军事爆破工程设计与运用军事爆破工程设计与运用军事爆破工程设计与运用军事爆破工程设计与运用理工大学工程兵工程学院理工大学工程兵工程学院理工大学工程兵工程学院理工大学工程兵工程学院初级爆破工程师培训课件土岩爆破技术（2光面爆破与预裂爆破）Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望预裂爆破预裂爆破：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作业，称为预裂爆破。光面爆破：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的炸药，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。内容：内容： 1、预裂爆破及光面爆破作用原理 2、预裂爆破及光面爆破及其施工技术 3、预裂爆破及光面爆破相关施工技能训练 （1）理解预裂爆破和光面爆破作用机理；（2）熟悉预裂爆破和光面爆破炸药的选用及装药结构的形式；（3）了解预裂爆破和光面爆破的施工方法及现场试验和质量评价方法。目的要求：课程教学内容的难点与重点课程教学内容的难点与重点重点：重点：预裂爆破和光面爆破作用机理；预裂爆破和光面爆破参数确定方法；预裂爆破和光面爆破炸药的选用及装药结构的形式；光面爆破的施工方法。难点：难点：预裂爆破和光面爆破作用机理；预裂爆破和光面爆破参数确定方法。 预预裂裂爆爆破破和和光光面面爆爆破破是是2020世世纪纪5050年年代代开开始始发发展展起起来来的的一一种种现现代代爆爆破破技技术术，属属于于定定向向成成缝缝成成面面的的特特种种控控制制爆爆破破技术范畴。技术范畴。巷道掘进采用的光面爆破2 预裂爆破与光面爆破 因因具具有有明明显显的的优优越越性性，所所以以自自它它问问世世以以来来，在在一一些些重重要要的的开开挖挖工工程程中中迅迅速速得得到到推推广广应应用用，其规模也日益扩大。其规模也日益扩大。路堑边坡的预裂爆破 目目前前可可以以做做到到一一次次预预裂裂深深度度达达3838m m以以上上，预预裂裂面面积积已已达达数数千千m m2 2。其其理理论论和和技技术术日日趋趋完完善善，并并在若干领域得到广泛应用。在若干领域得到广泛应用。 路堑边坡的光面爆破问题：问题： 预裂、光面爆破是两种在固体介质中应预裂、光面爆破是两种在固体介质中应用的控制爆破技术。这两种爆破技术有何相用的控制爆破技术。这两种爆破技术有何相同和不同之处？同和不同之处？2.1 2.1 预裂、光面爆破作用机理预裂、光面爆破作用机理 2.1.1 作用机理作用机理 2.1.1.1 应力波叠加理论应力波叠加理论 在两波交会处，应力波合力在两波交会处，应力波合力的方向垂直于连心线，而且方向的方向垂直于连心线，而且方向相背，促使岩体向外移动，产生相背，促使岩体向外移动，产生拉伸应力，如图（拉伸应力，如图（1 1）所示。）所示。 当合成应力超过岩石的动态抗拉当合成应力超过岩石的动态抗拉强度时，便会在两炮孔的中间点首先强度时，便会在两炮孔的中间点首先产生裂缝，然后，沿着连心线向两炮产生裂缝，然后，沿着连心线向两炮孔方向发展，最后形成一条断裂面。孔方向发展，最后形成一条断裂面。 AB炮孔炮孔TTTT 应力波叠加示意图应力波叠加示意图rr2.1.1.2 以高压气体为主要作用的理论以高压气体为主要作用的理论 以日本山口梅太郎等人为代表提出，预裂缝以日本山口梅太郎等人为代表提出，预裂缝的形成主要是爆炸高压气体的作用。的形成主要是爆炸高压气体的作用。 他们也承认应力波的作用，但认为这种作用他们也承认应力波的作用，但认为这种作用是微小的，裂缝的形成主要是爆炸生成的高压气是微小的，裂缝的形成主要是爆炸生成的高压气体准静态应力所致。该理论强调不耦合装药条件体准静态应力所致。该理论强调不耦合装药条件下的缓冲作用。下的缓冲作用。 由于空气间隙的存在，使得作由于空气间隙的存在，使得作用于孔壁的冲用于孔壁的冲击波峰值压力大大地减小。击波峰值压力大大地减小。2.1.1.3 应力波与高压气体共同作用理论应力波与高压气体共同作用理论 科科特特( (H. H. K.Kotter)K.Kotter)等等人人提提出出了了裂裂缝缝面面的的形形成成是是应应力力波波和和爆爆炸炸气气体体压压力力共共同同作作用用的的结结果果的的理理论论。认认为为应应力力波波的的主主要要作作用用是是在在炮炮孔孔周周围围产产生生一一些些初初始始的的径径向向裂裂缝缝，继继之之，在在爆爆炸炸高高压压气气体体准准静静态态应应力力的的作作用用下下，使使径径向向裂裂缝缝进进一一步步扩展。扩展。 当当相相邻邻的的两两个个炮炮孔孔爆爆炸炸时时，不不论论是是同同时时起起爆爆，或或是是存存在在着着不不同同程程度度的的时时差差，由由于于应应力力集集中中的的缘缘故故，沿沿炮炮孔孔的的连连心心线线方方向向首首先先出出现现裂裂缝缝，并并且且发发展展也也最最快快。在在爆爆炸炸气气体体压压力力的的作作用用下下，由由于于最最长长的的径径向向裂裂隙隙扩扩展展所所需需的的能能量量最最小小，所以该处的裂缝将首先得到扩展。所以该处的裂缝将首先得到扩展。 