以下是几种最常见工程爆破场景的药量计算公式及其说明:
1. 露天台阶爆破 (最常用)
核心公式: Q = q * V 或 Q = q * a * b * H
Q:单孔装药量(kg)
q:单位炸药消耗量(kg/m³)。这是最关键的经验参数,取决于:
岩石性质(硬度、节理裂隙发育程度、层理等)
炸药类型(威力)
爆破效果要求(破碎度、块度、抛掷程度)
自由面条件
通常通过试验、经验或参考爆破设计手册/规范确定。例如:软岩约0.3-0.4 kg/m³,中硬岩0.4-0.5 kg/m³,硬岩0.5-0.6 kg/m³ 、花岗岩与海上炸礁石有1.2一2.8Kg/m³或更高。这只是粗略范围,必须具体分析。
V:单孔负担体积(m³),V = a * b * H`
a:孔距(m) - 同一排炮孔之间的距离。
b:排距(m) - 相邻两排炮孔之间的距离。
H:台阶高度(m)或钻孔深度(通常略小于台阶高度,需考虑超深)。
关键点:
公式计算的是单孔理论负担体积所需的总药量。
实际装药时,药柱通常不会填满整个孔深,底部装药量较大(集中或耦合装药),上部可能用填塞物(如钻孔岩屑)填塞以控制飞石和能量利用率。
需要根据岩石条件和爆破目的调整孔网参数α和b。
2. 隧道/巷道掘进爆破
核心公式: Q = q * S * L
Q:一次爆破循环的总装药量(kg)
q:单位炸药消耗量、(kg/m³)。同样取决于岩性、炸药、断面大小、掘进方式(全断面/分部开挖)、循环进尺等。参考值范围通常在0.8 kg/m³ 到 2.0 kg/m³ 甚至更高(硬岩小断面)。
S:隧道/巷道开挖断面面积(m²)
L:计划循环进尺(m)
炮眼装药量分配:
总药量Q需要分配到各个炮眼中,不同作用的炮眼装药量不同:
掏槽眼:装药量最大(通常为孔深的70%-85%),目的是创造初始自由面和补偿夹制作用。有时用专门的掏槽药量计算公式(基于槽腔体积和夹制系数)。
辅助眼/崩落眼: 装药量次之(通常为孔深的60%-75%),进一步扩大槽腔和破碎岩石。
周边眼/轮廓眼:装药量最小(通常为孔深的30%-50%),控制开挖轮廓和减少超欠挖。常用线装药密度(kg/m)来控制(Q_周边 = q_线 * L_孔)。
底眼:装药量较大(接近辅助眼),确保底板炸平,防止留坎。
关键点:
掏槽形式(直眼/斜眼/V型/菱形等)对掏槽眼药量影响很大。
周边眼常采用光面爆破或预裂爆破技术,其装药量计算更精细(基于孔径、孔距、岩石抗拉强度等)。
3. 硐室爆破 (大爆破)
核心公式: Q = K * W³ * f(n)
Q:单个药包的装药量(kg)
K:标准抛掷爆破单位耗药量(kg/m³)。指在标准条件下(自由面条件良好,标准炸药)形成标准抛掷爆破漏斗(漏斗深度=最小抵抗线W,漏斗半径r=W)所需的单耗。是基础参数。
W:最小抵抗线(m) 药包中心到最近自由面的最短距离。这是硐室爆破最重要的参数。
f(n):爆破作用指数函数。n = r / W,其中r是爆破漏斗的可见半径。
n = 1时,f(n) = 1、为标准抛掷爆破。
n < 1时,f(n) < 1,为减弱抛掷或松动爆破。
n > 1时、f(n) > 1,为加强抛掷爆破。
常用经验公式有:f(n) = (0.4 + 0.6n³) 或 fn= n³等。
关键点:
用于大规模土石方开挖、定向抛掷筑坝等。
设计极其复杂,涉及多个药包布置、相互作用、地形地质影响、安全校核(震动、飞石、空气冲击波)等。
K值需要根据具体岩性和炸药威力进行修正(K= K * e、e为炸药换算系数)。
4. 预裂爆破/光面爆破
核心公式 (线装药密度): q线 = K * a * D²或 q线 = K* a^m * σ_c^n
q_线:线装药密度(kg/m)炮孔单位长度上的装药量。
