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1、關(guān)于光面爆破技術(shù)第1頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四我國(guó)自1970年以來,在礦山、水利、地下工程中獲得了廣泛應(yīng)用光面爆破技術(shù),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(hù)相結(jié)合后,已成為井巷工程中一項(xiàng)重大技術(shù)改進(jìn)。第2頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四圖52普通爆破和光面爆破的效果(a)普通爆破(b)光面爆破第3頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四云南元磨高速公路隧道光面爆破第4頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四三峽工程建基巖水平光爆第5頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,1
2、3點(diǎn)50分,星期四湖北清江水布埡水電站高邊坡爆破與開挖第6頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四廣西龍灘水電站高邊坡爆破與開挖第7頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四三峽工程臨時(shí)船閘爆破與開挖第8頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四圬工砌拱第9頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四光面爆破在隧道掘進(jìn)建設(shè)中的應(yīng)用第10頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四光面爆破在鐵路隧道建設(shè)中的應(yīng)用第11頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四光面爆破在公路隧道建設(shè)中的應(yīng)用第12頁(yè),共50
3、頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四對(duì)掘進(jìn)巷道來說,爆破順序是掏槽、崩落,最后周邊眼光面爆破。在巷道掘進(jìn)中采用光面爆破具有以下優(yōu)點(diǎn):第13頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四光爆錨噴施工質(zhì)量好,減少了圍巖的位移、松動(dòng)和破壞,增加了安全性。唐山地震后,曾對(duì)開灤煤礦井下4515m光爆錨噴巷道作了震后檢查,完好率達(dá)95%。第14頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四減少超挖、節(jié)約材料,降低了成本。根據(jù)徐州礦務(wù)局統(tǒng)計(jì),成本大約降低30%。據(jù)大秦線鐵路施工統(tǒng)計(jì),在19km隧道掘進(jìn)中,如每循環(huán)超挖10cm,則相當(dāng)于多挖1km相同斷面隧道;全國(guó)每年各類巷
4、道進(jìn)尺約5000km,相當(dāng)于多挖250km,浪費(fèi)10多億元。第15頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四第一節(jié) 光面爆破技術(shù)的特點(diǎn)和基本原理一、光面爆破的特點(diǎn)(1)爆破后成型規(guī)整,符合設(shè)計(jì)輪廓,特別在松軟巖層中更能顯示出光面爆破的作用。光面爆破后通??稍谛滦纬傻谋诿嫔蠚埩羟逦梢姷陌脒吙妆诤圹E。第16頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四(2)光面爆破可以大大減少巷道的超挖量,提高施工質(zhì)量,加快施工進(jìn)度,節(jié)省大量的混凝土襯砌澆筑量。第17頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四(3)光面爆破對(duì)圍巖的破壞要輕微得多。根據(jù)聲波探測(cè)表明,采用
5、光面爆破時(shí),圍巖松弛帶的范圍只是常規(guī)爆破方法的1/31/2,從而提高了圍巖的穩(wěn)定性,減少了支護(hù)工作量;采用光面爆破,圍巖的壁面平整,危石少,撬頂工作簡(jiǎn)單,減輕了表面應(yīng)力集中現(xiàn)象,避免局部冒落,增進(jìn)了圍巖的穩(wěn)定和施工安全,并為噴錨支護(hù)的使用創(chuàng)造了有利條件。第18頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四光面爆破的優(yōu)點(diǎn)在完整巖體中十分明顯,可以直觀地感到爆破后的開挖面光潔平整,巖體完整,爆破裂隙不發(fā)育,給人以安全感。但是,在松軟的巖石中,特別是在一些不均質(zhì)的巖體和構(gòu)造發(fā)育的巖體中采用光面爆破在減輕圍巖的破壞,減少超挖以及避免產(chǎn)生冒頂?shù)确矫?,仍起到很大作用?9頁(yè),共50頁(yè),2022
