光面、预裂爆破参数选择与质量措施研究.pdf

收稿日期 文章编号 （ ） 光面、 预裂爆破参数选择与质量措施研究 阳天海龙源顾文彬夏卫国 （工程兵工程学院南京市 ） 摘要爆破参数的选择直接影响着爆破效果， 是光面、 预裂爆破工程设计的重要内容。本文结合工 程实践， 给出光面、 预裂爆破的参数计算公式和一些参考值， 并对确保光面、 预裂爆破质量的技术措 施进行了归纳总结。 关键词光面爆破；预裂爆破；爆破效果 中图分类号 文献标识码 （ ） “ “ “ “ ’ “ “ ， “ “ “ * “ ； ； 引言 光面爆破这门应用技术， 是 年代在国外兴起。, 年代中期到 年代初期在我国开始 全面推广应用， 不仅取得了巨大的经济效益和其它综合效益， 而且对于边坡、 围岩的稳定也有 着重要的作用。预裂爆破由光面爆破演变而来， 是光面爆破的一种， 也有称作预裂光面爆破。 两者的主要差别在于 光面爆破的主爆破炮眼先于控制开挖轮廓面的光面炮眼起爆， 而预裂爆 破的主爆破炮眼在控制开挖轮廓面的预裂炮眼之后起爆。光面、 预裂爆破的应用， 是隧道及地 下、 地面岩石工程爆破掘进和开挖史上的一次重大革新。光面预裂爆破的效果如何， 很大程度 上取决于工程中爆破参数选择和爆破控制技术。 第 卷第期 年月 爆破 - . / 0 1 2 万方数据 爆破参数的选择 爆破参数的选择直接影响着爆破效果， 是光面、 预裂爆破工程设计的重要内容。其原则 是 利用一切有利于提高光面爆破质量的因素， 努力提高爆破质量。光面及预裂爆破参数设计 计算有公式计算法、 直接试验法、 经验类比法和模型试验法等。本文结合工程实践经验和有关 文献给出各种爆破参数的计算公式和一些参考值。 炮眼直径 炮眼直径的确定直接关系到施工的效率和成本， 应综合考虑岩石特性、 现场机械设备情况 及工程具体要求进行选择。 一般情况下， 主要应依据爆破的现场和钻工机具确定。如在地下小断面的巷道实施光面 预裂爆破时， 孔径取 ； 而在露天情况下实施光面及预裂爆破时， 孔径则可取大些。 炮眼间距 光面、 预裂爆破的实质是使炮眼之间产生贯通裂隙， 以形成平整的断裂面。因此， 炮眼间 距对形成贯通裂隙有着非常重要的作用。炮眼间距的大小主要取决于炸药的性质、 不耦合系 数和岩石的物理力学性质。 （）对光面爆破有 （） （） 式中， （） 为每个炮眼产生的裂缝长度，为岩石的抗拉强度，为炮眼直径， 为爆生气体充满炮眼时的静压，为孔壁压力，为切向应力与径向应力比例系数， 波松比。 （）对预裂爆破， 有 （） （） 为孔壁压力， 是岩石动载抗拉强度。 另外， 瑞典兰格弗斯 （ ） 给出了如下公式 （ ） （ ） ， （） 和 （ ） （ ） 。 （） 最小抵抗线 对光面爆破， 最小抵抗线也即光面厚度。由经验公式有 ／ （） 式中是爆破系数， 相当于炸药单耗值， 为炮孔深度； 为单孔药量。 最小抵抗线还应根据岩石性质及地质条件加以调整。经验表明， 岩石坚韧、 可爆性差 时， 最小抵抗线可小些； 岩石松软、 易破碎时， 可取大些。 第 卷第期阳天海等光面、 预裂爆破参数选择与质量措施研究 万方数据 最小抵抗线也可通过炮眼密集系数来确定。光面爆破中的炮眼密集系数是指孔距 与最小抵抗线的比值， 即 ／ （） 一般取 。徐颖等 ［］ 研究认为 的优化值在 之间， 合理取值是 。根据我们的工程实验经验， 当岩石性质、 地质构造和开挖跨度等条件发生变化时， 也应作相应的调整。因此， 最终选取的值应通过现场的爆破试验确定。 