1 光面爆破中不偶合作用分析 已经打印
隧道光面爆破不耦合系数优化研究
隧道光面爆破不耦合系数优化研究孙晓飞陆吉江（中交路桥华南工程有限公司，广东中山528403）重阳2号隧道位于安徽省池州市石台县境内。
全长2678米，隧道主要穿越黏土、全-强~中风化花岗岩、中风化砂岩、碳质页岩、页岩、灰岩等地层，隧道多处发育断层破碎带。
洞身中部最大埋深约650m,地应力极高。
区段1-7（K31+414~K34+050，ZK31+397~ZK34+030）岩性均为花岗岩，但风化程度随着掘进深度变弱，区段8-12岩性均为沉积岩石灰岩、泥岩及砂岩，两段之间有大型断层存在。
重阳2号隧道的地质特点是围岩岩性变化较大，裂隙较为发育，围岩的整体稳定性较差。
因此为了减少隧道超挖及围岩的爆破损伤，拟采用光面爆破[1，2]。
本文结合有限元数值模拟软件，通过对周边孔爆破参数进行优化，最大程度地降低周边孔爆破荷载对保留岩体造成的损伤和破碎，减低爆破粉尘，使隧道钻爆法施工更加高效、安全和经济，并为类似工程提供参考和理论基础。
崔年生，王和平，朱必勇等[3-8]通过数值模拟的方法，以岩石单元应力值峰值大小作为判据，来确定最佳不耦合系数，然而此过程中并没有考虑爆生气体的作用；彭张林，林英松等[9-11]通过计算炮孔尖端应力强度因子，施加一定爆破荷载的方法，研究爆生气体对岩体的破坏，通过施加荷载的方法则无法体现实际的爆轰过程；孙可明，黄晓实等[12-14]模拟验证了CO 2爆破中气体的作用过程；陈庆凯等[15-17]对预裂成缝机理做了理论和模拟研究；俞海玲[18]模拟了高压气体对钻孔围岩的预裂作用，以及在煤体有无初始裂隙条件下，高压气体对裂隙扩展的影响。
本文基于数值模拟技术，对应力波和爆生气体的作用机理进行验证和不同不耦合装药系数模拟工况进行了模拟分析，确定了最佳预裂爆破参数，为实际工程中预裂爆破的参数优化提供了依据和途径。
1材料本构模型及参数选择1.1岩石物理力学参数根据凤凰山石灰岩矿区地质资料来确定了相应的参数。
不耦合系数
不耦合装药
是指药包表面与炮眼孔壁之间保留一定间隙的装药方式。
间隙是一般为空气，也可填入矿粉、石粉或水等。
不耦合装药是实现光面爆破的主要措施之一。
为了从理论上分析不耦合装药的作用,本文对不耦合值等于1和不耦合值等于1.5两种情况进行了理论计算。
计算结果表明,不耦合装药能有效地降低爆生气体的逃逸速度,能大幅度地降低爆炸作用在炮孔壁上的初压和最高压,降低压力的衰减速度,使压力曲线变得平缓。
也就是降低了炸药爆炸的冲击作用。
相应地提高了静压作用的比例。
不耦合装药的这些效果对光面爆破十分有利。
所以,作者认为应大力推行不耦合装药。
不耦合系数
不耦合系数：爆破术语
在控制爆破中是一个很重要的参数。
主要用于预裂爆破与光面爆破。
定义：炮孔直径与药包直径之比.
