土石方开挖中预裂爆破应用研究

陈定智

摘要：预裂爆破技术具有速度较快、效率较高，而成本又偏低的特点，所以在很多土石方开挖的工程中都得到了广泛的应用。文章根据在日常生活中经常遇到的问题进行分析和研究，阐述了影响预裂爆破效果的因素以及爆破的参数设置、质量的控制标准，以解决在不同的复杂条件下爆破技术的顺利运用。

关键词：土石方开挖；预裂爆破；爆破参数；质量控制；预裂缝

中图分类号：TU751 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）34-0041-03

1 概述

预裂爆破技术的特点是速度比较快，效率相对比较高，而其成本又偏低，所以在很多的土石方开挖的工程中都会得到很广泛的应用。因此我们具体探讨分析一下这种技术的原理和技术参数、质量控制标准等，以便于更好地运用。

1.1 预裂爆破的定义

预裂爆破就是在工程要求的需要爆破的区域，先把要开挖的轮廓线进行设计，然后把在轮廓的炮孔进行了爆破，这样就会形成爆破后的裂缝，之后再把在轮廓范围内的炮孔进行起爆，最后爆落岩石的方法。

1.2 预裂缝的形成机理

在预裂爆破完成后，岩体中会形成一道穿裂缝，这条裂缝能够反射和吸收随后爆破的主炮孔的应力波，这样就能够最大限度地减少要保护的岩石的破坏。由此得出结论，一个成功的预裂爆破必须在开始时形成一道贯穿的穿裂缝。

岩石爆破的过程本身存在复杂性和不确定性，所以对孔的形成有很多观念，以下是三种代表性的形成机理观念：

1.2.1 应力波在岩体中传播时的反射叠加作用而形成。当相互紧邻的两炮孔进行起爆时，每个炮孔都会产生一种压缩应力波，并且这种压缩应力波会向周围进行蔓延，并且会在两个紧邻的孔的连接线的中点处，压缩应力波会相遇，这样就会使得压力波进行叠加形成。然后在交汇处，应力波切向合力的切线垂直于连心线，而导致岩体外移，这样会产生拉伸压力，等到达临界值时就会形成发展贯通的裂缝。

1.2.2 爆破后放出的大量气体在周围形成高压而作用的结果。此观点认为是应力波作用后导致的结果，形成发展贯通的裂缝，主要是因为爆炸的气体产生高压，这样会有准静态应力，该理论重点强调的是，不耦合的装药条件下所产生的缓冲作用，由于存在了空气之间的间隙，这样作用于孔壁上的冲击波的波峰压力就会显著减小了。

1.2.3 以上两种原因共同作用而形成。应力波的反射叠加作用和高压气体共同的作用而形成，这个观点代表业内大多数人的观点，此观点认为：在通过炸药进行起爆时，应力波的反射和叠加主要是在炮孔周围，刚开始先会出现一些初始的裂缝，而这个裂缝是径向的，然后再经过爆破后的气体准静态压力的作用，这个先出现的初始的径向裂缝会逐渐地加大和扩展。

1.3 预裂爆破的技术要求

在技术层面上，炮孔直径的选取、孔径与药包的比例（即不偶合系数）都要做到根据实际情况严格控制。

2 预裂爆破过程中影响其效果的主要原因

经过在工程实践中进行大量的试验和实践，影响预裂爆破效果的主要原因体现在以下七点：

2.1 工程所需要爆破的岩石的物理属性和所处的地质特点

爆破参数的取得与所要爆破的岩石的物理性质和地质条件有很大的关系，所以，在进行预裂爆破设计时应该取得所要爆破岩石的确切的物理性质参数，这样才能取得准确的预裂爆破技术参数。

2.2 不耦合的作用因素

我们说到的不耦合的作用，就是利用在进行工程装药时，药和炮孔壁的缝隙，这样可以降低在炸药爆炸时，它作用于炮孔壁上的刚开始的压力。通常来讲，这个系数在2～4之间，作用都会不错。如果可允许的线装药密度处在一个适当范围内，那么不耦合系数也可以随着炮孔距的减少，而适当加大一些。

