1、 爆破理论基础知识第一节 爆破的概念与分类一、爆破的概念爆破是炸药爆炸作用于周围介质的结果。埋在介质内的炸药引爆后，在极短的时间内，由固态转变为气态，体积增加数百倍至几千倍，伴随产生极大的压力和冲击力，同时还产生很高的温度，使周围介质受到各种不同程度的破坏，称为爆破。二、爆破的常用术语1. 爆破作用圈当具有一定质量的球形药包在无限均质介质内部爆炸时，在爆炸作用下，距离药包中心不同区域的介质，由于受到的作用力有所不同，因而产生不同程度的破坏或振动现象。整个被影响的范围就叫做爆破作用圈。这种现象随着与药包中心间的距离增大而逐渐消失，按对介质作用不同可分为四个作用圈。(1)压缩圈图 1-1 中 R1
2、表示压缩圈半径，在这个作用圈范围内，介质直接承受了药包爆炸而产生的极其巨大的作用力，因而如果介质是可塑性的土壤，便会遭到压缩形成孔腔；如果是坚硬的脆性岩石便会被粉碎。所以把 R1这个球形地带叫做压缩圈或破碎圈。(2)抛掷圈围绕在压缩圈范围以外至 R2的地带，其受到的爆破作用力虽较压缩圈范围内小，但介质原有的结构受到破坏，分裂成为各种尺寸和形状的碎块，而且爆破作用力尚有余力足以使这些碎块获得能量。如果这个地带的某一部份处在临空的自由面条件下，破坏了的介质碎块便会产生抛掷现象，因而叫做抛掷圈。(3)松动圈松动圈又称破坏圈。在抛掷圈以外至 R3的地带，爆破的作用力更弱，除了能使介质结构受到不同程度的
3、破坏外，没有余力可以使破坏了的碎块产生抛掷运动，因而叫做破坏圈。工程上为了实用起见，一般还把这个地带被破碎成为独立碎块的一部分叫做松动圈，而把只是形成裂缝、互相间仍然连成整块的一部分叫做裂缝圈或破裂圈。(4)震动圈 在破坏圈范围从外，微弱的爆破作用力甚至不能使介质产生破坏。这时介质只能在应力波的作用下，产生振动现象，这就是图 11 中 R4所包括的地带，通常叫做震动圈。震动圈以外爆破作用的能量就完全消失了。2、爆破漏斗在有限介质中爆破，当药包埋设较浅，爆破后将形成以药包中心为顶点的倒圆锥型爆破坑，称之为爆破漏斗。爆破漏斗的形状多种多样，随着岩土性质、炸药的品种性能和药包大小及药包埋置深度等不同
4、而变化。3. 最小抵抗线 由药包中心至自由面的最短距离。如图 1-2 中的 W。4. 爆破漏斗半径即在介质自由面上的爆破漏斗半径。如图 1-2 中的 r 。若 rW，则 r 为标准抛掷漏斗半径。5. 爆破作用指数指爆破漏斗半径 r 与最小抵抗线 W 的比值。即：图 11 爆破影响范围示意图图 1-2 爆破漏斗r爆破漏斗半径 R爆破作用半径W最小抵抗线 h漏斗可见深度（1-1）n爆破作用指数的大小可判断爆破作用性质及岩石抛掷的远近程度，也是计算药包量、决定漏斗大小和药包距离的重要参数。一般用 n 来区分不同爆破漏斗，划分不同爆破类型：当 n=1 时，称为标准抛掷爆破漏斗；当 n1 时，称为加强抛
5、掷爆破漏斗；当 0.751800 2100图 1-15(3)潜孔钻潜孔钻是一种回转冲击式钻孔设备，其工作机构（冲击器）直接潜入炮孔内进行凿岩，故名潜孔钻。潜孔钻是先进的钻孔设备，它的工效高，构造简单，在大型水利工程中被广泛采用。图 1-16（三）制作起爆药包1.火线雷管的制作将导火索和火雷管联结在一起，叫火线雷管。制作火线雷管应在专用房间内，禁止在炸药库、住宅、爆破工点进行。制作的步骤是：检查雷管和导火索，按照需要长度，用锋利小刀切齐导火索，最短导火索不应少于 60cm；把导火索插入雷管，直到接触火帽为止。不要猛插和转动；用铰钳夹夹紧雷管口（距管口 5mm 以内） 。如图 1-17。固定时，应
