凿岩爆破课程设计

一、地质慨况

无压引水隧道，长1600m，直径6m，埋深10～50m；80％穿过石灰岩，20％穿过石英砂岩，45％～90％的节理、裂隙面充填方解石、白云石和粘土，部分节理不闭合，缝宽1～4mm，间距30cm～50cm之间，节理面粗糙。石灰岩RQD值为80～100之间，石英砂岩RQD值为60～80之间；预计围岩存在3组节理，主要节理走向与洞轴线夹角在

30～50°，倾角为40～80°之间，倾向逆于隧道掘进方向；隧道局部地段因隧道顶部位于水位线下，有中等渗入水流，水流量在10～15L/min之间。岩石抗压强度100～150MPa，岩体纵波速度4000～5000m/s。（岩石、岩体分级见表1-1）

表1-1 岩石、岩体分级

岩石类别 石英砂岩 石灰岩 等级 II III 普氏岩石分级 很坚固 坚固 RQD值 60～80 80～100 岩体 好～良好 良好～优质 二、爆破方案

本隧道为II、III级围岩，应采用全断面开挖、锚、喷、格栅、网、初期支护，全断面复合式衬砌。爆破方法采用光面爆破。

光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，特别是在不良地质条件下效果更为显着，不仅可以减少危石和支护的工程量，而且保证了施工的安全；由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量。据有关资料统计，光面爆破与普通爆破相比，超挖量由原来的15%～20%降低到4%～7%，不但减少出碴量，而且还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低的成本，加快了施工进度。

根据隧道围岩情况，本隧道采用全断面一次性开挖法。当岩石坚固性中等以上，断面面积小于100平方米的条件下，采用全断面开挖法。应用全断面开挖法的优点是：开挖面大，能发挥深孔爆破的优点；作业集中，便于施工管理；工作面空间大，易于通风。

三、凿岩设备与工具

1．凿岩机

风动气腿式凿岩机（YT-24），质量24Kg，全长687mm，活塞行程70mm，气腿型号FT140B，一般用于打深度为2～5m直径为30～42mm的水平或带有一定倾斜的炮眼。 2．钎头

十字形钎头，硬质合金片之间成90度角，适用于重型风动或液压凿岩机钻凿极坚韧、高磨蚀性的岩石，用于节理发育的岩石中效率良好，不易卡钎。钎头直径选用40mm，材料采用钨钴硬质合金。 3．钎杆

选用中空外六角形钎杆，直径取22m，长度取，材料采用ZK55SiMnMo合金钢。

四、爆破器材

1．起爆器材和方法

采用导爆管，起爆过程为工业雷管（激发元件）引起传爆元件中的导爆管起爆，由导爆管起爆雷管，然后再由雷管起爆工业炸药。采用多段毫秒导爆管，非电起爆法。 2.炸药

根据岩石等级及通用情况，选用经过防水处理的2#岩石铵梯炸药。铵梯炸药是我国应用最广泛的的工业炸药品种。它是一种以铵、TNT和木粉为主要原料的粉状混合炸药。（2#岩石铵梯炸药的成分性能见表1-2)

表1-2 2#岩石铵梯炸药的成分性能见表 成分与性能 成分（%） 2#岩石铵梯炸药 85± TNT 木粉 11± 4± 320 12 5 性能 水分不大于（%） 爆力（ml) 猛度（mm) 殉爆距离（cm) 五、爆破参数

光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能；隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。隧道主要为II、III级围岩，全断面爆破断面面积为28.26m2。周边眼采用不耦合间隔装药，其他炮眼采用连续柱状装药。 严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能的使药沿药眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。 1．炮孔深度

炮眼深度受开挖面大小的影响，炮眼过深，周边岩石的夹制作用较大，故炮眼深度不宜过大，一般最大炮眼深度取断面宽度（或高度）的～倍，同时考虑到III级围岩每循环掘进一般不超过，围岩钻孔深度取。

为克服及减少岩石的夹制作用，除掏槽眼深度L=外，其余周边眼、辅助眼、底眼等炮孔深度L=。

2．炮孔、药卷直径、不耦合系数

炮孔直径一般比钎头直径大1～2mm，比药卷直径大5～9mm，一般装药不耦合系数为左右，依据选择的钎头直径为40mm，确定炮孔直径D=42mm，药卷直径D=32mm。

