爆破工程设计指导书资源与环境工程学院采矿工程系
爆破工程设计指导书 资源与环境工程学院采矿工程系
注意：此指导书仅为参考，在做设计过程中还要参考其他资料，务必使设计有理有据、详细充实。相关资料可以到图书馆借阅。爆破工程设计是矿山工程中的一项经常性的技术工作，是采矿工程师必须掌握的一项基本技能。爆破工程技术在矿山的应用主要为三个方面，1.矿山各种井巷工程的掘进爆破，2.地下矿采矿爆破，包括浅眼爆破和中深孔爆破，3.露天矿台阶爆破。每一个方面的应用都应该编制相应的工程设计，设计文件主要包括设计图纸和设计说明书两部分。设计中涉及到全部爆破工程理论及技术，设计内容包括工程对象的分析，爆破方法如普通爆破方法、控制爆破方法等的选择，凿岩爆破机具、器材的选用，爆破参数的计算确定，爆破安全措施的制定，爆破施工工艺的安排，爆破效果的评价，爆破成本费用的核算，以及设计图表绘制和设计说明书的编写。爆破工程设计如果投入实际使用，还应有详细的技术交底，一、井巷工程的掘进爆破设计1.所需的原始资料设计所依据有关规程规范和技术标准；井巷工程的名称用途，断面形状，规格尺寸，所处岩体的工程地质情况、岩性、密度、孔隙率、坚固性系数，涌水量；与相邻并巷、采场的相对位置关系。针对这些原始资料，从爆破工程角度做出深入分析。2.凿岩机具和爆破器材的选用选择凿岩机型号，列出凿岩机工作参数，以及钻头直径、钻杆长度。炸药品种及其基本性能：起爆材料，如雷管品种、导爆管、导爆索等。3.爆破参数的计算在选定爆破方法的基础上确定爆破参数。爆破方法是指，在掘进爆破时是使用普通爆破还是光面爆破、预裂爆破。爆破参数包括：（1）炮眼直径：炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、炮眼数目、单位炸药消耗量、爆落岩石的块度和井巷轮廓的平整性。炮眼直径增加，意味着药卷直径加大，有利于提高爆炸反应的稳定性、增加爆速。但是炮眼直径过大，不仅使钻眼速度下降，而且因炮眼数目减少影响炸药的均匀分布，使岩石的破碎质量变差，出现超挖欠挖。我国地下矿山井巷掘进中，一般采用32～50mm的炮眼直径，在小断面巷道（S≤4m2）掘进中，采用25~30mm小直径炮眼，配合使用轻型高频凿岩机、压气装药和高威力炸药，也可获得良好的爆破效果。采用光面爆破时，有的矿山使用过25～30mm小直径炮眼配合小直径药卷，爆破效果良好。（2）炮眼深度：炮眼深度是指炮眼底到工作面的垂直距离，而沿炮眼方向的实际深度叫炮眼长度
注意：此指导书仅为参考，在做设计过程中还要参考其他资料，务必使设计 有理有据、详细充实。相关资料可以到图书馆借阅。 爆破工程设计是矿山工程中的一项经常性的技术工作，是采矿工程师必须掌 握的一项基本技能。爆破工程技术在矿山的应用主要为三个方面，1.矿山各种井 巷工程的掘进爆破，2.地下矿采矿爆破，包括浅眼爆破和中深孔爆破，3.露天矿 台阶爆破。每一个方面的应用都应该编制相应的工程设计，设计文件主要包括设 计图纸和设计说明书两部分。设计中涉及到全部爆破工程理论及技术，设计内容 包括工程对象的分析，爆破方法如普通爆破方法、控制爆破方法等的选择，凿岩 爆破机具、器材的选用，爆破参数的计算确定，爆破安全措施的制定，爆破施工 工艺的安排，爆破效果的评价，爆破成本费用的核算，以及设计图表绘制和设计 说明书的编写。爆破工程设计如果投入实际使用，还应有详细的技术交底。 一、井巷工程的掘进爆破设计 1.