应等于纵向塌散总宽度。,,硐室爆破,抛掷堆积计算,,如果计算的＞时，表示堆积方量大于抛掷方量；反之，则小于抛掷方量，均需修正堆积高度。,,抛掷堆积计算,硐室爆破,二弹道理论法,根据浅埋于岩土内的炸药爆炸气体产物将炸碎后的岩石从漏斗中散射抛出的作用机制，假定爆破漏斗内的岩石，从爆心至漏斗口表面的微圆锥体角呈辐射形状冲出漏斗后沿外弹道学轨迹运动至坠落地面聚堆成爆破堆积体，遵照能量守恒、质量守恒定律。,抛掷堆积计算,硐室爆破,（1）单个集中药包爆破抛掷计算模型假定,①炸药爆轰和岩体破碎瞬间完成；,②爆破漏斗中已被破碎的介质受气室高压气体膨胀推动作用，漏斗中各微圆锥体按各自获得的初抛掷速度VOi呈辐射状抛出，而相邻微圆锥体间无摩擦力作用，不产生能量交换；,③各微圆锥体抛出后按外弹道系统轨迹运动着地；,④整个爆破漏斗被抛出的岩土介质所获得的总动能应与炸药爆炸的有效抛掷能的部分相平衡；,⑤爆破抛出的岩土与着地堆积体之间保持质量平衡。,抛掷堆积计算,硐室爆破,（2）岩石爆破抛掷速度分析计算方法,抛掷速度的计算将爆破抛掷漏斗（即从药包中心以漏斗母线R与自由面相交围成的漏斗体积部分，而不计算因爆松受重力作用塌落R’与R之间的部分）从药包中心点用直线至漏斗口地面交点，将爆破漏斗任意划分为微锥体族。,各微锥体轴线长为Ri，各微锥体的爆破抛掷计算初速度Voi假定为,抛掷堆积计算,硐室爆破,,式中，Am为各类药包的抛体速度系数；Ri为锥体轴线长度；m为系数，与药包形式有关；单个集中药包m3，条形药包m2。,8-19,抛掷堆积计算,硐室爆破,根据质量守恒定律，将漏斗中各微元体所获得的动能积分后与爆破抛掷能相等，即得能量守恒方程,,8-20,用差分法便可近似求出单个集中药包和条形药包相应的速度系数A1与A2值。若临空面为单一斜坡面时，可用直接积分法解得A1和A2如下,抛掷堆积计算,硐室爆破,,,上式符号U0为炸药单位能量（kg-m/kg）；ξ1,ξ1分别为集中药包与条形药包的抛掷有效能量系数；γ为岩土介质容重；φ为W与R的夹角（φtin-1n）；Q,q分别为集中药包和条形药包单宽炸药重量。其余符号同前。,8-22,8-21,抛掷堆积计算,硐室爆破,条形药包两端的爆破速度场与中间部分不同，虽另作处理，但因其有效上坝当量所占比重不大，影响有限。对于并列药包爆破，若所取的药包间距恰当。其力学模型近似为炸药爆炸终结后，两药室气腔的高压气体独自膨胀，在一定时间后，相邻药包的气腔膨胀并击穿中间的岩石迅速连通成整体气腔作用继续推动岩石向自由面方向抛掷作功,故可近似参照条形药包作平面问题处理。此时微元体为微楔形体，如图示。,,抛掷堆积计算,硐室爆破,微元体参数,抛掷堆积计算,硐室爆破,并列集中药包的外侧漏斗按集中药包处理。对于多层并列药包和多层条形药包，其爆破漏斗中部岩石，按与准平面药包一唯平面问题处理。其微元体为柱体，按W指向抛出。层间药包外侧漏斗的抛掷作用较复杂，按层间药包共同作用下三维问题处理。群药包爆破抛掷的有效能药系数较平药包时为大。单药包爆破抛掷有效能量系数波克罗夫斯基教授根据阿素诺夫В.А.Ассонов教授关于在药包附近爆炸的冲量分布规律遵照能量守恒原理得到了抛掷有效利用能量系数计算式为,,8-23,抛掷堆积计算,硐室爆破,上式中常数值未必准确，因未考虑炸药与岩土的匹配问题。故可通过现场爆破试验求得。应该指出，并列药包，尤其是多层并列药包等大抵抗线群药包爆破时，鼓包破裂时间较晚，气室膨胀时间相对增长，地质因素对气漏损失影响相对较小，故爆破抛掷有效能量系数明显提高。据某些爆破工程反演分析知，对小规模爆破时ξ≈8～12；大规模爆破时ξ≈13～18。,（3）抛掷距离与堆积计算,抛掷堆积计算,硐室爆破,①根据药包最小抵抗线的爆破漏斗剖面图知各微锥体的抛掷参数，可按轨道方程计算,,式中，H,L质点着地点与发散点的高差和水平距离；V0,θ质点发射初速度和角度；Fs与空气阻力系数的函数。不考虑空气阻力时，可设Fs1.0。