6、使该钳夹的侧面与雷管口相平。如无铰钳夹，可用胶布包裹；严禁用嘴咬；在接合部包上胶布防潮。当火线雷管不马上使用时，导火索点火的一端也应包上胶布。2.电雷管检查对于电雷管应先作外观检查，把有擦痕、生锈、铜绿、裂隙或其他损坏的雷管剔除，再用爆破电桥或小型欧姆计进行电阻及稳定性检查。为了保证安全，测定电雷管的仪表输出电流不得超过 50mA。如发现有不导电的情况，应作为不良的电雷管处理。然后把电阻相同或电阻差不超过 0.25 的电雷管放置在一起，以备装药时串联在一条起爆网路上。3.制作起爆药包起爆药包只许在爆破工点于装药前制作该次所需的数量。不得先作成成品备用。制作好的起爆药包应小心妥善保管，不得震动，
7、亦不得抽出雷管。图 217 火线雷管制作图 1-18 起爆药包制作制作时分如下几个步骤（图 1-18）：解开药筒一端。用木棍（直径 5mm，长 1012cm）轻轻地插入药筒中央然后抽出，并将雷管插入孔内。雷管插入深度：易燃的硝化甘油炸药将雷管全部插入即可；其他不易燃炸药，雷管应埋在接近药筒的中部。收拢包皮纸用绳子扎起来，如用于潮湿处则加以防潮处置，防潮时防水剂的温度不超过 60。（四）装药、堵塞及起爆1装药在装药前首先了解炮孔的深度、间距、排距等，由此决定装药量。根据孔中是否有水决定药包的种类或炸药的种类。同时还要清除炮孔内的岩粉和水分。在干孔内可装散药或药卷。在装药前，先用硬纸或铁皮在炮孔底
8、部架空，形成聚能药包。炸药要分层用木棍压实，雷管的聚能穴指向孔底，雷管装在炸药全长的中部偏上处。在有水炮孔中装吸湿炸药时，注意不要将防水包装捣破，以免炸药受潮而拒爆。当孔深较大时，药包要用绳子吊下，不允许直接向孔内抛投，以免发生爆炸危险。2堵塞装药后即进行堵塞。对堵塞材料的要求是：与炮孔壁摩擦作用大，材料本身能结成一个整体，充填时易于密实，不漏气。可用 1：2 的粘土粗砂堵塞，堵塞物要分层用木棍压实。在堵塞过程中，要注意不要将导火线折断或破坏导线的绝缘层。上述工序完成后即可进行起爆。图 124 微差控制爆破起爆形式及顺序（a）成排顺序（排间微差） ；（b）排内间隔式（V 形式） ；（c）波浪式
9、；（d）对角式；（e）径向式第四节 控制爆破控制爆破是为达到一定预期目的的爆破。如：定向爆破、预裂爆破、光面爆破、岩塞爆破、微差控制爆破、拆除爆破、静态爆破、燃烧剂爆破等。下面仅介绍水利工程常用的几种。一、定向爆破定向爆破是一种加强抛掷爆破技术，它利用炸药爆炸能量的作用，在一定的条件下，可将一定数量的土岩经破碎后，按预定的方向，抛掷到预定地点，形成具有一定质量和形状的建筑物或开挖成一定断面的渠道的目的。在水利水电建设中，可以用定向爆破技术修筑土石坝、围堰、截流戗堤以及开挖渠道、溢洪道等。在一定条件下，采用定向爆破方法修建上述建筑物，较之用常规方法可缩短施工工期、节约劳力和资金。定向爆破主要是使
10、抛掷爆破最小抵抗线方向符合预定的抛掷方向，并且在最小抵抗线方向事先造成定向坑，利用空穴聚能效应，集中抛掷，这是保证定向的主要手段。造成定向坑的方法，在大多数情况下，都是利用辅助药包，让它在主药包起爆前先爆，形成一个起走向坑作用的爆破漏斗。如果地形有天然的凹面可以利用，也可不用辅助药包。图 1-19（a）是用定向爆破堆筑堆石坝。药包设在坝顶高程以上的岸坡上。根据地形情况，可从一岸爆破或两岸爆破。图 1-19(b)为定向爆破开挖渠道。在渠底埋设边行药包和主药包。边行药包先起爆，主药包的最小抵抗线就指向两边，在两边岩石尚未下落时，起爆主药包，中间岩体就连同原两边爆起的岩石一起抛向两岸。二、预裂爆破进
11、行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓，此种爆破技术为预裂爆破。在水利水电工程施工中，预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用；在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用预裂爆破。图 120 预裂爆破布置图（a）平面图 （b）剖面图1预裂缝；2爆破孔图 119 定向爆破筑坝挖渠示意图（a）筑坝；（b）挖渠1主药包；2边行药包；3抛掷方向；4堆积体；5筑坝；6河床；7辅助药包图 121 预裂爆破装药结构图1雷管；2导爆索；3药包；4底部加强药包预裂爆破要求：(1)预裂缝
