光面與預裂爆破爆破

7.

光面與預裂爆破7.1光面爆破7.2預裂爆破7.3定向斷裂爆破新技術

7.1光面爆破

瑞典從20世紀50年代開始，率先研究一種能按設計輪廓線爆破巖體，使巷道周壁或開挖面平整，并使圍巖不受明顯破壞的控制爆破技術，即光面爆破技術。美國、加拿大等國也相繼進行了研究。我國自1970年以來，在礦山、水利、地下工程中獲得了廣泛應用光面爆破技術，至今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相結合后，已成為井巷工程中一項重大技術改進。圖普通爆破和光面爆破的效果(a)普通爆破(b)光面爆破云南元磨高速公路隧道光面爆破三峽工程建基巖水平光爆湖北清江水布埡水電站高邊坡爆破與開挖廣西龍灘水電站高邊坡爆破與開挖三峽工程臨時船閘爆破與開挖某經(jīng)過光面爆破的巖石柳州一桂林高速公路山石質(zhì)路爆破光面爆破在隧道掘進建設中的應用光面、預裂爆破的特點及應用

沿開挖邊界布置密集炮孔，采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區(qū)之前起爆，從而在爆區(qū)和保留巖體之間形成預裂縫，以減弱主爆區(qū)爆破時對保留巖體的破壞并形成平整輪廓面的爆破作業(yè)，稱為預裂爆破；而沿開挖邊界布置密集炮孔，采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區(qū)之后起爆，以形成平整輪廓面的爆破作業(yè)，稱為光面爆破。光面、預裂爆破的特點及應用

預裂爆破與光面爆破之間的主要差別表現(xiàn)在兩個方面：

第一，預裂爆破是在主爆區(qū)之前起爆，而光面爆破是在主爆區(qū)之后起爆；

第二，預裂爆破是在一個自由面條件下爆破，所受的夾制作用很大。而光面爆破是在兩個自由面條件下爆破，受夾制作用小。光面、預裂爆破的作用機理主要：爆炸應力波的導向作用和爆生氣體的擴縫作用爆炸應力波的導向作用

由于不偶合裝藥控制了爆炸能量，使得向四周傳播的應力波只能對孔壁產(chǎn)生一定數(shù)量的初始微裂縫；若相鄰孔能保證同時起爆，各孔傳來的應力波便在孔心線上某處疊加，使巖體原有裂隙擴展或微觀缺陷形成裂紋，這對在孔連心線方向上成縫是有利的；

光面、預裂爆破的作用機理爆炸應力波的導向作用如果相鄰孔不能同時起爆，雖然應力波的疊加作用將不存在，但先起爆孔產(chǎn)生的應力波傳播至鄰孔時，將會使鄰孔產(chǎn)生應力集中，使得孔壁與孔連心線兩交點處的環(huán)向拉應力達到最大值。因此，易在此兩點形成初始裂縫；相鄰孔起著反射波陣源的作用，當應力波反射到充滿爆生氣體的有放射狀初始徑向裂縫的原炮孔上時，自然也容易使孔連心線方向上的初始徑向裂縫最先擴展，形成初始長裂縫。光面、預裂爆破的作用機理爆生氣體的擴縫作用孔內(nèi)爆生氣體因膨脹將會擠入孔壁的初始徑向裂縫，起著所謂“氣刃效應”，使長短不一的初始裂縫得到不同程度的擴展。應力波的先期作用，使得孔壁在炮孔連心線方向上的初始徑向裂縫比其它方向長得多，初始裂縫的擴展最初受到動能作用而高速擴展，但隨著爆生氣體的膨脹和耗散，氣體壓力值迅速降低，從而值迅速減小。所以，初始裂縫在爆生氣體膨脹作用下所能擴展的長度是有限的。但如果將兩相鄰孔的間距控制在裂縫所能擴展的長度范圍內(nèi)時，裂縫就會相互貫通。一、光面爆破及特點

適用于斷面周邊一層巖石，爆后斷面符合設計要求、圍巖形狀規(guī)整。表面光滑、損傷小、保持穩(wěn)定。特點：減少超欠挖；

井巷成形規(guī)整、質(zhì)量高；

圍巖穩(wěn)定，自身承載能力強，減少支護及用材；

掘進速度快、成本低、施工安全；

鉆孔質(zhì)量要求高。二、光爆原理

1、光爆實質(zhì)——是在斷面設計的輪廓線上布置間距較小相互平行的炮孔，控制裝藥量及不耦合裝藥結構，選用低密度、低爆速（威力）炸藥并同時起爆，沿炮孔連線將巖石切斷崩落。2、原理

