爆破工程6第八章 露天台阶深孔控制爆破

超深可按下式计算
实践表明，在超深值大于15D后，超深部分炸 药爆破克服台阶底板夹制作用的能力已减弱， 过大的超深已没有实际意义。目前，台阶深孔 爆破的超深一般不超过3.5 m，若条件允许，应 力求减小超深。
六、孔边距
与岩石性质有关，还对穿孔设备的安全 影响较大，同时与垂直孔的底盘抵抗线 大小有直接关系。在钻垂直深孔时，在 安全前提下，往往要求穿孔时孔边距尽 量小一些。孔边距一般取2.5~3.0m。
多排布孔又分为矩形和三角形（或称梅 花形）两种形式，如图8—2所示。从能 量均匀分布的观点看，以等边三角形布 孔最为理想，所以矿山多采用三角形布 孔，而矩形布孔多用于开沟爆破。
图8—2 多排孔布置形式
为了增加一次爆破量，广泛推广大区多 排孔微差爆破技术， 无论采用哪种布孔形式，均应以孔距相 等为原则。
第一节 台阶深孔控制爆破的 基本原理
一、台阶深孔爆破的原则 露天台阶深孔爆破必须在满足各种开挖 工程技术要求的同时，提高爆破质量， 改善爆破的技术经济指标，降低工程的 总成本。
提高爆破质量就是一方面要破碎充分，便于高 效率铲装； 另一方面要最大限度地降低爆破危害，减少后 冲、后裂和侧裂。 改善爆破的技术经济指标，提高延米爆破量， 降低炸药单耗，在保证爆破质量的前提下，使 铲装、运输、机械破碎以及边坡支护等后续工 序发挥高效率，降低工程的综合成本。
爆破块度控制是一项较为复杂的研究课题。尽 管国内外研究者已进行了大量的调查与实验工 作，其难点在于爆破碎块的形成受岩体内宏观 节理、裂隙、断层等地质结构（构造）和爆破 参数的双重控制。
实际调查结果发现，爆破岩块沿岩体的原生地质 弱面（节理、裂隙、层理等）形成的比例超过 80%。 爆破块度在很大程度上受岩体节理裂隙分布特征 的控制，受节理裂隙的间距分布状态的控制。 若岩体内的节理裂隙呈多向发育，平均间距小于 0.5 m，那么，当采用爆破法开采石料时，要获 得含0.5m以上块度的级配石料是相当困难的。
三、爆堆及其块度控制的概念
台阶深孔爆破的控制目标主要有：岩体 破碎程度及其范围、爆破的后冲作用、 爆破地震对基岩或边坡的动力作用、爆 破飞石危害、爆堆形状和推移距离、爆 堆块度（工程上常称为“级配”）等。
对于前四个目标的控制，在台阶深孔爆破的实际 应用中，可以通过优化选取爆破作用指数、炸药 单耗、孔网参数（最小抵抗线、孔距、排距、孔 深）、微差间隔时间、装药结构和起爆方案以及 采用缓冲爆破、预裂爆破和挤压爆破等措施来实 现。 然而，对于爆堆形状和块度级配的控制问题目前 涉及的并不多，并且由于其复杂性，实现起来尚 有一定的困难。
1—不装药、堵塞段；2—装药段 不装药、堵塞段； 不装药 装药段
如果岩体是水平走向的层状岩石，那么装药部 位应该位于较厚或较坚硬的岩层部位。在地质 条件复杂时，要根据炮孔中的地质变化情况， 选择薄弱部分（如断层、土夹层）或岩性破碎 部分作为不装药段。

在间隔装药中，上部药包顶至孔口的垂直距离不 能小于孔边距。间隔装药段不宜过多，在台阶高 度小于15m时可分2~3段，中间不装药部分的长 度为1~2m,一般情况下，为了提高装药高度，进 行间隔装药时分两段间隔即可，下部装药量要大 于上部装药量。 在多孔爆破中，还可采用孔间交错间隔装药，即 每孔间隔装药的不装药部分位置互相交错，如图 8-5所示