因因此此，连连心心线线方方向向也也就就成成为为裂裂缝缝继继续续扩扩展展的的最最优优方方向向，而而其其它它方方向向的的裂裂缝缝发发展展甚甚微微。从从而而保保证证了了裂裂缝缝沿沿着着连连心心线线将岩体裂开。这种解释比较符合实际情况。将岩体裂开。这种解释比较符合实际情况。 2.1.2 相邻两炮孔起爆时差对成缝机理的影响相邻两炮孔起爆时差对成缝机理的影响 如前所述，要使得预裂爆破或光面爆破中的如前所述，要使得预裂爆破或光面爆破中的所有炮孔都同时起爆，实际上是很难做到的。所有炮孔都同时起爆，实际上是很难做到的。 此外，从一些实际的预裂或光面爆破工程中此外，从一些实际的预裂或光面爆破工程中也发现，即便是各孔间的起爆时差较大，例如采也发现，即便是各孔间的起爆时差较大，例如采用毫秒分段起爆时，照样也能获得良好的预裂效用毫秒分段起爆时，照样也能获得良好的预裂效果。果。 对此现实，就有必要来分析一下不同的起爆对此现实，就有必要来分析一下不同的起爆时差在预裂缝形成过程中的作用情况。时差在预裂缝形成过程中的作用情况。 大大致致上上，可可以以把把相相邻邻炮炮孔孔起起爆爆可可能能出出现现的的时时间间差差，归归纳纳为为四四种种典典型的状况：型的状况： （1 1）起起爆爆时时差差大大，当当A A炮炮孔孔爆爆破破的的压压力力已已减减弱弱到到可可以以忽忽略略不不计计时时，B B炮孔才起爆；炮孔才起爆； （2 2）A A炮炮孔孔产产生生的的爆爆炸炸应应力力波波波波峰峰已已掠掠过过B B炮炮孔孔后后，B B炮炮孔孔才才开开始始起起爆爆，但但此此时时A A炮炮孔孔爆爆炸炸高高压压气气体体所所形形成成的的准准静静态态应应力力场场并并未未消消失失，仍在继续起作用；仍在继续起作用； AB准静应力准静应力动应力动应力动应力第一状态第二状态第三状态第四状态 相邻炮孔起爆时差的四种典型情况相邻炮孔起爆时差的四种典型情况 （3 3）A A炮孔的爆炸应炮孔的爆炸应力波波峰到达力波波峰到达B B炮孔的瞬炮孔的瞬间，间，B B炮孔起爆；炮孔起爆； （4 4）A A、B B两炮孔同时两炮孔同时起爆。起爆。 AB准静应力准静应力动应力动应力动应力第一状态第二状态第三状态第四状态 相邻炮孔起爆时差的四种典型情况相邻炮孔起爆时差的四种典型情况2.1.2.1 相邻炮孔起爆时差较大的情况相邻炮孔起爆时差较大的情况 此问题的极端情况是：两个炮孔起爆的时间间隔很长，A炮孔的爆炸应力场（动应力和准静态应力）几乎完全消失后，B炮孔才起爆。 此时，如果两炮孔的间距比较大，则可以认为是两个炮孔的单独爆破，互相不产生影响。 因此，在这种时差条件下不能形成预裂缝面。 如果两炮孔相距很近，则当A炮孔爆炸时，B炮孔可视为空孔，使得A炮孔的爆炸动、静应力向AB连心线方向集中，在A、B孔壁处达到极大值，并从该处首先出现开裂，不论该裂缝是否贯通，当B炮孔爆破时，将首先沿着此裂缝扩展，从而在两孔的连心线方向上形成一条裂缝面。 2.1.2.2 2.1.2.2 相邻炮孔起爆时间差相邻炮孔起爆时间差较小的情况较小的情况 逐步缩短相邻两炮孔的起爆时差，就可以出现第二种典型情况，亦即B炮孔起爆时，A炮孔的应力波波峰已掠过B炮孔，但高压气体的准静态应力场并未消失。 此时，对于A炮孔来说，当它爆炸时，孔壁四周裂隙的形成，并未受到B炮孔爆炸的影响，至少其初始阶段是这样，只是由于B炮孔的空孔效应，可能在AB连心线方向上出现较长的裂纹，或者在B孔的孔壁上出现初始的裂纹。AB准静应力准静应力动应力动应力动应力第一状态第二状态第三状态第四状态 相邻炮孔起爆时差的四种典型情况相邻炮孔起爆时差的四种典型情况 待到B炮孔爆炸时，由于A炮孔效应，可能在AB连心线方向上出现较长的裂纹，或者在B孔的孔壁上出现初始的裂纹。 待到B炮孔爆炸时，由于A炮孔产生的准静态应力场在B炮孔周围的应力集中，将协助B炮孔的爆炸应力波在连心线方向形成裂缝。 BTTrr A炮孔准静应力对炮孔准静应力对B炮孔的作用炮孔的作用2.1.2.3 相邻炮孔起爆时差极小情况相邻炮孔起爆时差极小情况 如果相邻炮孔的起爆时差再进一步缩短，使得在A炮孔的应力波波峰通过B炮孔的瞬间，B炮孔起爆。 此时，沿B炮孔的、点，A炮孔爆炸产生的动拉应力集中与B炮孔的动拉应力相叠加，达到了最大的拉应力值，显然，此时点正处于拉裂成缝的最佳时刻，动应力波波峰过后，A、B孔的高压气体准静态应力的叠加，也与上述一样达到极大值。 这种形式的预裂爆破，无论是在能量利用还是这种形式的预裂爆破，无论是在能量利用还是在成缝方面，都是非常理想的，可以获得很好的预在成缝方面，都是非常理想的，可以获得很好的预裂效果。裂效果。 但是，在生产实践中，这样的条件是难以实现但是，在生产实践中，这样的条件是难以实现的，只能是尽量接近它，以便获得更好的爆破效果。的，只能是尽量接近它，以便获得更好的爆破效果。 2.1.2.4 相邻炮孔同时起爆的情况相邻炮孔同时起爆的情况 A A、B B两孔的起爆时间差等于零，或者虽有时间差，两孔的起爆时间差等于零，或者虽有时间差，但其值极小，小于但其值极小，小于A A孔应力波传播至孔应力波传播至B B孔的时间。孔的时间。 