所需的原始资料 设计所依据有关规程规范和技术标准；井巷工程的名称用途，断面形状，规 格尺寸，所处岩体的工程地质情况、岩性、密度、孔隙率、坚固性系数，涌水量； 与相邻井巷、采场的相对位置关系。 针对这些原始资料，从爆破工程角度做出深入分析。 2.凿岩机具和爆破器材的选用 选择凿岩机型号，列出凿岩机工作参数，以及钻头直径、钻杆长度。 炸药品种及其基本性能；起爆材料，如雷管品种、导爆管、导爆索等。 3.爆破参数的计算 在选定爆破方法的基础上确定爆破参数。爆破方法是指，在掘进爆破时是使 用普通爆破还是光面爆破、预裂爆破。爆破参数包括： （1）炮眼直径：炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、炮眼数目、单位炸药 消耗量、爆落岩石的块度和井巷轮廓的平整性。炮眼直径增加，意味着药卷直径 加大，有利于提高爆炸反应的稳定性、增加爆速。但是炮眼直径过大，不仅使钻 眼速度下降，而且因炮眼数目减少影响炸药的均匀分布，使岩石的破碎质量变差， 出现超挖欠挖。我国地下矿山井巷掘进中，一般采用 32～50mm 的炮眼直径，在 小断面巷道（S≤4m2）掘进中，采用 25～30mm 小直径炮眼，配合使用轻型高频 凿岩机、压气装药和高威力炸药，也可获得良好的爆破效果。采用光面爆破时， 有的矿山使用过 25～30mm 小直径炮眼配合小直径药卷，爆破效果良好。 （2）炮眼深度：炮眼深度是指炮眼底到工作面的垂直距离，而沿炮眼方向 的实际深度叫炮眼长度
炮眼深度的大小，不仅影响着每个掘进工序的工作量和完成各工序的时间，而且影响爆破效果和掘进速度。它是决定每班掘进循环次数的主要因素。为了实现快速掘进，在提高机械化程度、改进掘进技术和改善施工组织的前提下，应力求加大眼深并增多循环次数。根据我国快速掘进的经验，采用深眼多循环，能使工时得到充分利用，增加凿岩和装岩时间，减少装药、爆破、通风和准备工作的时间。但是，眼深和循环次数又是矛盾的两个方面，必须正确分析和处理，随着掘进机械化程度的提高和掘进技术的改进，当达到一定循环指标后，适当地控制循环次数，逐步增加眼深是适宜的。但巷道断面愈小，随着眼深增加，爆破受到的岩石夹制作用更大。目前，在我国巷道掘进中眼深以1.5～2.5m用得最多。随着新型高效率凿岩机和先进的装运设备的出现，以及爆破器材质量的提高，在中等断面以上的巷道掘进中，采用凿岩台车凿岩，将眼深增至3～3.5m，这在技术经济上是合理的。在竖井掘进中，若井筒直径为Dm，根据经验，炮眼深度可按以下关系选取L=（0.3~0.5)D4.掏槽方式的选择掏槽眼是指掏槽过程中所形成的各种型式的炮眼，布置于掘进工作面中心偏低位置（根据设计而定），掏槽眼最先起爆，以便将中心岩石抛掷出来，为其它炮眼增加爆破自由面。掏槽眼深度应比辅助眼、周边眼深100～150mm，其装药量比辅助眼加大15%～20%。它对整个掘进爆破效率将起决定性作用。掏槽方式分为三类：分别为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。斜眼掏槽主要包括单向掏槽、锥形掏槽、楔形掏槽和扇形掏槽。其特点是在各种岩层中均能获得较好的掏槽效果；所需炮眼数目较少，单位耗药量少；炮眼位置和倾角的精度对掏槽效果的影响较小。但钻眼方向难以掌握，炮眼深度受巷道断面的限制，岩石的抛掷距离较大，爆堆分散，易损坏设备和支护。