某堆石坝石料场硐室爆破设计

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摘要：本次设计为本工程第4次爆破，爆破位置选取需要考虑上几次爆区的影响。石料场硐室爆破开挖，由地形、地貌勘察到要药室布置设计是最关键的一步，将直接影响爆破效果和质量；其次药量计算，网路设计、装药堵塞、安全计算配合药室设计进行相应的计算调整，装药前的药室位置复核是最终确定装药结构和药量必须流程；最后的爆后检查评估是评定设计合理性、设计优缺点，为下次爆破或其他工程提供经验指导。

关键词：石料场 硐室爆破 药室布置 药量计算 网路设计 安全计算 装药堵塞

中图分类号：TU74文献标识码： A

1、药包布置

1.1 药包布置原则

1）认真勘察。施工中应对硐室地质条件做详细勘察，当条形药室遇到断层、破碎带和软弱夹层时，首选考虑避开，其次考虑分集装药，以免发生冲泡；

2）平面布置。药包与地形基本相符，以控制其同一药包的最小抵抗线基本相同；

3）平面形状。以直线为佳，确需要布置曲线时应以折线代替；

4）高程。在布置底层药包时，药包应布置在同一剖面上，后排药包略高于前排药包，其坡度不宜大于3%，使地面爆后平缓；

5）排数。条形药包一般不宜超过3排，前排药包端部最好比后排药包端部长1/3W，以形成较宽的开口，使后排药包爆破的岩石能充分的破碎和松散，为铲装创造良好的条件。

6）层数。以1-2层为佳，根据开挖高度要求和实际地形情况也可以多层布置，但必须保证施工安全。

7）施工要求。考虑通风及施工进度问题，一般每个导硐的独头掘进长度不宜超过120m，若需要加长时必须加强通风；条形药包的填塞应设计成“T”型填塞，药室之间应有不少于3m的填塞长度，导硐口通常有15-18m的填塞长度。

1.2 条形药包的布置方法

首先按一定的距离做出地形等高线的断面图，并在断面图上按设定的最小抵抗线和高程标出头排药包位置；其次绘制出药包的上破裂线，再由后排药包的最小抵抗线和高程要求找出后排药包剖面位置；剖面药包位置确定后，将其绘制在平面图上，由剖面线上药包位置点连线初步确定药包的平面位置；然后再根据药室形式、堆积方向、均匀布药等要求进行调整，控制同一药包的最小抵抗线偏差在7%以内，由此确定条形药包的设计位置。

1.3 药包布置

本次爆破区域位于第一次爆破漏斗区下游约70m范围内，共计2层

1）下层上、下游药包

（1）最小抵抗线：上游侧药包平均最小抵抗线为19.84m，下游侧药包平均抵抗线19.92m。

（2）药包中心高程：743m

（3）药室形状及长度：药室为折线，由两段组成，上游长25.28m，下游长25.08m，总长50.36m。

2）第二层上、下游药包

（1）最小抵抗线：上游侧药包平均抵抗线为20.23m，下游侧药包平均抵抗线19.83m。

（2）药包中心高程：760m。

（3）药室形状及长度：药室为折线型，由两段组成，上游长22.87m，下游长23m，总长：45.87m。

2.爆破药量计算及参数选择

2.1药量计算公式

2.1.1条形药包q=KW2f(n)/0.55(1+n)Q=ql

式中：q――条形药包单位长度计算装药量（Kg /m）； K――单位用药系数（Kg /m3）

W――最小抵抗线长度（m）；n――爆破作用指数；L――条形药包长度（m）

f(n)――爆破作用指数的函数，f(n)=0.4+0.6n3；Q――条形药包总装药量（Kg）

2.1.2端部加药

当条形药包端部有侧向临空面时，在满足侧向抵抗线Wc不小于药包最小抵抗W条件下

即Wc≥W，端部按下列公式增加药量：Q=0.35KWc3

2.2爆破参数

最小抵抗线W：根据本工程前三次爆破实施情况，本次选20m；单位用药系数K：查阅《水利水电工程施工组织设计手册》， K取1.40Kg/m3；爆破作用指数：由于该区域石料相对于第一次爆破区域较好，故n值取0.7。

