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爆破工程_图文_百度文库

发布时间:2019-07-01 01:57 来源:未知 编辑:admin

  爆破工程_建筑/土木_工程科技_专业资料。第二章 爆破工程 在水利工程施工中,爆破是经常采用 的一种施工方法。 它可用于开挖,如,基坑和明渠的开 挖、地下工程(包括隧洞、地下厂房等) 的开挖、石料开采(用于截流、混凝土的 骨料)、定向爆破、水

  第二章 爆破工程 在水利工程施工中,爆破是经常采用 的一种施工方法。 它可用于开挖,如,基坑和明渠的开 挖、地下工程(包括隧洞、地下厂房等) 的开挖、石料开采(用于截流、混凝土的 骨料)、定向爆破、水下爆破和拆除爆破 等等。 所以,探索爆破机理,掌握爆破技术, 具有十分重要的意义。 本章内容 第一节 爆破基本原理及药量计算 第二节 钻孔机具和爆破器材 第三节 爆破的基本方法 第四节 特种爆破技术 第五节 爆破安全控制(略) 第一节 爆破基本原理及药量计算 ? 一、无限介质中的爆破 ? 二、有限介质中的爆破作用 ? 三、药包种类和药量计算 基本概念:爆炸、爆破 ? 爆炸:经过化学反应,将炸药的化学能 转变为机械能和其它形式的能,产生高 温高压气体, 并伴有声光效应的现象。 ? 爆破:利用爆炸产生的能量,改变和破 坏周围介质的过程 。 一、无限介质中的爆破 ? 1、两个假设(介质无限、介质均匀) ? 2、爆破结果:压缩圈(粉碎圈)、抛 掷圈、松动圈、震动圈 ? 3、分析 ? ①爆炸能量以冲击形式作用于介质,在介质中产 生应力波,产生裂缝; ? ②高温高压膨胀气体,使介质挤压,裂缝扩大; ? ③a.压缩圈:最靠近药包的介质变为熔融状的塑 性状态(30000C高温、5~10万个大气压),随着 冲击波的外移,温度、压力降低,介质向中心运 动形成压缩圈或粉碎圈; b.破碎圈(抛掷圈、松动圈):随冲击波传播, 一方面介质回弹,产生径向拉应力,形成环向裂 缝。另一方面向外膨胀形成环向拉应力 产生径 向裂缝; c.震动圈:冲击波已减弱,仅使其产生震动。 二、有限介质中的爆破作用 1、临空面-两种介质分界面。 ? ①反射拉力波:弧状裂缝—使临空面 形成一个弧状板块— 新临空面—向 纵深发展; ? ②聚能作用 a.爆炸偶极子(电偶极子) b.临空面聚能 2、爆破漏斗 ? ①定义:在有限介质中埋设集中药包进 行爆破,将炸成以药包中心为顶点的倒 圆锥形爆破坑,形如漏斗,称为爆破漏 斗。 ? ②成因分析:a 弧状裂缝依次向纵深发 展、径向裂缝、环向裂缝、临空 面上 裂缝、非均质无规律裂缝;b 高压高温 气体产生抛掷。 ? ③爆破作用指数及爆破分类(按n值) 爆破漏斗的几何特征 ? W— 最小抵抗线,即药包中心至临空面的最短距 离; ? r — 爆破漏斗底半径; ? R— 爆破作用半径; ? P — 可见漏斗深度; ? L— 抛掷距离。 爆 破 作 用 指 数 征,称之为爆破作用指数。 r 比值 n ? 最能反映爆破漏斗的几何特 W 当 n = 1,即r = W 时,称为标准抛掷爆破; 当 n 1,即r W 时,称为加强抛掷爆破; 当 0.75 n 1 时,称为减弱抛掷爆破; 当 0.33 n ? 0.75 时,称为松动爆破; 当 n 0.33,即r = W 时,称为隐藏式爆破。 隐藏式爆破:岩石的临空面没有被破坏,仅是药包周围的 岩石被炸碎。 抛掷爆破多用于爆破筑坝及开渠; 松动爆破多用于开挖基坑、隧洞、开采石料。 三、 药包种类及药量计算 1. 药包的种类 根据形状的不同,药包分为集中药包 和延长药包。 (1)一般爆破 用药包的最长边 L与最短边b的比值来进行 划分: L/b: L/b4时,为延长药包 L/b ? 