煤礦光面爆破

及實(shí)際應(yīng)用

一.光面爆破的特點(diǎn)及應(yīng)用

光面爆破技術(shù)約在1950年發(fā)源于瑞典，1952年在加拿大首次應(yīng)用；預(yù)裂爆破由光面爆破演變而來(lái)。從整個(gè)爆破技術(shù)來(lái)分，它們均屬于光面爆破技術(shù)。一.光面爆破的特點(diǎn)及應(yīng)用

光面爆破可以分為三大類(lèi)型：

輪廓線鉆眼法;預(yù)裂爆破;光面爆破法;

（1）

輪廓線鉆眼法

它是沿設(shè)計(jì)的巷道開(kāi)挖輪廓線鉆鑿緊密相鄰的炮眼,這些炮眼內(nèi)不裝炸藥,然后視其離自由面的遠(yuǎn)近再鉆一至若干排炮眼并裝炸藥爆破。由于密集且相鄰的炮眼存在,隔開(kāi)了其它炮眼爆炸時(shí)爆炸應(yīng)力波和裂縫的傳遞與擴(kuò)展,使巖體沿弱面切開(kāi),形成平整的巖壁保護(hù)巖體穩(wěn)定。

目前在巷道內(nèi)使用較少,僅在不夠穩(wěn)定的巖層（如軟弱巖層、斷層帶等）中及城市地下隧道、地鐵為減輕地震波震動(dòng)時(shí),才部分采用,應(yīng)用該種技術(shù)能獲得較好的光面爆破效果,但鉆眼工作量大,鉆眼費(fèi)用高。

一.光面爆破的特點(diǎn)及應(yīng)用

（2）預(yù)裂爆破法：

這種方法是在開(kāi)挖輪廓線上鉆鑿相互平行較密集的炮眼,采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥并使之先于其它爆破眼起爆,當(dāng)輪廓線上的炮眼間距、數(shù)量、裝藥結(jié)構(gòu)合適時(shí),爆破后各炮眼間將形成相互貫通的裂隙,與原巖分割開(kāi)來(lái)。此后再爆破其它炮眼,由于輪廓線上裂縫已形成,所以其它炮眼爆破時(shí)不會(huì)引起圍巖巖體破壞,而構(gòu)成光滑的平整壁面。預(yù)裂爆破可以起到較好的隔振作用,一般適用于巖體較為完整的硬巖、中深眼及深眼爆破。

一.光面爆破的特點(diǎn)及應(yīng)用

沿開(kāi)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(chēng)為光面爆破。一.光面爆破的特點(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。一.光面爆破的特點(diǎn)及應(yīng)用

一.光面爆破的特點(diǎn)及應(yīng)用

光面爆破是一種使爆破出的新壁面保持平整而不受明顯破壞的爆破技術(shù),它有以下優(yōu)點(diǎn)。1.爆破后成型規(guī)整,符合設(shè)計(jì)輪廓,爆后新壁面上留下清晰可見(jiàn)的半孔痕跡,超挖量大為減少。2.節(jié)省裝運(yùn)提、回填、支護(hù)等工程費(fèi)用;3.爆后不產(chǎn)生或很少爆震裂隙,新巖面穩(wěn)定；4.新巖壁平整,通風(fēng)阻力小,巖面上應(yīng)力集中現(xiàn)象少。

5.可提高工程進(jìn)度和工程質(zhì)量,降低成本。

6.與噴射混凝土和錨桿支護(hù)相配合,形成一套高效、快速、安全的施工工藝。一.光面爆破的特點(diǎn)及應(yīng)用主要缺點(diǎn)為：

1

炮眼數(shù)較一般爆破法要多一些，鉆眼的準(zhǔn)確性要求較高,鉆爆作業(yè)的單項(xiàng)工序時(shí)間要多一些。

2

需要一些特殊器材,如專(zhuān)用炸藥、毫秒雷管、導(dǎo)爆索（傳爆線）等。

一.光面爆破的特點(diǎn)及應(yīng)用光面爆破的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為：

（1）眼痕率,硬巖不應(yīng)小于80%,中硬巖不應(yīng)小于60%。（2）軟巖中的巷道,周邊成形應(yīng)符合設(shè)計(jì)輪廓，一般要求＞55%

。（3）兩炮銜接臺(tái)階尺寸,眼深小于3m時(shí),不得大于150mm,眼深為5m時(shí),不得大于250mm。（4）巖面不應(yīng)有爆震裂縫。（5）巷道周邊不應(yīng)欠挖,平均線性欠挖值應(yīng)小于200mm。一.光面爆破的特點(diǎn)及應(yīng)用二.光面爆破的作用機(jī)理

1爆炸應(yīng)力波的導(dǎo)向作用（1）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；（2）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；光面爆破斷裂面的形成a.炮孔及裝藥；b.初始裂紋；c.斷裂面形成二.光面爆破的作用機(jī)理