炮眼直径dk与药卷直径di之比称为不偶合系数，合适的周边眼不偶合系数应使爆炸后作用于炮眼壁的压力小于围岩抗压强度，理论与实践证明，当岩石种类为硬岩时，装药不耦合系数为左右时，缓冲作用最佳，光爆效果最好

Ddkdi

式中D——不耦合系数； dk——炮眼直径（cm）；

di——装药直径（cm）；

在实际使用过程中，采用直径为32mm的2号岩石铵梯炸药，不耦合系数D=42/32=，符合要求。

3．炮孔间距、最小抵抗线

最小抵抗线与开挖的隧道断面大小有关。在断面跨度大，光爆眼所受到的夹制作用小，岩石比较容易崩落，最小抵抗线可以大些，断面小，光爆眼所受到的夹制作用大，最小抵抗线可以小些，最小抵抗线与岩石的性质和地质构造也有关，坚硬岩石最小抵抗线可小些，松软破碎的岩石最小抵抗线可大些。本隧道岩质主要为硬岩，故确定最小抵抗线（V）为。

相对距系数是周边眼间距（E）与最小抵抗线（V）的比值，是影响爆破效果的重要因素。

K= E/V

式中， E为周边炮眼间距，cm；V为最小抵抗线，cm； K值总是小于1，当d=38～46mm，E=30～50cm，

考虑到岩石节理较发育，并参照规范周边眼间距取值范围30cm-50cm， 对周边眼间距取a12d480mm48cm，最小抵抗线值取40cm，K=E/V= 4．单位岩体炸药消耗量

由于隧道断面直径为6米，其面积在20～50㎡，故采用下式计算：

S—隧道断面面积；S(30.34)235.05m2

L1—平均凿岩深度；L12.5m K1—炮孔装药量充填系数；k160%

—炮孔利用率；0.9

K2—等效炸药换算系数；K21.0

K3—岩体裂隙率的修正系数（查表1-3）；K30.8

Fs—自由面数量；Fs1.0 f为普氏岩石坚固系数；f15

代入数据计算得：q1.45kgm3

每循环炸药量则由式QqLS 得Q114.35kg

表1-3 岩体裂隙修正系数K3

岩体裂隙状况 强裂隙和层理明显 岩体单位裂隙率 35～55 ～ 裂隙中度发育 裂隙轻微发育 裂隙极轻微发育 25～34 15～24 5～14 ～ ～ 六、炮孔数量及布置

1．炮孔数量

由案例，断面面积大于20m2，故按以下公式计算： Na1a2S

（取整数值）

式中：a1、a2—由岩体可爆程度确定的系数见表1-4；

S—平洞断面面积（m2）。

表1-4 a1及a2值

岩体性质 易爆的 中等可爆的 难爆的 Na1a2S为译波尔建议公式，在国内使用小炮孔的2号岩石炸药时，系数a1偏

小，应增加1～2倍方能使用，此处增加倍。

代入公式得：N11.5a1a2S1.530.91.0035.0581.481

实际布孔N=81+4=85个 2．炮孔布置

掏槽孔采用五梅花小直径中空直眼掏槽，共布置13个孔，其中空心孔4个（增加临空面，增强爆破效果），装药孔9个。要求掏槽孔垂直于工作面，各孔之间相互平行，孔深要超过辅助眼、周边眼10公分。辅助眼布置40个，要求均匀布置并平行掏槽眼。周边眼布置20个，底眼12个。 3、炮眼要求

钻眼前，测量人员用经纬仪和水准仪，准确定出隧道中心线和拱顶面高程；用红油漆画出开挖轮廓线，并标出炮眼位置，其误差不得超过5cm；每次测量放线的同时，要对上次爆破断面进行检查，及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

掏槽眼：深度、角度按设计施工，眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm。 辅助眼：深度、角度按设计施工，眼口排距、行距误差均不大于10cm。 周边眼：开眼位置在设计断面轮廓线上允许沿轮廓线调整其误差不得大于5cm。内圈眼至周边眼的排距；误差不得大于5cm。钻眼装药率调整，当开挖面凹凸较大时，应

