光面爆破在露天煤矿中的应用

徐俭明

摘 要：在新疆宜化露天煤矿深孔梯段爆破中，针对开挖区域岩石节理裂隙发育，完整性差及工程要求进行深孔临界光面爆破控制技术及爆破施工工艺的方法。

关键词：爆破技术；光面爆破；临界边坡

1 光面爆破成缝机理

现有的光面爆破机理主要有：应力波叠加干扰理论、爆生气体准静压力作用理论、应力波和爆生气体综合作用理论。前两种理论都存在一定的片面性，第三种理论较为科学地解释光面爆破现象，与工程实际较为吻合。

2 工程慨况

新疆宜化矿业有限公司宜化露天煤矿隶属新疆准格尔盆地吉木萨尔县城北98km，属吉木萨尔县管辖.南北长1.5km，东西宽1.0km，面积约1.5k㎡。矿区位于古尔班通古特沙漠南缘，地势平坦、开阔，为卡拉麦里西南山前戈壁荒漠地带，地表无常年水流，属大陆干旱荒漠气候。

露天矿内的赋煤地层为侏罗系西山窑组地层，其岩性主要以泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等细颗粒状的岩性为主，局部夹有中、粗砂岩及煤层。剥离物强度不均一，节理裂隙较发育，为此在保证现有反铲设备硬挖时，不能保证剥离量的同时，必须进行爆破开挖，故采用先进的控制爆破技术进行施工。

3 工程实例分析

因地表沿煤层走向已形成南北长约2.0km，沿煤层倾向东西宽约1.0km，开采垂深约120m。前期南北二个端帮都没有达到设计边界，按计划今年将完成二个端帮的到界工作，其中：到界台阶南端帮8个，北端帮7个，南端帮的服务年达到10年以上，且南北二个端帮都布置有运输系统，必须提前考虑南北二个端帮的边坡稳定。所以临近边坡爆破工作是影响边坡稳定性的最直接的因素，为达到边坡稳定的目的，我们采用光面爆破和深孔逐孔爆破技术相结合的方法，对到界边坡实施控制爆破技术。

4 控制爆破的選择

①定义：沿边坡线按照设计的边坡高度、坡度采用控制爆破技术进行边坡开挖方法，边坡控制爆破是维护边坡稳定的重要技术措施，其基本方法有光面爆破和预裂爆破。

②地质条件适应性

光面爆破和预裂爆破广泛用于坚硬和完整的岩体中，效果明显；在不均质和构造发育岩体中，采用光面爆破效果虽然不明显，但它可减轻对保留岩体破坏，减少超欠挖，有利于边坡稳定。

③爆破方法适应性

光面爆破和预裂爆破适应于孔深大于1.0的浅孔爆破，露天及地下深孔爆破。

④工程适应性

光面爆破和预裂爆破适应于铁路、公路、水利、矿山、场平等石方边坡开挖工程。

5 爆破参数

在进行光面爆破设计时，主要设计参数有：装药结构与不耦合系数、孔距、最小低抗线、装药集中度等。

宜化露天煤矿设计台阶高度为15m，钻孔直径（90mm、115mm、140mm）从爆破成本、劳动力强度及岩石破碎成度（平均度和大块标准）等方面综合考虑，最优参数选取140mm作为指导钻孔孔径。

在进行常规深孔台阶爆破后，按设计要求留行车道15—20m爆区进行到界处理，光面孔距设计开挖线1.0m—1.5m，预留1.5m保护层，爆破时适度加大光爆孔的线装药密度，在实际装药过程中，应根据不同装药结构进行处理。

利用炸药能量产生应力波的作用过程和高压气体的作用，产生的切向拉应力超过岩石的抗拉强度而使岩石破裂，最后由液压反铲挖掘机清涮掉保护层处的岩石，以形成光滑平整的坡面。

