光面爆破技術探討

徐國華

在工程掘進中使用光面爆破法爆破后,可實現形狀規則、表面光滑、圍巖不受明顯破壞、達到人為控制爆破的設計要求。實施這一方法時,應合理選擇各種參數,嚴格控制裝藥量,科學布置各種炮眼,并按照一定的順序裝藥起爆。光面爆破有輪廓線光爆法、預裂爆破法和普通光爆法三種。國內使用最多的是普通光爆法,即先用一般的爆破法在巷道內部做出巷道粗斷面,再由邊眼爆出整齊的巷道輪廓。

一、光面爆破的優點

光面爆破有以下優點:

一是巷道成形規整、光滑,接近于設計輪廓線的要求。應力分布均勻,圍巖穩定。

二是對井巷圍巖的炮震擾動范圍小,相應的炮震裂縫少,可有效地減少應力集中引起的塌方。減少落石和危險斷面,減少放炮后的排險時間,避免事故發生和人員傷亡,提高施工速度,對巖性不良地段,效果更為顯著。

三是由于光爆成形規整,對于不少井巷(隧道、巷道),一般只做5～15cm的噴射混凝土支護。與普通爆破后的混凝土碹(襯砌)相比,可相應的增大使用面積,更合理、更有效地利用空間。

四是節約材料,降低工程造價。光面爆破與普通爆破相比,可節省炸藥15%左右,眼孔利用率高10%左右。

二、光面爆破的質量標準

光面爆破的質量標準如下:

眼痕率在50%以上,眼痕率越高,光面爆破效果越好。

巷道周邊成形應符合設計輪廓要求,超挖不大于150mm,欠挖應滿足規范要求。

圍巖面上不應有明顯的炮震裂縫。

三、光面爆破的基本原理

1.應力波疊加干擾理論

實驗證明,當周邊炮眼同時起爆時,以炮眼為中心的圓柱形應力波很快從每個炮眼向外擴展,波峰在兩炮眼之間相遇。在相遇前,這一區域的巖體承受來自兩炮眼的徑向壓力。波峰切線方向產生拉應力。兩波相遇時,則因產生波的疊加而增強。在垂直于兩炮眼之間連心線上的拉應力也增大,當此合成拉應力超過巖石的極限抗拉強度時,在兩炮眼中間首先產生裂隙,然后沿連心線向兩個炮眼方向發展,最后形成拉斷裂面。

2.爆生氣體準靜壓力作用理論

這一理論認為,爆生氣體的準靜壓力作用是產生貫穿裂縫的主要原因。光爆炮眼裝藥是在不耦合條件下爆炸的。由于空氣間隙的緩沖作用,作用于炮眼壁的沖擊波壓力急劇下降,減小了破碎區,只剩下幾條徑向裂縫,在較長時間內炮眼壁處于一定準靜壓力作用下。相鄰炮眼起爆后,由于準靜壓力作用,在炮眼連心線上各點產生很大的切向拉應力,而在連心線與炮眼壁相交處產生應力集中度很高的拉應力。炮眼間距適合時,在炮眼壁上應力集中處將首先出現拉應力。然后在爆生氣體的作用下,裂隙沿連心線延伸,最后形成具有一定寬度的貫通裂縫。由裂縫形成過程可以看出,應力波造成的初始裂縫只起導向作用,爆生氣體產生的高壓靜作用,是形成裂縫貫通的主要動力。

3.應力波和爆生氣體綜合作用理論

應力波和爆生氣體綜合作用理論認為,炮眼裝藥爆炸后,應力波的主要作用是在炮眼周圍造成一稠密的徑向裂隙。爆生氣體準靜壓力作用于隨機微裂隙的炮眼壁上,炮眼間形成準靜應力場,使徑向裂隙進一步發展而貫通。相鄰炮眼起爆時差不同,應力波與爆生氣體壓力作用情況也不同,裂隙形成也有不同。

四、光面爆破參數

1.不耦合系數

不耦合系數k是炮眼直徑d與藥卷直徑do之比,即k=d/do。若不耦合系數k=1,則表示炮眼直徑和藥卷直徑完全耦合;若k>l,則表示炮眼直徑與藥卷直徑不耦合,藥卷與炮眼壁之間有空隙。k值越大,則表示空隙越大。實踐證明,k為2～5時,光爆效果最好。

2.炮眼密集系數

爆破施工中常將眼間距E與最小抵抗線W的比值稱為炮眼密集系數m,即m=E/W,其值常取0.8～1。硬巖取值稍大,軟巖取值稍小。

3.裝藥密度

裝藥密度是指單位長度炮眼的裝藥量,單位g/m。軟巖中一般為70～120g/m,中硬巖石中為100～150g/m,硬巖中為150～250g/m。

4.起爆間隙時間

在實行光面爆破時,間隙時間越短,壁面平整效果越好。因此,應盡量減少周邊眼間的起爆時差。

5.炮眼質量

眼間距要整齊均勻,眼口距應盡可能近些,炮眼方向要稍向外偏,以防越掘越小。所有炮眼都要嚴格打在輪廓線上,輪廓線的曲線段炮眼要比直線段稍密一些。

(作者單位:山西省大同煤炭技師學院)