此时，两孔的爆破应力波在孔间的中点相遇，或此时，两孔的爆破应力波在孔间的中点相遇，或者在偏于者在偏于B B孔一侧相遇，在相遇处产生应力波的叠加。孔一侧相遇，在相遇处产生应力波的叠加。 如如果果两两炮炮孔孔间间距距比比较较大大，由由于于应应力力波波传传播播过过程程的的衰衰减减，在在相相遇遇叠叠加加后后的的切切向向拉拉应应力力并并不不大大，仍仍小小于于岩岩体体的抗拉强度，此处也并不会首先产生裂缝。的抗拉强度，此处也并不会首先产生裂缝。 此此时时，成成缝缝的的原原因因仍仍是是在在B B孔孔壁壁的的轴轴线线处处，由由于于受受到到A A孔孔的的准准静静态态应应力力集集中中与与B B孔孔动动应应力力的的共共同同作作用用，首首先先产产生生连连心心线线方方向向的的裂裂纹纹，且且在在B B孔孔高高压压气气体体的的作作用用下，迅速贯通成缝。下，迅速贯通成缝。 如如果果孔孔距距较较小小，叠叠加加后后的的动动应应力力值值超超过过了了岩岩体体的的抗抗拉拉强强度度，则则在在相相遇遇处处会会首首先先出出现现裂裂缝缝，此此时，往往不是一条而是数条接近平行的小裂缝。时，往往不是一条而是数条接近平行的小裂缝。 但但是是由由于于此此开开裂裂点点没没有有高高压压气气体体的的楔楔入入，裂裂缝缝发发展展缓缓慢慢，最最后后仍仍需需靠靠B B孔孔点点处处的的裂裂缝缝和中间开裂点共同扩展，才能贯通成缝。和中间开裂点共同扩展，才能贯通成缝。 2.2 2.2 预裂爆破设计与施工预裂爆破设计与施工 预预裂裂爆爆破破的的设设计计与与施施工工，首首先先要要了了解解爆爆破破的的主主要要特特点点，然后紧紧围绕如何形成预期的贯通裂缝开展工作。然后紧紧围绕如何形成预期的贯通裂缝开展工作。 预裂爆破的主要特点是：预裂爆破的主要特点是： （1 1）贯贯通通的的隙隙裂裂可可以以将将开开挖挖区区和和保保留留区区分分开开，使使爆爆炸炸应应力力波波在在裂裂隙隙面面产产生生反反射射，减减轻轻爆爆震震强强度度，或或者者说说因因裂裂隙隙的存在，可放宽对开挖区爆破规模的限制，提高工效。的存在，可放宽对开挖区爆破规模的限制，提高工效。 （2 2）切切断断爆爆破破裂裂隙隙延延伸伸途途径径，减减少少对对保保留留区区岩岩体体的的破破坏影响，利于边坡稳定。坏影响，利于边坡稳定。 （3 3）保保证证边边坡坡壁壁面面平平整整，减减少少超超、欠欠挖挖量量和和整整修修工工作作量，利于后期作业，节省投资。量，利于后期作业，节省投资。2.2.1 爆破参数设计爆破参数设计 影响预裂爆破效果的因素很多，计有钻孔直径、孔影响预裂爆破效果的因素很多，计有钻孔直径、孔距、装药量、爆体的物理力学性质、地质构造、炸药品距、装药量、爆体的物理力学性质、地质构造、炸药品种、装药结构以及施工因素等等，凡此种种又都是相互种、装药结构以及施工因素等等，凡此种种又都是相互影响的。影响的。 想要完全从理论上说清楚它们之间的关系是困难的，想要完全从理论上说清楚它们之间的关系是困难的，就目前的状况来说，对预裂爆破的理论研究还很欠缺，就目前的状况来说，对预裂爆破的理论研究还很欠缺，设计计算方法也很不完善，多半须要通过实地的现场试设计计算方法也很不完善，多半须要通过实地的现场试验，才能获得较为满意的效果。验，才能获得较为满意的效果。 预预裂裂爆爆破破参参数数设设计计的的要要点点，就就是是根根据据工工地地的的岩岩石石种种类类、地地质质构构造造情情况况以以及及施施工工机机具具等等条条件件，恰恰当当地地确确定定钻钻孔孔直直径径、炮孔距离、装药量以及装药结构等。炮孔距离、装药量以及装药结构等。 在在预预裂裂爆爆破破中中，岩岩体体的的构构造造特特性性对对爆爆破破效效果果的的影影响响将将要要比比其其它它爆爆破破工工程程更更为为明明显显，这这是是一一个个非非常常值值得得重重视视的的问问题。题。 例例如如，在在成成层层的的岩岩石石中中，裂裂缝缝较较易易于于沿沿着着本本身身的的层层理理方方向向裂裂开开，如如果果预预裂裂缝缝正正好好位位于于层层理理的的垂垂直直方方向向，那那么么成成缝缝就就要要困困难难得得多多，这这就就需需要要从从炮炮孔孔间间距距、装装药药量量等等各各个个方方面予以调整，选出合适的参数，才能获得预期的效果。面予以调整，选出合适的参数，才能获得预期的效果。 2.2.1.1 2.2.1.1 线装药量（线装药量（Q QL L）和孔距（和孔距（a a） Q QL L和和a a是是预预裂裂爆爆破破两两个个主主要要参参数数，确确定定的的方方法法大大致致有三种：理论计算法；经验公式计算法和经验类比法。有三种：理论计算法；经验公式计算法和经验类比法。 （1 1）理论公式）理论公式 多多数数理理论论公公式式是是从从孔孔壁壁岩岩石石所所受受压压应应力力小小于于抗抗压压强强度度，而而孔孔间间岩岩石石所所受受拉拉应应力力大大于于岩岩石石抗抗拉拉强强度度为为出出发发点点，应用爆破力学理论推导出相应的计算公式。应用爆破力学理论推导出相应的计算公式。 美美 D.D.霍尔姆斯公式：以霍尔姆斯公式：以P P0 0表示炸药爆炸的表示炸药爆炸的初始峰压，初始峰压，V Vs s表示单个药卷的炸药体积，表示单个药卷的炸药体积，V VC C表示两药表示两药卷间炮孔的体积，则孔壁所受的压力卷间炮孔的体积，则孔壁所受的压力P Pb b可由下式算出：可由下式算出： 式式中中，D炮炮孔孔直直径径，m；d药药卷卷直直径径，m；h药药卷卷长度，长度，m；H药卷中心间距，药卷中心间距，m。 