①、钻孔直径D=140mm

为达到降本增效理念和现有设备利用率，光爆孔的孔径选用140mm。

②、炮孔间距a光=2.5m

光爆孔间距的选取应考虑炮孔直径、岩石性质、地质构造等多种因素的影响，目前国内光面爆破中一般采用经验公式a光=KD或W光=k1a光计算系数。

宜化露天煤矿的岩层基本属于软岩性质，

岩石坚固系数取f=6—12。

m为炮孔密集系数，一般取m=0.6—0.8；

这里a光取2.5m；

③、最小抵抗线W光=2.0m

光面爆破的最小抵抗线是影响光面爆破效果的关键参数之一，对于软岩而言，必须保证一定的光爆层厚度才能避免主爆孔及缓冲孔对坡面的破坏。

通常情况下，W光=（1.2-1.8）a光，在软岩中主爆孔及缓冲孔对光爆层的影响较大，k—计算系数，一般取k=15—25，软岩应取大值，硬岩取小值。

k1—计算系数，一般取k1=1.5—2.0，孔径大取小值，反之取大值。

取W光=2.0m。

④、线装药密度q光

线装药密度是最重要的光面爆破参数之一，其值选取的合理与否直接关系着光面爆破效果。光爆孔在爆后是否能形成半孔，主要与岩石的极限抗压强度有关，所以对于软岩q光应适当减小。

线装药密度可由公式q光=K光·a光·W光

经计算q光=300g/m。

⑤、孔底加强药q底

为了克服光爆孔底部的夹制作用，底部必须加大药量，光爆孔越深夹制作用越强，加强药越多，设置加强药高度越高。

一般情况下，q底=（1.2—3.0）q光，这里取900g，高度为0.4m。

⑥、减弱装药段

因为光爆孔的顶部有自由面存在，药包爆炸后会应力波会在自由面处产生反射拉伸作用，孔口部位的岩石会遭到破坏，甚至形成爆破漏斗，因此在光爆孔的孔口一定范围内应设置顶部为减弱装药和填塞段，以保护孔口缓冲及爆破飞石等现象。对于减弱装药段，这里取1.0 m。

⑦、填塞段

根据工程经验，这里取2.0m。

⑧、起爆时间间隔Δt，ms

光爆孔是随主爆破孔一起构成同一爆区，光爆孔滞后于主爆破起爆，其起爆间隔时间Δt的选取是否合理直接影响爆破效果。根据以往爆破实践，一次分段延期起爆法：这里取最大毫秒延期Δt=600ms为宜。

6 施工工艺要求

①、前期测量放样

用RTK技术将设计开挖边线在实地中标示出来，并将该线的相关坐标存档，以作为爆后效果评价的依据。

②、爆破工作面的平整

因光爆孔对钻孔精度要求较高，被爆体要求平整无浮渣，目的便于钻孔角度的调整与稳定，清理浮渣也是为了控制爆破飞石等安全隐患。

③、钻孔工艺

精确钻孔是保证光面爆破质量的关键，钻孔不仅要按孔对位，并且要使炮孔都钻在一条设计开挖线上。使用CM351型钻机穿孔时应做到如下几点：

A、每台钻机应配备坡度尺，开口前应调好角度，使钻臂倾斜角度与光爆孔的设计角度一致。

B、钻孔过程中应随时关注岩层变化情况，及时发现角度偏差及时修正。

C、夜间钻孔时，现场带班人员应对钻孔质量随时检查，发现不合格炮孔及时处理。

④、装药结构

光爆孔的装药采用不耦合装药，一般每孔药量为0.1—1.5kg/m，由于孔底岩石的岩石夹制作用大，为确保光爆预裂贯通到孔底，在孔底1—2 m长度上，适当加强装药。当孔深大于10 m时，每米装药量加大3—5倍。采用导爆索网路传爆，一是将炸药装填于一定直径的硬塑料管内装药，在全管内装入一根导爆索，导爆索大于孔深1.0m；二是将药卷与导爆索绑在一起再绑在竹片上，形成药串，着光爆孔的轴线方向均匀合理布局。

7 爆破效果

从实际应用情况看，光面爆破取得了良好的爆破效果，半孔率达60%以上，边帮无明显的超欠挖现象，周边光面爆破成型质量较高，只是在部分土夹层部位半孔处有细小裂缝。

8 结 语

通过分析及工程实践应用图，可知：相邻光爆孔爆炸产生的应力波叠加致使其间的岩石破碎而形成沿炮孔型的光面，在以软岩为主，岩层裂隙较发育的到界台阶爆破，光面控制爆破避免了到界台阶边缘裂隙扩大和产生新的裂缝，维护了围岩原有的稳定性，通过剥离施工设备的配合作业，也能够获得较平整的到界边坡坡面，提高了到界边坡的稳定性。