五、超深
超深是钻孔超过台阶底板的部分。为增加炮孔 底部的炸药量，克服台阶底板的夹制作用，避 免爆破后在台阶底部留下根底。 超深值主要取决于岩石的可爆性，如果岩石坚 硬、可爆性差，超深应加大；如果岩石松软， 超深则小。 超深与底盘抵抗线大小、坡面角和底部装药情 况有关，坡面角越大，底部装药量大，则超深 就小，反之则大。
二、台阶构成与炮孔布置
（一）台阶构成要素 主要有：台阶高度H、前排钻孔的底盘抵 抗线W1、台阶坡面角α、孔边距b、钻孔 超深h、排距W2、孔距a、孔深（H＋h）、 炮孔倾角、堵塞长度等。
图8—1 台阶深孔爆破
（二）炮孔布置形式
通常分为：单排布孔和多排布孔两种。当开挖工 作面较长或较多、台阶高度较大、单排孔爆破能 确保有一定的方量且满足装运要求时，在安全允 许的条件下可采用单排布孔。 在工作面少、台阶高度较低、单排孔爆破的爆落 方量不能满足挖掘要求时，多采用多排布孔形式。
七、堵塞长度
堵塞长度L一般可按炮孔直径或底盘抵抗 线确定，即 L = （20~30）D 或 L = （0.5~0.75）W1
八、炸药单耗
取决于以下几个因素： （1）岩石的爆破性能。一般与岩石的物理力 学特性和结构特征有关，岩石越硬、越完整， 单耗就越高。 （2）炸药的威力。使用的炸药威力越高，单 耗就越低。 （3）装药的堵塞情况。堵塞越差，单耗越高。
第二节 台阶深孔爆破参数的 设计计算
台阶深孔爆破的爆破参数包括：孔径、孔距、 底盘抵抗线、排距、，超深、孔深、台阶高度、 台阶坡面角、孔边距、炸药单耗、每米炮孔装 药量、堵塞长度、间隔装药时的药包分配、间 隔距离、合理微差间隔时间等。
一、孔径与孔深
露天台阶深孔爆破的孔径主要取决于钻机类型、 台阶高度、岩石性质和爆破要求。 当采用潜孔钻机时，孔径通常为100～200mm。 采用牙轮钻机或钢绳冲击式钻机时，孔径通常为 250～310 mm，也有的达500 mm大直径钻孔。 通常，钻机型号确定后，其钻孔直径已固定下来， 国内采用的深孔孔径多为100、150、170、200、 250、310mm等几种。
在已知炮孔直径、装药密度和炮孔密集系数的 条件下，可根据单个炮孔的装药量计算底盘抵 抗线 式中 ——装药密度，kg/m3； Τ——装药系数，Τ= 0.6~0.8; m——炮孔密集系数，即孔距与排距之比， m＝0.7~1.4； q——炸药单耗，kg/m3。
可作为按式（8-1）所确定的底盘抵抗线 的校核公式，计算值应大于式（8-1）的 计算值；否则，就可能出现炮孔装不完 计算炸药量的情况。
爆堆块度的控制正日益受到工程爆破界的重视。 除了矿山生产中需要控制大块率和达到适合的块 度组成外，在应用台阶爆破法开采石料构筑堆石 坝的水利电力工程中，爆堆的块度组成或级配对 构筑的坝体质量起着决定性的影响，不论大块度 级或小块度级岩块的含量过高，都将影响坝体的 稳定性和渗透性。 块度级配就是将不同块度级（尺寸）的岩石碎块 按照一定的配比混合在一起。
三、底盘抵抗线
由于台阶坡面往往是一斜面，对于垂直深孔而言 就存在两种抵抗线，即最小抵抗线与底盘抵抗线。 最小抵抗线是指台阶平台水平上药柱中心至台阶 坡面的最小距离。底盘抵抗线是指台阶平台水平 上药柱中心至台阶坡面底线的距离。 为了克服爆破时的最大阻力，避免台阶底部出现 “根底”，一般都采用底盘抵抗线作为爆破参数 设计的依据，而不是用最小抵抗线。
