光面爆破在巖石工程中的應(yīng)用

宋 權(quán)

（大同煤礦集團(tuán)地方煤炭有限責(zé)任公司 山西 大同 037003）

光面爆破就是一種能按設(shè)計輪廓線爆破巖體，使巖體爆破后壁面平整規(guī)則、斷面符合設(shè)計要求并使圍巖不受明顯破壞的一種控制爆破技術(shù)。該技術(shù)源于瑞典，上世紀(jì)60年代，我國在吸取國外先進(jìn)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上研究與推廣光面爆破技術(shù)。至今，光面爆破成為控制開挖輪廓線的主要爆破方法之一。特別是光面爆破與錨噴支護(hù)相結(jié)合后，已成為井巷工程中一項重大技術(shù)改進(jìn)。

1 光面爆破作用原理

光面爆破實(shí)質(zhì)就是，在設(shè)計施工斷面輪廓線上布置間距較小、相互平行的炮孔，控制每個炮孔的裝藥量，選用低密度和低爆速的炸藥，應(yīng)用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)同時起爆，使炸藥的爆破作用產(chǎn)生在炮孔連線上的貫通裂縫，并沿各炮孔的連線即井巷輪廓線，將巖石崩落下來。關(guān)于光面爆破的破巖機(jī)理主要有：

1.1 應(yīng)力波疊加理論

該理論認(rèn)為周邊眼同時起爆時，各炮眼的壓縮沖擊波以柱面波的形式向其四周作徑向傳播，并在相鄰炮眼中心連線的中點(diǎn)相遇，則產(chǎn)生應(yīng)力波的疊加，在交匯處，產(chǎn)生拉伸力（切向拉力），當(dāng)合成引力超過巖石的抗拉強(qiáng)度時，巖體便被拉裂，在炮眼中心連線上形成裂縫，隨后，沿著連心線向炮孔方向進(jìn)一步擴(kuò)展，最后形成平整的爆裂面。

1.2 靜壓力作用理論

該理論認(rèn)為，由于空氣間隔的緩沖作用，使作用在孔壁的沖擊波波峰壓力消失，然而爆轟氣體產(chǎn)物在孔內(nèi)卻能較長時間地維持高壓狀態(tài)。在這種靜壓力的作用下，在炮孔連心線上產(chǎn)生非常大的切向拉伸應(yīng)力，而且在連心線與孔壁相交處產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成規(guī)則爆破面。

1.3 應(yīng)力波和靜壓力綜合作用理論

綜合考慮應(yīng)力波和靜壓的作用。首先，在最先起爆的裝藥孔的應(yīng)力波作用下，不僅在裝藥孔周圍而且在相鄰孔壁面上，沿著預(yù)裂面生成封閉裂隙。隨后在已經(jīng)生成裂縫的裝藥孔內(nèi)起爆炸藥，使封閉裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展，沿著預(yù)裂面擴(kuò)成很長的裂縫。同時，隨著該藥孔的爆炸，還使相鄰裝藥孔周圍形成新的裂縫。應(yīng)力波產(chǎn)生裂隙的同時，還會產(chǎn)生相當(dāng)大的爆炸氣體壓力作用于裝藥孔內(nèi)壁，當(dāng)爆炸氣體作用在孔壁時，膨脹的高壓氣體鉆入由沖擊波引起的徑向裂隙中將裂隙脹開，并在裂隙尖端形成切向拉伸應(yīng)力。這種應(yīng)力促使裂隙繼續(xù)延伸，結(jié)果使得周邊的各個封閉裂隙相互貫穿，最后形成一條貫穿裂隙將巖石破碎。

2 光面爆破主要影響因素及爆破參數(shù)的確定

為了實(shí)現(xiàn)光面爆破效果，必須合理布置工作面炮眼，合理確定爆破參數(shù)。

2.1 炮孔間距E的影響及炮眼的合理布置

從形成裂縫機(jī)理分析可知:無論炮孔同時起爆還是間隔一定時差起爆，若炮孔間距大是形不成裂縫面的。當(dāng)炮孔間距小會造成極度破碎或多鉆炮孔。只有E值在一定的范圍內(nèi)，爆炸能量既能保證裂縫貫通又能保證有足夠能量推開光爆層。

井巷工程的炮眼，按其用途分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼三類，其爆破必須是順序延期起爆，即先掏槽眼，再輔助眼，最后周邊眼，以保證爆破效果。