2.3 装药的形态

为了保证细长药卷之间间隔装药起爆的可靠性，炮孔内沿着全部长度必须都要覆盖导爆索，考虑到炮孔底部的夹制，一般来讲，炮孔底部的药量适当加到2～

3倍。

2.4 进行预裂时的炮孔和主要炮孔在起爆时间上间隔的时间

为了确保起到减震的作用，预裂孔应该超前于主爆孔的时间起爆，预裂孔和主炮孔起爆时间的间隔应该大于等于100ms，如果岩石含水量高或者比较松软，预裂孔的起爆时间可提前50～100ms。

2.5 所钻孔的质量高低

钻孔要求钻到一个平面上，垂直于钻孔的平面偏差应该小于20cm。在孔底部分，要求在一条直线，上下的偏差应该小于等于15cm。

2.6 预裂孔的深度

预裂孔的作用是削弱应力波的作用，并且减轻地震的效应对岩壁的影响，所以，预裂孔的深度一定要超过主裂孔的深度。

2.7 孔口堵塞时的长度

如果我们堵塞的长度很短或者装药时装得过多，就会造成孔口变成为类似于漏斗那样的形状；如果我们堵塞时的长度太长或者装药时装得过少，又会造成在顶部很难产生一条完整的预裂缝，所以一般来说，我们把堵塞的长度控制到孔径的12～20倍。

3 爆破参数

3.1 中深孔爆破

孔眼直径要取到80mm。孔眼的深浅和台阶的高低有很大关系，一般来讲，我们把台阶的高度取到5～7m，那么孔眼深度就是是1.1×台阶高度，通常孔距取到2.0w。

3.2 浅眼爆破

孔眼直径要取到40mm；孔眼的深浅和台阶的高低有很大关系，一般来讲，我们把台阶的高度取到5～7m，那么孔眼深度是0.2×台阶高度，通常孔距取到1w。

3.3 布孔方式

中孔和深孔采用梅花形的布孔，浅眼采取均匀原则分散布孔，相邻排在深孔之间。

3.4 微差起爆网路

3.4.1 如何来确定微差起爆合适的间隔时间，这个参数对爆破的效果非常重要。我们可以按照地震效应最小这样的原则来确定微差起爆的合适间隔时间。

3.4.2 确定在松动爆破和挤压爆破的合适的间隔时间。

3.4.3 装药形态的选择可采用分段装药方式，上段装松动爆破的药，下段装挤压爆破的药，这样可以减少大块的比率。

3.4.4 网路的选择，采用非电导爆毫秒延期起爆，大斜线微差起爆，充分利用了炸药的能量，大部分都可以破碎岩石，减少负面影响。

3.5 预裂爆破

经过实践，选取以下参数效果最好，即：孔间距为800mm，岩石抗压强度为120MPa。

4 装药结构与起爆

4.1 装药阶段

4.1.1 堵塞段参数。我们堵塞炮筒的目的是为了加大爆裂气体所作用的时间，而且可以保证在孔口段只产生裂缝，而不会出现漏斗状，通常情况下，选取0.5～1.5m。

4.1.2 孔底加强段的参数。这个段长要基本和堵塞段的段长一样。因为孔底会受到岩石的一个加持作用，所以线装药密度会需要加大。

4.1.3 均匀装药段的参数。一般是沿着轴向间的不偶合的装药，而且是沿着孔轴的方向均匀的一个分布。轴向之间，间隔装药必须严格用导爆索来把各药卷串联起来，这样才可以达到起爆的目的。