1、爆炸應(yīng)力波的導(dǎo)向作用

(3)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；(4)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。二.光面爆破的作用機(jī)理

2、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。三、光面爆破設(shè)計(jì)1、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、起爆時(shí)差。三、光面爆破設(shè)計(jì)（1）最小抵抗線w最小抵抗線是指周邊炮孔與最外層主爆孔之間的一圈巖石層。一般為正常深孔爆破最小抵抗線的0.6～0.8,可取w＝（10～20）d；式中：d—鉆孔直徑，m；如果最小抵抗線過(guò)大,光爆層將不能很好地破碎下來(lái),甚至產(chǎn)生大塊或留底根；如果最小抵抗線過(guò)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。三、光面爆破設(shè)計(jì)（1）最小抵抗線w最小抵抗線是指周邊炮孔與最外層主爆孔之間的一圈巖石層（也叫光爆層厚度）。一般為正常深孔爆破最小抵抗線的0.6～0.8,可取w=（10～20）d；式中：d—鉆孔直徑，m；如果最小抵抗線過(guò)大,光爆層將不能很好地破碎下來(lái),，甚至產(chǎn)生大塊或留底根；如果最小抵抗線過(guò)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。三、光面爆破設(shè)計(jì)（1）最小抵抗線w最小抵抗線還與巷道開(kāi)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。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。三、光面爆破設(shè)計(jì)（1）最小抵抗線w把最小抵抗線層巖石看作類(lèi)似露天臺(tái)階爆破,可以采用以下經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定最小抵抗線式中W—最小抵抗線厚度；

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。三、光面爆破設(shè)計(jì)（2）孔距a(炮孔密集系數(shù))

最小抵抗線w與周邊孔的間距a有著密切的關(guān)系,可用兩者的比值K＝a/W來(lái)表示,K稱(chēng)為周邊孔（光爆孔）的密集系數(shù)。K值過(guò)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K值過(guò)小時(shí),則會(huì)在新壁面造成凹坑,可能出現(xiàn)超挖。

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。三、光面爆破設(shè)計(jì)（2）孔距a(炮孔密集系數(shù))

實(shí)踐表明，當(dāng)a=（0.6～0.8）w爆破后的光面效果較好，硬巖中取大值，軟巖中取小值。圖5—2普通爆破和光面爆破的效果(a)普通爆破(b)光面爆破（2）孔距

光爆孔的間距它與炮孔直徑、巖性和裝藥量等參數(shù)有關(guān)?？拙噙^(guò)大,難以爆出平整光面;孔距過(guò)小會(huì)增加鑿巖費(fèi)用。通常,合理的孔距也可按炮孔直徑選取。S=（10~20）d2S—孔距,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。（3）不耦合裝藥系數(shù)不耦合系數(shù)K′,是指炮孔直徑與藥包直徑之比。因而不耦合系數(shù)K′＝d2/d1＞1。d2為炮孔直徑d1為藥卷直徑不耦合系數(shù)K′的取值一般介于1.1～3.0之間,采用最多的是不耦合系數(shù)K′=1.5～2.5用得較多。1.導(dǎo)爆索；2.堵塞段；3.中間裝藥；4.底部增強(qiáng)裝藥三、光面爆破設(shè)計(jì)三、光面爆破設(shè)計(jì)

（4）裝藥量a．單孔裝藥量可按照體積公式計(jì)算：

Q=q·a·w·L

式中w—最小抵抗線，m；

a—孔距，m；

L—孔深，m；

q—單位體積巖石炸藥消耗量，（礦井確定的q=0.15～0.25kg/m3,硬巖取大值,軟巖取小值）。三、光面爆破設(shè)計(jì)

（4）裝藥量b．線裝藥密度線裝藥密度又叫裝藥集中度,它是指單位長(zhǎng)度炮眼中裝藥量的多少（g/m）。為了控制裂隙的發(fā)育,以保持新壁面的完整穩(wěn)固,在保證沿炮孔連心線破裂的前提下,應(yīng)盡可能少裝藥。在不耦合系數(shù)為1.1～3時(shí),按照經(jīng)驗(yàn),一般線裝藥密度為：軟巖：70g/m-120g/m,中硬巖；100g/m-150g/m,硬巖：150g/m-250g/m。Δ——炸藥密度，kg/m3d1——藥卷直徑，m；

q0——線裝藥密度，kg/m。采用不連續(xù)裝藥時(shí)可用下式計(jì)算1.導(dǎo)爆索；2.堵塞段；3.中間裝藥；4.底部增強(qiáng)裝藥采用環(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1.導(dǎo)爆索；2.堵塞段；3.中間裝藥；4.底部增強(qiáng)裝藥（5）起爆間隔時(shí)間起爆時(shí)差越短則壁面平整效果越有保證（a）不同段秒差延期起爆；（b）齊發(fā)爆破；（c）微差起爆