为了不压坏孔壁岩石，孔壁压力为了不压坏孔壁岩石，孔壁压力PbPb应不大于岩石动应不大于岩石动态抗压强度。而岩石的动态抗压强度应为静抗压强度态抗压强度。而岩石的动态抗压强度应为静抗压强度 r r 乘以大于乘以大于1 1的动荷载系数的动荷载系数 ，即，即 由此得出由此得出： 或或 这时，两孔间应力波产生的切向（即环向）拉应力这时，两孔间应力波产生的切向（即环向）拉应力可由下式表达，即可由下式表达，即 式中，式中， p应力波引起的环向拉应力，应力波引起的环向拉应力，Pa；Ed岩石动态弹性模量，岩石动态弹性模量，Pa； P应力波引起的环向拉应变；应力波引起的环向拉应变； 岩石波松比；岩石波松比；a孔距，孔距， 岩石吸收常数；岩石吸收常数； Pd岩石动态抗拉强度，岩石动态抗拉强度，Pa 。前前 苏联苏联 A. A.A. A.费先柯和费先柯和B.C.B.C.艾里斯托夫公式：艾里斯托夫公式： 即以预裂孔同时起爆为基础，根据爆炸应力波的动力即以预裂孔同时起爆为基础，根据爆炸应力波的动力作用（冲击波作用于刚性壁障压力急剧增大）推导的公式。作用（冲击波作用于刚性壁障压力急剧增大）推导的公式。为保证形成理想的预裂面，且孔壁不受破坏或少受破坏，为保证形成理想的预裂面，且孔壁不受破坏或少受破坏，必须满足下面的力学方程：必须满足下面的力学方程： 式中，式中， r预裂孔壁受到的最大径向压应力，预裂孔壁受到的最大径向压应力，kPa； T预裂孔连心线上岩体受到的最大切向压应力，预裂孔连心线上岩体受到的最大切向压应力，kPa； R岩石的极限抗压强度，岩石的极限抗压强度，kPa； P P岩石的极限抗拉强度，岩石的极限抗拉强度，kPa。根据冲击波对障碍物作用理论，可以写出：根据冲击波对障碍物作用理论，可以写出： P=25QQ P=25QQL L/ / 0 0 式中，式中， PP冲击波压力，冲击波压力，kPakPa； Q Q炸药爆热，炸药爆热，kJ/kgkJ/kg； Q QL L预裂孔内的线装药密度，预裂孔内的线装药密度，g/mLg/mL； 0 0炸药密度，炸药密度，g/mLg/mL。 该式是在炸药密度为该式是在炸药密度为1.01.0g/mLg/mL的条件下得出的。若炸的条件下得出的。若炸药密度为药密度为1.51.51.61.6g/mL,g/mL, 则该式为：则该式为： P=58QQ P=58QQL L/ / 0 0。 当空气冲击波碰到刚性障碍物时，压力增长系数为当空气冲击波碰到刚性障碍物时，压力增长系数为 n=2+6P/n=2+6P/（P+7P+7） 为使孔壁不压碎，必须满足：为使孔壁不压碎，必须满足：nP=nP=R R 将上两式代入，得将上两式代入，得 ：据此，可求得最佳线装药密度为：据此，可求得最佳线装药密度为： 另一个主要参数是另一个主要参数是a a，可根据连心线中点可根据连心线中点TcTcP P这一条这一条件进行计算。当相邻两孔连心线上的切向拉应力超过岩石的极限件进行计算。当相邻两孔连心线上的切向拉应力超过岩石的极限抗拉强度时，那么，形成裂隙将是可能的。抗拉强度时，那么，形成裂隙将是可能的。 拉应力值依赖于冲击波的压应力，根据轴向对称应力波的理拉应力值依赖于冲击波的压应力，根据轴向对称应力波的理论，由柱面波产生的最大压应力与最大拉应力的关系为：论，由柱面波产生的最大压应力与最大拉应力的关系为： 式中，式中， 岩体内某一点的切向拉应力，岩体内某一点的切向拉应力，kPa； 岩体内某一点的径向压应力，岩体内某一点的径向压应力，kPa； 泊桑比。泊桑比。 爆破时岩层中的压应力随距离的增大而降低爆破时岩层中的压应力随距离的增大而降低： 式中，式中，R岩体内某一点至药包中心的距离，岩体内某一点至药包中心的距离，cm；r炮孔半径，炮孔半径， cm； k衰减指数，一般可取衰减指数，一般可取k=1. .5。 两孔同时起爆，连心线中点的拉应力为单孔两孔同时起爆，连心线中点的拉应力为单孔的两倍，则的两倍，则 据此可求出炮孔间距据此可求出炮孔间距a a的计算式为的计算式为 当炮孔内的装药满足计算的最优线装药密度时，当炮孔内的装药满足计算的最优线装药密度时，炮孔间距计算式：炮孔间距计算式： 中国中国 王中黔断裂力学公式：王中黔断裂力学公式： 根据爆炸力学计算，预裂孔壁压根据爆炸力学计算，预裂孔壁压pbpb可由下式可由下式表达：表达： （105Pa）式中参数含义同前，其中，式中参数含义同前，其中，D的单位为的单位为cm，QL的单位为的单位为g/m。 将压力将压力PbPb视为准静态压力，则岩石中长度为视为准静态压力，则岩石中长度为S S（单位为单位为cmcm）的裂缝失稳扩展条件可由下式表达：的裂缝失稳扩展条件可由下式表达： （105Pa）名称花岗岩砂岩大理岩石英岩石灰岩KIC60.464.92746.365.768457044各式中，各式中，K1c为岩石断裂强度，可采用下表所列的数据；为岩石断裂强度，可采用下表所列的数据；S为为岩石初始裂缝长度，在岩石初始裂缝长度，在0.0250.0025cm之间。