K, K',:经验系数(kg/m³ 或 无量纲)。
a:孔距(m)。
D:炮孔直径(mm 或 m,注意单位一致性)。
σc:岩石单轴抗压强度(MPa)。
m, n:经验指数(通常接近1)。
更常用的是经验表格法:根据岩性和孔径,查表确定推荐的`q_线`范围(例如:软岩 0.10-0.20 kg/m,中硬岩0.20-0.35 kg/m,硬岩0.35-0.50 kg/m),再结合孔距进行调整。
关键点:
目的是形成光滑平整的壁面或预先形成裂缝隔离爆破区。
药量控制要求高,常使用小直径药卷(光爆药卷)或间隔不耦合装药。
孔距a是关键参数,通常为孔径的8-12倍。
5. 拆除爆破 (建筑物、烟囱、基础等)
核心思想:破坏关键承重构件(柱、墙、梁),使其失稳倒塌。
主要计算公式:
体积公式:Q = q * V
Q:单孔或单构件装药量(kg)。
q:单位炸药消耗量(kg/m³)。根据材质(混凝土标号、砖墙厚度、钢筋含量)、最小抵抗线W、构件尺寸、破坏程度要求(炸松/炸塌/炸碎) 等确定。参考值范围很大(混凝土:0.2-1.0 kg/m³;砖墙:0.3-1.5 kg/m³ 或更高),必须查专门拆除爆破手册或依靠丰富经验。
V:单孔负担体积或单构件破坏部位的体积(m³)。
截面面积公式:Q = K * A
Q:单孔装药量(kg)。
K⺀面积系数(kg/m²)。根据材质、厚度`B`(或W)、破坏要求确定(例如:混凝土柱:0.2-0.5 kg/m²)。
A:单孔负担的破坏截面面积(m²),
A = a * B(a孔距,B厚度/边长)。
孔数公式:Q = K* N * δ
Q:总装药量(kg)
K:单孔系数(kg/孔)。经验值。
N:总炮孔数。
δ:结构特征系数。
关键点:
高度依赖经验和详细的结构分析。
最小抵抗线W(药包中心到构件自由表面的最短距离)是核心参数,决定了孔深和药量。
布孔方式(单排/多排、梅花形)、孔距a、排距b、孔深L(通常L = (0.6-0.7)*B,B为厚度)都需精心设计。
安全防护(震动、飞石、塌落振动、冲击波)要求极高。
通用重要原则和注意事项
1. 炸药换算系数 (e):如果使用的炸药不是标准炸药(通常以2号岩石铵梯炸药或TNT为标准),需要将计算药量进行换算:Q实际 = Q计算 / e,其中e是实际炸药的爆力换算系数(通常由炸药生产商提供或通过试验确定,e = 标准炸药爆力 / 实际炸药爆力)。
2. 安全校核:任何爆破设计都必须进行安全校核:
爆破振动安全校核:使用 `v = K (Q^{1/3} / R)^α公式计算质点振动速度,并与保护对象允许的安全振动速度比较。V为振动速度(cm/s),Q为最大单段药量(kg),R为爆心距(m),K, α为场地系数。
飞石安全距离估算:有经验公式(如 Rf = Kf * D、Kf为系数,D为孔径(mm)),但主要靠防护措施。
空气冲击波安全距离: 对裸露药包或特定爆破需要考虑。
有害气体扩散范围:特别是地下爆破。
3.试爆调整: 理论计算只是起点。在正式大规模爆破前,通常需要进行小规模试爆(爆破漏斗试验或生产性试验),根据试爆效果(破碎度、块度、位移、震动等)调整单耗q、孔网参数a, b、装药结构等关键参数。
4.遵守规范:必须严格遵守国家及地方的《爆破安全规程》和相关设计规范。
5.专业人员:爆破设计必须由持有相应资质的爆破工程技术人员进行。
总结
选择哪个公式取决于你的具体爆破任务(台阶、隧道、硐室、预裂、拆除)。记住:
q(单位炸药消耗量)是核心经验参数,必须根据具体情况(岩性、炸药、自由面、要求效果)谨慎选取(查手册、经验、试验)。
W(最小抵抗线)是几何参数中的核心。公式只是基础,安全校核和试爆调整至关重要
复杂或大型爆破务必寻求专业爆破工程师的设计和指导。