,8-24,联立上面式式8-21,8-23和8-24，经简化后得到自药包中心算气的最大抛距公式为,抛掷堆积计算,硐室爆破,,8-25,②微元体弹道抛掷堆积图算法,抛掷堆积计算,硐室爆破,经用上述方法求得各微锥体的初速度后，即可按外弹道方程（8-23）计算各微锥体的抛掷运动轨迹和落点，经全部微锥体落点累积计算完毕后进行堆积物的坍塌稳定平差计算。最终得出堆积体的堆积范围和堆积形状。因此，根据图算原理，研究和编制成一套诺膜图。相应提出了定向爆破抛掷堆积快速图算法。（详见李君纯“定向爆破筑坝抛掷堆积速算法”，水利学报，1962年5月第2期，及霍永基“定向爆破筑坝爆破设计计算方法的研究”，水利学报，1964年4月第2期）,抛掷堆积计算,硐室爆破,③简易弹道抛掷堆积计算法在多排药包爆破时，每排药包抛的出漏斗边Nx,y点以外的的斜坡地面距离都不同，如图下示。,,斜坡抛掷距离关系,抛掷堆积计算,硐室爆破,而在抛掷漏斗各剖面上能直接抛出至Nx,y点后必然发生滚动，塌落于堆积区。而漏斗剖面中间部分必有上、下两条微锥体围成的抛掷体能抛出Nx,y以外。其余微锥体则堆散于漏斗区。然后按岩石的休止角坍塌。因此即可根据直接抛出和坍塌超出Nx,y的全部岩石的总松方量，沿斜坡面滚动坍落于堆积区形成堆积体，据此可计算其有效抛掷堆积方量和抛掷堆积率。此法对于多层并列药包布置情况同样适用。,抛掷堆积计算,硐室爆破,三整体弹道法,该法提出较晚，它继承了弹道理论法抛掷漏斗各分区中抛掷体运动的一些概念，将抛掷漏斗区分成正体和偏体分别计算，并套用了体积平衡法中关于抛掷体坠落前沿抛掷距离按三角形分布的假设，提出了相应的简化计算方法。该法没有反映地形变化等影响因素，假定性的经验系数颇多，任意性亦较大，但计算比较简单快捷，在工程中亦有过许多应用。,七、爆破影响安全校核,爆破地震效应及地面建筑结构安全影响分析；爆破个别飞石距离分析；空气冲击波效应分析；爆破对地下结构及隧洞安全影响分析；爆破对基岩破坏范围分析；前三项爆破效应分析详见爆破安全技术有关部分。本章注重介绍后两项效应分析方法。,硐室爆破,硐室爆破,爆破影响安全校核,1、爆破对隧洞破坏影响。,远区爆破瑞利波已形成后，可用爆破震动影响分析法按现行爆破规范规定进行。在同一山体中的隧洞近区爆破属应力波破坏机制，可用下述方法分析校核。,①等效比距法。等效比尺距按下式换算,,②动力有限元分析法。根据达朗贝尔原理，爆破作用下的运动方程为,爆破影响安全校核,通过对某工程直径为8m的无衬砌隧洞数值分析计算知当入射波压力参数相同，而入射边界至隧洞距离不同时，隧洞侧面最大的应力集中系数Kd变化情况见表（8-4-6）。,硐室爆破,爆破模拟实验研究。在国家“七五”科技攻关“定向爆破筑高坝研究”中，专门安排了相应的现场爆破模拟试验研究。试验布置包括两个平行的条形药包，成单排双层药包爆破。药室参数W7.0m，n1.2，b7.4m。药室长约为25m。总装药量为4030kg。根据试验实测的应力应变和振动速度、加速度参数值，同时按等效比距法计算试验洞各相应区爆破效应的宏观现象特征，获得了该爆破试验对隧洞破坏效应相应的各种安全判据参数值之间的对应关系同列于下表（8-4-7），可供参考。,爆破影响安全校核,硐室爆破,硐室爆破,2、爆破对基岩破坏影响。,爆破影响安全校核,原苏联Н.М.波贺莫夫等人根据工程实地观察和对沟槽开挖横截面的研究为依据，提出平地爆破时基岩破坏区图形为椭圆体。爆破裂缝形成区半径rTP由下式计算我国工程实践研究成果及分析方法。①1963年南水定向爆破筑坝,,国家“七五”科技攻关从实测应变数据作回归分析，得相应的应变随深度竖向与等效比尺距的关系式为,爆破影响安全校核,硐室爆破,八、爆破施工与管理,硐室爆破的导洞药室布置与施工；导洞进口位置；主导洞进洞方向；导洞截面尺寸；导洞坡度；导洞与药室的连接形式；竖井与药室开挖连接方式；导洞、药室开挖及竣工验收。起爆网络设计与测试；起爆网络设计方案选择；起爆网络的测试工作；起爆体的制作和敷设；,,起爆体结构示意图,硐室爆破,装药与堵塞工作；装药前的准备工作；炸药装填；堵塞工作。起爆准备工作；起爆电源选择；起爆站选址及通讯联络；现场警戒及信号标志。爆破后现场检查与处理工作。爆破后的现场检查工作；危石及危险边坡的处理；,爆破施工与管理,硐室爆破,谢谢,