直眼掏槽包括缝隙掏槽或龟裂掏槽、角柱状（筒形）掏槽、螺旋掏槽及双螺旋掏槽等。其特点是所有掏槽眼都垂直于工作面布置，有利于多台钻机同时作业和机械化作业：炮眼深度不受巷道断面限制，可实现中深孔爆破；能取得较高的炮眼利用率：岩石抛掷距离较近，爆堆集中，不易破坏井壁和巷道内设备、支护结构。但需要较多炮眼和炸药消耗量较高：对炮眼的间距和平行度要求也高。5.炮眼数目合理的炮眼数目应当保证有较高的爆破效率（炮眼利用率不小于85~90%）、爆下的岩块、爆破后的巷道轮廓均能符合施工和设计要求。其数目确定的是否合理将直接影响钻眼的时间和钻眼工作量，也影响看爆破效果。确定炮眼数目的方法有多种，其中一种方法是按一个循环的总装药量平均装
炮眼深度的大小，不仅影响着每个掘进工序的工作量和完成各工序的时间， 而且影响爆破效果和掘进速度。它是决定每班掘进循环次数的主要因素。为了实 现快速掘进，在提高机械化程度、改进掘进技术和改善施工组织的前提下，应力 求加大眼深并增多循环次数。根据我国快速掘进的经验，采用深眼多循环，能使 工时得到充分利用，增加凿岩和装岩时间，减少装药、爆破、通风和准备工作的 时间。但是，眼深和循环次数又是矛盾的两个方面，必须正确分析和处理，随着 掘进机械化程度的提高和掘进技术的改进，当达到一定循环指标后，适当地控制 循环次数，逐步增加眼深是适宜的。但巷道断面愈小，随着眼深增加，爆破受到 的岩石夹制作用更大。目前，在我国巷道掘进中眼深以 1.5～2.5m 用得最多。随 着新型高效率凿岩机和先进的装运设备的出现，以及爆破器材质量的提高，在中 等断面以上的巷道掘进中，采用凿岩台车凿岩，将眼深增至 3～3.5m，这在技术 经济上是合理的。 在竖井掘进中，若井筒直径为 D m，根据经验，炮眼深度可按以下关系选取: L=（0.3～0.5）D 4.掏槽方式的选择 掏槽眼是指掏槽过程中所形成的各种型式的炮眼，布置于掘进工作面中心偏 低位置（根据设计而定），掏槽眼最先起爆，以便将中心岩石抛掷出来，为其它 炮眼增加爆破自由面。掏槽眼深度应比辅助眼、周边眼深 100～150mm，其装药 量比辅助眼加大 15％～20％。它对整个掘进爆破效率将起决定性作用。 掏槽方式分为三类：分别为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。 斜眼掏槽主要包括单向掏槽、锥形掏槽、楔形掏槽和扇形掏槽。其特点是在 各种岩层中均能获得较好的掏槽效果；所需炮眼数目较少，单位耗药量少；炮眼 位置和倾角的精度对掏槽效果的影响较小。但钻眼方向难以掌握，炮眼深度受巷 道断面的限制，岩石的抛掷距离较大，爆堆分散，易损坏设备和支护。 直眼掏槽包括缝隙掏槽或龟裂掏槽、角柱状（筒形）掏槽、螺旋掏槽及双螺 旋掏槽等。其特点是所有掏槽眼都垂直于工作面布置，有利于多台钻机同时作业 和机械化作业；炮眼深度不受巷道断面限制，可实现中深孔爆破；能取得较高的 炮眼利用率；岩石抛掷距离较近，爆堆集中，不易破坏井壁和巷道内设备、支护 结构。但需要较多炮眼和炸药消耗量较高；对炮眼的间距和平行度要求也高。 5.炮眼数目 合理的炮眼数目应当保证有较高的爆破效率（炮眼利用率不小于 85~90%）、 爆下的岩块、爆破后的巷道轮廓均能符合施工和设计要求。其数目确定的是否合 理将直接影响钻眼的时间和钻眼工作量，也影响着爆破效果。 确定炮眼数目的方法有多种，其中一种方法是按一个循环的总装药量平均装