按实际情况调整炮眼深度（相应调整装药量），力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一平面上。钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，方可装药爆破

七、施工注意事项

为保证施工质量，施工时必需采用如下措施：

1.对所有爆破作业人员进行岗前培训，使他们充分了解光面爆破的重要性及一些有效可行的施工方法，以提高操作熟悉程度。

2.施工前，应按要求画出巷道轮廓线、拱基线、巷道中心线，并按眼距点位。 3.完成一个爆破循环后，必须踩渣打顶板眼，并尽量使钻机放平，以保证光面层孔眼质量。

4.确保炮眼孔间的平行度，对于周边眼的上挑、外偏角度要严格控制。 5.要保证眼深、眼数，并严格控制孔眼深度，使眼底落在同一平面上。

6.底眼眼口应比巷道底板高出150—200mm，以利钻眼，但眼底应低于底板标高100—200mm，以免巷道底板偏高。

7.装药前，要吹清眼内碎渣，尤其是眼底。对于有水的巷道，浸水的底眼应套防水套，以防药卷拒爆。

8.装药量要严格控制，按设计要求进行，不能随意多装或少装。

9.施工人员要掌握爆破顺序，起爆先后为掏槽眼、辅助眼、周边眼；采用导爆管-雷管起爆方式，采用多段毫秒导爆管，以增大起爆时间；降低爆破震动，减少裂隙扩展。 10.施工中应针对不同的地质情况，对设计中的某些参数做出相应的调整，使之与实际情况相一致。

11.凿岩爆破施工要严格遵守安全规程、操作规程进行作业，加强安全管理，避免安全事故的发生。

12.发生盲炮时，必须严格遵照《爆破安全规程》规定进行处理。

八、参考文献

周传波、陈建平、罗学东、王晓梅，《地下建筑工程施工技术》，中国地质大学出版社，2000年06月，P80～P91.

吴立、闫天俊、周传波，《凿岩爆破工程》，中国地质大学出版社，2004年06月，P167～P178.

附录：三表两图

1．基本爆破条件（见表1-5）

表1-5 基本爆破条件

项目 数值 项目 数值 掘进断面 岩石 瓦斯等级 炮眼深度 2．炮眼安排（见表1-6）

㎡ 石灰岩、石英砂岩 无 炮眼数目 炸药种类 雷管种类 每循环装药量 81+4个 2#岩石铵梯炸药 8号火雷管 表1-6 炮眼安排说明简表

炮眼 编号 0 1 2～5 6～9 10～34 35～49 50～69 70～81 共计 眼深 （m) 炮眼倾角（。） 水平 90 90 90 90 90 90 90 90 垂直 90 90 90 90 90 90 90 90 每眼装药量（kg) 装药量小计 放炮顺序 联接方式 导 火 索 一 次 起 爆 I II III IV VI VII VIII 3．预期爆破效果（见表1-7）

表1-7 预期爆破效果

序号 1 2 3 4 5 6 7 4．炮眼布置图

炮眼布置图

5．炮孔装填结构示意图

名称 炮眼利用率 每循环掘进进尺 每循环爆破实体岩石 单位炸药消耗量 每米巷道炸药消耗量 单位雷管消耗量 每米巷道雷管消耗量 单位 % 数值 90 个/m3 个/m 掏槽眼装药结构 周边眼装药结构 辅助眼装药结构 底眼装药结构

1-岩石炸药 2-堵塞炮泥 3-导爆管 4-起爆雷管 5-导爆索

结语

通过此次课程设计，我全面复习、掌握相关基础理论和专业知识，并应用于设计中，做到理论与实践相结合；我也进一步熟悉了设计流程和电脑软件操作，为即将进行的毕业论文或毕业设计做准备，为进行和胜任将要到来的专业技术工作，进一步打下良好的基础。在此次课程设计过程中，我深感自身专业基础知识不扎实，我会在以后的学习中加强对专业知识的学习，以提高自身的专业素养，最后感谢老师对我们的细心教导，谢谢吴老师和左老师。