4时, 为集中药包 (2)大爆破 常用集中系数 V ? ? 0.62 b 3 来区分药包的类型, 式中,b — 药包中心至药包最远点的距离,m; V — 药包的体积,m3。 当Φ:≥0.41时,为集中药包; 0.41时,为延长药包。 2、药量计算 ? 药包药量与爆落体体积成正比: Q=KV Q—药量;V—爆落体体积;K—系数,隐含了各种因素 (1)集中药包 A、标准抛掷爆破( n = 1,即r = W ) Q=KW3 注:V=(1/3)πr3≈W3 , 式中,K —单位体积耗药量, m3;为标准情况下的K值; W — 最小抵抗线长度,m。 B、其它爆破药量计算 (基于标准抛掷爆破药量计算公式,引入n的函数 f(n),计算其它爆破药量) 其它爆破药量计算: Q=KW3f(n) a、标准抛掷爆破: f(n)=1 b、加强抛掷爆破: f(n)=0.4+0.6n3 c、减弱抛掷爆破: f(n)=((4+3n)/7 )3 d、松动爆破: f(n)=n3 (2)延长药包 (略) 第二节 钻孔机具和爆破器材 一、钻孔机具 ? 浅孔 :轻型手提式风钻(向下垂直孔)、 支架式重型风钻(向上及倾斜孔) ? 深孔 :1)回转式钻机 X—300型(钻孔深度 300m);可取岩芯(岩芯钻孔);装不同钻头; 可钻斜孔;直径90-100mm 2) 冲击式钻机 只钻垂直孔;借助偏 心的传动,结构完成向下冲击、向上提升;直径 130—500mm 3) 潜孔钻 既有回转,又有冲击;孔深 不超过8m;可钻斜孔;效率高;直径170mm 常用钻孔机械适用范围 凿岩机类型 适用范围 轻型 (20-22kg) 中型 (20-28kg) 重型 (25-35kg) 回转式钻机 冲击式钻机 潜孔钻 中等或中等 难钻岩石 中上等和难 钻岩石 难和很难 相应岩石级别及 f 手提式风钻 V-VII f=1-4 VII-X IX-XIII XII-XVI XII-XVI XII-XVI f=4-12 f=8-18 f14 f14 f14 支架式重型风钻 很难和极难 很难和极难 很难和极难 f ? Rg 100 钻进牢固系数(普氏牢固系数) Rg—岩石试件轴向抗压强度(kg/cm2) 主要考虑因素 1)岩石物理力学性能 2)钻孔作业所需生产率 3)开挖断面尺寸 4)掘进方法 5)炮孔直径和深度 二、爆破器材 (一) 炸药 1、炸药的性能指标 (1) 威力,以爆力和猛度表示。 爆力—又称静力威力,用定量炸药炸开规定 尺寸铅柱体内空腔的容积来表示。 猛度—又称动力威力,用定量炸药炸塌规定 尺寸铅柱体的高度来表示。 (2) 最佳密度,炸药获得最佳爆破效果的密 度。 (3)氧平衡,炸药含氧量和氧化反应程度的 指标。 炸药的性能指标 ? 零氧平衡:当炸药含氧量正好等于可燃物完全氧化所 需的氧量,生成无毒的CO2和H2O,并释 放大量热能。 ? 正氧平衡:含氧量大于需氧量,生成有毒的NO2,释 放较少的能量。 ? 负氧平衡:含氧量不足,只生成有毒的CO,释放的热 量仅为正氧平衡的1/3左右。 (4)安定性,保持自身性质稳定不变的能力。 (5)敏感性,在外界条件激发下,引起爆炸的难 易程度。 (6)殉爆距,相邻的爆炸引起药包爆炸的最大距 离。 2、常用的工业炸药 ①TNT(三硝基甲苯) (威力大,但不敏感,枪弹贯穿 亦不爆炸) 特点:难溶于水,爆炸气体中有co,威力大。 适用:水下爆破,不能用于地下爆破。 ②胶质炸药(硝化甘油炸药) 特点:抗水性强,炸气无有害气体、威力大,冻结 温度高(13.2oc) 适用:地下、水下 冻结后敏感性增大,为了安全常加入二硝基乙二醇 形成难冻结状态。 ③硝铵炸药(铵梯炸药) 特点:敏感性小,爆气含毒少,易受潮(运输, 保存中注意防潮) 适用:地下 常常加入35号柴油配成铵油炸药。