对于预裂爆破， 则以间距系数 （孔径与孔距之比） 表示炮眼的密集度。当孔径在 以 下时， 则间距系数在 之间按不同岩性选取， 若孔径大于 ， 则间距系数取 。 不偶合系数 不偶合系数是指孔径与药径之比， 它反映药包与孔壁的接触情况， 现已有研究不少。 当药包全部填满药孔整个断面时， 不耦合系数就达到最小值。这时装药起爆后， 能量可 直接传入岩壁， 避免了传播过程中的损耗。随着不耦合系数的增大， 药孔周壁上的切向最大应 力急剧下降， 作用时间延长， 使得爆炸能以应力波形式传播能量的部分减少， 而以准静态压力 形式传播能量的部分增多。在岩石中就有利于形成应力叠加、 应力集中以及拉伸裂隙， 而不易 产生粉碎。 一般情况下， 光面爆破采用的不偶合系数是 。当不耦合系数增大到一定值 时， 可使作用于孔壁的压应力等于或小于岩石的极限抗压强度， 不使孔壁发生破坏的条件。由 于岩石的极限抗拉强度一般仅为岩石级限抗压强度的／ ／ ， 因此， 孔壁周围以外的岩 石很容易受拉而破坏。 预裂爆破中预裂孔只是要求形成预裂缝， 而不是大量崩落岩石， 因此不宜采用太大的孔径 和装药直径。根据试验及经验数据， 不偶合系数一般取 ， 坚硬岩石因抗压强度高， 可采 用较小的不耦合系数； 而松软岩石则应取较大的不耦合系数。 每米深炮眼装药量 对光面爆破， 有 （） 式中是炮眼口堵塞系数， 一般取 ； 是与岩石性质有关的介质系数， 软岩为 ， 中硬岩 ， 硬岩 ，是炮眼密集系数；依炮眼密度定的系数， 一般为 ， 每加深增加 ；为最小抵抗线。 对预裂爆破， 有 （） 式中是岩石系数， 坚硬岩石为 ， 中等强度岩石为 ， 软岩为 。其他 同前。 上述药量计算公式具有形式简单、 方便计算的特点。公式经工程实践应用， 证明是基本可 行的， 但考虑到各个工程的实际情况， 建议以此公式计算药量为参考数， 在现场做局部试验， 根 据试验情况再进行适当调整， 最终确定符合工程实际情况的药量值。 爆破 年月 万方数据 确保光面、 预裂爆破质量的技术措施 爆破裂缝的控制 光面、 预裂爆破的关键技术就是控制爆破裂缝的方向， 使其只沿着某一要求的特定方向， 其它方向不产生或少产生裂缝。因此， 除了对爆破参数进行优化选取外， 主要通过以下措施保 证 （）改变炮孔的性状 改变炮孔性状常用的方法是孔壁切槽、 设导向孔、 异形炮孔等。这类方法的实质是人为地 改变炮孔的形状或孔间的相关关系， 从而改变圆形炮孔的均匀受力状态， 按所要求劈裂面的方 向产生应力集中， 避免裂缝方向的随机化。孔壁切槽包括机械切槽、 水射流切槽、 聚能药柱切 槽。工程实践表明， 机械切槽和聚能药柱切槽确实可以控制裂缝的始裂位置和扩展方向， 并可 能采用更宽的孔距和较少的装药量。 （）改变药包的性状 压铸药柱、 聚能药包、 带缺口药包、 扁平药包等属于此类。这类方法的实质是改变常用的 圆形药包爆炸产物均匀在作用于炮孔壁的受力状况， 使其最大的压力作用于所要求的劈裂面 的方向。 （）改变装药结构 切缝套管、 挤压钢棒、 水压聚能及半圆套管中以改变装药结构。其实质是利用装药结构使 爆生气体的最大压力作用于所要求劈裂面的方向。 合理利用结构面 工程实践表明， 光面和预裂爆破除应充分考虑参数优化、 合理的药量外， 还必须根据岩体 的不同地质条件， 考虑合理利用结构面或根据结构面改变爆破工艺。 （）利用结构弱面 根据结构面的方向， 控制钻孔与结构面的夹角， 调整孔间距， 可获得较理想的预裂缝； 当预 裂孔与结构面一致时， 可将预裂孔沿结构面布置。