之间。 几种岩石的几种岩石的K K1c1c值（单位值（单位10105 5Pa/cmPa/cm3/23/2） 由上述两式，可得到使裂缝扩展的临界线装由上述两式，可得到使裂缝扩展的临界线装药密度药密度Q QLCLC，即即 为使每个预裂孔的初始裂隙能扩展到为使每个预裂孔的初始裂隙能扩展到0.50.5倍孔倍孔距，则线装药密度应为距，则线装药密度应为 式中式中E=a/DE=a/D为预裂孔间距系数。当为预裂孔间距系数。当E=8E=81212时，时，Q QL L是是Q QLCLC的的2.462.463.053.05倍倍。（g/m）（g/m）（2）经验公式）经验公式 预裂爆破的影响因素既多又复杂，很难从理论上得出预裂爆破的影响因素既多又复杂，很难从理论上得出一个完整无缺的解，有不少爆破工作者根据各自积累的经验，一个完整无缺的解，有不少爆破工作者根据各自积累的经验，针对几个最主要的影响因素，归纳了一些经验公式。针对几个最主要的影响因素，归纳了一些经验公式。 这些公式基本上是以爆破区岩石性质（这些公式基本上是以爆破区岩石性质（ ）、炸药密度）、炸药密度（ 0 0）、不耦合系数（）、不耦合系数（ ）、炮孔间距（）、炮孔间距（a a）、）、炮孔直径炮孔直径（D D）或炮孔半径（或炮孔半径（r r）来确定线装药量的。主要有以下公式：来确定线装药量的。主要有以下公式： 炮孔药量与预裂面积成正比的公式：炮孔药量与预裂面积成正比的公式： （kg/m）式中，式中， 岩石极限抗压强度，岩石极限抗压强度，MPa，适用于适用于 ； a炮孔间距，炮孔间距，m，适用于适用于a=0.451.2m。根据岩石强度和炮孔半径的计算公式根据岩石强度和炮孔半径的计算公式 （以（以40%40%耐冻胶质炸药为标准）：耐冻胶质炸药为标准）：（kg/m） 式中，式中， 岩石极限抗压强度，岩石极限抗压强度，MPa，适用于适用于 ； r炮孔半径，炮孔半径，m，适用于适用于r=D/2=(0.046/20.17/2)m。长办长江科学院提出的公式（根据岩石抗压强度和孔距计算）长办长江科学院提出的公式（根据岩石抗压强度和孔距计算）： （kg/m）“七七五五”最新成果公式：最新成果公式：（kg/m）式中，式中，a孔距，孔距，m；其它符号意义同前。其它符号意义同前。 葛洲坝工程局提出的公式（根据岩石抗压强度和炮孔直径计算）：葛洲坝工程局提出的公式（根据岩石抗压强度和炮孔直径计算）：（kg/m）式中，式中，D炮孔直径，炮孔直径，m；其它符号意义同前。其它符号意义同前。武汉水利水电学院提出的公式（根据岩石抗压强度、孔距和炮孔半武汉水利水电学院提出的公式（根据岩石抗压强度、孔距和炮孔半径计算）径计算）：（kg/m）符号意义同前。符号意义同前。根据孔径和装药不耦合系数的计算公式：根据孔径和装药不耦合系数的计算公式： （kg/m） 式式中中，D炮炮孔孔直直径径，m； 不不耦耦合合系系数数； 0炸炸药药密密度度，kg/m3。 坚硬岩石的线装药量：坚硬岩石的线装药量：（kg/m） 式中，式中，K岩石的脆性系数，为岩石抗拉强度岩石的脆性系数，为岩石抗拉强度 P与抗压强度与抗压强度的比值，即的比值，即 ； 其它符号含义同前。其它符号含义同前。 关于线装药密度关于线装药密度Q QL L的讨论的讨论 A A、用实测声波速度确定线药用实测声波速度确定线药密度。密度。 右图是李家峡水电站工程坝右图是李家峡水电站工程坝肩开挖预裂爆破的初步试验结果。肩开挖预裂爆破的初步试验结果。 其中，线装药密度其中，线装药密度Q QL L值是对值是对应于孔距应于孔距a=1.0ma=1.0m的情况，若的情况，若a1.0ma1.0m，则则Q QL L值应作相应调整。值应作相应调整。 由于试验资料较少，所以尚由于试验资料较少，所以尚难得出准确结论，但它的确指出难得出准确结论，但它的确指出了一条解决问题的途径。了一条解决问题的途径。 0.60.40.22.53.54.55.5QL(kg/m)cP(km/s)波速波速cP与线装药与线装药密度密度QL的关系的关系B B、用钻孔速度确定线药密度用钻孔速度确定线药密度QLQL。 （3 3）经验类比法）经验类比法现将国内外一些学者推荐的数据（表现将国内外一些学者推荐的数据（表2 2、表、表3 3）列举如下，谨供参考。）列举如下，谨供参考。 孔径D(mm)线装药密度QL(kg/m)装药类别孔距a(m)孔间距系数E30Gurit0.250.50817370.12Gurit0.300.50813.5440.17Gurit0.300.50711500.25Gurit0.450.70914620.35Nabit22mm0.550.80913750.50Nabit25mm0.600.90812870.70硝化甘油25mm0.701.00811.51000.90硝化甘油29mm0.801.208121251.40Nabit40mm1.001.508121502.00Nabit50mm1.201.808122003.00硝化甘油52mm1.502.107.510.5 表表2 预裂爆破经验数据（预裂爆破经验数据（U. .