光面爆破原理及其應(yīng)用中的問題研究

2016-09-25 13:06:58吳述進(jìn)

環(huán)球市場(chǎng) 2016年7期

吳述進(jìn)

來(lái)鳳縣達(dá)峰爆破工程有限公司

吳述進(jìn)

來(lái)鳳縣達(dá)峰爆破工程有限公司

本文從光面爆破的原理出發(fā)，對(duì)光面爆破技術(shù)的應(yīng)用及存在問題進(jìn)行了分析，以供參考。

光面爆破；原理；應(yīng)用；問題

前言

光面爆破是二十世紀(jì)四、五十年代發(fā)展起來(lái)的一種爆破技術(shù)。它是控制爆破的一種方法。應(yīng)用光面爆破，可以使爆破出的巷道斷面輪廓符合設(shè)計(jì)要求，幫頂表面光滑，裂隙少，穩(wěn)定性高，便于支護(hù)。

1　光面爆破原理

當(dāng)藥包處于自由面的附近時(shí)，沖擊壓縮應(yīng)力波自藥包中心向外傳到自由面，立刻反射成拉伸應(yīng)力波。當(dāng)反射的拉伸應(yīng)力大于該處巖石抗拉強(qiáng)度，巖石便被拉斷。表現(xiàn)在自由面附近的巖石形成一系列拉斷裂縫。當(dāng)最小抵抗線合適時(shí)，自由面附近的裂縫和藥包周圍的裂縫貫穿在一起。在爆生氣體膨脹做功的作用下將已破壞的巖石拋出，從而在巖體中形成爆破漏斗。光爆是使兩相鄰的周邊眼的距離小于普通爆破的距離，即使兩個(gè)爆破漏斗更靠近一些。當(dāng)兩個(gè)炮眼的藥包同時(shí)其爆時(shí)，各藥包所引起的壓縮應(yīng)力波將在兩孔中間相遇，于是兩孔連線上的巖塊在壓縮應(yīng)力波σc 的作用下產(chǎn)生垂直方向上的拉應(yīng)力σp，若此拉應(yīng)力超過(guò)巖石極限抗拉強(qiáng)度，將沿兩孔連線產(chǎn)生裂縫。這時(shí)，爆生氣體的膨脹壓力也將在兩眼連線上產(chǎn)生很大的集中應(yīng)力，促進(jìn)了裂縫的形成。最理想的眼距應(yīng)使爆破石產(chǎn)生的拉應(yīng)力剛好克服巖石的極限抗拉強(qiáng)度，使兩眼之間產(chǎn)生平整的拉斷裂縫而將輪廓線內(nèi)的巖石崩落并留眼痕。

2　實(shí)現(xiàn)光爆的技術(shù)措施

為實(shí)現(xiàn)井巷光面爆破，必須在技術(shù)上掌握以下要點(diǎn)：

2.1周邊眼的布置及鉆眼質(zhì)量

周邊眼應(yīng)該精準(zhǔn)地打在設(shè)計(jì)的輪廓線上，互相保持平行，深度一致。周邊眼距一般取30～50cm；在兩幫和跨度大的拱頂上，間距可適當(dāng)增大10～20cm；在三心拱拱頂兩側(cè)曲率半徑小的地方，因夾制作用較大，眼距應(yīng)適當(dāng)縮小，可取20～40cm；在裂縫、節(jié)理發(fā)育或?qū)永砺燥@的巖石中，眼距應(yīng)適當(dāng)減小。有時(shí)也可在間距較大的周邊眼之間或當(dāng)工作面有軟夾層時(shí)，在軟巖中增加1 ～ 2個(gè)起導(dǎo)向作用的空眼，以保證光面成形規(guī)整，減小爆破對(duì)巖層損害。實(shí)踐證明，能否保證周邊炮眼的鉆眼質(zhì)量，即保證周圍炮眼的位置、方向、深度、角度等均符合設(shè)計(jì)要求，是光爆成敗關(guān)鍵。

2.2“光面層”的厚度

“光面層”就是指周邊眼與二圈眼之間，由周邊眼崩落的那一層巖石。其厚度，就是周邊眼的最小抵抗線，是影響光爆效果的重要因素。光面層的厚度，與周邊眼的間距由密切關(guān)系。可用周邊眼密集系數(shù)來(lái)表示這二者之間的關(guān)系。

式中： K—周邊眼密集系數(shù)； E—周邊眼間距； W—光面層厚度，也就是周邊眼的最小抵抗線。

W 值越大，周邊眼的爆破愈接近于藥包在無(wú)限介質(zhì)中的爆破情況，巖石就能較精確地沿各周邊眼的聯(lián)線爆裂開，對(duì)圍巖的破壞就小。但是W 值又不能太大，否則光面層爆不下來(lái)。

一般來(lái)說(shuō)，E 取0.8 ～ 1.0 比較合適；但在巷道曲率半徑大的部位或巖石松軟、破碎、節(jié)理發(fā)育帶，K 應(yīng)取0.6 ～ 0.8；巷道斷面小或巖石堅(jiān)硬時(shí)，K 可取1.0 ～ 1.2。此外，為獲得良好的光爆效果，二圈眼須少裝藥，并且與周邊眼嚴(yán)格平行。