用途：保护爆破的完整度，以防龟裂与减少裂隙，保持岩体稳定性。
用在预裂孔或周边眼内。
一般取值范围为1.0~2.0，在孔距较小情况下一般取大值。
在岩石抗压强度较大时，一般取小值。
井巷光面爆破主要参数及效果分析
井巷光面爆破主要参数及效果分析在井巷工程开挖过程中,为了保持巷道围岩的稳定,减少支护作业工程量,加快施工进度,常采用光面爆破。
实际爆破设计与施工中未考虑爆破对岩石的损伤,使岩石的力学参数发生变化,出现超挖或产生大量的爆震裂隙。
为控制开挖质量,减少爆震裂隙,并把爆破对围岩的损伤控制在最小范围,探讨了光面爆破主要参数与爆破效果的关系。
一、光面爆破技术光面爆破技术,通过科学设计爆破参数、合理布置炮孔位置、有效控制炮眼装药量(选用低密质和)、低爆速炸药采用不耦合装药的基础上,合理地利用炸药能量,使爆破后留下的巷道轮廓较为平滑,通常可在新的巷道壁面上残留清晰可见的钻孔壁痕迹。
光面爆破能降低爆破对围岩的损伤,使巷道产生很少的爆震裂隙,保持巷道围岩的强度和完整性,使巷道成型规整,尺寸符合设计要求,减少超挖或欠控,达到优质安全的目的。
光面爆破与普通爆破相比减少超挖率15%～25%,能节省大量材料,提高工程质量,减少提井、装运费用,实现优质高效。
二、光面爆破主要参数为获得良好的光面爆破效果,除了选择低密度、低爆速、高体积威力的炸药外,对光爆参数的合理选择也非常重要。
主要参数有:不耦合系数、炮眼间距、炮眼密集系数、炮眼装药密度、装药量、起爆间隔时间、堵塞长度与起爆顺序等。
1.不耦合系数不耦合系数是炮眼直经与药卷直径之比,实际生产中不耦合系数应根据钻孔施工质量、地质条件等因素综合考虑确定,一般不耦合系数选取应使爆破后炮孔内压力低于岩壁抗压强度,高于抗拉强度,不耦合系数增大使爆轰波压缩传送作用时间延长,炮孔壁的切向应力下降,起到缓冲、减少孔壁损伤破碎。
岩石极限抗拉强度与抗压强度为1/10～1/40时,通常在1.2～1.68选取。
2.炮眼间距炮孔间的贯通是通过拉应力来实现的,为保证相邻炮孔之间顺利贯通,炮孔间连线上每一点的切向拉应力均不能小于围岩的抗拉强度。
如果孔距选择过小,由于相邻两孔起爆时差的存在,容易出现“空孔效应”即其中一个孔由于先爆而使应力集,中,产生的裂纹可能使保留岩体出现压碎现象,而且容易出现大块。
光面爆破参数的理论计算
一、光面爆破参数的理论计算1、装药不藕合系数。
不藕合装药的目的是为了降低作用于破孔壁上的爆炸压力。
要求作用在破孔壁上的压力应小于岩石的抗压强度σ1，但大于岩石的抗拉强度σ2，通常以下式为计算原则：Ρ≤Kb*σ1式中P-----爆炸作用于破孔壁上的压力（MPa）；Kb——体积应力状态下的岩石强度提高系数，Kb=10。
对沿炮孔全长的不藕合装药，有：P=ρD（dc/d）n/8式中ρ——炸药密度（kg/m）D——炸药爆速（m/s）dc和d——装药直径和炮孔直径（cm）n——爆炸冲击波冲击炮孔壁引起的压力增大系数，一般取8~11。
由上式，装药不耦合系数Kd为Kd=dc/d≥（nρD/8Kσ1）2、装药系数。
当采用空气柱间隔装药时，炮孔装药量由装药系数决定。
取空气柱间隔装药作用于炮孔壁上压力为P =ρD（dc/d）(Lc/(Lc+La) n/8式中Lc、La ——装药长度和空气柱长度L为炮孔长度L= Lc+La，由上可得装药系数l=Lc/L≤(8Kσ1/nρD）*(d/dc)因而炮孔装药线密度q=π/4*ρd Kd l二、隧道掘进施工隧道掘进施工的方法有全断面一次施工、台阶式施工、导坑式施工等，一般优选前两种。
以水平隧道为例，掘进工作面布置炮眼按作用不同分为三种：掏操孔、崩落孔和周边孔1、掏槽孔装药量计算1）斜孔掏槽的装药量计算每个掏槽孔装药量Q(kg) 与掏槽爆破的体积成正比Q=qV/n式中q——掏槽爆破岩石单位体积炸药消耗量（查表可知）V——槽腔体积n——斜孔掏槽炮眼数2）平行直孔掏槽装药量平行直孔掏槽炮孔朝向一个空孔时，其装药密度q取决于空孔直径d和装药炮孔距空孔的距离a，其经验公式为q=1.5*10(a/d)(a-d/2)3按装药系数确定直孔掏槽的炮孔装药量每个炮孔装药量Q=ηLq式中L ——炮孔深度η——炮孔装药系数 见表1-1q ——装药密度 见表1-2表1-1 炮孔装药系数表1-2 装药密度q三、井巷掘进爆破参数 1、单位炸药消耗量经验公式：q=(Kf )e/s d ,kg/m 式中K ——常数，对平巷0.25~0.35 f ——岩石坚固性系数s ——断面影响系数，s=断面积/5d ——药卷直径影响系数，d=药卷直径/32e ——炸药爆力影响系数，e=320/炸药爆力 每次爆破所需炸药量Q=qV=qSLη 式中η——炮眼利用率（0.8~0.95）。