掏槽眼的作用是將工作面一部分巖石爆破并拋出，在一個自由面的基礎(chǔ)上再創(chuàng)造出一個自由面，為其他炮眼的爆破創(chuàng)造有利條件。輔助眼是布置在掏槽眼和周邊眼之間的炮眼，它是主要大量崩落巖石和刷大斷面的炮眼。其布置原則為利用掏槽眼所創(chuàng)造的自由面，最大限度地崩落巖石。輔助眼間距0.5～0.7m，方向基本垂直工作面，要布置的比較均勻。周邊眼主要控制輪廓線，按照要求其眼口中心都應(yīng)布置在設(shè)計的輪廓線上，眼底應(yīng)稍向輪廓線外傾斜，一般不超過0.1～0.15m，這樣為打眼創(chuàng)造出一定的空間，同時能夠減少超挖量。 間距一般 E=0.4～0.75m 通常軟巖?。?.4～0.5m；中硬巖取：0.5～0.6m；硬巖?。?.60～0.75m；完整巖石偏大值方向取值。

2.2 光爆層厚度W的影響

光爆層厚度W指光爆孔底與相鄰內(nèi)圈孔間根部之間的間距，當(dāng)W增大時，線裝藥量一定時,光爆層不能斷開，W減小時（小于炮孔間距E）首先形成裂縫方向發(fā)生變化，過小不易形成裂縫，爆破成鋸齒狀。光面層厚度W一般為W=0.5～0.85m通常軟巖取：0.5～0.65m； 中硬巖?。?.55～0.75m； 硬巖?。?.70～0.85m；完整巖石偏大值方向取值。

2.3 炮孔密集系數(shù)m的影響

m（E/W）過大反應(yīng)出E值升高，不易形成裂縫，m過小反應(yīng)出W過大，此時光爆層不易沿兩孔連線斷開，容易形成欠挖現(xiàn)象。炮孔密集系數(shù)m=E/W=0.5～1.0通常均質(zhì)、中硬及以上巖石取0.8；軟巖取0.6左右取值。

2.4 炸藥爆炸性能影響

a、炸藥爆速影響

炸藥在炮孔中爆炸時產(chǎn)生高溫高壓氣體，其壓力值可近似表示為：P=ΡD2/4式中：D指炸藥的爆轟速度，單位m/s，ρ同前。從公式中可以看出：爆轟壓力與炸藥的爆轟速度的平方成正比而爆轟壓力的大小直接反應(yīng)出爆破對周圍巖石的破壞程度。一般選用中等爆速的炸藥，其爆速不應(yīng)大于3000m/s。

b、威力、猛度的影響

威力指做工能力、猛度指爆炸荷載對圍巖的瞬間沖擊作用。由于光爆炮孔尤其是隧道拱頂以上部份炮孔受重力作用，故炸藥能量的一部份用來破碎巖石而另一部份是用來破壞光爆層的厚度，這一部份能量不能太大。被保護(hù)巖面要留下半個殘痕，若爆炸沖擊過大尤其是破碎圍巖將會出現(xiàn)大小的坍方或超挖以及輪廓面不圓順等現(xiàn)象。

2.5 裝藥結(jié)構(gòu) 裝藥結(jié)構(gòu)及起爆是控制爆破作用范圍、性質(zhì)和方向的重要因素

①不藕合系數(shù)η影響 η=D/d式中：D指炮孔直徑，d指藥卷直徑。

通常η=1.5～2.0效果較好，采用φ38鉆頭應(yīng)選φ20的藥卷，采用φ40鉆頭應(yīng)選φ25的藥卷。

②裝藥結(jié)構(gòu)的影響

按藥串在炮孔中的分布，裝藥結(jié)構(gòu)可分為：（等直徑藥卷）連續(xù)裝藥、（空氣）間隔裝藥、導(dǎo)爆索藥串三種方式。按藥卷與炮孔的藕合關(guān)系可分為：環(huán)向不藕合裝藥和徑向不藕合裝藥結(jié)構(gòu)兩種方式。根據(jù)起爆藥包所在位置不同，有正向和反向裝藥兩種。

3 結(jié)束語

較好的光面爆破效果是保證巷道成型規(guī)整、減少周邊圍巖破壞的關(guān)鍵，所以在巖石工程中得到了廣泛的應(yīng)用。光面爆破爆技術(shù)性強(qiáng),施工要求嚴(yán)格,要想達(dá)到理想的光爆效果,除選擇合理的光爆參數(shù)外,還必須嚴(yán)格按光爆技術(shù)要求施工,才能達(dá)到最佳的爆破效果。