光面控制爆破 2013年6月9日
光面控制爆破施工技术
杨小健
（葛洲坝易普力股份有限公司平南分公司，贵港平南）
摘 要：光面爆破是井巷掘进中的一种新爆破技术，它是控制爆破中的一种方法，目的是使爆破后留下的井巷围岩形状规整，符合设计要求，具有光滑面，损伤小，保持稳定。本文阐述了光面爆破施工的优点和光面爆破机理，以及怎样合理布置炮眼和确定光面爆破参数，并简单叙述了光面控制爆破施工的方法。 关键词：光面爆破；优点；机理；爆破参数；施工方法
Smooth blasting construction technology control
Pick to: smooth blasting is a new blasting technology in mine excavating, it is one of the controlled blasting method, the purpose is to make the left of the surrounding rock of mine blasting well-shaped, comply with the design requirements, with smooth surface, little injury, stable. This paper expounds the advantages and smooth blasting mechanism of smooth blasting construction, and how to reasonable arrangement of hole and smooth blasting parameters, and the smooth control of blasting construction method are described briefly. Key words: smooth blasting; Advantages; The mechanism; Blasting parameters; The construction method.
引言：在采矿工程和土石方开挖爆破中，采用一般的爆破方法时，往往使围岩受到某种程度的损伤：原有的节理和裂隙扩展，同时产生新的破坏性裂隙，以致降低围岩的强度和稳定性；局部超挖；产生有害的地震效应等。这些副作用将给生产作业、支护和维护工作造成困难和隐患，甚至引发事故，特别是在不稳定的岩体中掘进永久性的重要巷道、硐室等工程时更是如此。针对这个问题，在爆破工程中可采取适当的方法、参数和工艺，使围岩不受明显的破坏，保持原有的强度和稳定性，力争不要支护和减轻支护结构所承受的荷载。因此，在20世纪50年代初期，国外在水利建设、隧道掘进和采矿工程中开始研究和试用光面爆破技术。我国从20世纪60年代起，在吸取国外先进经验的基础上，研究和推广光面爆破技术，提高了工程质量，积累了丰富的经验。在冶金、煤炭、水利和铁路隧道的掘进工程中，推广了光面爆破，均取得了显著的效果。
1 光面爆破施工的优点
光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔
药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。隧道全断开挖光面爆破，是应用光面爆破技术，对隧道实施全断面一次开挖的一种施工方法。它与
光面控制爆破 2013年6月9日 传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和进度。也是井巷掘进中的一种控制爆破技术，就是控制爆破的作用范围和方向，使爆破后的岩面光滑平整，增加围岩的稳定性，减少爆破震动，进而达到控制岩体开挖轮廓的一种技术。与普通爆破相比较，光面控制爆破施工具有以下优点：
（1）减少了爆震裂隙，保护了围岩的整体完整，使围岩本身具有支承能力，从而增强了巷道的支护强度，有利于施工的安全。
（2）巷道成形规整、轮廓尺寸能较精确地达到设计要求标准，可减少超、欠挖，降低了通风阻力，能有效防止瓦斯积聚。
（3）岩石块度和岩堆高度适中，利于钻眼与装岩的平行作业，提高装岩效率，加快施工进度。
（4）炮眼利用率高，降低了炸药和雷管的消耗量，对于长期工程，能增加巷道的服务年限，同时减少了维护费用。
2 光面爆破机理