實(shí)踐表明：齊發(fā)最佳、微妙延期次之、妙延期最差圖5—6起爆時(shí)間對(duì)光面爆破效果的影響四、光面爆破的施工方法精確鑿巖、孔稍外傾（3～5°10～15cm)、兩種方案：全斷面一次掘進(jìn)；分次掘進(jìn)（留光爆層）1、預(yù)留光爆層施工法：2、全斷面一次掘進(jìn)3.光面爆破施工工藝

光面爆破的施工流程分鉆孔、裝藥和填塞炮泥、起爆網(wǎng)路聯(lián)結(jié)三部分。(1)鉆孔施工鉆孔施工是光面爆破最重要的一環(huán),尤其是鉆孔精度,它直接影響到光面爆破的成敗。為了確保鉆孔精度,應(yīng)嚴(yán)格做好巷道周邊的測(cè)量放線,建好鉆機(jī)平臺(tái),按照“對(duì)位準(zhǔn)、方向正、角度精”三要點(diǎn)安裝架設(shè)鉆機(jī)；挑選技術(shù)水平較高、熟悉鉆機(jī)性能的鉆機(jī)司機(jī),以保證鉆孔的準(zhǔn)確性。3.光面爆破施工工藝

(2)裝藥與填塞炮泥光面爆破采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。由于目前小直徑炸藥規(guī)格品種少,現(xiàn)在多數(shù)采用間隔裝藥,即按照設(shè)計(jì)的裝藥量和各段的藥量分配,將藥卷捆綁在導(dǎo)爆索上,形成一個(gè)斷續(xù)的炸藥串,為方便裝藥和將藥串大致固定在鉆孔中央,一般將藥串綁在竹片上。裝藥時(shí)竹片一側(cè)應(yīng)置于靠保留區(qū)一側(cè)。裝藥后孔口的不裝藥段應(yīng)先用沙等松散材料,然后再填塞粘土炮泥。3.光面爆破施工工藝

藥串的制作方法：一般是按照炮孔深度,先準(zhǔn)備一根稍長(zhǎng)于孔深的竹片,然后把細(xì)藥卷按照每米的裝藥量、間隔一定距離與起爆的導(dǎo)爆索一起用綁線纏緊在竹片上。為了克服炮孔底部的阻力,在眼底部線裝藥密度應(yīng)比設(shè)計(jì)值大1～4倍;而在接近孔口的區(qū)段,線裝藥密度應(yīng)比設(shè)計(jì)值小1/2～1/3。另一種制作方法是按照設(shè)計(jì)的線裝藥密度,選取一定內(nèi)徑的礦用塑料管,將起爆的導(dǎo)爆索先插入塑料管中固定,然后采用連續(xù)裝藥或間隔裝藥結(jié)構(gòu)方式,其孔底與孔口的裝藥密度按上述方法控制。4.質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施中的一些問(wèn)題

鉆孔精度是保證壁面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵,為此,要求光面爆破的鉆孔精度為：光面孔應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙鉆鑿在一個(gè)布孔面上,鉆孔偏斜誤差不超過(guò)1°；孔口坐標(biāo)誤差為±10cm；鉆孔底部偏差不大于15cm；孔深為±0.05m。4.質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施中的一些問(wèn)題影響光爆效果的主要因素（1）地質(zhì)因素光爆區(qū)巖石的種類(lèi)、硬度、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、節(jié)理裂隙發(fā)育情況、層理及其走向,以及不良地質(zhì)現(xiàn)象（如斷層、夾層、褶皺、溶洞等）,都會(huì)直接影響光面爆破的效果。一般情況,中硬以上巖石（f＞8）,若其整體性好、節(jié)理裂隙不發(fā)育、其光爆效果好;若巖石的整體性差、節(jié)理裂隙發(fā)育、層理多且其走向與設(shè)計(jì)邊坡走向不一致,其光爆效果較差。

4.質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施中的一些問(wèn)題影響光爆效果的主要因素（2）爆破參數(shù)在地質(zhì)條件確定的情況下,爆破參數(shù)選擇的合理與否是影響光爆效果的關(guān)鍵因素。如炮孔間距和抵抗線過(guò)大,爆破后周邊的平整度就差,超欠挖也較大；線裝藥密度過(guò)大,易造成巷邊巖石破壞較嚴(yán)重,影響圍巖的穩(wěn)定,且超挖嚴(yán)重,眼痕率低；線裝藥密度過(guò)小,則達(dá)不到光爆的效果,欠挖嚴(yán)重,需進(jìn)行二次刷坡,造成更大的浪費(fèi)。4.質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)施中的一些問(wèn)題影響光爆效果的主要因素（3）裝藥結(jié)構(gòu)光爆孔有連續(xù)裝藥和間隔裝藥兩種不偶合結(jié)構(gòu)。在