兰格福斯）兰格福斯）预裂爆破类型孔径D(mm)孔距a(m)线装药密度QL(kg/m)适应范围一般预裂爆破800.71.50.41.0非建基面的预裂爆破，目的是控制主爆区爆破的后冲和尽量减少爆破振动的影响。1001.01.80.71.41251.22.10.91.71501.52.51.12.0精确预裂爆破320.30.50.150.25对预裂爆破质量要求高的工程，如水工、城建、码头等建基面及重要的永久边坡的预裂爆破。420.40.60.150.3500.50.80.20.35800.61.00.250.51000.71.20.30.7 表表3 马鞍山矿院建议的预裂爆破参数马鞍山矿院建议的预裂爆破参数2.2.1.2 顶部装药量与底部装药量顶部装药量与底部装药量 （1 1）顶部装药量顶部装药量( (Q QL2L2) ) 顶部线装药密度顶部线装药密度QL2常在下列范围内选用，即常在下列范围内选用，即 QL2=（0.51.0）QL （2 2）底部装药量）底部装药量( (Q QL1L1) ) 我国近几年的工程经验表明，在我国近几年的工程经验表明，在814m的深孔中，岩石完整时（普的深孔中，岩石完整时（普氏坚固性系数氏坚固性系数f8），），底部底部1米的线装药密度米的线装药密度QL1为：为： QL1=2.5QL 当岩石较破碎时（普氏坚固性系数当岩石较破碎时（普氏坚固性系数f668）为为: QL1=2.0QL 建议者孔底装药增加值费先柯（前苏联）设计线装药密度的（35）倍，即QL1=（35）QL古斯塔索夫（瑞典）炮孔深度（m）底部装药增量（kg）2.02.04.04.06.06.010.00.050.100.200.30葛洲坝工程炮孔深度（m）底部1米装药增量（kg）10.0线装药密度QL（12）倍线装药密度QL（23）倍线装药密度QL（35）倍 表表4 国内外建议的孔底装药增加值国内外建议的孔底装药增加值 2.2.1.3 孔深、孔径和不耦合系数孔深、孔径和不耦合系数 （1 1）孔深（）孔深（L L） （2 2）孔径）孔径 ( (D) D) （3 3）不耦合系数（）不耦合系数（ ） 合适的不耦合系数可用下列经验公式确定：合适的不耦合系数可用下列经验公式确定： 式中，式中， 岩石极限抗压强度，岩石极限抗压强度，105Pa。 实践证明，一般情况下，合理取值范围为实践证明，一般情况下，合理取值范围为=24，即即D=（24）d。 2.2.1.4 孔间距系数（孔间距系数（E E） 孔间距系数孔间距系数E E为孔距为孔距a a与孔径与孔径D D的比值，即的比值，即 E=a/D E=a/D 孔距孔距a a与孔间距系数与孔间距系数E E是预裂爆破的重要参数。是预裂爆破的重要参数。若仅从提若仅从提高施工效率来讲，选取较大的孔距可以减少预裂孔钻孔数量，但高施工效率来讲，选取较大的孔距可以减少预裂孔钻孔数量，但这将使单孔药量增加，不能保证预裂壁面的平整和保留基岩的完这将使单孔药量增加，不能保证预裂壁面的平整和保留基岩的完整。理论研究与工程实践均证明，采用小孔距、分散装药的办法，整。理论研究与工程实践均证明，采用小孔距、分散装药的办法，其预裂爆破效果比较好。其预裂爆破效果比较好。2.2.1.5 孔口填塞长度（孔口填塞长度（L2） 孔口填塞的长度与密实度，应该以能够在地表产生预裂缝、孔口填塞的长度与密实度，应该以能够在地表产生预裂缝、又不使地表岩石产生漏斗为原则，通常由现场单孔及排孔试验确又不使地表岩石产生漏斗为原则，通常由现场单孔及排孔试验确定。一般地，填塞长度定。一般地，填塞长度L2=0.6L2=0.61.5m1.5m，孔径小、岩石完整时取小孔径小、岩石完整时取小值，否则取大值。值，否则取大值。 2.2.1.6 缓冲孔参数缓冲孔参数 （1 1）最小抵抗线）最小抵抗线W WH H：即缓冲孔至最后一排梯段孔的距即缓冲孔至最后一排梯段孔的距离，由下式确定：离，由下式确定： W WH H=2b/3=2b/3 式中，b为梯段爆破孔排距。 （2 2）孔距（孔距（a aH H）：）： a aH H=a/2=a/2 式中，a为梯段爆破孔孔距。 （3 3）单耗（单耗（q qH H）：）： q qH H= =（0.80.81.01.0）q q 式中，q为梯段爆破孔单耗 。（4 4）单孔药量（）单孔药量（Q QH H） Q QH H=q=qH H a aH H W WH H H H 式中，式中，H H为梯段（台阶）高度。为梯段（台阶）高度。 （5 5）装药结构）装药结构 药卷采用不耦合装药，为防止发生空气间隙效应，药卷采用不耦合装药，为防止发生空气间隙效应，用导爆索贯穿全孔的装药、非电豪秒延期雷管引爆。用导爆索贯穿全孔的装药、非电豪秒延期雷管引爆。 孔口填塞长度等于或略小于梯段爆破孔填塞长度。孔口填塞长度等于或略小于梯段爆破孔填塞长度。 2.2.1.7 预裂缝的超深（预裂缝的超深（ ）和超宽（）和超宽（ ）（1）预裂缝的超深）预裂缝的超深h，可按下式考虑：可按下式考虑： 式中，式中， 预裂缝的深度，它包括预裂孔下的开裂深预裂缝的深度，它包括预裂孔下的开裂深度；度；L主爆孔深度。主爆孔深度。 （2）预裂缝的超宽，可按下式考虑：）预裂缝的超宽，可按下式考虑：式中，式中，S预裂缝的总宽度；预裂缝的总宽度；B B主爆孔布置的总宽度。