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1、 武武 汉汉 理理 工工 大大 学学*1第七章 井巷掘进爆破 武汉理工大学 资源与环境工程学院 王玉杰 教授 （博导） 爆破杂志 常务副主编 邮箱： QQ: 814139036 国家精品课程网站： 编辑部电话：027-87654177Date2第七章 井巷掘进爆破 主要内容隧道掘进爆破技术与安全一、 隧道掘进爆破 二、 掘进爆破基本理论 ：三、隧道爆破安全技术Date3第七章 井巷掘进爆破 第一节 隧道掘进爆破 平巷井巷工程系指为进行采矿和其他工程目的，在地下开凿的各类通道和硐室的总称。在地下矿山，开凿在岩体或矿层中不直通地表的水平通道，称 为平巷（水平巷道）。平硐 在地层中开凿的直通地面的水
2、平巷道称为平硐。 在交通工程等，开凿的穿越岩体或水体的水平通道，一般断面 较大称为隧道。井巷工程系指为进行采矿和其他工程目的，在地下开凿的各类通道和硐室的总称。隧道井巷工程系指为进行采矿和其他工程目的，在地下开凿的各类通道和硐室的总称。Date4第七章 井巷掘进爆破 工作面和炮眼布置 平巷掘进中的炮眼，按其位置和作用的不同，分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。1掏槽眼用于爆出新的自由 面，为其他后爆炮 眼创造有利的爆破 条件。 3周边眼控制爆破后的巷道 断面形状、大小和 轮廓，使之符合设 计要求。巷道中的 周边眼按其所在位 置分为顶眼、帮眼 和底眼。 2辅助眼（崩落眼） 是破碎岩石的主要炮 眼。崩落眼
3、利用掏槽 眼爆破后创造的平行 于炮眼的自由面，爆 破条件大大改善，故 能在该自由面方向上 形成较大体积的破碎 漏斗 周边眼又可分为顶眼、底眼和帮眼 。Date5第七章 井巷掘进爆破 各种炮眼 各 种 炮 眼 图 示1掏槽眼；2辅助眼； 3周边眼Date6第七章 井巷掘进爆破 掏槽眼的形式 掏槽眼形式掏槽眼形式平行空眼直线掏槽 混合式掏槽 倾斜眼掏槽楔形掏槽 锥形掏槽 单向掏槽 桶形掏槽 龟裂掏槽 螺旋形掏槽 渐近式螺旋 掏槽Date7第七章 井巷掘进爆破 各种掏槽眼图例（1） 单 向 掏 槽 锥 形 掏 槽 （a）三角形；（b）四边形Date8第七章 井巷掘进爆破 各种掏槽眼图例（2） 龟 裂
4、 掏 槽 (a)垂直龟裂掏槽 (b)水平龟裂掏槽桶 形 掏 槽 装药眼；空眼 Date9第七章 井巷掘进爆破 各种掏槽眼图例（3） 螺旋掏槽原理示意图 （a）小直径空眼；（b）大直径空眼Date10第七章 井巷掘进爆破 各种掏槽眼图例（4） (a) 渐进式螺旋掏槽布孔平面图 (b) 渐进式螺旋掏槽孔剖面装药结构示意图渐近式螺旋掏槽图（单位：cm）Date11第七章 井巷掘进爆破 爆破参数的确定 AABB 2）炮眼深度（hole depth） C CDD1） 炮眼直径 （borehole diameter）3）炮眼数目（embrasure number）4）单位炸药消耗量（explodes co
5、nsumption）Date12第七章 井巷掘进爆破 二、 掘进爆破基本理论 毫秒爆破作用理论 自由面在爆破中的作用 群药包的单位耗药量 最小抵抗线原理 光面与预裂爆破技术 定向断裂爆破新技术简介Date13第七章 井巷掘进爆破 毫秒爆破作用理论它是利用毫秒雷管（millIseconcond MS）或其他毫秒延期引爆装置，将同一网路的装药分组，以毫秒级的时间间隔进行顺序起爆的方法。毫秒爆 破（MS blasting）毫秒爆破又称微差爆破或毫秒微差爆破.Date14第七章 井巷掘进爆破 毫秒爆破作用机理CBA3. 剩余应力叠加2. 形成新的自由面 1. 应力波相互干涉DE4. 岩块碰撞辅助破碎
