6.4　石方开挖

岩石根据形成条件不同，分为火成岩（岩浆岩）、水成岩（沉积岩）及变质岩三大类。岩石根据坚固系数大小分级，分为Ⅴ～Ⅹ共六级。石方开挖包括露天石方开挖和地下工程开挖，石方开挖多采用钻孔爆破法开挖。

6.4.1　爆破的基本概念及其分类

6.4.1.1　爆破的基本概念

炸药爆炸属于化学反应。炸药被引爆后，瞬时发生化学分解，产生强烈的爆炸冲击波和高温、高压气体，对相邻介质产生极大的冲击压力，并以冲击波的形式向四周传播。爆破是利用炸药爆炸所释放的能量，使周围介质发生松动、抛掷，从而达到特定的工程目的。

在均质的无限介质中起爆球形药包时，地震波将呈同心球面向外传播，对一定区域内的岩体产生不同程度的破坏作用。根据破坏程度大小，可将介质大致分成压缩圈（粉碎圈）、抛掷圈、松动圈及震动圈等四个圈。

有限介质中爆破作用受到临空面的影响，形成以药包中心为顶点的倒圆锥形爆破坑，称为爆破漏斗，如图6.1所示。

爆破漏斗的几何参数包括W、r、R、P和n，其中W为最小抵抗线长度，药包中心至临空面的最短距离；r为爆破漏斗底半径；R为爆破作用半径；P为可见漏斗深度；n为爆破作用指数，指爆破漏斗底半径r与最小抵抗线长度W的比值，见式（6.2）：

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，也是计算药包药量、决定漏斗大小和药包距离的重要参数。

6.4.1.2　爆破的分类

一般根据n大小划分以下不同爆破类型。

（1）当n＝1时，即r＝W，称为标准抛掷爆破。（2）当n＞1时，即r＞W，称为加强抛掷爆破。

（3）当0.75＜n＜1时，r＜W，称为减弱抛掷爆破。

（4）当0.33＜n≤0.75时，称为松动爆破。

（5）当n＜0.33时，称为隐藏式爆破。临空面不能被破坏，只是药包周围岩石被炸碎，如药壶爆破。

此外根据爆破规模可分为小爆破、中爆破、大爆破。

6.4.2　炸药和起爆器材

6.4.2.1　炸药的基本性能

（1）爆速。爆速是指炸药爆炸时爆轰波沿炸药内部传播的速度。

（2）威力。分别以爆力和猛度表示。前者称为静力威力，是用定量炸药炸开规定尺寸铅柱内的空腔的容积（ml）来表示，它表示炸药爆炸时破坏一定量体积介质的能力。后者又称动力威力，是用定量炸药炸塌规定尺寸的铅柱的高度（mm）来表示，它表示炸药粉碎介质的能力。

（3）氧平衡。氧平衡是指炸药在爆炸分解时的氧化情况。根据氧气参与反应的完全程度可分为正氧平衡、零氧平衡、负氧平衡，其中零氧平衡放出的热量最多，同时不会生成有毒气体。

（4）安定性。炸药的安定性能指炸药在长期储存中，保持原有物理化学性能不变的能力。它包括物理安定性与化学安定性两个方面。

（5）敏感度。炸药在外界能量作用下起爆的难易程度称为该炸药的敏感度。

（6）殉爆。炸药爆炸时引起与它不相接触的邻近炸药爆炸的现象叫殉爆。两药包能互相引起爆炸的最大距离叫殉爆距离。

6.4.2.2　常用工程炸药

常用的工程炸药有铵梯炸药、粉状铵油炸药、铵松蜡与铵沥蜡炸药、水胶炸药、乳化炸药、光面（预裂）爆破专用炸药、低爆速炸药、静态破碎剂等。

6.4.2.3　起爆器材

常用的起爆器材分为：传爆器材和雷管，其中传爆器材包括导火索、导爆索和导爆管等。常用的起爆方法包括电力起爆和非电力起爆两类，其中非电力起爆又包括火花起爆、导爆管起爆和导爆索起爆。当采用火花起爆法时，导火索在传递火焰时存在速燃、缓燃等致命弱点，在使用过程中爆破事故多，因此使用范围和使用量受到极大限制，现已逐步淘汰。