6、年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四二、光面爆破的基本原理光面爆破的實(shí)質(zhì)是沿開挖輪廓線布置間距減小的平行炮眼,采用特殊的裝藥結(jié)構(gòu),在這些光面炮眼中進(jìn)行減少藥量的不耦合裝藥,選擇合理的光爆參數(shù),然后同時(shí)起爆。爆破時(shí),沿這些炮眼的中心聯(lián)接線破裂成平整的光面。第20頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四比如在巷道掘進(jìn)設(shè)計(jì)斷面的輪廓線上布置加密的周邊孔,減小藥包直徑,減少裝藥量,配套采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu),采用低密度和低爆速的炸藥,甚至專用的光面爆破炸藥(小直徑、低猛度、低爆速20003000m/s),以控制炸藥爆炸能量及其作用,降低爆炸沖擊波的峰值壓力,削弱它在巖石中引起的應(yīng)力波強(qiáng)度
7、,避免在炮孔周圍產(chǎn)生壓碎區(qū),而使爆破作用集中到需要爆落的一側(cè)巖體上,減弱對(duì)原巖體的破壞作用。第21頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四光面爆破時(shí)由于采用不耦合裝藥,藥包爆轟后,炮眼壁上的壓力顯著降低。此時(shí)藥包的爆破作用為準(zhǔn)靜壓作用。當(dāng)炮孔壓力值低于巖石動(dòng)抗壓強(qiáng)度時(shí),在炮眼壁上就不致造成“壓碎”破壞。這樣爆轟波引起的應(yīng)力波和鑿巖時(shí)在炮眼壁上造成的應(yīng)力狀態(tài)相似,只能引起少量的徑向細(xì)微裂隙。第22頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四圖52 光面爆破時(shí)炮眼連心線破裂面的形成(a)炮孔裝藥情況;(b)先爆炮孔對(duì)相鄰炮孔的影響;(c)光面的形成 鄰孔和空孔的導(dǎo)向
8、作用第23頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四與普通爆破相比,光面爆破的主要優(yōu)點(diǎn)是:巖壁面光滑平整,圍巖穩(wěn)定,其爆破后壁面光滑、平整。目前對(duì)光面爆破的質(zhì)量要求尚不統(tǒng)一,一般應(yīng)要求:周邊輪廓尺寸符合設(shè)計(jì)要求,壁面凸凹度不大于200mm;眼痕率:軟巖55%,中硬巖石65%,堅(jiān)硬巖石75%。第24頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四第二節(jié) 光面爆破的參數(shù)和施工技術(shù)一、光面爆破主要爆破參數(shù)的確定主要爆破參數(shù)有:最小抵抗線、炮孔密集系數(shù)、不耦合系數(shù)、線裝藥密度、孔距和起爆時(shí)差等。第25頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四(一)最小抵抗線W
9、光爆層是指周邊炮孔與最外層主爆孔之間的一圈巖石層。(全斷面一次開挖成型和預(yù)留光面層)光面層厚度或周邊眼(光爆孔)到鄰近輔助眼間的距離,是光面眼(光爆孔)起爆時(shí)的最小抵抗線,一般它應(yīng)大于或等于光面眼間距。第26頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四如果最小抵抗線過大,光爆層將不能很好地破碎下來,甚至產(chǎn)生大塊或留底根;如果最小抵抗線過小,在反射波作用下,可能導(dǎo)致圍巖破壞,影響光爆效果和圍巖的穩(wěn)定性,甚至產(chǎn)生超挖形成凹凸不平的壁面。第27頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四把光爆層巖石看作類似露天臺(tái)階爆破,可以采用以下經(jīng)驗(yàn)公式來確定最小抵抗線W,式中 W光爆
10、層厚度; qb炮眼內(nèi)的裝藥量; S炮眼間距; Lb炮眼長(zhǎng)度; C爆破系數(shù),相當(dāng)于炸藥單耗值。第28頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四光爆層的厚度還與巷道開挖斷面的大小有關(guān),大斷面巷道的頂拱垮度大,光爆孔所受到的夾制作用小,巖體比較容易崩落,此時(shí),光爆層厚度可以大一些。小斷面巷道的光爆孔受到的夾制作用大,其厚度宜小一些。第29頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四光爆層的厚度還與巖石的性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造等因素有關(guān)。堅(jiān)硬完整的巖石,光爆層宜薄一些;而松軟破碎的巖石,光爆層宜厚一些。第30頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四(二)炮孔密集
11、系數(shù)光爆層厚度w與周邊孔的間距a有著密切的關(guān)系,可用兩者的比值Ka/W來表示,K稱為周邊孔(光爆孔)的密集系數(shù)。 K值過大時(shí),爆破后可能在光爆孔間留下巖埂,造成欠挖,達(dá)不到光面爆破效果;反之m值過小時(shí),則會(huì)在新壁面造成凹坑,可能出現(xiàn)超挖。第31頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四實(shí)踐中多取最小抵抗線大于孔距,具有小孔距、大抵抗線的特點(diǎn),尤其在堅(jiān)硬巖石中密集系數(shù)皆小于1。這樣,可使反射拉伸波從最小抵抗線方向折回之前造成貫穿裂縫,隔斷反射拉伸波向圍巖傳播的可能,減少圍巖破壞。實(shí)踐表明,當(dāng)m = 0.8l.0時(shí),爆破后的光面效果較好,硬巖中取大值,軟巖中取小值。第32頁(yè),共50
