第六章 深孔爆破
深孔爆破技术在改善破碎质量、维护边坡稳定、提高装运效率和经济效益等方面有极大的优越性，随着深孔钻机等机械设备的不断改进发展，在铁路和公路路堑、矿山露天开采工程、水电闸坝的基坑开挖工程中，深孔爆破技术得到广泛的应用，深孔爆破技术在石方爆破工程中占有越来越重要的地位。
第一节 深孔爆破基本概念
所谓深孔通常是指孔径大于50mm、深度在5m以上并采用深孔钻机钻成的炮孔。深孔爆破是指在事先修好的台阶(梯段)上进行钻孔作业，并在钻好的深孔中装入延长药包进行爆破。深孔爆破破碎质量好，破碎块度符合工程要求，基本上无不合规格的大块，无根底，爆堆集中且具有一定的松散度，满足铲装设备装载的要求。
同时提高延米爆破量，降低炸药单耗，并在改善破碎质量的前提下，使钻孔、装载、运输和破碎等后续工序发挥高效率，并使工程的综合成本达到最低。深孔爆破的炸药比较均匀地分散在岩体中，用药量比较容易控制，与其它爆破方法相比，深孔爆破的优越性主要表现在石方的机械化施工和安全性两个方面。
深孔爆破除了本身机械化程度较高，解决了其它爆破技术主要依靠人工或机械化程度不高的缺陷外，还能提供适合于机械挖运的破碎岩堆的块度、大小、形状，及满足挖运进度要求的一次爆落方量。
在安全性方面，深孔爆破属露天开挖，装药部位与所爆岩体的位置关系很容易搞清楚和取得数据，加上每次爆破量比硐室爆破要小，爆破时振动强度、飞石距离、空气冲击波强度和破坏范围小且容易控制。
一、台阶要素
深孔爆破通常是在一个事先修好的台阶上进行钻孔作业，这个台阶也称作梯段。所以台阶深孔爆破也称作梯段深孔爆破。
深孔爆破的孔网参数表示钻孔在台阶中的位置，如图6-1（a）所示。
台阶要素
abBLlHLhL2WW190
hL2图中H为台阶高度（m），W1为前排钻孔底盘抵抗线（m），h为超深（或超钻）深度（m），L为钻孔深度（m），L1为堵塞长度（m），L2为装药长度（m），α为台阶坡面角（度），b为排距（m），c为台阶上部边线至前排孔口的距离（m），a为钻孔间距（m）， 为达到良好的爆破效果，必须正确确定台阶要素的各项参数。
二、钻孔形式
钻孔一般分为垂直钻孔和倾斜钻孔两种形式,如图6-1所示。垂直钻孔和倾斜钻孔的优缺点比较如表6-1所示。从表中可以看出，倾斜钻孔在爆破效果方面较垂直钻孔有较多的优点，但在钻凿过程中的操作比较复杂，在相同台阶高度情况下倾斜钻孔比垂直钻孔要长，而且装药时易堵孔，给装药工作带来一定的困难。在实际工程中，垂直钻孔的应用较倾斜钻孔要广泛得多。
表6-1 垂直钻孔与倾斜钻孔比较
钻孔形式 优点 1. 适用于各种地质条件的钻孔爆破 2. 钻垂直深孔的操作技术比倾斜孔简单 3. 钻孔速度比较快 1. 抵抗线比较小且均匀，爆破破碎的岩石不易产生大块和残根 2. 易于控制爆堆的高度和宽度，有利于提高采装效率 3. 易于保持台阶坡面角和坡面的平整，减少凸悬部分和裂缝 4. 钻孔设备与台阶坡顶线之间的距离较大，人员与设备比较安全 缺点 4. 爆破后大块率比较高，常留有根底 5. 台阶顶部经常发生裂缝，台阶面稳固性比较差 垂直钻孔 倾斜钻孔 a垂直钻孔倾斜钻孔图6-1 台阶要素及钻孔形式示意图 1-堵塞；2-炸药5. 钻凿倾斜深孔的技术操作比较复杂 6. 钻孔长度比垂直钻孔长 7. 装药过程中容易发生堵孔
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三、布孔方式 布孔方式有单排布孔（一字形布孔）及多排布孔两种，多排布孔又分为方形、三角形（或梅花形）三种，如图6-2所示。
从能量均匀分布的观点看，以等边三角形布孔最为理想，方形或矩形多用于挖沟爆破。在相同条件下，与多排孔爆破相比较，单排孔爆破能取得较高的技术经济指标。
一字形；三角形； 方格形；梅花形
图6-2 深孔布置图炮孔平面布置
abca单排布孔 b矩形布孔 c交错布孔 d方形布孔
d
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第二节
设计计算
为了达到良好的深孔爆破效果，必须合理确定台阶高度、网孔参数、装药结构、装填长度、起爆方法、起爆顺序和炸药的单位消耗量等参数。在以上参数设计合理的情况下，可以达到技术经济的合理性，从而达到高效、经济的目的。
一、钻孔孔径的选择
在钻孔机械确定后，一般钻孔孔径的选择余地不大。如目前使用较多的进口液压钻，采用Φ38的钻杆，使用的钻头直径为3英寸（76mm）和3.5英寸（89mm）两种，但对Φ38的钻杆，用3英寸的钻头凿进能发挥钻机的最大效率。
从爆破经济效果和装药施工来说，无疑钻头直径越大越好，每米孔爆破方量按钻孔直径增加值的平方增加，孔径越大，装药越方便，越不易发生堵孔现象。而对爆破效果来讲，无疑孔径小，炸药在岩体中分布更均匀，效果更好。所以在强风化或中风化的岩石以及覆盖层剥离时可采用大钻头（钻头直径100～165mm），而在中硬和坚硬岩石中钻孔以小钻头（钻头直径75～100mm）为宜。