6、5. 毫秒爆破的减振作用 Date15第七章 井巷掘进爆破 1）我国长沙矿冶研究院提出的公式：t = (2040)Wo /f 2）U. Langefors（兰格弗斯）等人的瑞 典经验公式 ：t = 3.3KW 3）前苏联矿山部门的公式：t =KW(24 f)毫秒间隔时间计算原理AA 按应力波干涉计算 BB 按形成新的自由面计算 C C按地震效应最小的原则确定 DD依经验公式计算Date16第七章 井巷掘进爆破 自由面在爆破中的作用 反射应力波。当爆炸应力波遇到自由面时发生反射，压缩应力波变为拉伸波，引起 岩的片落和径向裂隙的延伸。 改变岩石应力状态及强度极限。在无限介质中，岩石处于三向应力状态
7、，而自由面附近的岩石则处于单向或双向应力状态。故自由面附近的岩石强度接近岩石单轴抗拉或抗压强度,比在无限介质中承受爆破作用时相应的强度减少几倍甚至十几倍。 自由面是最小抵抗线方向，应力波低达自由面后，在自由面附近的介质运 动因阻力减小而加速，随后而到的爆炸气体进一步向自由面方向运动，形成鼓 包,最后破碎、抛掷。Date17第七章 井巷掘进爆破 自由面大小方向和位置对爆破作用的影响 自 由 面 数 对 爆 破 效 果 的 影 响炮 孔 与 自 由 面 相 关 位 置 对 爆 破 的 影 响 （a）垂直布置炮眼（b）倾斜布置炮眼（c）自由面在炮孔下方（d）自由面在炮孔上方 Date18第七章 井巷
8、掘进爆破 群药包的单位耗药量 上页所提到的 Kb 与 Ks都只是单个集中药包爆破时装药量与所爆落岩体体积之间的一个关系系数。 当群药包共同作用时，群药包的总装药量与群药包一次爆落的岩体总体积的比值称为单位耗药量，简称炸药单耗，用字母q来表示，即： 炸药单 耗Date19第七章 井巷掘进爆破 最小抵抗线原理（1） 最小抵抗线方向 最小抵抗线原理 破碎和抛掷、堆积的主导方向。 抛掷、堆积同最小抵抗线的关系。 各 种 爆 破 方 法 的 最 小 抵 抗 线 Date20第七章 井巷掘进爆破 最小抵抗线原理（2） 适于集中抛掷堆积的凹形地形 改变最小抵抗线的辅助药包Date21第七章 井巷掘进爆破 最
9、小抵抗线原理（3） 药包位置与起爆顺序对最小抵抗线方向的影响 最小抵抗线的指向是岩石破碎、抛掷和产生飞石的主导方向.应特别注意该方向的选择和安全防护。施工时应认真测量核实最小抵抗线 W 的大小和指向。由于装药量 Q与W 的3次幂有关,W 值的错误测算往往会导致严重的爆破事故。Date22第七章 井巷掘进爆破 光面、预裂爆破机理 当相邻两药包齐发爆破时，在沿炮孔连心线上的应力得到加强，而在 炮孔连心线中段两侧附近则出现应力降低区。 相邻炮孔应力波相遇叠加 相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析 （a）单个A孔产生的切向伴生拉应力（b）单个B孔产生的切向伴生拉应力 （c）两孔合成的切向伴生拉应力 Da
10、te23第七章 井巷掘进爆破 应力降低的分析多排成组药包的齐发爆破效果不好，得不到实际使用。应 力 降 低 的 分 析 图Date24第七章 井巷掘进爆破 光面与预裂爆破技术 （presplitting preshearing ）预裂爆 破沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主 爆区之前起爆，从而在爆区与保留区之间形成预裂缝，以减弱主爆区爆破 时对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破技术，称为预裂爆破。爆破开挖都是在有限的范围内需要解决两个同等重要的问题： 用最有效的方法将既定范围内的岩石进行适度破碎，必要时，再将 破碎后的岩石进行抛掷，以达到一定的工程目的； 降低爆破对