在国外，经常采用的是炮孔中心定位器来定位，在我国，一般是把药卷和导爆索一起绑在竹片上来进行药卷定位。

4.2 起爆阶段

通常情况下，都用导爆索进行起爆，而且采取的方法是分段并联法。预裂孔如果与主爆孔在同一网路起爆的话，那么预裂孔应该超前第一排主爆孔85～100ms

起爆。

4.3 质量控制标准

在预裂面上形成的地表裂缝的宽度，新壁面的平整程度，预留的孔痕的百分比和减震效应的百分比，都可以来判断预裂爆破的效果。

4.3.1 预裂面上的地表裂缝宽度应该大于等于1cm。

4.3.2 新壁面的上下的起伏差，允许为最大上下15cm。

4.3.3 预留的孔痕的比例，如果在硬岩上，允许大于等于80%，如果在软岩上，允许大于等于50%。

4.3.4 在预裂爆破时，所产生的地震效应，必须要达到在设计时对其降震的百分率的要求。

5 爆破效果

通过大量的模拟爆破实验和现场爆破的经验，可以确定工地的爆破时采用的参数，节省了很多财力，取得了很大的经济效益，也不浪费人员和设备，并保证了他们的安全。

6 结语

通过以上分析，我们可以得出，采用预裂爆破技术，可以很好地解决爆破强度和人员安全的矛盾，满足土石方开挖中对爆破的技术要求。但是随着开采深度在以后的工程中还会加大，我们需要对所有因素都考虑周全。所以，预裂爆破技术仍需不断研究和改进，为以后的施工实践提供理论基础和建议。

参考文献

[1] 陈连进.控制爆破在互道立交桥工程中的应用[J].爆破，2004，（2）.

[2] 王长平，崔国庆.土石方开挖中预裂爆破应用的研究[J].焦作大学学报，2004，（2）.

[3] 冯桂云，刘长玲.预裂爆破在边坡开挖中的应用研究[J].工程爆破，2013，（4）.

3.4.2 确定在松动爆破和挤压爆破的合适的间隔时间。

3.4.3 装药形态的选择可采用分段装药方式，上段装松动爆破的药，下段装挤压爆破的药，这样可以减少大块的比率。

3.4.4 网路的选择，采用非电导爆毫秒延期起爆，大斜线微差起爆，充分利用了炸药的能量，大部分都可以破碎岩石，减少负面影响。

3.5 预裂爆破

经过实践，选取以下参数效果最好，即：孔间距为800mm，岩石抗压强度为120MPa。

4 装药结构与起爆

4.1 装药阶段

4.1.1 堵塞段参数。我们堵塞炮筒的目的是为了加大爆裂气体所作用的时间，而且可以保证在孔口段只产生裂缝，而不会出现漏斗状，通常情况下，选取0.5～1.5m。

4.1.2 孔底加强段的参数。这个段长要基本和堵塞段的段长一样。因为孔底会受到岩石的一个加持作用，所以线装药密度会需要加大。

4.1.3 均匀装药段的参数。一般是沿着轴向间的不偶合的装药，而且是沿着孔轴的方向均匀的一个分布。轴向之间，间隔装药必须严格用导爆索来把各药卷串联起来，这样才可以达到起爆的目的。

在国外，经常采用的是炮孔中心定位器来定位，在我国，一般是把药卷和导爆索一起绑在竹片上来进行药卷定位。

4.2 起爆阶段

通常情况下，都用导爆索进行起爆，而且采取的方法是分段并联法。预裂孔如果与主爆孔在同一网路起爆的话，那么预裂孔应该超前第一排主爆孔85～100ms

起爆。

4.3 质量控制标准

在预裂面上形成的地表裂缝的宽度，新壁面的平整程度，预留的孔痕的百分比和减震效应的百分比，都可以来判断预裂爆破的效果。

4.3.1 预裂面上的地表裂缝宽度应该大于等于1cm。

4.3.2 新壁面的上下的起伏差，允许为最大上下15cm。

4.3.3 预留的孔痕的比例，如果在硬岩上，允许大于等于80%，如果在软岩上，允许大于等于50%。

4.3.4 在预裂爆破时，所产生的地震效应，必须要达到在设计时对其降震的百分率的要求。

5 爆破效果

通过大量的模拟爆破实验和现场爆破的经验，可以确定工地的爆破时采用的参数，节省了很多财力，取得了很大的经济效益，也不浪费人员和设备，并保证了他们的安全。

6 结语

通过以上分析，我们可以得出，采用预裂爆破技术，可以很好地解决爆破强度和人员安全的矛盾，满足土石方开挖中对爆破的技术要求。但是随着开采深度在以后的工程中还会加大，我们需要对所有因素都考虑周全。所以，预裂爆破技术仍需不断研究和改进，为以后的施工实践提供理论基础和建议。

参考文献

[1] 陈连进.控制爆破在互道立交桥工程中的应用[J].爆破，2004，（2）.