2.3药量计算结果

2.3.11#药室（第一层药室）

1）单位长度计算装药量q：以2#岩石炸药为标准，取K=1.40Kg/m3，n=0.7，则上游侧q=KW2f(n)/0.55(1+n)=370Kg/m，下游侧q=373Kg/m。

2）单位长度装药量q’：1#药室以导硐为界分为上游、下游两个药包。上游段长25.28m，其中与导硐相接的3m长度内不装药而堵塞，装药段全长L’=L-3=22.28m。于是单位长度装药量按照下式计算： q’=qL/L’

计算出1#上游药室单位长度装药量q’=430kg/m。

3）条形装包装药总量：按公式Q=∑q’Li’

计算出上游条形药包装药量为13080Kg，下游药包为9539Kg。

4）端部加药：按2.1.2所列公式，1#条形药室上游端侧向有临空面，侧向最小抵坑线Wc=21.41m，端部应加药：Q=0.35KWc3=4809Kg。

考虑到侧向临空面表层岩石相对风化，裂隙发育，故将加药量减小，取为3500Kg。

2.3.22#药室（第二层药室）

1）单位长度计算药量q：根据药量计算公式计算得2#上游药包q=384.5Kg/m，2#下游药包q=369.4Kg/m。

2）单位长度装药量q’: 2#上游段长L=22.87m除拐硐3m不装药外，装药段L’=19.87m，单位长度装药量q’=442.6Kg/m，2#下游段L’=20m，q’=424.8Kg/m。

3）条形药包总装药量，计算出2#上游条形药包装药量Q=10795Kg，2#下游Q=8496Kg。

4）端部加药：2#条形药室上游端部侧向临空面最小抵抗线Wc=20m,端部应加部Q=0.35KWc3=3920Kg。根据实际地形、地质情况，加药量取为2000Kg。

各 药 包 药 量 表

药包 位置 药包形式 中心高程

（m） 长度 平均抵抗线 单位长度装药量 药 量 Q 药量合计

编号 开挖 装药 （m） （kg） （kg） （kg）

1上 下层上游 条形 743 25.28 22.28 19.84 370 430 9580 13080 22619

1加 下层上游 集中 743 2 2 21.41 3500

1下 下层下游 条形 743 25.08 22.08 19.92 373 432 9539 9539

2上 上层上游 条形 760 22.87 19.87 20.23 384.5 442.6 8795 10795 19291

2加 上层上游 集中 760 2 2 20 2000

2下 上层下游 条形 760 23 20 19.83 369.4 424.8 8496 8496

合计 41910

3.药室及导硐设计

3.1药室及导硐布置

两层药室均布置为折线形，为的是尽可能保持各处的最小抵抗线长度相等或相近。同一药包最小抵抗线的最大、最小值偏差，第一层为3.5%、4.3%；第二层为3.7%、7%；基本满足要求。

第一层药室导硐口分置在坡脚，在开挖过程中一定要注意顶部边坡裂缝的发展情况，或在硐口设防护棚以防落石。

第二层药室导硐口考虑到道路问题，将其调整至上游冲沟内，且上下错开。

药室及导硐底面暂定为水平开挖，底面高程较药包中心高程低0.5m，即第一层药室开挖高程为742.5m，第二层为759.5m。若开挖过程中遇到裂隙水，且流量较大时，可根据实际情况调整开挖高程。

3.2开挖断面

导硐开挖断面为宽0.7～0.9m，高1.5～1.7m。药室开挖断面宽0.8～1.0m，高1.6～1.8m，断面积不小于1.2m2。各层上游侧端部药室2.0m范围内要加药，第一层加3.5T，第二层加2T，端部药室体积不小于8m3。