入所有炮眼的原则进行估算，作为实际排列炮眼的参考。一个掘进循环所需总的装药量为Q=q.S.L.n此总的装药量按照一定的炮眼装药系数，平均装入工作面的所有炮眼中去，那么总的装药量又可写成Q=N.L-a.Pm以上两式相等，故得总炮眼数为N=g.S.n·ma·p式中N一炮眼总数，个；q一单位炸药消耗量，kg/m3；S巷道掘进断面积，m2；L一炮眼平均深度，m；n一炮眼利用率；α一炮眼的平均装药系数，一般取0.5~0.7；m一每个药卷的长度，m；P每个药卷的质量，kg。6.炮眼布置的方法和原则除合理选择掏槽方式和爆破参数外，还需合理布置炮眼，以取得理想的爆破效果。炮眼的布置方法和原则如下：（1）工作面上各类炮眼布置是“抓两头，带中间。即是先选择掏槽方式和掏槽眼位置，其次是布置好周边眼，最后根据断面大小布置辅助眼。（2）掏槽眼通常布置在断面的中央偏下，并考虑使辅助眼的布置较为均匀和减少崩坏支架及其它设施的可能，（3）周边眼一般布置在巷道断面轮廓线上。光面爆破技术已很成熟，因此，顶眼和帮眼按光面爆破的要求布置，各炮眼相互平行，眼底落在同一平面上。光面爆破周边眼间距与其最小抵抗线存在着一定的比例关系，即K=EW
入所有炮眼的原则进行估算，作为实际排列炮眼的参考。 一个掘进循环所需总的装药量为 Q = q S L 此总的装药量按照一定的炮眼装药系数，平均装入工作面的所有炮眼中去，那么 总的装药量又可写成 m N L a P Q = 以上两式相等，故得总炮眼数为 a p q S m N = 式中 N—炮眼总数，个； q—单位炸药消耗量，kg／m3； S—巷道掘进断面积，m2； L—炮眼平均深度，m； η—炮眼利用率； a—炮眼的平均装药系数，一般取 0.5~0.7； m—每个药卷的长度，m； P—每个药卷的质量，kg。 6.炮眼布置的方法和原则 除合理选择掏槽方式和爆破参数外，还需合理布置炮眼，以取得理想的爆破 效果。 炮眼的布置方法和原则如下： （1）工作面上各类炮眼布置是“抓两头，带中间”。即是先选择掏槽方式和 掏槽眼位置，其次是布置好周边眼，最后根据断面大小布置辅助眼。 （2）掏槽眼通常布置在断面的中央偏下，并考虑使辅助眼的布置较为均匀 和减少崩坏支架及其它设施的可能， （3）周边眼一般布置在巷道断面轮廓线上。光面爆破技术已很成熟，因此， 顶眼和帮眼按光面爆破的要求布置，各炮眼相互平行，眼底落在同一平面上。 光面爆破周边眼间距与其最小抵抗线存在着一定的比例关系，即 W E K =
式中，K为炮眼密集系数，一般为0.6~1.0，岩石坚硬时取大值，较软时取小值；E为周边眼间距，一般取400~600mm，W为最小抵抗线。（4）辅助眼均匀的布置在掏槽眼和周边眼之间，以掏槽眼形成的槽腔为自由面层层布置。其眼距一般为500~700mm，炮眼方向一般垂直于工作面，装药系数（装药长度与炮眼长度之比）一般为0.45~0.60，如采用光面爆破，则紧邻周边眼的辅助眼要为周边眼创造一个理想的光面层（光面层厚度要比较均匀，且等于周边眼的最小抵抗线）。（5）底眼负责控制标高。底眼眼口位置应比巷道底板高出150mm，以利钻眼和防止灌水，但眼底应低于底板标高100200mm，以免巷道底板欠挖底眼眼距一般为500700mm，装药系数一般为0.5~0.7。有时为了给钻眼与装岩同时作业创造条件，需采用抛渣爆破，则将底眼眼距缩小为400mm左右，眼深增加200mm左右，每个底眼增加1～2个药卷。