2%(重量比): 敏感度最高;5~6%:爆力最大,且是零氧平 衡 ④黑火药:硝石(60~75%)、硫磺(10~15%)、 木炭(15~20%) 。 适用:导火线、爆破松软岩石。 ⑤乳化炸药,用于岩塞爆破。 (二)起爆器材 1、雷管 根据点火装置的不同,分为火雷管和电雷管: 火雷管: 导火索—[正起爆药—副起爆药] 即时电雷管:电线—[点火电桥—正起爆药— 副起爆药] 延发电雷管:电线—[点火电桥—缓燃剂— 正起爆药—副起爆药] 安全电雷管:电线—[安全电路—点火电桥— 正起爆药—副起爆药] 2、其他起爆器材 ? 导火索 –点燃黑火药或起爆火雷管,燃速一般为1m/s。 ? 传爆线 –高敏感性炸药卷成,外表涂成红色或红白间色已便与 导火索区别。爆速大于 6000m/s。必须用雷管引爆。 ? 导爆管 –外径为3mm、内径为1.4mm的塑料管,内壁涂有薄层炸 药,爆速 2000m/s,接头有专用连接元件。 (三)起爆方式 起爆方式有同时起爆,延期起爆 1、同时起爆 所有药包爆炸产生的应力迭加,增强爆 破效果;但震动半径大,可能会影响周 围岩石或建筑物,常常限制一次爆破的 药量。 2、延期起爆 控制一次起爆的炸药量,减小震动影响; 人为创造临空面。 (四)起 爆方法 ? 1、火花起爆 – 火花点燃导火索—火雷管—[药包] – 设备简单,操作方便,用于小规模爆破。 ? 2、传爆线起爆 – 雷管(火或电雷管)引爆—传爆 线—(雷管)—[药包] ? 3、导爆管起爆 – 雷管(火或电雷管)引爆—导爆 管—(雷管)—[药包] 传爆线、导爆管起爆网路连接简单,操作安全,但 成本比电气起爆昂贵。为了准爆常布置复式网络。 ? 4、电气起爆 – 通电—电雷管—[药包] – 适用于远距离、同时或分段起爆大规模药包群。 – 电爆网络联接方式及设计计算 电爆网路联结 常用电爆网路联结有串联法、并联法和混 合法。 电爆网路准爆条件 同一串联线路内雷管间的电阻差不得大于 0.25W;不同种类的延发雷管不能接在同一 串联线路内;并联的各支路电阻应保持平 衡。 电爆网路联结示意图 第三节 爆破的基本方法 一、孔眼爆破 二、洞室爆破 三、改善爆破效果的方法和措施 一 、孔眼爆破(炮孔布置原则,布孔的 技术参数,药量计算,堵塞长度验算) 根据孔径的大小和孔眼的深度可分为 浅孔爆破 法和深孔爆破法。 浅孔爆破法:孔径小于等于75mm,孔深小 于等于5m。适用于小规模爆破,适应性较强,有 利于控制开挖面的形状和规格,使用的钻孔机具 简单易操作;但生产效率低。 深孔爆破法: 孔径大于 75mm ,孔深大于 5m。适用于大规模、高强度爆破,如料场和基坑 的采挖。 上述两种爆破方法可以起到互补的作用。 (一)炮 孔 布 置 原 则 1. 充分利用临空面; 2. 创造更多的临空面; 3. 可能的情况下,形成阶梯式开挖。 (二)布 孔 的 技 术 参 数 (WP、H、L、a、b) 1. 计算抵抗线长度 WP(m) 浅孔 WP=KW d d 深孔 Wp ? HD? 150 式中,KW—岩石性质对抵抗线的影响系数,通常 用 15~30,岩性越软弱取值越大; d— 炮孔直径,浅孔以m计,深孔以mm计; H— 阶梯高度,m; D— 岩石硬度影响系数,一般取0.46~0.56; h— 阶梯高度系数,见表 2-2。 阶梯高度 2. 阶梯高度 H(m) 浅孔 H=KH WP 式中, KH 为防止爆破顶面逸出的系数,通 常采用1.2-2.0。 深孔爆破的阶梯高度,主要根据总挖 深、地层岩石情况以及挖掘机对掌子面 的要求等因素综合考虑。 炮 孔 深 度 3. 炮孔深度 L(m) 浅孔(竖直钻孔) L= KL H 深孔 (竖直钻孔) L= H+DH 式中,KL— 岩性对孔深的影响系数; 通常,对于坚硬岩石取 KL =1.1~1.15, 中等坚硬岩石 取KL =1.0, 松软硬岩石取KL =0.85~0.95。 