开挖的条形药室中，与导硐相连的左、右各3米“拐硐”不装药为了加强堵塞效果，拐硐开挖断面的宽0.8m，高1.2m。

4.爆破漏斗及爆破方量计算

4.1计算公式

4.1.1压缩圈半径

1）集中药包Rc=0.62(UQ/)1/3

2）条形药包Rc=0.546(Uq/)1/2

式中Rc―压缩圈半径（m）；Q―集中药包药量（Kg/m）；q―条形药包单位长度计算药量（Kg/m）

―装药密度（Kg/m3），取800Kg/m3； U―压缩系数，取U=10；

4.1.2漏斗破裂半径

下破裂半径：R=（1+n2）1/2W；上破裂半径：R’=（1+ßn2）1/2W；条形药室端部漏斗半径：r=nW/2

式中：W―药包平均最小抵抗线（m）；n―爆破作用指数；ß―漏斗坍塌系数，取3.0；

4.1.3漏斗可见深度P=（0.32n+0.28）W

4.1.4爆堆体长度

爆破时，部分爆落岩石向前抛出，抛出的最大距离，即爆堆体的堆积长度Lm（从第一层药包爆破漏斗下破裂边缘起算），用下式估算： Lm=5nW

4.1.5爆破方量

计算方量方法为剖面法，计算公式为：V=[S1+S2+（S1S2）1/2]b/3

式中V―二剖面间的爆破实方量(m3)； S1、S2―分别为二剖面积（m2）；b―剖面距（m）

爆破虚方量： V’=KV

式中K为碎胀系数，取K=1.4

4.2计算结果

4.2.1爆破漏斗：计算结果见表4。

漏斗可见深度：P=10.1m；爆堆体长度：Lm=70m；爆破方量：V=7.1万m3，折合虚方10万m3。

5．爆破网络设计

本次爆破网络设计采用复式爆破网路，即导爆管网路及导爆管―导爆索混合网路。

5.1起爆顺序、时差以及雷管段别

将1#上下游、2#上、下游共4个药包（在此将上游端加药与上游条形药包视作一个药包）分段毫秒微差起爆。各药包的顺序及时差，所用毫秒延期雷管段别见表5。由下表可见，本次爆破最大同段起爆药量为13080Kg。

起爆顺序与时差表

起爆

顺序 药包编号 药量（t） 雷管

段别 起爆延时（ms） 时间间隔（ms） 备注

1 1#上（第一层上游） 13.08 2 25 85 1#上与2#上药包间隔时间175ms

1#下与2#下药包间隔时间200ms

2#上与3#上药包间隔时间260ms

2#下与2#下药包间隔时间240ms

2 1#上（第一层下游） 9.539 5 110

3 1#上（第二层上游） 10.795 7 200 110

4 1#上（第二层下游） 8.496 9 310

5.2起爆体

起爆体为一纸箱，箱内装约20Kg袋装优质2#岩石铵梯炸药及雷管束，导爆索结。在起爆体炸药中心位置装入雷管束和1个导爆索结。雷管束为5个导爆管雷管和5个火雷管束和1个导爆索结。雷管束为5个导爆管雷和5个火雷管绑扎而成，为了箱内充满炸药，在炸药袋与箱壁间用散装2#岩石炸药填塞。在纸箱中将炸药袋用绳扎紧，把5根导爆管和2根导爆索锁定后，引出纸箱，用胶带纸将箱体密集缠绕。以防在洞室因置放时间较长而受潮。起爆体表面写明所用于的药包编号及雷管段别

5.3爆破网路敷设

爆破网路中，首先将各起爆体内引出的5根导爆管分导爆管分为2根1组、3根1组，分别捆在一起，一组与双股导爆索相联接在一起，并将导爆索引至硐口。另一组与MS1非电雷管（2发）相接后引至硐口。为防止在导硐堵塞过程中损坏导爆索和导爆管，应分别在导硐口，为防止在导硐堵塞过程中损坏导爆过程和导爆管，应分别在导硐左、右侧壁用塑料管（1寸）或PVC管保护导爆索和导爆管。

6.爆破安全距离

6.1爆破振动影响

6.1.1震动破坏标准：关于爆震引起周围建筑物的破坏，国家标准GB6722-2003《爆破安全规程》（送审稿）提出的建（构）物主要类型的质点峰值安全振动速度为：土窑洞、土坯房、毛石房层1.0m/s；一般砖房，非抗震荡的大型砌块及预制构件房层，构架建筑物2-3cm/s；钢筋砼框架房屋、修建良好的木房5cm/s；隧洞10cm/s，矿山巷道10～30cm/s。