光面爆破不耦合系数的初步研究
（Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＥ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ， Ｘ ｉ ｈ ｕ ａ ０ ０ ３ ９ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａｓ ａ ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｂ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， ｓ ｍｏ ｏ ｔ ｈ ｂ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｎ ｃ ｙ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ — ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ，ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｓ ｉ ｖ ｅ ｉ ｆ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｄ ｉ ｃ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ
中部空气间隔装药结构不耦合状态光面爆破效果研究
光面爆破工艺中，空气柱长度是空气间隔装药的 关键参数，其合理与否直接影响光面爆破效果，空气柱 过长，会失去空气间隔装药作为均衡孔壁压力的价值， 致使孔口、空气柱中部出现“ 挂门帘” 的现象；空气柱 过短，可能造成孔内能量的过度集中，使得装药段附近 岩层过度破碎。 同时，空气柱长度也将影响空气间隔 装药结构的选取。 当空气柱较短时，可对炸药少分或 不分段，选用相对简单的装药结构；当空气柱较长时， 应对炸药分成若干段，选用相对复杂的装药结构。 因 此，确定合理的空气柱长度（ 不耦合系数） 在光面爆破 的进程中显得尤为重要。
摘 要： 分析了 ５ 种中部空气间隔装药不耦合状态的光爆效果，运用 ＡＮＳＹＳ ／ ＬＳ⁃ＤＹＮＡ 软件针对 ５ 种不同的不耦合系数分别建立
了 ５ 种不同空气柱长度的数值模型，比较相邻周边孔 １ ／ ２ 孔距及孔壁所选单元的有效应力时程曲线及有效应力峰值随不耦合系数
变化的规律，结果表明，有效应力随轴向不耦合系数增大而减小。 从减小炸药段附近单元有效应力以及保证空气柱中部裂缝贯通
的角度出发，于本文模型的地质条件下较优的轴向不耦合系数为 ３．５ ～ ４．５。
关键词： 光面爆破； 空气柱长度； 中部空气间隔； 不耦合系数； 数值模拟； 有效应力时程曲线
中图分类号： ＴＤ２３５
文献标识码： Ａ
ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１９．０１．００６
文章编号： ０２５３－６０９９（２０１９）０１－００２５－０４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｍｏｏｔｈ Ｂｌａｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｃｈａｒｇｅ ｉｎ ａ Ｍｉｄ Ｃｏｌｕｍｎ Ａｉｒ Ｄｅｃｋ Ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩＡＮＧ Ｒｕｉ１， ＸＩＥ Ｌｉ⁃ｎａ１， ＺＨＯＵ Ｗｅｎ⁃ｈａｉ１， ＣＨＥＮ Ｂｉ⁃ｇａｎｇ２ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００５０， Ｇａｎｓｈｕ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｆｕｊｉａｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｆｕｚｈｏｕ ３５０１１６， Ｆｕｊｉａｎ， Ｃｈｉｎａ）