12、要贯通且在地表有一定开裂宽度。对于中等坚硬岩石，缝宽不宜小于 1.0cm；坚硬岩石缝宽应达到 0.5cm 左右；但在松软岩石上缝宽达到 1.0cm 以上时，减振作用并未显著提高，应多做些现场试验，以利总结经验。(2)预裂面开挖后的不平整度不宜大于 15cm。预裂面不平整度通常是指预裂孔所形成之预裂面的凹凸程度，它是衡量钻孔和爆破参数合理性的重要指标，可依此验证、调整设计数据。(3)预裂面上的炮孔痕迹保留率应不低于 80，且炮孔附近岩石不出现严重的爆破裂隙。预裂爆破主要技术措施如下：(1) 炮孔直径一般为 50200mm，对深孔宜采围较大的孔径。（2）炮孔间距宜为孔径的 812 倍，坚硬岩石取小
13、值。（3）不耦合系数（炮孔直径 d 与药卷直径 d0 的比值）建议取 24，坚硬岩石取小值。（4）线装药密度一般取 250400gm 。（5）药包结构形式，目前较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上（图 1-21） 。分散药卷的相邻间距不宜大于 50cm 和不大于药卷的殉爆距离。考虑到孔底的夹制作用较大，底部药包应加强，约为线装药密度的 25 倍。（6）装药时距孔口 1m 左右的深度内不要装药，可用粗砂填塞，不必捣实。填塞段过短，容易形成漏斗，过长则不能出现裂缝。三、光面爆破光面爆破也是控制开挖轮廓的爆破方法之一，如图 1-22 所示。它与预裂爆破的不同之处在于光爆孔的爆破是在开挖主爆孔的药包爆破之
14、后进行。它可以使爆裂面光滑平顺，超欠挖均很少，能近似形成设计轮廓要求的爆破。光面爆破一般多用于地下工程的开挖，露天开挖工程中用得比较少，只是在一些有特殊要求或者条件有利的地方使用。光面爆破的要领是孔径小、孔距密、装药少、同时爆。光面爆破主要参数的确定：1. 炮孔直径宜在 50mm 以下。2. 最小抵抗线 W 通常采用 13m，或用下式计算W（720）D （1-19 ）图 122 光面爆破洞挖布孔图112炮孔孔段编号3. 炮孔间距 aa（0.60.8）W （1-20 ）4. 单孔装药量。用线装药密度 Qx 表示，即QxkaW （1-21）式中D炮孔直径；K单位耗药量。四、岩塞爆破岩塞爆破系一种水
15、下控制爆破。在已成水库或天然湖泊内取水发电、灌溉、供水或泄洪时，为修建隧洞的取水工程，避免在深水中建造围堰，采用岩塞爆破是一种经济而有效的方法。它的施工特点是先从引水隧洞出口开挖，直到掌子面到达库底或湖底邻近，然后预留一定厚度的岩塞，待隧洞和进口控制闸门井全部建完后，一次将岩塞炸除，使隧洞和水库连通。岩塞布置如图 1 一 23 所示。图 123 岩塞爆破布置图（a ） 设缓冲坑；（b）设集渣坑1岩塞；2集渣坑；3闸门井；4引水隧洞；5操纵室岩塞的布置应根据隧洞的使用要求、地形、地质因素来确定。岩塞宜选择在履盖层薄、岩石坚硬完整且层面与进口中线交角大的部位，特别应避开节理、裂隙、构造发育的部位。
16、岩塞的开口尺寸应满足进水流量的要求。岩塞厚度应为开口直径的 l1.5 倍。太厚，难于一次爆通、太薄则不安全。水下岩塞爆破装药量计算，应考虑岩塞上静水压力的阻抗，用药量应比常规抛掷爆破药量增大2030。为了控制进口形状，岩塞周边采用预裂爆破以减震防裂。五、微差控制爆破微差控制爆破是一种应用特制的毫秒延期雷管，以毫秒级时差顺序起爆各个（组）药包的爆破技术。其原理是把普通齐发爆破的总炸药能量分割为多数较小的能量，采取合理的装药结构，最佳的微差间隔时间和起爆顺序，为每个药包创造多面临空条件，将齐发大量药包产生的地震波变成一长串小幅值的地震波，同时各药包产生的地震波相互干涉，从而降低地震效应，把爆破振动