11、爆破范围以外岩石的破坏（损伤），最大限度地保持岩石原有的强度和稳定性，以利于爆破后围岩的长期稳定。同时，也包括降低爆破地震效应对环境的影响等。Date25第七章 井巷掘进爆破 光面爆破（Smooth blasting ）光面爆 破沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主 爆区之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业，称为光面爆破。Date26第七章 井巷掘进爆破 预裂爆破与光面爆破的差异区分:预裂爆破光面爆破A 预裂爆破是在主爆区爆破之前进行；B 光面爆破则在两个自由面条件下爆破，所受夹制作用小。 A 光面爆破则在主爆区爆破之后进行；B 预裂爆破是在一个自由面条件下爆破，所受夹
12、制作用很大.Date27第七章 井巷掘进爆破 光面、预裂爆破成缝的力学条件 单个炮孔装药爆炸产生的径向压力应小于岩石的动态极限动态抗 压强度，使孔壁不发生粉碎性破坏，即： 单个炮孔装药爆炸产生的切向伴生拉应力应小于岩石的动态极限抗拉强度，使孔壁不产生不定向裂隙，即：相邻炮孔在其炮孔连心线上产生的合成拉应力应大于岩石的动态极限抗拉强度，使相邻炮孔在其连心线上产生定向裂缝，即：Date28第七章 井巷掘进爆破 光面、预裂爆破成缝机理 AABB 2）相邻炮孔连心线上应力加强 C CDD1）不耦合装药3）相邻炮孔互为导向空孔 4）同时起爆光面、预裂孔Date29第七章 井巷掘进爆破 光面、预裂爆破装药
13、量的确定 三种方法：理论计论计 算法 ，经验经验 公式计计算法 和 经验经验 数值值法 。经验公式计算法地下隧道及巷道开挖：取 1.54； 露天爆破及大型硐库中的深孔爆破：取 24。不耦合系数建议用于地下隧道爆破 用于深孔爆破装药量的计算式中，q 为炮孔线装药密度，kg/m； 为岩石极限抗压强度，MPa；a 为炮孔间距，m。Date30第七章 井巷掘进爆破 光面、预裂爆破施工 钻孔钻孔装药结构装药结构堵塞堵塞ABC当预裂孔与主爆区炮孔一起爆破时：预裂孔应在主爆孔 爆破前引爆，其时间差应不小于75110ms。Date31第七章 井巷掘进爆破 定向断裂爆破新技术简介（1）（1）炮孔切槽爆破 （2）
14、聚能药包爆破 （3）切缝药包爆破 炮孔切槽及异形钻孔方法（a） 炮孔切槽 （b） 炮孔切割槽（c） 设置导向孔 （d） 异形炮孔1 炮孔壁 2 孔内装药风动潜孔刻槽机示意图1 圆形机头；2 风动马达；3 金刚石锯片；4 炮孔Date32第七章 井巷掘进爆破 定向断裂爆破新技术简介（2）（1）炮孔切槽爆破 （2）聚能药包爆破 （3）切缝药包爆破 聚能装药及异形药包方法 （a）聚能药包 （b）矩形药包 （c）设置高硬度介质 1炮孔壁 2孔内装药 3高硬度介质Date33第七章 井巷掘进爆破 定向断裂爆破新技术简介（3）（1）炮孔切槽爆破 （2）聚能药包爆破 （3）切缝药包爆破 切 缝 药 包 方
15、法（a）切缝药包 （b）内切槽装药管 1炮孔壁 2切缝管内装药 3切缝管Date34第七章 井巷掘进爆破 三、隧道爆破安全技术 炸药的安全技术 雷管安全技术 施工安全技术Date35第七章 井巷掘进爆破 乳化炸药的主要成分与使用安全水少量添加剂油相材料密度调整剂氧化剂油包水型乳化剂成分水和氧化剂组成乳化炸药的分散相， 又称水相或内相. 一类非水溶性的有机物质，形成乳 化炸药的连续相，又称外相. 微小气泡 封闭性夹带气体的固体微粒 Date36第七章 井巷掘进爆破 导爆管雷管起爆法及安全技术导爆管雷管起爆法利用导爆管传递冲击波引爆雷管，进而直接或通 过导爆索起爆法起爆工业炸药。属非电起爆法。 塑料导爆管1. 结 构3. 性 能2. 传 爆 原 理Date37第七章 井巷掘进爆破 导爆管雷管a.非电毫秒雷管结构示意图 1塑料导爆管 2塑料连接套 3消爆空腔4空信帽 5延期药 6加强帽 7正起爆药 8副起爆药 9金属管壳b.
