光面與預(yù)裂爆破爆破

7.

光面與預(yù)裂爆破7.1光面爆破7.2預(yù)裂爆破7.3定向斷裂爆破新技術(shù)

7.1光面爆破

瑞典從20世紀(jì)50年代開始，率先研究一種能按設(shè)計(jì)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(shù)，即光面爆破技術(shù)。美國(guó)、加拿大等國(guó)也相繼進(jìn)行了研究。我國(guó)自1970年以來(lái)，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)。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(shí)船閘爆破與開挖某經(jīng)過(guò)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(jìn)建設(shè)中的應(yīng)用光面、預(yù)裂爆破的特點(diǎn)及應(yīng)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(yù)裂縫，以減弱主爆區(qū)爆破時(shí)對(duì)保留巖體的破壞并形成平整輪廓面的爆破作業(yè)，稱為預(yù)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(yù)裂爆破的特點(diǎn)及應(yīng)用

預(yù)裂爆破與光面爆破之間的主要差別表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

第一，預(yù)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(yù)裂爆破是在一個(gè)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(gè)自由面條件下爆破，受夾制作用小。光面、預(yù)裂爆破的作用機(jī)理主要：爆炸應(yīng)力波的導(dǎo)向作用和爆生氣體的擴(kuò)縫作用爆炸應(yīng)力波的導(dǎo)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(yīng)力波只能對(duì)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(shí)起爆，各孔傳來(lái)的應(yīng)力波便在孔心線上某處疊加，使巖體原有裂隙擴(kuò)展或微觀缺陷形成裂紋，這對(duì)在孔連心線方向上成縫是有利的；

光面、預(yù)裂爆破的作用機(jī)理爆炸應(yīng)力波的導(dǎo)向作用如果相鄰孔不能同時(shí)起爆，雖然應(yīng)力波的疊加作用將不存在，但先起爆孔產(chǎn)生的應(yīng)力波傳播至鄰孔時(shí)，將會(huì)使鄰孔產(chǎn)生應(yīng)力集中，使得孔壁與孔連心線兩交點(diǎn)處的環(huán)向拉應(yīng)力達(dá)到最大值。因此，易在此兩點(diǎn)形成初始裂縫；相鄰孔起著反射波陣源的作用，當(dāng)應(yīng)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(shí)，自然也容易使孔連心線方向上的初始徑向裂縫最先擴(kuò)展，形成初始長(zhǎng)裂縫。光面、預(yù)裂爆破的作用機(jī)理爆生氣體的擴(kuò)縫作用孔內(nèi)爆生氣體因膨脹將會(huì)擠入孔壁的初始徑向裂縫，起著所謂“氣刃效應(yīng)”，使長(zhǎng)短不一的初始裂縫得到不同程度的擴(kuò)展。應(yīng)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(zhǎng)得多，初始裂縫的擴(kuò)展最初受到動(dòng)能作用而高速擴(kuò)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(kuò)展的長(zhǎng)度是有限的。但如果將兩相鄰孔的間距控制在裂縫所能擴(kuò)展的長(zhǎng)度范圍內(nèi)時(shí)，裂縫就會(huì)相互貫通。一、光面爆破及特點(diǎn)

適用于斷面周邊一層巖石，爆后斷面符合設(shè)計(jì)要求、圍巖形狀規(guī)整。表面光滑、損傷小、保持穩(wěn)定。特點(diǎn)：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(qiáng)，減少支護(hù)及用材；

掘進(jìn)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(shí)質(zhì)——是在斷面設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，選用低密度、低爆速（威力）炸藥并同時(shí)起爆，沿炮孔連線將巖石切斷崩落。2、原理

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

2）應(yīng)力波與爆生氣體共同作用原理——實(shí)際爆破時(shí)，兩孔難以保證同時(shí)，故連線上應(yīng)力波疊加難以實(shí)現(xiàn)。因此，認(rèn)為貫穿裂縫的形成，是基于各裝藥爆炸所激起的應(yīng)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(kuò)展，最終貫通。圖光面爆破時(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(guò)大，否則爆破后不能形成光滑的巖壁，達(dá)不到光面爆破的目的。因此對(duì)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(guān)的關(guān)系式計(jì)算，即，W=（7～20）d?；騑=(1.5~2.0)a

3、鉆孔直徑D

深孔爆破時(shí)，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(tái)階高度H

與主爆區(qū)臺(tái)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(jiān)硬完整者取大值，反之取小值。圖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

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(yīng)取小值，整體性好的巖石可取大值。

7、起爆時(shí)差

周邊眼最好同時(shí)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(shí)差越短則壁面平整效果越有保證。圖起爆時(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

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(zhǎng)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(yīng)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(jì)算。

光爆眼應(yīng)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(hào)巖石銨銻炸藥；2、預(yù)裂爆破時(shí)周邊眼間距要減少15～30%，每米裝藥量則應(yīng)增加15～30%；3、預(yù)留光爆層時(shí)周邊眼抵抗線可增大15～30%。4、用延期雷管起爆時(shí)，周邊眼間距要適當(dāng)減小，裝藥量要增大。四、施工要點(diǎn)