主爆孔布置的总宽度。 通常，垂直的破坏半径为药柱直径的通常，垂直的破坏半径为药柱直径的1020倍，即：倍，即： 20）d水平破坏半径为药柱直径的水平破坏半径为药柱直径的50100倍，即：倍，即：100）d 式中，式中，Rv垂直破坏半径，垂直破坏半径，m；Rh水平破坏半径，水平破坏半径，m； d炮炮孔内的药柱直径，孔内的药柱直径，m。 2.2.1.8 预裂爆破起爆时差预裂爆破起爆时差 24513MS2传爆方向 1 预裂孔；预裂孔；2导爆索干线；导爆索干线；3导爆索支线；导爆索支线；4塑料导爆管；塑料导爆管；5第二段非电毫秒延期雷管第二段非电毫秒延期雷管 预裂孔分段起爆示意图预裂孔分段起爆示意图 2.2.2 炸药选用与装药结构炸药选用与装药结构 2.2.2.1 炸药选用炸药选用 （1 1）预裂爆破对炸药的要求）预裂爆破对炸药的要求 低威力、低爆速。低威力、低爆速。 较小的临界直径。较小的临界直径。 抗水性能好。抗水性能好。 性能稳定、传爆性良好。性能稳定、传爆性良好。 便于装填。便于装填。 （2 2）预裂爆破用炸药）预裂爆破用炸药 可采用一般工业炸药。可采用一般工业炸药。2.2.2.2 装药结构装药结构 （1 1）连续装药）连续装药 胶质炸药切条。胶质炸药切条。 拉长炸药卷。拉长炸药卷。 水下预裂爆破装药。水下预裂爆破装药。 （2 2）串状间隔装药）串状间隔装药（3 3）空气层间隔装药）空气层间隔装药 （4 4）药卷的放置）药卷的放置 炮炮 泥泥填塞栓填塞栓空气层空气层炸炸 药药 空气层装药结构空气层装药结构2.2.3 预裂爆破的施工预裂爆破的施工 2.2.3.1 2.2.3.1 施工准备施工准备 2.2.3.2 2.2.3.2 钻孔钻孔 2.2.3.3 2.2.3.3 药包加工药包加工 2.2.3.4 2.2.3.4 装药、堵塞和起爆装药、堵塞和起爆2.2.4 现场试验与质量评价现场试验与质量评价 2.2.4.1 预裂爆破质量评价预裂爆破质量评价 （1 1）初步的评价）初步的评价表面观察，主要包括下列内容：表面观察，主要包括下列内容： 爆破后应形成一条连续的、基本上沿着钻孔连爆破后应形成一条连续的、基本上沿着钻孔连心线方向的裂缝，且预裂缝要达到一定的宽度。心线方向的裂缝，且预裂缝要达到一定的宽度。 预裂缝顶部的岩体无破坏；预裂缝顶部的岩体无破坏； 在有条件的地方，应当采用声波探测、孔内电在有条件的地方，应当采用声波探测、孔内电视等手段，检查预裂缝的状况。视等手段，检查预裂缝的状况。（2 2）最终评价）最终评价 预裂面的不平整度，即实际的开挖轮廓与设计开挖预裂面的不平整度，即实际的开挖轮廓与设计开挖线的差值，一般要求不超过线的差值，一般要求不超过1515cmcm。 预裂面上的半孔率，好的预裂面，钻孔的痕迹可保预裂面上的半孔率，好的预裂面，钻孔的痕迹可保留留808090%90%以上。以上。 预裂面上的岩体完整，不应出现明显的爆破裂隙，预裂面上的岩体完整，不应出现明显的爆破裂隙，特别是要检查药卷所在位置处的破坏情况。特别是要检查药卷所在位置处的破坏情况。 2.2.4.2 现场试验现场试验 2.3 2.3 光面爆破设计与施工光面爆破设计与施工2.3.1 2.3.1 概述概述 光面爆破的主要特点是：光面爆破的主要特点是： （1 1）爆破后岩壁平整，光面孔的保存率（半孔率）不少于）爆破后岩壁平整，光面孔的保存率（半孔率）不少于50%50%（一般应达到（一般应达到909095%95%以上，岩体越完整、越坚硬半孔率越高）。以上，岩体越完整、越坚硬半孔率越高）。 残留孔壁痕迹清晰可见，岩壁不平度（指与设计开挖轮廓的残留孔壁痕迹清晰可见，岩壁不平度（指与设计开挖轮廓的差距）在坑道中为差距）在坑道中为5 51212cmcm，露天坡面为露天坡面为1515cmcm。 减少了超挖、欠挖以及因此而带来的许多麻烦，节省了挖掘、减少了超挖、欠挖以及因此而带来的许多麻烦，节省了挖掘、回填、支护的工程量和费用。回填、支护的工程量和费用。 （2 2）围岩不受明显破坏，为坑道、峒室及其它开）围岩不受明显破坏，为坑道、峒室及其它开挖工程的维护和使用创造了良好条件。挖工程的维护和使用创造了良好条件。 （3 3）提高施工的安全性。）提高施工的安全性。 （4 4）减少岩壁上应力集中现象，在地下深部坑道）减少岩壁上应力集中现象，在地下深部坑道能防止或减轻岩爆危害，明显降低和限制地震效应以能防止或减轻岩爆危害，明显降低和限制地震效应以及飞石、空气冲击波的危害作用。及飞石、空气冲击波的危害作用。 2.3.2 2.3.2 光面爆破参数确定光面爆破参数确定 2.3.2.1 2.3.2.1 光爆层厚度（最小抵抗线）光爆层厚度（最小抵抗线） 所谓光爆层，就是指周边炮孔（光爆孔）与最外层主爆孔（或临空面）之间的岩石层，其厚度就是周边孔（光爆孔）的最小抵抗线，用y表示。 2.3.2.2 2.3.2.2 周边孔（光爆孔）周边孔（光爆孔） 间距间距 x=（1016）D 式中，D为炮孔直径。跨度小的拱形部位，取小值，反之取大值。 2.3.2.32.3.2.3 密集系数密集系数 周边孔间距x与最小抵抗线y的比值m称为周边孔的密集系数，即m=x/y。 