12、頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四(三)不耦合系數(shù)不耦合系數(shù)K,是指炮孔直徑與藥包直徑之比(環(huán)向空氣間隔裝藥時(shí))。光面爆破采用藥包直徑小于炮孔直徑的方法,因而不耦合系數(shù)K1。第33頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四不耦合系數(shù)K的取值一般介于1.13.0之間,采用最多的是不耦合系數(shù)K=1.52.5用得較多。第34頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四圖55 光面爆破炮孔裝藥結(jié)構(gòu)1導(dǎo)爆索;2堵塞段;3中間裝藥;4底部增強(qiáng)裝藥第35頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四(四)線裝藥密度線裝藥密度是指單位長(zhǎng)度炮孔內(nèi)的裝藥量,
13、又稱裝藥集中度,當(dāng)采用既有環(huán)向不耦合又有軸向空氣間隔的裝藥結(jié)構(gòu)時(shí)當(dāng)光爆孔直徑為3545mm時(shí),一般將線裝藥密度取為0.10.3kg/m,其中軟巖為0.070.12 kg/m,中硬巖為0.10.15 kg/m,硬巖則為0.150.25 kg/m。第36頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四炸藥密度,kg/m3; d1藥卷直徑,m; q0線裝藥密度,kg/m。連續(xù)裝藥 第37頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四采用環(huán)向不耦合連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)時(shí),因?yàn)镵=d2/d1,這里d2為炮孔直徑 第38頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四(五)孔距 光
14、爆孔的間距比主爆孔小,它與炮孔直徑、巖性和裝藥量等參數(shù)有關(guān)??拙噙^大,難以爆出平整光面;孔距過小會(huì)增加鑿巖費(fèi)用。通常,合理的孔距可按炮孔直徑選取第39頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四S =(1020)d2S孔距(實(shí)際工程設(shè)計(jì)多用類比法選?。?,m; d2炮眼直徑,m。在節(jié)理裂隙比較發(fā)育的巖石中應(yīng)取小值,整體性好的巖石中可取大值。 第40頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四(六)起爆間隔時(shí)間時(shí)差越短則壁面平整效果越有保證。圖56 起爆時(shí)間對(duì)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 第41頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月
15、20日,13點(diǎn)50分,星期四二、光面爆破的施工方法1、起爆順序用光面爆破掘進(jìn)巷道時(shí)有兩種方案:一種是全斷面一次掘進(jìn),多用于掘進(jìn)小斷面巷道。全斷面一次掘進(jìn)方案的炮孔起爆順序?yàn)椋禾筒劭纵o助孔周邊孔(光爆孔),如圖59所示。第42頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四圖59 全斷面巷道光面爆破炮眼排列及起爆順序 第43頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四此時(shí)掏槽眼、輔助眼等的參數(shù)按普通爆破來設(shè)計(jì)周邊眼則按光面爆破來設(shè)計(jì)。常用多段毫秒電雷管或塑料導(dǎo)爆管起爆系統(tǒng)順序起爆。掏槽眼間、輔助眼間起爆間隔時(shí)間不應(yīng)小于25ms。鄰近周邊眼的一排炮眼的藥量要比其它炮眼的藥量
16、少,以控制圍巖爆震裂隙的發(fā)展。第44頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四另一種是分次掘進(jìn),預(yù)留光面層,先進(jìn)行中心掏槽眼、輔助眼的爆破,最后進(jìn)行周邊輪廓線的光面爆破?;蛘呦染蜻M(jìn)超前導(dǎo)硐,采用超前掘進(jìn)小斷面導(dǎo)硐,然后刷大至全斷面,是分次爆破,多用于掘進(jìn)大斷面巷道或硐室。如圖5-10所示。這種方案常用來掘進(jìn)大斷面巷道或硐室。這種預(yù)留光面層法的特點(diǎn)是,在爆破周邊眼之前可根據(jù)爆破超前導(dǎo)硐的情況進(jìn)行參數(shù)調(diào)整或修整輪廓,以達(dá)到較好的光面爆破效果。第45頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四圖510 大斷面巷道光面爆破挖掘程序1超前導(dǎo)硐;2刷幫爆破區(qū);3光面層 第46頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,星期四在預(yù)留光面層的光面爆破中,要分兩次起爆,施工時(shí)間長(zhǎng)。如果采用火雷管起爆而通風(fēng)條件不佳,則工人接觸有毒有害氣體的時(shí)間也較長(zhǎng)。有些工程中在采用預(yù)留光面層法時(shí),由于超前導(dǎo)硐的高度不夠,以致影響裝巖機(jī)的操作。為解決上述種種問題,可改用預(yù)裂爆破。 第47頁(yè),共50頁(yè),2022年,5月20日,13點(diǎn)50分,
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