1）應力波疊加原理——相鄰兩孔裝藥同時爆炸時，應力波沿炮孔連線相向傳播，相互干涉疊加，當切向拉應力大于巖石的抗拉強度時，切斷巖石形成貫穿裂縫。

2）應力波與爆生氣體共同作用原理——實際爆破時，兩孔難以保證同時，故連線上應力波疊加難以實現(xiàn)。因此，認為貫穿裂縫的形成，是基于各裝藥爆炸所激起的應力波先在孔壁上產(chǎn)生初始裂縫，然后，在爆生氣體靜壓作用下，形成“氣楔”使裂縫擴展，最終貫通。圖光面爆破時炮眼連心線破裂面的形成（a）炮孔裝藥情況；（b）先爆炮孔對相鄰炮孔的影響；（c）光面的形成

鄰孔和空孔的導向作用三、光爆參數(shù)

1、不耦合系數(shù)

由不耦合裝藥炮孔壁上產(chǎn)生的沖擊壓力知

令

可求得Kb。一般取Kb＝1.5～2.5

2、最小抵抗線W

在爆破中，為了使保留區(qū)巖壁光滑而不致破壞，抵抗線W也不宜過大，否則爆破后不能形成光滑的巖壁，達不到光面爆破的目的。因此對于露天深孔光面爆破的抵抗線W最好采用與鉆孔直徑d有關的關系式計算，即，W=（7～20）d?；騑=(1.5~2.0)a

3、鉆孔直徑D

深孔爆破時，公路、鐵路與水電取80~100mm，大直徑150~300mm多用于礦山；淺孔爆破取42~50mm。

4、臺階高度H

與主爆區(qū)臺階高度相同，一般情況，深孔不大于15m，淺孔取1.5~5.0m為宜。

5、炮孔超深hh=1.5~1.5m，孔深大、巖石堅硬完整者取大值，反之取小值。圖光面爆破炮孔裝藥結構1—導爆索；2—堵塞段；3—中間裝藥；4—底部增強裝藥

6、炮眼間距

根據(jù)不同的光爆原理有不同的確定方法。炮孔間距一般為孔眼直徑的10～20倍；也可按a=mW確定（m取0.8~1.0）在節(jié)理裂隙比較發(fā)育的巖石中應取小值，整體性好的巖石可取大值。

7、起爆時差

周邊眼最好同時起爆，周邊眼與相鄰孔，一般在50～100ms，隨孔深不同變化。

圖

光爆參數(shù)示意圖

周邊眼眼距E光面層厚度W周邊眼內(nèi)第一層輔助眼時差越短則壁面平整效果越有保證。圖起爆時間對光面爆破效果的影響

（a）不同段秒差延期起爆；（b）齊發(fā)爆破；（c）微差起爆

8、單位裝藥量q

單位裝藥量又叫線裝藥密度和裝藥集中度，它是指單位長度孔眼中裝藥量的多少(g／m或kg／m)。為了控制裂縫的發(fā)展，保持新壁面的完整穩(wěn)固，在保證沿孔眼連線破裂的前提下，應盡可能減少裝藥量。軟巖一般用70～120g／m，中硬巖為100～150g／m，硬巖為150～25Og／m。也可按教材計算。

光爆眼應采用爆速低、密度小、感度高和爆轟穩(wěn)定的低威力炸藥。巖性整體性較好中硬巖石以上f﹦8～10整體性較差中硬巖石以下f﹦6～8裂隙發(fā)育中硬巖石以下f﹦4～6每米炮眼裝藥量（g）200～300100～20010～100周邊眼間距E（mm）600～700400～600300～400最小抵抗線W（mm）500～800400～800400～800周邊眼密集系數(shù)M0.85～1.200.7～1.000.5～0.8輔助眼間距（mm）600～1100800～13001000～1500輔助眼抵抗線（mm）400～800700～1000900～12001、表中數(shù)值適用于號巖石銨銻炸藥；2、預裂爆破時周邊眼間距要減少15～30%，每米裝藥量則應增加15～30%；3、預留光爆層時周邊眼抵抗線可增大15～30%。4、用延期雷管起爆時，周邊眼間距要適當減小，裝藥量要增大。四、施工要點

1、鉆孔質(zhì)量

做到“準、平、齊”

2、裝藥結構

標準藥卷空氣間隔裝藥；

多采用：

小直徑藥卷間隔裝藥；

小直徑藥卷連續(xù)裝藥。

3、起爆順序：光面爆破與主體爆破一起分段延期起爆，也可采用預留光爆層在主體爆破后起爆。所謂預裂爆破，就是沿露天礦設計邊坡境界線，鉆鑿一排較密集的鉆孔，每孔裝入少量炸藥，在采掘帶主爆孔未爆之前先行起爆，從而炸出一條有一定寬度（一般大于1～2cm）并貫穿各鉆孔的預裂縫。由于有這條預裂縫將采掘帶和邊坡分隔開來，因而后續(xù)采掘帶爆破的地震波在預裂帶被吸收并產(chǎn)生較強的反射，使得透過它的地震波強度大為減弱，從而降低地震效應，減少對邊坡巖體的破壞，提高邊坡坡面的平整度，保護邊坡的穩(wěn)定性。預裂爆破與普通生產(chǎn)爆破相比，減震效果一般可達4％～60％。工程經(jīng)驗實測數(shù)據(jù)表明，由于預裂縫的作用，爆破震動可減少50％～82％，破壞范圍可縮小40％，預裂面的不平整度為±20cm，孔壁的保留程度為：堅硬巖石大于80％，軟巖大于50％。7.2預裂爆破一、預裂爆破原理與光面爆破一致，消滅粉碎區(qū)，控制破裂區(qū)。預裂爆破與光面爆破很相似，它是在光面爆破的基礎上發(fā)展而來的，所不同的是：光面爆破是光面眼前面的巖石都崩落后再才進行爆破，它有最小抵抗線。而預裂爆破是在預裂眼前面的巖石都沒有爆的情況下所進行的爆破