光面爆破的实质，是在井巷掘进设计断面的轮廓线上布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药，同时起爆，使炸药的爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂缝，并沿各炮眼的连线—井巷轮廓线，将岩石崩落下来。关于裂缝形成的机理有以下3中观点： 2.1 应力波叠加作用理论
该理论认为，当同时起爆的相邻炮孔之间产生的应力波，在炮孔连心线的中点相遇 时，便产生波的叠加，于是垂直连心线中点的方向上生成合成拉应力，如图1所示。如果合成拉应力值超过岩石的极限抗拉强度时，两个炮孔中间首先产生裂隙，然后沿连心线向两个炮孔方向发展，最后形成断裂面。
图1 应力加强分析
2.2 高压爆生气体作用理论
该理论承认应力波的作用，但认为这种作用是微小的，裂缝的形成主要是爆炸生成的高压气体的准静态应力所致。该理论强调空孔的效应。即炮孔在爆破时，若附近有空孔存在，则沿爆破孔于空孔的连心线上将产生应力集中，而且，两者越近，应力集中现象就越显著，如图2所示。此时，首先在孔壁上应力集中最大的地方出现拉伸裂隙，然后沿连心线方向延伸，当距离合适时，则
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图2 拉应力集中
2.3 应力波与气体压力共同作用理论
该理论认为应力波的主要作用是在炮孔周围产生一些初始的径向裂隙，最后，高压爆炸气体进入裂隙，在气楔作用下，裂缝得到了进一步的扩展。由于有空孔效应，则连心线方向的裂隙最长，又由于长裂隙扩展所需的能量最小，故连心线方向成了裂隙继续扩展的最优方向，而其他方向的裂隙扩展甚微，从而保证了裂缝沿着炮孔的连心线将岩体裂开。
3 合理布置炮眼
钻眼爆破在隧硐和井巷掘进循环作业中是一个先行和主要的工序，所以，需在工作面合理布置一定数量的炮眼，如图3所示。
（1）掏槽眼是将工作面上某一部分岩石破碎并抛出，在一个自由面的基础上崩出附加自由面来，掏槽效果的好坏，对循环进尺起着决定性作用，在中硬岩石中一般采用垂直楔形斜眼掏槽。掏槽眼数根据断面大小和岩石坚固程度来决定，一般是6～8个，两两对称地布置在巷道中央偏下的位置上，炮眼与工作面夹大致在65°～78°之间，槽口宽度一般1.0～1.4m，掏槽眼的排距0.4～1.6 m，各对掏槽眼应在同一个水平面上，两眼底距离为0.2m左右，眼深要比一般炮眼加深0.2m。
（2）辅助眼包括压眼，是布置在掏槽眼和周边眼之间的炮眼，是大量崩落岩石和刷大断面的主要炮眼，当施工断面较大的巷道时，需打2圈辅助眼，使其爆破后留下的光面层厚度恰好等于周边眼的最小抵抗线，辅助眼间距一般0.4～0.5m。
（3）周边眼布置是控制巷道成形的关键炮眼，其眼口中心应布置在巷道断面轮廓线上，眼底稍向轮廓线外偏斜，一般不超过100～150mm，这样可使下一循环打眼时凿岩机有足够的工作空间。周边眼还包括底眼，底眼的作用主要是控制巷道底板标高以及抛掷已破碎的岩石，一般底眼眼口应高出底板水平100～150mm，以防炮眼进水，眼底要向下倾斜，可扎到底板标高100mm以下，以防止留残底，给下一循环造成施工困难
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图3 光面爆破炮眼布置图
4 合光面爆破参数的确定
光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药的品种与性能，隧道开挖断面的形状与尺寸，装药结构与起爆方法。严格控制周边眼的装药量，采用合理的装药结构，尽可能使药沿炮眼长均匀的分布，这是实现光面爆破的重要条件。
在光面爆破中，周边眼间距E、最小抵抗线W、炮眼密集系数K是相互制约的。
4.1 最小抵抗线与周边眼距的确定
K=E/W （1）
式中 K——炮眼密集系数； E ——周边眼间距 ；
W ——周边眼的最小抵抗线。
W一般取400mm，K≤1时能取得较好光爆效果，所以周边眼最大间距不超过400mm。当巷道施工在整体性较好的岩石中时，周边眼距可取300～350mm。如果巷道施工在较松软的岩煤层中，可缩小周边眼距200～300mm，同时打沿着裂隙导向空眼。 4.2 不偶合装药系数选择
M=d/d0 （2） 式中 d——炮眼直径； d0——药卷直径。
装药不偶合系数的上下限值应为1.2≤M≤1.68。 4.3 装药结构及周边眼装药量
采用毫秒延期电雷管，串并联接方式，单段空气柱装药结构，周边眼装药量0.15kg，
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