它是表示x与y之关系的一个参数，对爆破效果影响很大。见右图。岩埂abcabcabcxxxyyy（a）（b）（c）（a）m=2；（；（b）m=1；（；（c）m 1 不同不同m值对爆破效果的影响值对爆破效果的影响2.3.2.4 2.3.2.4 线装药密度线装药密度 光面爆破线装药密度光面爆破线装药密度Q QL L可用下式估算：可用下式估算： 式式中中，BB光光面面爆爆破破炮炮孔孔孔孔口口填填塞塞系系数数，一一般般取取1.01.0；KK依依岩岩石石性性质质而而定定的的介介质质系系数数，一一般般软软岩岩为为0.50.50.70.7，中中硬硬岩岩石石为为0.750.750.950.95， 硬硬岩岩为为1.01.01.51.5； mm炮炮孔孔密密集集系系数数；K K1 1依依炮炮孔孔密密度度而而定定的的系系数数，一般为一般为0.50.5，每加深，每加深1.01.0m m增加增加0.2 0.2 ； y y光爆层厚度，光爆层厚度，m m。（kg/m）7.3.2.5 光面爆破经验参数光面爆破经验参数 常用的经验参数见下表。常用的经验参数见下表。 岩石性质密集系数m=x/y孔距（m）光爆层厚度（m）单位耗药量（kg/m3）线装药密度（kg/m）f=810坚硬岩石0.91.00.91.00.450.500.80.120.17f=68坚硬岩石0.81.00.91.00.450.500.60.80.100.15f46坚硬岩石0.30.90.91.00.400.450.40.60.070.12表表2 光面爆破参数光面爆破参数1 围岩条件坑道开挖跨度（m）周边孔（光爆孔）爆破参数孔径（m）孔距（m）光爆层厚度（m）密集系数线装药密度（kg/m）整体稳定性好，中硬至坚硬拱部50.0350.0450.70.80.70.90.91.00.200.25边墙0.0350.0450.60.70.60.70.91.00.200.25整体稳定性一般或欠佳，中硬至坚硬拱部50.0350.0450.70.80.81.00.80.90.150.20边墙0.0350.0450.60.70.70.80.80.90.200.25节理、裂隙很发育，破碎带、岩石松软拱部50.0350.0450.50.70.81.00.50.70.120.18边墙0.0350.0450.50.70.70.90.70.80.150.20表表3 光面爆破参数光面爆破参数2 2.3.3 光面爆破设计步骤光面爆破设计步骤 （1 1）收收集集基基本本资资料料：包包括括巷巷道道开开挖挖断断面面的的大大小小、一一次次循循环环的的进进尺尺、岩岩体体的的种种类类、构构造造发发育育程程度度以以及及岩石物理力学性质等方面的资料。岩石物理力学性质等方面的资料。 （2 2）确确定定光光面面爆爆破破的的施施工工顺顺序序：是是采采用用预预留留光光爆层分部开挖，还是全断面开挖。爆层分部开挖，还是全断面开挖。 （3 3）确确定定光光爆爆层层的的厚厚度度：根根据据钻钻孔孔机机械械的的性性能能及及每每一一循循环环的的进进尺尺，求求得得周周边边孔孔的的外外插插量量，然然后后根根据据开开挖挖断断面面的的大大小小及及地地质质条条件件等等，选选定定光光爆爆层层的的厚厚度以及设计周线以内的厚度。度以及设计周线以内的厚度。 （4 4）选择合理的光爆参数，包括孔距、线装）选择合理的光爆参数，包括孔距、线装 药密度等。药密度等。 （5 5）确定炮孔的装药结构。）确定炮孔的装药结构。 （6 6）确定起爆方法及网路的联接形式。）确定起爆方法及网路的联接形式。 2.3.4 光爆效果的评定标准光爆效果的评定标准 （1 1）开挖轮廓成形规则，岩面平整，符合设计要）开挖轮廓成形规则，岩面平整，符合设计要求，超欠挖量没有突破规定的指标。求，超欠挖量没有突破规定的指标。 （2 2）岩面上的半孔率达到预定的要求。）岩面上的半孔率达到预定的要求。 （3 3）在周边炮孔（光爆孔）的装药部位，肉眼观）在周边炮孔（光爆孔）的装药部位，肉眼观察不到明显的爆破裂隙。察不到明显的爆破裂隙。 （4 4）爆破后，围岩中无危石。）爆破后，围岩中无危石。 2.3.5 施工技术措施施工技术措施 2.3.5.1 合理布置周边孔（光爆孔）； 2.3.5.2 保证光爆层厚度均匀 ； 2.3.5.3 使用满足光爆要求的炸药； 2.3.5.4 选择合理的不耦合系数和装药结构 ； 2.3.5.5 保证光爆孔全部或分片同时起爆； 2.3.5.6 为光爆层创造良好的自由面。问题的答案：问题的答案： 预裂、光面爆破这两种爆破技术预裂、光面爆破这两种爆破技术 相同之处：相同之处：应用的目的相同；应用的目的相同；作用的机作用的机理相同；理相同；对固体的作用效果相同。对固体的作用效果相同。 不同之处：不同之处：应用的场合不同；应用的场合不同；爆破参数爆破参数有所不同，有所不同，起爆的顺序不同。起爆的顺序不同。预裂爆破与光面爆破相关施工技能训练与经验交流 作业布置作业布置 1.光面爆破和预裂爆破技术有哪些共同点和不同点？ 2.评价光面爆破和预裂爆破两种技术爆破效果的指标有哪些？ 3. 分别举例说明光面爆破和预裂爆破技术在工程中的应用？