光面爆破在露天煤礦中的應用

徐儉明

摘 要：在新疆宜化露天煤礦深孔梯段爆破中，針對開挖區域巖石節理裂隙發育，完整性差及工程要求進行深孔臨界光面爆破控制技術及爆破施工工藝的方法。

關鍵詞：爆破技術；光面爆破；臨界邊坡

1 光面爆破成縫機理

現有的光面爆破機理主要有：應力波疊加干擾理論、爆生氣體準靜壓力作用理論、應力波和爆生氣體綜合作用理論。前兩種理論都存在一定的片面性，第三種理論較為科學地解釋光面爆破現象，與工程實際較為吻合。

2 工程慨況

新疆宜化礦業有限公司宜化露天煤礦隸屬新疆準格爾盆地吉木薩爾縣城北98km，屬吉木薩爾縣管轄.南北長1.5km，東西寬1.0km，面積約1.5k㎡。礦區位于古爾班通古特沙漠南緣，地勢平坦、開闊，為卡拉麥里西南山前戈壁荒漠地帶，地表無常年水流，屬大陸干旱荒漠氣候。

露天礦內的賦煤地層為侏羅系西山窯組地層，其巖性主要以泥巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等細顆粒狀的巖性為主，局部夾有中、粗砂巖及煤層。剝離物強度不均一，節理裂隙較發育，為此在保證現有反鏟設備硬挖時，不能保證剝離量的同時，必須進行爆破開挖，故采用先進的控制爆破技術進行施工。

3 工程實例分析

因地表沿煤層走向已形成南北長約2.0km，沿煤層傾向東西寬約1.0km，開采垂深約120m。前期南北二個端幫都沒有達到設計邊界，按計劃今年將完成二個端幫的到界工作，其中：到界臺階南端幫8個，北端幫7個，南端幫的服務年達到10年以上，且南北二個端幫都布置有運輸系統，必須提前考慮南北二個端幫的邊坡穩定。所以臨近邊坡爆破工作是影響邊坡穩定性的最直接的因素，為達到邊坡穩定的目的，我們采用光面爆破和深孔逐孔爆破技術相結合的方法，對到界邊坡實施控制爆破技術。

4 控制爆破的選擇

①定義：沿邊坡線按照設計的邊坡高度、坡度采用控制爆破技術進行邊坡開挖方法，邊坡控制爆破是維護邊坡穩定的重要技術措施，其基本方法有光面爆破和預裂爆破。

②地質條件適應性

光面爆破和預裂爆破廣泛用于堅硬和完整的巖體中，效果明顯；在不均質和構造發育巖體中，采用光面爆破效果雖然不明顯，但它可減輕對保留巖體破壞，減少超欠挖，有利于邊坡穩定。

③爆破方法適應性

光面爆破和預裂爆破適應于孔深大于1.0的淺孔爆破，露天及地下深孔爆破。

④工程適應性

光面爆破和預裂爆破適應于鐵路、公路、水利、礦山、場平等石方邊坡開挖工程。

5 爆破參數

在進行光面爆破設計時，主要設計參數有：裝藥結構與不耦合系數、孔距、最小低抗線、裝藥集中度等。

宜化露天煤礦設計臺階高度為15m，鉆孔直徑（90mm、115mm、140mm）從爆破成本、勞動力強度及巖石破碎成度（平均度和大塊標準）等方面綜合考慮，最優參數選取140mm作為指導鉆孔孔徑。

在進行常規深孔臺階爆破后，按設計要求留行車道15—20m爆區進行到界處理，光面孔距設計開挖線1.0m—1.5m，預留1.5m保護層，爆破時適度加大光爆孔的線裝藥密度，在實際裝藥過程中，應根據不同裝藥結構進行處理。

利用炸藥能量產生應力波的作用過程和高壓氣體的作用，產生的切向拉應力超過巖石的抗拉強度而使巖石破裂，最后由液壓反鏟挖掘機清涮掉保護層處的巖石，以形成光滑平整的坡面。