1.导火索

导火索用于起爆火雷管。用黑火药作索芯，外包纱线等材料并涂有防水剂。按使用场合不同，导火索有普通型、防水型和安全型三种，使用最多的是每米燃烧时间为100～125s的普通导火索。

2.雷管

雷管的种类很多，按点火装置不同可分为火雷管及电雷管；按延时特性可分为瞬发雷管、毫秒延时雷管及秒延时雷管；按起爆药性质分为有起爆药雷管和无起爆药雷管。

工业雷管按其每发装药量多少分为10个等级，号数越大，其雷管内装药量越多，雷管的起爆能力越强。水利水电工程爆破常用8号雷管，其装药量为0.8g。

（1）电雷管。通电发火引爆的雷管叫电雷管，主要有三种：瞬发电雷管、毫秒延期电雷管、秒延期电雷管。

（2）导爆管雷管。导爆雷管由导爆管和火雷管装配组成，具有抗静电、抗雷电、抗射频、抗水、抗杂散电流的能力，使用安全可靠。导爆雷管按延期时间分为毫秒导爆雷管、1／4秒导爆雷管、半秒导爆雷管和秒导爆雷管。

（3）无起爆药雷管。无起爆雷管用专用的点火药及PETN药分别取代起爆药和过渡药。具有结构简单，冲击敏感度低于普通电雷管，耐火性能优于普通电雷管，操作使用安全等优点。

（4）电子雷管。电子雷管是采用电子控制模块对起爆过程进行控制的电雷管，能实现高精度起爆时序控制，延时误差可控制在±1ms。

3.导爆索

导爆索是用威力大的黑索金、泰安等炸药作为药芯制成，外表涂成红色。水利水电工程爆破中大多采用普通导爆索，其外径为5.7～6.2mm，爆速为6500～7200m／s，线装药密度为12～14g／m，具有一定抗水性。导爆索能使大量炸药同时起爆，广泛用于深孔、药室和分段装药的爆破中，缺点是成本较高。

4.导爆管

导爆管是在外径3mm，内径1.5mm的高压聚乙烯空心软管内壁涂有以奥克托金或黑索金为主体的混合炸药粉末，涂药量为14～18mg／m，传爆速度为1600～2000m／s。具有抗火、抗电、抗冲击、抗水以及导爆安全等特性。

6.4.3　爆破的基本方法

爆破的方法有浅孔爆破、深孔爆破、洞室爆破、预裂爆破、光面爆破等。

6.4.3.1　浅孔爆破

孔径小于75mm、深度小于5m的钻孔爆破称为浅孔爆破。浅孔爆破法能均匀破碎介质，不需要复杂的钻孔设备，操作简单，可适应各种地形条件，而且便于控制开挖面的形状和规格。但是，浅孔爆破法钻孔工作量大，每个炮孔爆下的方量不大，因此生产率较低。水利水电工程施工中，浅孔爆破广泛用于基坑、渠道、隧洞的开挖和采石场作业等。浅孔爆破法常采用阶梯开挖法，其炮孔布置参数如图6.2所示，浅孔爆破的主要参数有：梯段高度H、底盘抵抗线Wp，炮孔间距a、炮孔排距b、钻孔深度L、最小堵塞长度Lmin及单孔装药量Q等。

6.4.3.2　深孔爆破

孔径大于75mm、孔深大于5m的钻孔爆破称为深孔爆破。爆后有一定数量的大块石产生，往往需要二次爆破。深孔爆破法一般适用于Ⅶ～Ⅹ共四级岩石。

深孔爆破法是大型基坑开挖和大型采石场开采的主要方法。与浅孔爆破法比较，其单位体积岩石所需的钻孔工作量较小，单位耗药量低，劳动生产率高，并可简化起爆操作过程及劳动组织。缺点是钻孔设备复杂，设备费用高。坚硬的岩石，由于钻孔速度慢，往往会使成本提高。

