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。如果孔距过大,应力波叠加后的拉应力小于炮孔连心线面上岩石的抗拉强度,则只形成两炮孔各自的径向裂缝,难以形成贯通裂缝及平整的开裂面。因此,合理的炮孔间距应根据围岩性质、节理裂隙发育程度、炸药性质、不耦合系数等来确定,一般最小抵抗线应大于炮眼间距,以确保炮眼之间裂隙贯通。施工经验表明,炮眼间距一般为炮孔直径的10～20倍。

3.炮眼密集系数

相邻两炮眼间距L与最小抵抗线H的比值为炮眼密集系数F,相邻炮眼密集系数(F)过大时,炮孔间距过大,两炮孔就会各自形成单独的爆破漏斗,爆破后可能在炮眼之间的岩壁表面留下岩埂,造成欠挖;反之,两炮眼装药距离过近,大部分能量用于抛掷岩石,就会在两眼之间形成超挖,造成凹坑,实践证明F一般取0.8～1.3,爆破后效果较好。

4.炮眼装药密度、装药量

炮眼装药量取决于要求爆破岩石的体积、爆破类型等。为减少爆震裂隙,光爆孔内多采用爆速低、温度低、密度低、稳定性强的低猛度炸药。在保证周边眼(轮廓眼)爆破后裂缝沿相邻炮孔联心线贯通的前提下,每个炮眼应严格控制装药密度和装药量,药量愈少愈好。装药量越大,产生的破碎范围越大,不仅使爆轰气体的压力增大,爆轰波与爆轰气体压力的作用时间也延长,加大了岩石的损伤程度。装药量应根据岩性决定,一般中硬岩选取120～150g/m,软岩减少,硬岩增加。

5.起爆间隔时间

在实施光面爆破时,起爆时差越短,壁面越平整,光面爆破效果越好,如周边眼同时起爆,贯穿主裂缝周边炮眼的连心线将形成最早,其裂缝形成后,周围岩体内应力下降,从而抑制其它方向裂缝形成和扩展,此时

形成的半边孔壁痕迹良好。一般起爆时间间隔控制在10ms内,炮孔间应力叠加明显,有利于贯通裂缝的形成,可视为同时起爆。

6.堵塞与起爆顺序

堵塞的目的是为了提高爆炸能量利用率,良好的堵塞可以防止爆轰气体过早地从炮眼冲出,保证在岩石破裂之前使炮眼内保持高压状态,增加炸药利用效率,更主要的是加强爆轰气体在孔底的静态压力作用,使炮孔贯穿裂缝以下的岩石与原岩分离。一般在堵塞良好炮孔中,爆后壁面光滑平整,殉爆距离显著提高。使用爆速较低炸药时,光面爆破效果尤为显著。现场炮眼堵塞一般采用砂和泥的混合物,堵塞长度一般为孔径的15～25倍,专家们研究认为浅堵塞效果最好,具体堵塞长度应视岩石和炸药性能而定。

炮眼起爆顺序一般为掏槽眼,辅助眼其次,最后周边眼,周边眼必须选用相同的起爆段数,且起爆时间不宜超过10ms。

三、爆震裂隙

减少爆震裂隙需要结合岩层性状、围岩性质等工程条件,合理布置掏槽眼和辅助眼,使爆破形成的自由面能满足光面爆破的要求,即使周边眼爆破后对巷道围岩产生抗拉抗压作用保持一致,并最终按设计要求的方向产生主裂痕。生产实践表明,光面爆破由于采用了不耦合裝药结构,药包爆轰后,炮眼壁受到的爆轰压力显著降低,当炮孔内压力低于岩石动态抗压强度时,在炮眼壁上就不至于造成“压碎”破坏,此时,爆轰引起的应力波在炮眼孔壁上造成的应力状态和钻眼时相似,只能引起少量的径向细微裂隙,裂隙的数目和范围与不耦合系数和装药量有关。一般在钻孔直径一定时,不耦合系数值愈大,药量愈小,除主裂隙外其它细微裂隙的数目和长度与药量成正比。光面炮眼组同步起爆时,在炮眼的导向作用下,沿相邻两炮眼联心线的径向裂隙得到优先发育,炮眼中的爆炸气体在气楔作用下将这些径向裂隙扩展成为贯通裂隙,最后形成光面,从而减少了其它方向上爆震裂隙的生成。

光面爆破的目的是减少超挖,降低爆破对围岩的损伤。由于岩石性质不同及爆破过程的复杂性,在井巷爆破施工时,应分析被爆岩石的

地质条件,并参考国内外相关施工经验,确定出科学合理的光面爆破参数,以达到理想的爆破效果。