这样只需少量的炸药， 即可获得理想的预裂 缝。一些断层、 节理对爆炸应力波的衰减影响较大， 可以起到类似预裂缝的作用， 爆破时可以 加以合理利用。 （）根据结构面改变爆破工艺 根据弱面的位置， 对炸药进行分散化、 微量化处理， 同时改变装药方式， 在炮孔穿过的断 层、 裂隙处， 局部间隔装药， 以减少爆破对弱面的过度破坏及爆生气体的逸散现象。 结语 （）影响爆破效果的因素非常多， 如工程地质、 爆破参数选择， 施工工艺等。要想取得理 想的爆破效果， 必须充分考虑各种影响因素， 根据工程地质条件选择合理的参数和施工工艺。 （）合理的爆破参数是爆破成功的重要因素。对不同的岩石、 不同的地质构造应认真分 析， 选取不同的爆破参数。 （）精心的施工是爆破成功的又一重要因素。减小炮孔定位误差和钻孔角度误差， 按设 计的装药结构装药， 保证不耦合系数， 都有利于达到理想的爆破效果。（下转第 页） 第 卷第期阳天海等光面、 预裂爆破参数选择与质量措施研究 万方数据 爆破效果 每个作业面两天起爆一次， 每次起爆后， 岩石凸起向前抛洒 左右， 保证了周围居 民及房屋安全。 施工中注意的几个问题 （ ）钻孔 施钻前， 要按照设计的技术要求进行布孔， 钻孔时如果遇到岩土夹层时， 可用少 量炸药（ ） ， 点火管起爆， 将泥层扩开， 继续钻孔。如果泥层过厚， 应在附近重新补孔。 （ ）装药 特别是隔夜炮孔或雨后炮孔潮湿的情况下， 先用炮杆插入炮孔中， 将散药随装 随时抽动， 使散药落入药壶底， 并适当捣实。如果出现药阻塞炮孔时， 应把风钻钻杆放到阻塞 处而后吹风将药吹出， 但切注意不得用风钻转动打阻塞孔。若个别药壶出现壶小， 按设计药量 装不完有剩余药时， 应将余药量平均分配给周围的炮孔中， 也可达到理想的效果。 （ ）设置电雷管 为了保证电雷管准确的放入药壶炸药中， 避免雷管放置不到位与炸药分 离产生拒爆现象， 我们采用细芦苇植入法， 即将电雷管用脚线固定在细芦苇杆的一端头（ 粗 头） ， 细头朝上， 把带雷管的一端插入装药中， 如果炮孔深时， 一个芦苇杆不够长， 可再用一根芦 苇， 将其粗头直接插入前个苇杆的细头中即可继续。 （ ）填塞 孔深 时， 用带有湿度的细沙土填塞， 边填边用竹杆捣实； 当炮孔 时， 可用干沙土填塞； 若出现炮孔填不满时， 炮孔下部可能出现较大裂缝， 应把纸用手捏成与孔径 大小相同的纸团， 用炮杆把纸团送到壶颈处， 而后用沙土填满。 参考文献 中国力学学会工程爆破专业委员会爆破工程［］ 北京 冶金工业出版社， 王鸿渠多边界石方爆破工程［］ 北京 人民交通出版社， 公路石方综合爆破方法 编写组公路石方综合爆破方法［］ 北京 人民交通出版社， （ 上接第 页） 参考文献 张志呈爆破基础理论与设计施工技术［］ 重庆 重庆大学出版社， 徐颖， 方江华光面爆破合理炮孔密集系数的研究［ ］工程爆破 （） 高金石， 张奇爆破理论和爆破优化［］ 西安 西安地图出版社， 林学圣土石爆破［］ 南京 工程兵工程学院， 孙学军， 刘宏刚复杂环境下高梯段深孔光面爆破技术［ ］工程爆破 ，（） 房泽法译光面控制断裂技术的现场试验（ 二）工程爆破论文选编［］武汉 中国地质 大学出版社， 王文龙钻眼爆破［］ 北京 煤炭工业出版社， 凌伟明光面爆破破裂机理的研究工程爆破 （ 第四集） ［］ 北京 冶金工业出版社， 第 卷第期刘进等药壶 台阶控制爆破实践 万方数据