深孔爆破法在大多数情况下均采用垂直钻孔。垂直钻孔装药比较容易，钻孔效率高，能适用于各种地质条件，但垂直钻孔爆后大块率高，易留埂坎，爆破时后冲破坏比较严重，梯段坡面稳定性差。因此，在中硬岩和软岩中已逐渐采用倾斜钻孔爆破，其岩石破碎均匀，大块率低，有利于避免产生埂坎，易于控制爆堆高度和宽度，有利于提高装渣机械的铲装效率；此外，由于钻孔至梯段坡顶线的距离较垂直钻孔时大，从而保证了操作人员和钻孔设备的安全，且爆后梯段坡面比较平整、稳定。

深孔爆破的主要参数有：梯段高度H、底盘抵抗线Wp，炮孔间距a、排距b、超钻深度h、钻孔深度L、最小堵塞长度Lmin及单孔装药量Q等。

提高深孔爆破的质量，可采用多排孔微差爆破和挤压爆破，还可通过合理的装药结构和采用倾斜孔爆破等措施来实现。

6.4.3.3　洞室爆破

洞室爆破是指在专门设计开挖的洞室或巷道内装药爆破的一种方法。

6.4.3.4　预裂爆破

预裂爆破是沿设计开挖轮廓钻一排预裂炮孔，在开挖区未爆之前先行爆破，从而获得一条预裂缝，利用这条预裂缝，在开挖区爆破时切断爆区裂缝向保留岩体发展，防止或减弱爆破震动向开挖轮廓以外岩体的传播，达到保护保留岩体或邻近建筑物免受爆破破坏的目的。

预裂炮孔的角度应与开挖轮廓边坡坡度一致，宜一次钻到设计深度。如果基础不允许产生裂缝，则预裂炮孔至设计开挖面应预留一定距离。

6.4.3.5　光面爆破

光面爆破是利用布置在设计开挖轮廓线上的光面爆破炮孔，将作为围岩保护层的“光爆层”爆除，从而获得一个平整的洞室开挖壁面的一种控制爆破方式。

6.4.4　爆破安全控制

爆破施工的安全极为重要，从爆破材料的运输、储存与保管、加工，到施工中的装填、起爆和销毁均应严格遵守爆破安全技术规程。

6.4.4.1　爆破器材的运输和保管

爆破器材在运输中不许抛掷、撞击，禁止接近明火。炸药与起爆材料应分开运输。工地爆破材料仓库应位于偏僻但交通方便的地方。除加强保卫工作外，还应注意防洪、防潮，要采取避雷措施。炸药和雷管要分别储存在隔开一定安全距离的不同仓库内。

6.4.4.2　安全距离

爆破工程中危险区的范围界限即是通过对飞石、爆破地震、冲击波、爆破毒气等对建筑物及对人身的安全距离的计算来确定的。

爆破现场应用明显标志划定爆破危险区范围。起爆前，必须进行全面检查。工作人员和必要的设备必须按一定的警报信号撤离危险区；所有通过及通向爆破现场的道路均需设置岗哨拦阻车辆和行人，待警报解除后才允许通行。

6.4.4.3　瞎炮处理

通过引爆而未能爆炸的炮孔或药室，称为瞎炮。主要因爆炸器材失效、操作技术错误或起爆电流不足等引起。一旦发现瞎炮，应安全、有效地及时处理。

1.瞎炮存在的迹象

（1）药包爆破范围内，地表有裂缝，而无松动或抛掷现象。

（2）炮孔附近残留有电线、未爆的传爆线等。

（3）药包间留有明显的间隔现象等。

发现瞎炮后，应立即设置警示牌，附近不得进行任何与处理瞎炮无关的工作。瞎炮一般由原装药爆破人员当班处理。处理胶质炸药时，必须考虑其不安全因素，更要小心谨慎。

2.处理瞎炮的方法

（1）重爆法。通过爆破线路的电桥测定，证明药包内的电雷管的电阻正常；或通过观察发现导火索确系燃烧中断，可以重新接线进行引爆；或将炮泥掏出，另装入起爆药包重新引爆。

（2）诱爆法。对于裸露药包或埋藏较浅的药包，可以用另设的裸露药包进行诱爆。

（3）掏炮法。将炮泥掏出，再用细管子接低压水将散装炸药冲出。对于深孔和洞室的瞎炮处理，尽可能采用重爆法。当有未爆药包与坍下石渣混合时，应将未爆药包浸泡后再清除，确保安全处理瞎炮。