17、控制在给定水平之下爆破布孔和起爆顺序有成排顺序式、排内间隔式（又称 V 形式） 、对角式、波浪式、径向式等（图 1-23） ，或由它组合变换成的其他形式，其中以对角式效果最好，成排顺序式最差。采用对角式时，应使实际孔距与抵抗线比大于 25 以上，对软石可为 68；相同段爆破孔数根据现场情况和一次起爆的允许炸药量而定装药结构一般采用空气间隔装药或孔底留空气柱的方式，所留空气间隔的长度通常为药柱长度的 2035左右。间隔装药可用导爆索或电雷管齐发或孔内微差引爆，后者能更有效降震爆破采用毫秒延迟雷管。最佳微差间隔时间一般取（36）W（W 一最小抵抗线， m） ，刚性大的岩石取下限。一般相邻两炮孔爆破
18、时间间隔宜控制在 2030ms，不宜过大或过小；爆破网路宜采取可靠的导爆索与继爆管相结合的爆破网路，每孔至少一根导爆索，确保安全起爆；非电爆管网路要设复线，孔内线脚要设有保护措施，避免装填时把线脚拉断；导爆索网路联结要注意搭接长度、拐弯角度、接头方向，并捆扎牢固，不得松动。微差控制爆破能有效地控制爆破冲击波、震动、噪音和飞石；操作简单、安全、迅速；可近火爆破而不造成伤害；破碎程度好，可提高爆破效率和技术经济效益。但该网路设计较为复杂；需特殊的毫秒延期雷管及导爆材料。微差控制爆破适用于开挖岩石地基、挖掘沟渠、拆除建筑物和基础，以及用于工程量与爆破面积较大，对截面形状、规格、减震、飞石、边坡后面有
19、严格要求的控制爆破工程。第五节 爆破施工安全知识爆破工作的安全极为重要，从爆破材料的运输、储存、加工，到施工中的装填、起爆和销毁均应严格遵守各项爆破安全技术规程。一、爆破、起爆材料的储存与保管1爆破材料应贮存在干燥、通风良好、相对湿度不大于 65的仓库内，库内温度应保持在 1830；周围 5m 内的范围，须清除一切树木和草皮。库房应有避雷装置，接地电阻不大于 10。库内应有消防设施。2爆破材料仓库与民房、工厂、铁路、公路等应有一定的安全距离。炸药与雷管（导爆索）须分开贮存，两库房的安全距离不应小于有关规定。同一库房内不同性质、批号的炸药应分开存放。严防虫鼠等啃咬。3炸药与雷管成箱（盒）堆放要平
20、稳、整齐。成箱炸药宜放在木板上，堆摆高度不得超过 1.7m，宽不超过 2m，堆与堆之间应留有不小于 1.3m 的通道，药堆与墙壁间的距离不应小于 0.3m。4施工现场临时仓库内爆破材料严格控制贮存数量，炸药不得超过 3t，雷管不得超过 10000 个和相应数量的导火索。雷管应放在专用的木箱内，离炸药不少于 2m 距离。二、装卸、运输与管理1爆破材料的装卸均应轻拿轻放，不得受到摩擦、震动、撞击、抛掷或转倒。堆放时要摆放平稳，不得散装、改装或倒放。2爆破材料应使用专车运输，炸药与起爆材料、硝铵炸药与黑火药均不得在同一车辆、车厢装运。用汽车运输时，装载不得超过允许载重量的 23，行驶速度不应超过 2
21、0kmh。三、爆破操作安全要求1 装填炸药应按照设计规定的炸药品种、数量、位置进行。装药要分次装入，用竹棍轻轻压实，不得用铁棒或用力压入炮孔内，不得用铁棒在药包上钻孔安设雷管或导爆索，必须用木或竹棒进行。当孔深较大时，药包要用绳子吊下，或用木制炮棍护送，不允许直接往孔内丢药包。2. 起爆药卷（雷管）应设置在装药全长的 1/312 位置上（从炮孔口算起） ，雷管应置于装药中心，聚能穴应指向孔底，导爆索只许用锋利刀一次切割好。3遇有暴风雨或闪电打雷时，应禁止装药、安设电雷管和联结电线等操作。4在潮湿条件下进行爆破，药包及导火索表面应涂防潮剂加以保护，以防受潮失效。5爆破孔洞的堵塞应保证要求的堵塞长
22、度，充填密实不漏气。填充直孔可用干细砂土、砂子、粘土或水泥等惰性材料。最好用 1:23（粘土: 粗砂）的泥砂混合物，含水量在 20，分层轻轻压实，不得用力挤压。水平炮孔和斜孔宜用 2：1 土砂混合物，作成直径比炮孔小 58mm ，长 100150mm 的圆柱形炮泥棒填塞密实。填塞长度应大于最小抵抗线长度的 1015，在堵塞时应注意勿捣坏导火索和雷管的线脚。6导火索长度应根据爆破员在完成全部炮眼和进入安全地点所需的时间来确定，其最短长度不得少于 l m。四、爆破安全距离1. 爆破时，应划出警戒范围，立好标志，现场人员应做到安全区域，并有专人警戒，以防爆破飞石、爆破地震、冲击波以及爆破毒气对人身造