水沟的炮眼应与其它炮眼同时钻眼与爆破。7.单位炸药消耗量影响炸药单位消耗量的主要因素有以下儿点：①炸药性能②岩石的物理力学性质③自由面的大小和数目除以上因素外，还有炮眼直径和炮眼深度等。炸药单耗的大小对爆破效果，凿岩和装岩土作量、炮眼利用率、巷道轮廓的平整性和围岩的稳定性都有较大的影响。炸药单耗偏低时，则可能使巷道断面达不到设计要求，岩石破碎不均匀，甚至崩落不下来。当炸药单耗偏高时，不仅会增加炸药的用量，而且可能造成巷道超挖、降低围岩的稳定性，甚至还会损坏支架和设备。由于影响因素很多，目前还没有精确计算炸药消耗量的方法。设计中可以从教材或爆破工程设计手册给出的岩巷掘进炸药消耗量定额表中选取。8.装药结构装药在炮眼内的安置方式称为装药结构，它是影响爆破效果的重要因素。最常采用的装药结构形式有：耦合装药：药包直径与炮孔直径相同，药包与孔壁之间不留间隙。不耦合装药：药包直径小于炮孔直径，药包与孔壁之间留有间隙。连续装药：炸药在炮孔内连续装填，不留间隔。间隔装药：炸药在炮孔内分段装填，炸药之间由炮泥、木垫或空气柱隔开。装药结构还应反映起爆药包在炮眼中所处位置是正向起爆还是反向起爆，以及炮眼的堵塞长度
式中，K 为炮眼密集系数，一般为 0.6~1.0，岩石坚硬时取大值，较软时取小值； E 为周边眼间距，一般取 400~600mm，W 为最小抵抗线。 （4）辅助眼均匀的布置在掏槽眼和周边眼之间，以掏槽眼形成的槽腔为自 由面层层布置。其眼距一般为 500~700mm，炮眼方向一般垂直于工作面，装药 系数（装药长度与炮眼长度之比）一般为 0.45~0.60，如采用光面爆破，则紧邻 周边眼的辅助眼要为周边眼创造一个理想的光面层（光面层厚度要比较均匀，且 等于周边眼的最小抵抗线）。 （5）底眼负责控制标高。底眼眼口位置应比巷道底板高出 150mm，以利钻 眼和防止灌水，但眼底应低于底板标高 100～200mm，以免巷道底板欠挖。 底眼眼距一般为 500～700mm，装药系数一般为 0.5～0.7。 有时为了给钻眼与装岩同时作业创造条件，需采用抛渣爆破，则将底眼眼距 缩小为 400mm 左右，眼深增加 200mm 左右，每个底眼增加 1～2 个药卷。 水沟的炮眼应与其它炮眼同时钻眼与爆破。 7.单位炸药消耗量 影响炸药单位消耗量的主要因素有以下儿点： ①炸药性能 ②岩石的物理力学性质 ③自由面的大小和数目 除以上因素外，还有炮眼直径和炮眼深度等。炸药单耗的大小对爆破效果、 凿岩和装岩土作量、炮眼利用率、巷道轮廓的平整性和围岩的稳定性都有较大的 影响。炸药单耗偏低时，则可能使巷道断面达不到设计要求，岩石破碎不均匀， 甚至崩落不下来。当炸药单耗偏高时，不仅会增加炸药的用量，而且可能造成巷 道超挖、降低围岩的稳定性，甚至还会损坏支架和设备。由于影响因素很多，目 前还没有精确计算炸药消耗量的方法。设计中可以从教材或爆破工程设计手册给 出的岩巷掘进炸药消耗量定额表中选取。 8.装药结构 装药在炮眼内的安置方式称为装药结构，它是影响爆破效果的重要因素。最 常采用的装药结构形式有： 耦合装药：药包直径与炮孔直径相同，药包与孔壁之间不留间隙。 不耦合装药：药包直径小于炮孔直径，药包与孔壁之间留有间隙。 连续装药：炸药在炮孔内连续装填，不留间隔。 间隔装药：炸药在炮孔内分段装填，炸药之间由炮泥、木垫或空气柱隔开。 装药结构还应反映起爆药包在炮眼中所处位置是正向起爆还是反向起爆，以 及炮眼的堵塞长度