此外，据实践经验，在台阶高度和炮孔直径选择合 理的条件下，底盘抵抗线还可按台阶高度H确定，即
当岩石坚硬、台阶高度小时，取小值；反 之，则取大值。
为了钻机安全作业的需要，底盘抵抗线应满足如下关系
b——孔边距，m； α——台阶坡面角，α=600~750。
四、孔距与排距
孔距一般可按底盘抵抗线和炮孔密集系 数确定 a = mW1 （8—5）
十、装药结构
深孔爆破最好使用综合装药法：孔底用威力大、 爆速高的炸药；上部用威力小、爆速低的炸药。 或者孔底采用高装药密度，上部采用低装药密度。 目前大多数工程爆破中仍使用一种炸药和相同的 装药密度，此时整个炮孔的装药结构分为连续装 药与间隔装药两种形式。
（一）连续装药结构
施工简单，但由于孔的上部不装药段（即堵塞 段）较长，这一部分岩体爆破后容易出现大块， 特别是台阶较高、坡面较陡、上部岩石坚硬时， 大块率较高。 这种装药结构适用于台阶较低、孔深小、表面 岩石比较破碎或风化严重、上部抵抗线较小的 深孔爆破。
第八章
露天台阶深孔控制爆 破
通常将直径大于50mm、深度超过5m的钻孔称为 深孔。 露天深孔一般在台阶（梯段）上或事先平整的 场地上进行作业，按开挖形式分为开沟（拉槽） 深孔爆破和台阶深孔爆破两种。
开沟爆破时，爆破只有一个向上的自由面；台阶 爆破时，有两个或两个以上的自由面，因此可得 到较好的爆破效果。 按炮孔方向可分为垂直深孔、倾斜深孔和水平深 孔，倾斜深孔和垂直深孔广泛用于台阶爆破，水 平深孔仅在爆破厚度和高度不大、场地条件受限 制的路堑爆破、整平场地的爆破中使用。
对于一般条件下的爆破，炮孔密集系数m ＝ 0.7~1.4 ， 在 小 抵 抗 线 宽 孔 距 爆 破 中 （如斜线起爆时），m＝2.0~5.0。
多 排 齐 发 爆 W2 = （0.9~1.0）W1
多排微差爆破 W2 = W1
破
在采用正三角形布孔时，可按排距与孔 距的几何关系确定排距 W2 = a sin600≈0.866a
孔深由台阶高度和超深确定。在实际施工中， 钻孔内岩碴排不完，因此会出现钻孔深度与爆 破实际孔深不一致的现象。 在施工中，要尽量让孔深达到要求，以防出现 根底。 但是在设计中应充分考虑钻孔深度与爆破实际 孔深的关系。
二、台阶高度
一般确定台阶高度的原则有：①为钻机、铲装设 备创造高效率工作的条件；②能创造最好的经济 效益；③满足安全施工的要求。 我国各行业间采用的台阶高度相差较大，主要随 钻机、铲装设备的不同而异。 在确定台阶高度时，应把机械设备的安全高效作 业放在第一位，一般为8~15m，在国内的金属矿 开采中也有采用15~18 m高台阶的。
底盘抵抗线过大，根底增多，影响爆破 效果；底盘抵抗线过小，爆破量又会太 小，影响爆破技术经济指标。 对于一定的炮孔直径有一个适合的底盘 抵抗线。 因此，底盘抵抗线可按炮孔直径计算
W1= nD
式中 W1——底盘抵抗线，m； D——炮孔直径，m； n——与炮孔倾角、岩石硬度有关的系 数，一般取n =20~45；对于垂直炮孔，岩石硬 度大时取小值，岩石硬度小时取大值。
图8—3 半路堑布孔形式
图8—4 全路堑分层开挖布