6.1.2震速计算公式

目前国内外爆破工程多以建筑物所在地表的最大质点振动速度作为判别爆破振动对建筑物的破坏标准。通常采用的经验公式为：V=K[（Q）1/3/R]α

式中：V―爆震峰值速度（cm/s）； Q―最大一段爆破药量（Kg）；α―衰减系数，

R―爆源至建（构）筑物的路离（m）； K―与地形地质条件及爆破条件有关的数据

本工程爆破规模较小，考虑到周围民房均盖在第四系覆盖层上，查阅有关规程及资料，选择K=300,α=2.1于是震速计算公式为： V=300（Q1/3/R）2.1

6.1.3爆破振动影响

峪口民房：距离R=400m，最大一段起爆药量Q=13080Kg，可计算出爆震峰值速度V=0.78cm/s，与《爆破安全规程》规定的安全震速对比，此值未达到土坯房，毛石房的允许安全爆震速1.0cm/s。这说明爆破不会对砖房造成损坏，对土坯房、毛石房屋一般也不会造成损坏。

6．2爆破冲击波影响

本工程为松动爆破，爆破作用指数仅为0.7，爆破产生的冲击波影响范围远小于爆震和个别飞石影响距离，因此不予单独考虑。

6.3个别飞石距离

硐室爆破个别飞石距离R按下式计算：R=20Kn2W(m)

式中n―爆破作用指数，本次爆破n=0.7；W―最小抵抗线，本次爆破W=20m

K―系数，1.0～1.5，本工程取K=1.25

计算出个别飞石距离R=245m。

个别飞石将会危及10KV输变电线路和电话电缆，施爆前应做好断线抢修准备。

按爆破飞石计算距离，达不到炸药库。但为慎重起见，爆破时库中不存放雷管。

6.4爆破对岩石边坡稳定的影响

爆破可能会造成已爆破区域边坡的二次坍塌，爆破时应撤走下方一切机具、设备、爆后应对边坡顶部裂隙进行观察、监测。

6.5爆破安全距离

根据以上爆破振动，空气冲击波，个别飞石范围的分析计算，并按照《爆破安全规程》规定，本次爆破安全警戒距离定为350m。爆破时，在此范围内的所有人员均撤离，重要地牲畜也随人牵走，机动车辆驶离警戒区。

7.装药、堵塞设计

7.1装药设计

当无特殊情况时，药室采用袋装炸药连续堵塞。

装药时，双股导爆索贯穿硐室。将双股导爆索扎在一起，压在炸药袋之间。应每隔5m左右设一导爆索结，结长约15cm，扎有约10根导爆索。

起爆体放置在靠在拐硐处的炸药中心，在起爆体周围用2#岩石散装炸药或Φ32药卷将间隔填满。

炸药装填要力求密实，增大装药密度

当药室围岩地质出现特殊情况，侧如有断层破碎带，张开裂隙等可能造成冲炮时，应对其产状进行地质测量，并具体分析计算。若会造成冲炮，应采用条形药包分集装药，将药室中破碎带或张开裂隙出露段因岩土渣料堵塞。

7.2堵塞设计

7.2.1堵塞长度

本次爆破设计堵塞长度等于最小抵抗线的1.1倍，即L=1.1W，并要求拐硐处缩小开挖断面，加强堵塞。

如果导硐开挖断面过大，还应适当加大堵塞长度。

7.2.2堵塞质量

采用袋装土石渣与散土石渣相间的堵塞结构。即在堵塞段每隔1.5m(净间距)，用装满土石渣的编织袋码砌，中间1.5m的空间用散土石渣填充。在堵塞中，严防顶部留有空隙造成冲炮。应采取措施使接顶密实。

8.后边坡稳定问题

本次爆破设计布置了两层药包，上层药包埋置深度较大，达到最小抵抗线的1.5倍，使爆破后形成陡竣的漏斗后破裂面，其坡度达到80°以上，且在坡顶约10m范围内产生5～3条与坡面平行的卸荷裂缝。

为了保护施工安全，应于爆破后对边坡浮石、危石进行清理。