DH—超钻深度, m, DH =(0.12~0.3) WP 炮 孔 间 距 4. 炮孔间距 a (m) 浅孔 a = Ka WP 深孔 a =(0.7~1.4) WP 式中, Ka — 起爆方式对孔距的影响, 对火花起爆,取Ka =1.0~1.5; 对电气起爆,取Ka =1.2~2.0。 炮 孔 排 距 5. 炮孔排距 b (m) 孔眼爆破,无论浅孔、深孔,双排布 孔呈等边三角形,多排呈梅花形。 b=a sin60o=0.87a (三)药 量 计 算 孔眼爆破的药量计算(群孔松动爆破 ) Q=0.33KV=0.33KHWP a ? 根据孔径及最小堵塞长度,进行复核,是否满 足允许最大装药长度的要求,否则应调整参数。 (四)堵塞长度验算 炮孔的最小堵塞长度 Lmin(m) 浅孔 深孔 Lmin ? L / 2 Lmin ? WP 二、洞 室 爆 破 (导洞与药室、参数计算、洞室爆破施工要点) 进行大规模的采料,则要开凿洞室, 在洞室中装药进行爆破,该洞室即为 药室,药室用平洞或竖井相连。在药 室中装药后,将平洞或竖井堵塞。 (一)导 洞 与 药 室 导洞与药室 ? 在同样条件下,尽量用平洞; ? 平洞或竖井皆不宜太长; ? 有明显可利用的自由面时,则采用平行 自由面的平洞进行条形布药。 ? 集中装药的药室以立方体为好。 (二)洞室参数计算 Q 1、洞室体积的计算:V ? C D 式中:V—药室体积,m3; C—炸药的装填系数; 它与药室支护及装药方式有关;有支护, 取1.5~1.8, 无支护,取1.1~1.25;散装炸药取 小值,袋装炸药取大值; Q—装药量,t; D—炸药密实度。 2、药室间距与排距 药室间距 a(m) 药室排距 b(m) a=(1.1-1.2) WP b=(1.3-1.4) WP 式中,WP—相邻药室的平均最小抵抗线长度,m。 WP =(0.6-0.8)H (三)洞室爆破施工要点 1. 装药 2. 堵塞 3. 起爆系统 三、改 善 爆 破 效 果的方法和措施 1. 合理利用或创造自由面; 2. 利用毫秒微差挤压爆破; 3. 分段装药爆破; 4. 采用不耦合装药; 5. 保证堵塞长度和堵塞质量。 第四节 特种爆破技术 特种爆破技术包括定向爆破、光面 爆破、预裂爆破、岩塞爆破和拆除爆 破。又称控制爆破。 定向爆破原理及筑坝技术 定向爆破原理 爆破时,被炸介质总是沿药包中心至 临空面的最短距离,即最小抵抗线的方向 抛射。定向爆破正是利用该原理,在爆破 过程中合理布置药包,人为地创造临空面, 控制介质流的抛射方向。 定向爆破示意图 定向爆破筑坝 定向爆破筑坝 利用陡峻的岸坡布药,令岩土定向抛 掷至指定位置,拦断河流,形成坝体的雏 形,经过人工修整,完成坝体的设计轮廓。 基 本 要 求 ? ? ? ? 河谷狭窄、岸坡陡峻; 山体有足够的土料; 爆区岩性均匀、强度高、风化弱; 完成有关准备工作。 药 包 布 置 定向爆破筑坝的药包布置 ? 可以采用一岸布置或两岸布置; ? 药包布置在水面以上;药包同水面和坝 肩的距离应分别大于垂直和水平破坏距 离; ? 药包布置在天然凹岸;如果河段平直, 应双排布药,前排采用辅助创造理想的 临空面。 定向爆破筑坝参数选择 1. 爆破指数 n 值的选择 很明显,定向爆破属于加强抛掷爆破, 通常, n 值采取 1-1.75 ;后排孔的 n 值比前 排大,因为,后排必需抛得远; 2. 最小抵抗线长度W,主要取决于抛掷方向和 抛掷距离。 3.药包的水平间距 a (m)和层或垂 直间距 b (m),应分别满足如下关系: 0.5W ( n ? 1) ? a ? nW nW ? b ? W 1 ? n 2 式中,W—相邻药包最小抵抗线的平均值; n—爆破作用指数的最大值。 4. 定向爆破装药量计算 对于单个集中药包,装药量用下式计算, W Q ? KW (0.4 ? 