[2] 王长平，崔国庆.土石方开挖中预裂爆破应用的研究[J].焦作大学学报，2004，（2）.

[3] 冯桂云，刘长玲.预裂爆破在边坡开挖中的应用研究[J].工程爆破，2013，（4）.

3.4.2 确定在松动爆破和挤压爆破的合适的间隔时间。

3.4.3 装药形态的选择可采用分段装药方式，上段装松动爆破的药，下段装挤压爆破的药，这样可以减少大块的比率。

3.4.4 网路的选择，采用非电导爆毫秒延期起爆，大斜线微差起爆，充分利用了炸药的能量，大部分都可以破碎岩石，减少负面影响。

3.5 预裂爆破

经过实践，选取以下参数效果最好，即：孔间距为800mm，岩石抗压强度为120MPa。

4 装药结构与起爆

4.1 装药阶段

4.1.1 堵塞段参数。我们堵塞炮筒的目的是为了加大爆裂气体所作用的时间，而且可以保证在孔口段只产生裂缝，而不会出现漏斗状，通常情况下，选取0.5～1.5m。

4.1.2 孔底加强段的参数。这个段长要基本和堵塞段的段长一样。因为孔底会受到岩石的一个加持作用，所以线装药密度会需要加大。

4.1.3 均匀装药段的参数。一般是沿着轴向间的不偶合的装药，而且是沿着孔轴的方向均匀的一个分布。轴向之间，间隔装药必须严格用导爆索来把各药卷串联起来，这样才可以达到起爆的目的。

在国外，经常采用的是炮孔中心定位器来定位，在我国，一般是把药卷和导爆索一起绑在竹片上来进行药卷定位。

4.2 起爆阶段

通常情况下，都用导爆索进行起爆，而且采取的方法是分段并联法。预裂孔如果与主爆孔在同一网路起爆的话，那么预裂孔应该超前第一排主爆孔85～100ms

起爆。

4.3 质量控制标准

在预裂面上形成的地表裂缝的宽度，新壁面的平整程度，预留的孔痕的百分比和减震效应的百分比，都可以来判断预裂爆破的效果。

4.3.1 预裂面上的地表裂缝宽度应该大于等于1cm。

4.3.2 新壁面的上下的起伏差，允许为最大上下15cm。

4.3.3 预留的孔痕的比例，如果在硬岩上，允许大于等于80%，如果在软岩上，允许大于等于50%。

4.3.4 在预裂爆破时，所产生的地震效应，必须要达到在设计时对其降震的百分率的要求。

5 爆破效果

通过大量的模拟爆破实验和现场爆破的经验，可以确定工地的爆破时采用的参数，节省了很多财力，取得了很大的经济效益，也不浪费人员和设备，并保证了他们的安全。

6 结语

通过以上分析，我们可以得出，采用预裂爆破技术，可以很好地解决爆破强度和人员安全的矛盾，满足土石方开挖中对爆破的技术要求。但是随着开采深度在以后的工程中还会加大，我们需要对所有因素都考虑周全。所以，预裂爆破技术仍需不断研究和改进，为以后的施工实践提供理论基础和建议。

参考文献

[1] 陈连进.控制爆破在互道立交桥工程中的应用[J].爆破，2004，（2）.

[2] 王长平，崔国庆.土石方开挖中预裂爆破应用的研究[J].焦作大学学报，2004，（2）.

[3] 冯桂云，刘长玲.预裂爆破在边坡开挖中的应用研究[J].工程爆破，2013，（4）.