光面爆破参数（全）
光面爆破控制参数一、光面爆破主要器材：炸药：乳化炸药，采用细药卷，周边眼可采用Φ25光爆小药卷。
起爆器材：导爆索（即红线），毫秒雷管炮泥和竹片。
二、光面爆破主要参数：1、周边眼装药不耦合系数：采用1.5~2.0，现场可选用1.7；说明：如果炸药充满整个药室空间，不留有任何空隙，则称为耦合装药。
如果装入药室的炸药包（卷）与药室壁之间留有一定的空隙，则成为不耦合装药，光面爆破时，应采用不耦合装药。
装药不耦合系数：k=药室直径/ 药包直径采用Φ25光爆小药卷纵向装药时，药卷沿炮孔长度应均匀分布，间隔装药。
2、周边眼炮眼间距E：一般取炮眼直径的8~15倍。
在节理裂隙比较发育的岩石中，应取小值，最小为35cm；在整体性好的岩石中，可取大值，选用60cm；具体可以下表数据做参照。
本标段隧道岩石多以泥岩为主，泥岩属于软质岩，砂岩可属于软质岩或硬岩，具体依风化程度而定。
隧道光面爆破参数表说明：1 表列参数适用于炮眼深度1.0～4.0m，炮眼直径40～50mm，药卷直径20～25mm；2 当断面较小或围岩较软弱、破碎或对曲线、折线开挖成形要求较高时，周边眼间距E应取较小值；3 周边眼抵抗线W值在一般情况下均应大于周边眼间距E值。
软岩在取较小E值时，W值应适当增大；4 E/W：软岩取小值，硬岩及断面小时取大值；5 表列装药集中度q为2号岩石硝铵炸药，选用其它类型炸药时应修正。
6铁路岩石类别划分见“附表1 铁路岩石按强度分类表“3、最小抵抗线W：光面层厚度或周边眼到邻近辅助眼间的距离，是光面眼起爆时的最小抵抗线，一般它应大于或等于光面周边炮眼间距，现场可选用40-60cm。
4、周边眼单孔装药量：单孔装药量，根据选择的装药集中度q(kg/m)和钻孔长度两个参数计算，公式：单孔装药量(kg )=装药集中度(kg/m)×炮孔长（m）装药集中度可参照“隧道光面爆破参数表”进行选择，本标段装药集中度可按软质岩类在0.07～0.12 kg/m范围内选择，围岩差时宜选取较小值。
新型不耦合装药光面爆破施工工法
新型不耦合装药光面爆破施工工法一、前言随着建筑行业的不断发展，不耦合装药光面爆破施工工法已经逐渐成为了一种新型的、高效的爆破施工方式。
该工法适用于各种类型的爆破工程，无论是单一的断面爆破还是在复杂地形的爆破工程中都可以得到应用。
在本文中，我们将详细介绍“新型不耦合装药光面爆破施工工法”的特点、适用范围以及工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析等方面的内容，以便读者了解该工法的理论依据和实际应用。
二、工法特点1、安全性高。
该工法是通过不耦合装药的方式实现的，不会产生太大的震动和冲击，能够降低爆破施工中的安全风险。
2、破碎率高。
该工法能够在相对较短的时间内实现坚硬岩石的破碎和爆破。
3、工程造价低。
由于该工法的施工过程较为简单，所需机具设备较少，因此施工成本较低，可以有效降低工程造价。
4、施工效率高。
该工法采用了光面装药，能够有效提高爆破效率和作业效率。
5、适应性强。
该工法可以适应不同种类和规模的爆破工程，而且在复杂地形的爆破工程中也可以得到应用。
三、适应范围该工法主要适用于各种类型的爆破工程，比如道路、隧道、水利、煤矿等建设工程。
同时，由于其施工周期短、安全性高、工程造价低等优点，这种工法也非常适用于一些兴建周期较短的大型工程。
四、工艺原理该工法采用了不耦合装药和光面装药的技术，漏斗硬化道形状、装药器形状和贴心隔绝装药技术，同时利用糯米糠和成型药丸等特殊材料完成装药。
它的基本原理是将装药塞入岩石中，通过药包在岩石内膨胀的力量让岩石形成内部裂纹，继而达到破碎的目的。
同时，采用光面装药，能够从而实现更加精准的爆破施工。
五、施工工艺1、施工前准备阶段。
在实际施工前，需要完成一些准备工作，比如，绘制爆破方案、进行岩石勘探等。
2、机具设备准备阶段。
该工法所需的机具设备相对较少，主要包括药包、电缆、钻机以及其他爆破装备等。
3、装药阶段。
在该阶段，要求将装药器装填入钻眼内，并进行装药碾压等操作。