0.6n ) 25 3 3 对于条形药包,其单位长度装药量用下式计 算, W 2 3 KW (0.4 ? 0.6n ) 25 Q? 0.55( n ? 1) 预 裂 爆 破 预裂爆破是一种控制边线的爆破,常用于 基础开挖、深槽开挖等。 除开挖区内按设计正常钻孔装药外,还沿 设计开挖线周边钻一排孔并装药。起爆时,周 边孔先爆,开挖区后爆。先爆的周边钻孔产生 一条1-4cm的裂缝。后爆的开挖区爆破时,其 冲击波的能量被周边缝所削弱,使周边缝外的 区域少受或免受冲击。这样可使设计线上的边 界开凿平整。 预裂爆破成缝机理 预裂爆破是一种不耦合的装药结构, 其特征是药包和孔壁间有环状空隙。该环 状空隙削减了冲击波的压力峰值,使炮孔 周围产生径向裂纹,并使周边炮孔连线上 的裂纹全部贯通成缝。 预裂爆破施工技术要点 1. 预裂炮孔直径通常为50-200mm。浅孔爆破 用小直径,深孔用大直径。 2. 炮孔孔距与岩石特性、炸药性质有关。孔距 通常为孔径的8-10倍。小孔径、岩石破碎则取小 倍数。 3. 线状分散装药,孔底装药的密度较大。 4. 保证周边孔的钻孔质量。 5. 预裂孔的范围和深度要超出开挖区,并与内 排孔保持一定距离。 图示: 预裂爆破布孔和装药 预裂爆破的质量控制 1. 预裂缝面的最小张开率; 2. 预裂缝面的残留半孔率; 3. 预裂缝的不平整度。 岩 塞 爆 破 岩塞爆破是一种水下控制爆 破。在水库或湖泊底部修建引水 隧洞,可以从隧洞出口逆水流开 挖,在与水库或湖泊相通前,预 留一块适当大小的岩塞。待引水 隧洞的其它工程完工后,将岩塞 一次炸除。 岩塞爆破示意图 岩塞布置及爆落石渣处理 1. 岩塞布置 选择覆盖层薄,岩石完整; 层面和进口中心线大角度相交; 不宜太薄亦不宜太厚。 2. 岩塞爆落石渣处理 集渣处理——集渣坑; 泄渣处理——缓渣坑。 岩塞爆破的药量 岩塞爆破的药量 岩塞爆破要考虑静水压力的阻抗,所 以, 用药量比常规大。 Q=(1.2-1.3)KW3(0.4+0.6n3) 式中,n 为爆破作用指数,一般取1-1.5。 拆除爆破技术 这是为了拆除混凝土建筑物而使用的 特殊控制爆破技术。它要求爆破过程实现 定向、定距、定量及减震、减冲、减飞和 减声等。 拆除爆破示意图 拆除爆破设计基本原理 (一) 等能原理:每个爆破点(装药点)产生 的爆炸能量与拆除破坏所需最小能量相等; (二) 微分原理:多打孔,少装药; (三) 失稳原理:将承重结构的关键部位按一 定顺序炸碎,使结构物失稳; (四) 缓冲及防护:减震、减冲、减飞和减声, 确保安全。 K值标准情况 ? 注:标准情况指:标准抛掷爆破;标准炸 药(国内采用2号铵锑炸药);爆破采用一 个临空面。 非标准情况修正: ? (1)多个临空面:二个取0.83k,三个取 0.67k ? (2)非标准炸药:引入爆力换算系数e e=eb/ei eb:标准炸药爆力值, m3 ; ei: 实际采用炸药爆力值, m3 。 龙羊峡基坑开挖 鲁布革隧洞开挖 小浪底地下厂房顶拱开挖 小浪底地下厂房底部开挖 定 向 爆 破 拆 除 爆 破 拆 除 爆 破 爆破作用示意图 a 弧状裂缝 依次向纵深 发展、径向 裂缝、环向 裂缝、临空 面上裂缝、 非均质无规 律裂缝; b 高压高温 气体产生抛 掷。 爆破漏斗示意图 钻 头 型 式 冲 击 式 钻 机 潜孔钻结构示意图 各型雷管构造示意图 电气和传爆线混合起爆 分段起爆分组并串联起爆 阶梯爆破布孔示意图 洞室爆破洞室布置示意图 定向爆破示意图 预裂爆破布孔和装药 岩 塞 爆 破示意图 拆除爆破示意图(1) 拆除爆破示意图(2) 预裂爆破 拆除爆破示意图(3)

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