2.3炸藥品種、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)和起爆時(shí)差

要采用小藥量，嚴(yán)格控制不要過(guò)量裝藥。在光面層單獨(dú)爆破時(shí)，周邊眼裝藥量一般只有普通爆破法的1 /2 ～ 1 /4，甚至更少，全斷面一次爆破時(shí)，周邊眼藥量稍增。人們由于長(zhǎng)期習(xí)慣于普通爆破法，對(duì)光面爆破的作用原理缺乏認(rèn)識(shí)，對(duì)周邊眼的藥量總是不放心，所以往往過(guò)量裝藥，結(jié)果光面爆破效果不佳。實(shí)際上，即使這樣少的裝藥量，如果集中在一起，仍能對(duì)圍巖產(chǎn)生破壞，所以要采用以下幾種空氣間隔裝藥的方法，把炸藥在炮眼盡量均布開來(lái)。

一是按預(yù)定的裝藥量，將炸藥裝入專做的蠟紙筒，然后裝入炮眼。蠟紙筒直徑22 ～ 25mm，長(zhǎng)500mm，裝藥松散，密度較小。這種方法，藥量分布均勻，但比較麻煩。可以設(shè)法用長(zhǎng)塑料管裝藥。

二是用普通直徑Φ32 藥卷，考慮到藥量盡量分散，應(yīng)多分幾段，每段半個(gè)藥卷。

三是用特制的小藥卷裝藥，藥徑Φ20 ～ Φ25，長(zhǎng)200 ～300mm，裝藥松散，一卷藥僅0.1kg 左右。裝藥時(shí)，可用掌握炮棍長(zhǎng)度的方法，來(lái)控制空氣間隔的距離。這種方法，操作簡(jiǎn)便，效果良好。眼底通常裝入一個(gè)Φ32 藥卷，使光面層易于脫離巖體。

四是炮眼較淺，小藥卷來(lái)源困難時(shí)，就可以直接用1 ～ 2塊普通Φ32 藥卷直接裝眼底，而炮泥只堵眼口一段，使炮眼內(nèi)留有較長(zhǎng)空氣柱。

3　光面爆破在煤礦中的應(yīng)用和存在問題

本文以某礦44-46 石門做實(shí)際光面爆破為例：

44-46 石門設(shè)計(jì)長(zhǎng)度880m，凈斷面為3.2m（寬） × 3.0m（高）的半圓拱，斷面積為9.2m2。巷道所遇到的巖石巖性分別為中性砂巖、泥巖、粗粒砂巖、泥巖、鋁質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖、泥巖、細(xì)粒砂巖、泥巖、4 煤。根據(jù)巖性不同，設(shè)計(jì)了幾種爆破圖表。根據(jù)該礦實(shí)際情況，每循環(huán)進(jìn)尺1.5m，炮眼長(zhǎng)度為1.8，炮眼利用率為0.85。采用2 號(hào)巖石硝銨炸藥，毫秒延期電雷管。炸藥消耗量q = 1.79kg /m3；雷管消耗為3.10 個(gè)/m3。

3.1參數(shù)計(jì)算

每循環(huán)炸藥消耗量計(jì)算： Q = qslη= 1.79* 9.2* 1.8* 0.85 = 30.7kg

炮眼數(shù)目計(jì)算：藥卷直徑為35mm 的2 號(hào)巖石硝銨炸藥m = 0.16m，p = 0.15kg，并取a = 0.5，按公式計(jì)算得：

3.2光面爆破在應(yīng)用中存在的問題

該礦嚴(yán)格要求施工單位按以上設(shè)計(jì)的爆破圖表施工。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的爆破，盡管該石門成型比以前有所好轉(zhuǎn)，但并沒有達(dá)到光面爆破的標(biāo)準(zhǔn)：爆破眼痕率最多達(dá)到50%，一般僅在20 ～ 30%，超挖超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。該礦技術(shù)人員經(jīng)過(guò)幾段時(shí)間的跟班觀察，發(fā)現(xiàn)推廣光爆存在以下幾個(gè)問題。

（1）人員素質(zhì)差，觀念沒有改變

該礦是新建的礦井，新工人多。打眼工多數(shù)不是熟練工人，眼位、眼深及方向掌握不好。放炮員對(duì)周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)掌握不住等。管理干部（包括班組長(zhǎng)、區(qū)隊(duì)長(zhǎng)）素質(zhì)也差，主要表現(xiàn)在管理漏洞多，勞動(dòng)組織安排不好，認(rèn)為推廣光爆影響進(jìn)度。

（2）對(duì)光爆技術(shù)掌握不住

主要表現(xiàn)在：巖巷習(xí)慣于用秒延期雷管，周邊眼的起爆時(shí)差大，周邊眼間形成不了橫貫裂縫。不會(huì)因巖性及巖體結(jié)構(gòu)變化而改變光面層厚度和周邊眼距。周邊眼藥量大。多數(shù)班組長(zhǎng)和工人對(duì)設(shè)計(jì)的周邊眼藥量擔(dān)心不夠，認(rèn)為藥少炸不掉巖石，總想多點(diǎn)藥。炮泥質(zhì)量及炮泥長(zhǎng)度不符合要求。

（3）放炮器材存在的問題

放炮器能力低，不能使所有雷管準(zhǔn)爆。雷管質(zhì)量差，同一段的雷管不能同時(shí)起爆等。