1、鉆孔質(zhì)量

做到“準(zhǔn)、平、齊”

2、裝藥結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)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(yù)留光爆層在主體爆破后起爆。所謂預(yù)裂爆破，就是沿露天礦設(shè)計(jì)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(yù)裂縫。由于有這條預(yù)裂縫將采掘帶和邊坡分隔開來(lái)，因而后續(xù)采掘帶爆破的地震波在預(yù)裂帶被吸收并產(chǎn)生較強(qiáng)的反射，使得透過(guò)它的地震波強(qiáng)度大為減弱，從而降低地震效應(yīng)，減少對(duì)邊坡巖體的破壞，提高邊坡坡面的平整度，保護(hù)邊坡的穩(wěn)定性。預(yù)裂爆破與普通生產(chǎn)爆破相比，減震效果一般可達(dá)4％～60％。工程經(jīng)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，由于預(yù)裂縫的作用，爆破震動(dòng)可減少50％～82％，破壞范圍可縮小40％，預(yù)裂面的不平整度為±20cm，孔壁的保留程度為：堅(jiān)硬巖石大于80％，軟巖大于50％。7.2預(yù)裂爆破一、預(yù)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(yù)裂爆破與光面爆破很相似，它是在光面爆破的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)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(jìn)行爆破，它有最小抵抗線。而預(yù)裂爆破是在預(yù)裂眼前面的巖石都沒(méi)有爆的情況下所進(jìn)行的爆破

二、預(yù)裂爆破的優(yōu)點(diǎn)

預(yù)裂爆破首先形成裂隙后，前面的炮孔再爆破時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力波遇到裂縫就會(huì)發(fā)生反射，從而減弱了對(duì)所要保護(hù)的邊坡的沖擊破壞。三、預(yù)裂爆破參數(shù)

1．炮孔直徑，一般采用潛孔鉆機(jī)，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?jí)毫?，保護(hù)孔壁及防止其周圍巖石出現(xiàn)過(guò)分粉碎；同時(shí)還可以延緩爆破作用時(shí)間，有利于預(yù)裂縫的擴(kuò)展。不偶合系數(shù)的大小，主要與巖石性質(zhì)有關(guān)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外資料，一般以2~5為宜。3.線裝藥密度—單位炮孔長(zhǎng)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(yán)重，其線裝藥密度應(yīng)根據(jù)巖性不同，適當(dāng)增大裝藥量，一般增大1～2倍。也可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法確定巖石性質(zhì)炮孔直徑/mm孔間距/m單位長(zhǎng)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(jiān)石900.8~0.9250~4001000.8~1.0300~450

堅(jiān)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(yù)裂孔孔距經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：α－預(yù)裂孔孔距，cm；

D－鉆孔直徑，cm；

K－不偶合系數(shù)。

5．預(yù)裂爆破的臺(tái)階高度H。以為宜。當(dāng)挖深大于15m時(shí)，宜采用分層爆破。層間應(yīng)設(shè)平臺(tái)，平臺(tái)寬度1.5~2.0m。6.預(yù)裂孔深。既要考慮不留根底，又要考慮不破壞巖石的整體結(jié)構(gòu)。7.起爆時(shí)差預(yù)裂爆破應(yīng)先于主藥包起爆，其時(shí)間差要保證人造斷層的形成，一般應(yīng)大于50ms，在保證主藥包網(wǎng)路安全準(zhǔn)爆的前提下，其間隔時(shí)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(yù)裂炮孔與前排藥包位置的關(guān)系預(yù)裂爆破炮孔與前排藥包之間的水平距離W后，是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。W后過(guò)大，造成預(yù)裂孔前方巖石破碎效果差，影響后期施工；W后太小，預(yù)裂面易遭受主藥包爆破時(shí)的損壞，影響邊坡質(zhì)量。對(duì)于主藥包為條形峒室藥包，一些工程提出的經(jīng)驗(yàn)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(yù)裂炮孔與前排藥包位置的關(guān)系對(duì)于主藥包為深孔爆破，其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

主炮孔藥包直徑主炮孔單段起爆藥量預(yù)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(shù)

為了獲得較整齊的預(yù)裂壁面，必須確保鉆孔精度。國(guó)內(nèi)外預(yù)裂爆破實(shí)踐表明，孔底的鉆孔偏差不應(yīng)超過(guò)15～20cm。對(duì)沿預(yù)裂面方向的偏差可以放寬一些，但對(duì)垂直預(yù)裂面方向的偏差要嚴(yán)格控制，只有這樣，才能保證壁面平整。預(yù)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(hù)，應(yīng)適當(dāng)減小孔深。此外，為了防止采掘爆破的地震波從預(yù)裂線端部繞過(guò)去，預(yù)裂縫端部應(yīng)比采區(qū)伸長(zhǎng)(60～100)D，即為孔徑的60～