二、台阶高度的确定
台阶高度是深孔爆破的重要技术参数之一，其选取合理与否，直接影响到爆破的效果和碎石装运效率以及挖掘机械的安全。
因此，确定台阶高度必须满足下列要求：
1．给机械设备（挖掘机、自卸车等）创造高效率的工作条件； 2．保证辅助工作量最小；
3．能否达到最好的技术经济指标； 4．满足安全工作的要求。
从国内外资料看，普遍认为台阶高度不宜过高。在采矿部门取10～15m为宜；?在铁路施工中，根据施工特点和采用钻机及挖掘机械的技术水平，一般取8～12m较为合适。台阶高度还与钻孔孔径有着密切的联系，不同钻孔孔径有不同的台阶高度适用范围。
台阶高度过小，爆落方量少，钻孔成本高；台阶高度过大，不仅钻孔困难，而且爆破后堆积过高，对挖掘机安全作业不利。台阶的坡面角最好在60°～75°之间。
若岩石坚硬，采取单排爆破或多排分段起爆时，坡面角可大一些。如果岩石松软，多炮孔同时起爆，坡面角宜缓一些，坡面角太大（α＞75?°）或上部岩石坚硬，爆破后容易出现大块；坡面角太小或下部岩石坚硬，易留根坎。
目前，随着钻机等施工机械的发展，国内外已有向高台阶发展的趋势。
三、底盘抵抗线的确定
底盘抵抗线是指由第一排装药孔中心到台阶坡脚的最短距离。 在露天深孔爆破中，为避免残留根底和克服底盘的最大阻力，一般采用底盘抵抗线代替最小抵抗线，底盘抵抗线是影响深孔爆破效果的重要参数。
过大的底盘抵抗线，会造成残留根底多、大块率高、冲击作用大；过小则不仅浪费炸药，增大钻孔工作量，而且岩块易抛散和产生飞石、震动、噪声等有害效应。
底盘抵抗线同炸药威力、岩石可爆性、岩石破碎要求、钻孔直径和台阶高度以及坡面角等因素有关。
这些因素及其相互影响程度的复杂性，很难用一个数学公式表示，需依据具体条件，通过工程类比计算，在实践中不断调整底盘抵抗线，以便达到最佳的爆破效果。
1．根据钻孔作业安全条件确定 W ? Hctg ? ? c （6-1）
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式中 W1——底盘抵抗线，m;
H——台阶高度，m；
α——台阶坡面角，一般为60°～75°；
c——从深孔中心到坡顶边线的安全距离，c≥2.5～3m。 2、按照体积法（即药包重量与爆落岩石成正比）反推计算
7.85????LW1?d
m?q?H
式中：d——炮孔直径，dm；
Δ——装药密度，kg/dm3；
τ——装药长度系数，当H＜10m时，τ＝0.6；当H＝10～15m时，
τ＝0.5；H=15～20m时，τ＝0.4；H>20m时，τ＝0.35；
q——单位耗药量，kg/m3；
m——炮孔密集系数，一般m＝0.8～1.2 （当岩石坚固系数f高，要
求爆下的块度小，台阶高度愈小时，可取较小m值，反之可取较大m值）。
L——钻孔深度，m。 3、按台阶高度确定：
岩石坚硬，系数取小值，反之，系数取大值。 W1?(0.6~0.9)H
4、按钻孔直径确定： W1?kd k——日本取k=40,国内铁路上建议取k=32～38; d——孔径，mm。 四、孔距与排距
孔距a是指同排的相邻两个炮孔中心线间的距离；排距b是指多排孔爆破时，相邻两排炮孔间的距离。两者确定的合理与否，均对爆破效果产生重要的影响。炮孔密集系数m是指炮孔间距a与抵抗线W的比值，即m=a/W。当W1和b确定后，则a=mW1或a=mb。
根据一些难爆岩体的爆破经验，保证最优爆破效果的孔网面积（a×b）是孔径断面积（π·d2/4）的函数，两者之间比值是一个常数，其值为1300～1350。
在露天台阶深孔爆破中，炮孔密集系数m是一个很重要的参数。一般取m＝0.8～1.4。 然而，随着岩石爆破机理的不断研究和实践经验不断丰富，宽孔距爆破技术发展迅速，即在孔网面积不变的情况下，适当减小底盘抵抗线或排距而增大孔距，可以改善爆破效果。在国内，炮孔密集系数值已增大到4～6或更大；在国外，炮孔密集系数甚至提高到8以上。 五、超钻
超钻h是指钻孔超出台阶高度的那一段孔深。其作用是克服底盘岩石的夹制作用，使爆破后不留根底。超钻过大将造成钻孔和炸药的浪费，破坏下一个台阶顶板，给下次钻孔造成困难，增大地震波的强度；超钻不足将产生根底或抬高底板的标高，而且影响装运工作。
超钻与岩石的坚硬程度、炮孔直径、底盘抵抗线有关。超钻值可按h＝（0.15～0.35）W1确定。岩石松软、层理发达时取小值，岩石坚硬时则取大值。也有按孔径的8～12倍来确定超钻值的。倾斜钻孔的超钻h＝（0.3～0.5）W。
确定超钻时，还可以参考表6-2进行选取，但表中所列数值适用于钻孔直径为150mm的情形。如果钻孔直径不是150mm，则将表中的数值乘以d/150即可。
进行多排孔爆破时，第二排以后的超钻值还需加大0.3～0.5m。
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