二、預裂爆破的優(yōu)點

預裂爆破首先形成裂隙后，前面的炮孔再爆破時所產(chǎn)生的應力波遇到裂縫就會發(fā)生反射，從而減弱了對所要保護的邊坡的沖擊破壞。三、預裂爆破參數(shù)

1．炮孔直徑，一般采用潛孔鉆機，孔徑從90~150mm，也有用200mm的。一般孔徑越小，留的孔痕率越高。2．不耦合系數(shù)：由于不偶合裝藥，因而藥包與孔壁之間形成了一定的環(huán)形間隙。環(huán)形間隙的存在，可降低爆轟波的初始壓力，保護孔壁及防止其周圍巖石出現(xiàn)過分粉碎；同時還可以延緩爆破作用時間，有利于預裂縫的擴展。不偶合系數(shù)的大小，主要與巖石性質(zhì)有關。根據(jù)國內(nèi)外資料，一般以2~5為宜。3.線裝藥密度—單位炮孔長度的裝藥量（不包括填塞部分）保證孔壁不損壞的線裝藥密度：Δ=2.75[σ壓]0.53r0.36

保證形成貫通裂縫的線裝藥密度：Δ=0.36[σ壓]0.63a0.67在鉆孔底部約1m左右，由于夾制嚴重，其線裝藥密度應根據(jù)巖性不同，適當增大裝藥量，一般增大1～2倍。也可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)法確定巖石性質(zhì)炮孔直徑/mm孔間距/m單位長度裝藥量/g·m-1

軟弱巖石800.6~0.8100~1801000.8~1.0150~250800.6~0.8180~300

中硬巖石1000.8~1.0250~300

次堅石900.8~0.9250~4001000.8~1.0300~450

堅石90~1000.8~1.0300~7004．孔距，一般為鉆孔直徑的7～15倍，即

α=（7~15）D

硬巖一般取較小值，軟巖取大值。

馬鞍山礦山研究院推薦的預裂孔孔距經(jīng)驗公式：

式中：α－預裂孔孔距，cm；

D－鉆孔直徑，cm；

K－不偶合系數(shù)。

5．預裂爆破的臺階高度H。以為宜。當挖深大于15m時，宜采用分層爆破。層間應設平臺，平臺寬度1.5~2.0m。6.預裂孔深。既要考慮不留根底，又要考慮不破壞巖石的整體結構。7.起爆時差預裂爆破應先于主藥包起爆，其時間差要保證人造斷層的形成，一般應大于50ms，在保證主藥包網(wǎng)路安全準爆的前提下，其間隔時間越大，人造斷層層面形成效果越好，其邊坡的成型效果也就越好。處理好預裂炮孔與前排藥包位置的關系預裂爆破炮孔與前排藥包之間的水平距離W后，是一個關鍵的參數(shù)。W后過大，造成預裂孔前方巖石破碎效果差，影響后期施工；W后太小，預裂面易遭受主藥包爆破時的損壞，影響邊坡質(zhì)量。對于主藥包為條形峒室藥包，一些工程提出的經(jīng)驗公式：

W后=（2.0~2.5）RY=(0.32~0.40)W式中：RY——壓縮圈半徑；

W——峒室藥包的最小抵抗線，大抵抗線取小值。處理好預裂炮孔與前排藥包位置的關系對于主藥包為深孔爆破，其經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下：

主炮孔藥包直徑主炮孔單段起爆藥量預裂孔與主炮孔間距（mm）(kg)

(m)

<32

<20

0.8

<55

<500.8~0.12

<70<1001.2~1.5

<100<300

1.5~3.5

<130

<10003.5~3.6四、施工技術

為了獲得較整齊的預裂壁面，必須確保鉆孔精度。國內(nèi)外預裂爆破實踐表明，孔底的鉆孔偏差不應超過15～20cm。對沿預裂面方向的偏差可以放寬一些，但對垂直預裂面方向的偏差要嚴格控制，只有這樣，才能保證壁面平整。預裂鉆孔的下部，通常距孔底1m左右仍有裂縫出現(xiàn)。如果底部也要保護，應適當減小孔深。此外，為了防止采掘爆破的地震波從預裂線端部繞過去，預裂縫端部應比采區(qū)伸長(60～100)D，即為孔徑的60～