光面爆破在岩石工程中的应用

宋 权

（大同煤矿集团地方煤炭有限责任公司 山西 大同 037003）

光面爆破就是一种能按设计轮廓线爆破岩体，使岩体爆破后壁面平整规则、断面符合设计要求并使围岩不受明显破坏的一种控制爆破技术。该技术源于瑞典，上世纪60年代，我国在吸取国外先进经验的基础上研究与推广光面爆破技术。至今，光面爆破成为控制开挖轮廓线的主要爆破方法之一。特别是光面爆破与锚喷支护相结合后，已成为井巷工程中一项重大技术改进。

1 光面爆破作用原理

光面爆破实质就是，在设计施工断面轮廓线上布置间距较小、相互平行的炮孔，控制每个炮孔的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，应用不耦合装药结构同时起爆，使炸药的爆破作用产生在炮孔连线上的贯通裂缝，并沿各炮孔的连线即井巷轮廓线，将岩石崩落下来。关于光面爆破的破岩机理主要有：

1.1 应力波叠加理论

该理论认为周边眼同时起爆时，各炮眼的压缩冲击波以柱面波的形式向其四周作径向传播，并在相邻炮眼中心连线的中点相遇，则产生应力波的叠加，在交汇处，产生拉伸力（切向拉力），当合成引力超过岩石的抗拉强度时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，沿着连心线向炮孔方向进一步扩展，最后形成平整的爆裂面。

1.2 静压力作用理论

该理论认为，由于空气间隔的缓冲作用，使作用在孔壁的冲击波波峰压力消失，然而爆轰气体产物在孔内却能较长时间地维持高压状态。在这种静压力的作用下，在炮孔连心线上产生非常大的切向拉伸应力，而且在连心线与孔壁相交处产生应力集中，形成规则爆破面。

1.3 应力波和静压力综合作用理论

综合考虑应力波和静压的作用。首先，在最先起爆的装药孔的应力波作用下，不仅在装药孔周围而且在相邻孔壁面上，沿着预裂面生成封闭裂隙。随后在已经生成裂缝的装药孔内起爆炸药，使封闭裂隙进一步扩展，沿着预裂面扩成很长的裂缝。同时，随着该药孔的爆炸，还使相邻装药孔周围形成新的裂缝。应力波产生裂隙的同时，还会产生相当大的爆炸气体压力作用于装药孔内壁，当爆炸气体作用在孔壁时，膨胀的高压气体钻入由冲击波引起的径向裂隙中将裂隙胀开，并在裂隙尖端形成切向拉伸应力。这种应力促使裂隙继续延伸，结果使得周边的各个封闭裂隙相互贯穿，最后形成一条贯穿裂隙将岩石破碎。

2 光面爆破主要影响因素及爆破参数的确定

为了实现光面爆破效果，必须合理布置工作面炮眼，合理确定爆破参数。

2.1 炮孔间距E的影响及炮眼的合理布置

从形成裂缝机理分析可知:无论炮孔同时起爆还是间隔一定时差起爆，若炮孔间距大是形不成裂缝面的。当炮孔间距小会造成极度破碎或多钻炮孔。只有E值在一定的范围内，爆炸能量既能保证裂缝贯通又能保证有足够能量推开光爆层。

井巷工程的炮眼，按其用途分为掏槽眼、辅助眼和周边眼三类，其爆破必须是顺序延期起爆，即先掏槽眼，再辅助眼，最后周边眼，以保证爆破效果。

掏槽眼的作用是将工作面一部分岩石爆破并抛出，在一个自由面的基础上再创造出一个自由面，为其他炮眼的爆破创造有利条件。辅助眼是布置在掏槽眼和周边眼之间的炮眼，它是主要大量崩落岩石和刷大断面的炮眼。其布置原则为利用掏槽眼所创造的自由面，最大限度地崩落岩石。辅助眼间距0.5～0.7m，方向基本垂直工作面，要布置的比较均匀。周边眼主要控制轮廓线，按照要求其眼口中心都应布置在设计的轮廓线上，眼底应稍向轮廓线外倾斜，一般不超过0.1～0.15m，这样为打眼创造出一定的空间，同时能够减少超挖量。 间距一般 E=0.4～0.75m 通常软岩取：0.4～0.5m；中硬岩取：0.5～0.6m；硬岩取：0.60～0.75m；完整岩石偏大值方向取值。

2.2 光爆层厚度W的影响

光爆层厚度W指光爆孔底与相邻内圈孔间根部之间的间距，当W增大时，线装药量一定时,光爆层不能断开，W减小时（小于炮孔间距E）首先形成裂缝方向发生变化，过小不易形成裂缝，爆破成锯齿状。光面层厚度W一般为W=0.5～0.85m通常软岩取：0.5～0.65m； 中硬岩取：0.55～0.75m； 硬岩取：0.70～0.85m；完整岩石偏大值方向取值。

2.3 炮孔密集系数m的影响

m（E/W）过大反应出E值升高，不易形成裂缝，m过小反应出W过大，此时光爆层不易沿两孔连线断开，容易形成欠挖现象。炮孔密集系数m=E/W=0.5～1.0通常均质、中硬及以上岩石取0.8；软岩取0.6左右取值。

2.4 炸药爆炸性能影响

a、炸药爆速影响

炸药在炮孔中爆炸时产生高温高压气体，其压力值可近似表示为：P=ΡD2/4式中：D指炸药的爆轰速度，单位m/s，ρ同前。从公式中可以看出：爆轰压力与炸药的爆轰速度的平方成正比而爆轰压力的大小直接反应出爆破对周围岩石的破坏程度。一般选用中等爆速的炸药，其爆速不应大于3000m/s。

b、威力、猛度的影响

威力指做工能力、猛度指爆炸荷载对围岩的瞬间冲击作用。由于光爆炮孔尤其是隧道拱顶以上部份炮孔受重力作用，故炸药能量的一部份用来破碎岩石而另一部份是用来破坏光爆层的厚度，这一部份能量不能太大。被保护岩面要留下半个残痕，若爆炸冲击过大尤其是破碎围岩将会出现大小的坍方或超挖以及轮廓面不圆顺等现象。

2.5 装药结构 装药结构及起爆是控制爆破作用范围、性质和方向的重要因素

①不藕合系数η影响 η=D/d式中：D指炮孔直径，d指药卷直径。

通常η=1.5～2.0效果较好，采用φ38钻头应选φ20的药卷，采用φ40钻头应选φ25的药卷。

②装药结构的影响

按药串在炮孔中的分布，装药结构可分为：（等直径药卷）连续装药、（空气）间隔装药、导爆索药串三种方式。按药卷与炮孔的藕合关系可分为：环向不藕合装药和径向不藕合装药结构两种方式。根据起爆药包所在位置不同，有正向和反向装药两种。

3 结束语

较好的光面爆破效果是保证巷道成型规整、减少周边围岩破坏的关键，所以在岩石工程中得到了广泛的应用。光面爆破爆技术性强,施工要求严格,要想达到理想的光爆效果,除选择合理的光爆参数外,还必须严格按光爆技术要求施工,才能达到最佳的爆破效果。