23、成伤害。2爆破飞石、空气冲击波、爆破毒气对人身以及爆破震动对建筑物影响的安全距离计算。（1）爆破地震安全距离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（1-22）aRQKv)(3/1式中 爆破地震对建筑物（或构筑物）及地基产生的质点垂直振动速度，cm/s；K与岩土性质、地形和爆破条件有关的系数，在土中爆破时 K=150200；在岩石中爆破时K=100 150；Q同时起爆的总装药量（kg ） ；R药包中心到某一建筑物的距离（ m） ；爆破地震随距离衰减系数，可按 1.52.0 考虑。观测成果表明：当 V=1012cm/s 时，一
24、般砖木结构的建筑物便可能破坏。（2）爆破空气冲击波安全距离（1-23）K式中 Rk爆破冲击波的危害半径(m)；Kk系数，对于人 Kk510；对建筑物要求安全无损时，裸露药包 KK50150；埋入药包Kk1050；Q同时起爆的最大的一次总装药量（kg） 。（3）个别飞石安全距离（R f）Rf20n 2W (1-24)式中 n最大药包的爆破作用指数；W最小抵抗线（m） 。实际采用的飞石安全距离不得小于下列数值：裸露药包 300m；浅孔或深孔爆破 200m；洞室爆破 400m。（4）爆破毒气的危害范围在工程实践中，常采用下述经验公式来估算有毒气体扩散安全距离（R g）（1-25）3Kgg式中 R g
25、有毒气体扩散安全距离（m） ；Kg系数，根据有关资料，K g的平均值为 160；Q爆破总装药量（t）对于顺风向的安全距离应增大一倍。五、爆破防护覆盖方法1基础或地面以上构筑物爆破时，可在爆破部位上铺盖湿草垫或草袋（内装少量砂土）作头道防线，再在其上铺放胶管帘或胶垫，外面再以帆布棚覆盖，用绳索拉住捆紧，以阻挡爆破碎块，降低声响。2对离建筑物较近或在附近有重要设备的地下设备基础爆破，应采用橡胶防护垫（用废汽车轮胎编织成排） ，环索联结在一起的粗圆木、铁丝网、脚手板等护盖其上防护。3对一般破碎爆破，防飞石可用韧性好的铁丝爆破防护网、布垫、帆布、胶垫、旧布垫、荆笆、草垫、草袋或竹帘等作防护覆盖。4对平
26、面结构，如钢筋混凝土板或墙面的爆破，可在板（或墙面）上架设可拆卸的钢管架子（或作活动式） ，上盖铁丝网，再铺上内装少量砂土的草包形成一个防护罩防护。5爆破时为保护周围建筑物及设备不被打坏，可在其周围用厚 5cm 的木板加以掩护，并用铁丝捆牢，距炮孔距离不得小于 50cm。如爆破体靠近钢结构或需保留部分，必须用砂袋加以保护，其厚度不小于50cm。六、瞎炮的处理方法通过引爆而未能爆炸的药包叫瞎炮。处理之前，必须查明拒爆原因，然后根据具体情况慎重处理。1重爆法：瞎炮系由于炮孔外的电线电阻、导火索或电爆网（线）路不合要求而造成的，经检查可燃性和导电性能完好，纠正后，可以重新接线起爆。2. 诱爆法：当炮孔不深（在 50cm 以内）时，可用裸露爆破法炸毁；当炮孔较深时，距炮孔近旁 60cm处（用人工打孔 30cm 以上） ，钻（打）一与原炮孔平行的新炮孔，再重新装药起爆，将原瞎炮销毁。钻平行炮孔时，应将瞎炮的堵塞物掏出，插入一木棍，作为钻孔的导向标志。3掏炮法：可用木制或竹制工具，小心的将炮孔上部的堵塞物掏出；如系硝铵类炸药，可用低压水浸泡并冲洗出整个药包，或以压缩空气和水混合物把炸药冲出来，将拒爆的雷管销毁，或将上部炸药掏出部分后，再重新装入起爆药包起爆。在处理瞎炮时，严禁把带有雷管的药包从炮孔内拉出来，或者拉动电雷管上的导火索或雷管脚线，把电雷管从药包内拨出来，或掏动药包内的雷管。