①、鉆孔直徑D=140mm

為達到降本增效理念和現有設備利用率，光爆孔的孔徑選用140mm。

②、炮孔間距a光=2.5m

光爆孔間距的選取應考慮炮孔直徑、巖石性質、地質構造等多種因素的影響，目前國內光面爆破中一般采用經驗公式a光=KD或W光=k1a光計算系數。

宜化露天煤礦的巖層基本屬于軟巖性質，

巖石堅固系數取f=6—12。

m為炮孔密集系數，一般取m=0.6—0.8；

這里a光取2.5m；

③、最小抵抗線W光=2.0m

光面爆破的最小抵抗線是影響光面爆破效果的關鍵參數之一，對于軟巖而言，必須保證一定的光爆層厚度才能避免主爆孔及緩沖孔對坡面的破壞。

通常情況下，W光=（1.2-1.8）a光，在軟巖中主爆孔及緩沖孔對光爆層的影響較大，k—計算系數，一般取k=15—25，軟巖應取大值，硬巖取小值。

k1—計算系數，一般取k1=1.5—2.0，孔徑大取小值，反之取大值。

取W光=2.0m。

④、線裝藥密度q光

線裝藥密度是最重要的光面爆破參數之一，其值選取的合理與否直接關系著光面爆破效果。光爆孔在爆后是否能形成半孔，主要與巖石的極限抗壓強度有關，所以對于軟巖q光應適當減小。

線裝藥密度可由公式q光=K光·a光·W光

經計算q光=300g/m。

⑤、孔底加強藥q底

為了克服光爆孔底部的夾制作用，底部必須加大藥量，光爆孔越深夾制作用越強，加強藥越多，設置加強藥高度越高。

一般情況下，q底=（1.2—3.0）q光，這里取900g，高度為0.4m。

⑥、減弱裝藥段

因為光爆孔的頂部有自由面存在，藥包爆炸后會應力波會在自由面處產生反射拉伸作用，孔口部位的巖石會遭到破壞，甚至形成爆破漏斗，因此在光爆孔的孔口一定范圍內應設置頂部為減弱裝藥和填塞段，以保護孔口緩沖及爆破飛石等現象。對于減弱裝藥段，這里取1.0 m。

⑦、填塞段

根據工程經驗，這里取2.0m。

⑧、起爆時間間隔Δt，ms

光爆孔是隨主爆破孔一起構成同一爆區，光爆孔滯后于主爆破起爆，其起爆間隔時間Δt的選取是否合理直接影響爆破效果。根據以往爆破實踐，一次分段延期起爆法：這里取最大毫秒延期Δt=600ms為宜。

6 施工工藝要求

①、前期測量放樣

用RTK技術將設計開挖邊線在實地中標示出來，并將該線的相關坐標存檔，以作為爆后效果評價的依據。

②、爆破工作面的平整

因光爆孔對鉆孔精度要求較高，被爆體要求平整無浮渣，目的便于鉆孔角度的調整與穩定，清理浮渣也是為了控制爆破飛石等安全隱患。

③、鉆孔工藝

精確鉆孔是保證光面爆破質量的關鍵，鉆孔不僅要按孔對位，并且要使炮孔都鉆在一條設計開挖線上。使用CM351型鉆機穿孔時應做到如下幾點：

A、每臺鉆機應配備坡度尺，開口前應調好角度，使鉆臂傾斜角度與光爆孔的設計角度一致。

B、鉆孔過程中應隨時關注巖層變化情況，及時發現角度偏差及時修正。

C、夜間鉆孔時，現場帶班人員應對鉆孔質量隨時檢查，發現不合格炮孔及時處理。

④、裝藥結構

光爆孔的裝藥采用不耦合裝藥，一般每孔藥量為0.1—1.5kg/m，由于孔底巖石的巖石夾制作用大，為確保光爆預裂貫通到孔底，在孔底1—2 m長度上，適當加強裝藥。當孔深大于10 m時，每米裝藥量加大3—5倍。采用導爆索網路傳爆，一是將炸藥裝填于一定直徑的硬塑料管內裝藥，在全管內裝入一根導爆索，導爆索大于孔深1.0m；二是將藥卷與導爆索綁在一起再綁在竹片上，形成藥串，著光爆孔的軸線方向均勻合理布局。

7 爆破效果

從實際應用情況看，光面爆破取得了良好的爆破效果，半孔率達60%以上，邊幫無明顯的超欠挖現象，周邊光面爆破成型質量較高，只是在部分土夾層部位半孔處有細小裂縫。

8 結 語

通過分析及工程實踐應用圖，可知：相鄰光爆孔爆炸產生的應力波疊加致使其間的巖石破碎而形成沿炮孔型的光面，在以軟巖為主，巖層裂隙較發育的到界臺階爆破，光面控制爆破避免了到界臺階邊緣裂隙擴大和產生新的裂縫，維護了圍巖原有的穩定性，通過剝離施工設備的配合作業，也能夠獲得較平整的到界邊坡坡面，提高了到界邊坡的穩定性。