光面爆破与预裂爆破技术在施工中的研究

光面爆破与预裂爆破技术

在施工中的应用

摘要：光面爆破与预裂爆破的区别在于预裂爆破是在主爆区之前起爆，而光面爆破是在主爆区之后起爆，预裂爆破是在一个自由面条件下爆破，光面爆破是在两个自由面条件下爆破。光面爆破钻爆设计的主要参数为最小抵抗线、孔距和装药量，而预裂爆破钻爆设计多采用经验公式计算法和经验数据法确定。光面、预裂爆破的施工流程分钻孔、装药和填塞、起爆网路联结三部分。影响爆破效果的因素主要有地质因素、爆破参数、装药结构、堵塞、起爆间隔时间及施工因素等。

关键词：光面爆破；预裂爆破；施工流程

1、光面爆破与预裂爆破简介

沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之前起爆，从而在爆区和保留岩体之间形成预裂缝，以减弱主爆区爆破时对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破作业，称为预裂爆破；

而沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业，称为光面爆破。

2、光面爆破与预裂爆破的区别

预裂爆破与光面爆破之间的主要区别表现在两个方面：

第一，预裂爆破是在主爆区之前起爆，而光面爆破是在主爆区之后起爆；

第二，预裂爆破是在一个自由面条件下爆破，所受的夹制作用很大。而光面爆破是在两个自由面条件下爆破，受夹制作用小。

3、光面爆破与预裂爆破的作用机理

3.1爆炸应力波的导向作用

（1）由于不耦合装药控制了爆炸能量，使得向四周传播的应力波只能对孔壁产生一定数量的初始微裂缝；

（2）若相邻孔能保证同时起爆，各孔传来的应力波便在孔心线上某处叠加，使岩体原有裂隙扩展或微观缺陷形成裂纹，这对在孔连心线方向上成缝是有利的；

（3）如果相邻孔不能同时起爆，应力波的叠加作用将不存在，但先起爆孔产生的应力波传播至邻孔时，将会使邻孔产生应力集中，使得孔壁与孔连心线两交点处的环向拉应力达到最大值。因此，易在此两点形成初始裂缝；

（4）相邻孔起着反射波阵源的作用，当应力波反射到充满爆生气体的有放射状初始径向裂缝的原炮孔上时，自然也容易使孔连心线方向上的初始径向裂缝最先扩展，形成初始长裂缝。

3.2爆生气体的扩缝作用

孔内爆生气体因膨胀将会挤入孔壁的初始径向裂缝，起着所谓“气刃效应”，使长短不一的初始裂缝得到不同程度的扩展。

应力波的先期作用，使得孔壁在炮孔连心线方向上的初始径向裂缝比其它方向长得多，初始裂缝的扩展最初受到动能作用而高速扩展，但随着爆生气体的膨胀和耗散，气体压力值迅速降低，从而值迅速减小。所以，初始裂缝在爆生气体膨胀作用下所能扩展的长度是有限的。但如果将两相邻孔的间距控制在裂缝所能扩展的长度范围内时，裂缝就会相互贯通。

4、光面爆破设计

光面爆破是在主爆区完成以后爆破的，它有两个自由面，它比预裂爆破所受到的夹制作用小，因此在同样岩石和装药条件下，它的爆破参数与预裂爆破有所不同：

（1）最小抵抗线w

一般为正常孔深爆破最小抵抗线的0.6～0.8,可取w =（10～20）d；式中d——孔径，m；

（2）孔距a

光面爆破的孔间距可比预裂爆破大10%～20%，通常取主爆孔孔距的1/2～1/3，具体可按下式确定：

a=（0.6～0.8）w

（3）装药量

a．单孔装药量

可按照体积公式计算Q=q·a·w·L

式中w——最小抵抗线，m；

a——孔距，m；

L——孔深，m；

q——单位体积装药量，

q =0.15～0.25kg/m3,硬岩取大值,软岩取小值。

b．线装药密度

按照经验，在不耦合系数为2～5时，

线装药密度q线=0.8～2.0kg/m。

5、预裂爆破设计

预裂爆破的孔间距（a）不仅影响装药量的大小，而且直接关系到预裂岩壁的质量。

一般根据炮孔的孔径（d）和边坡的性质来确定。对于边坡质量要求高的工程，应选取小的孔间距，a=（7～10）d；

对于一般性工程，可以选择较大的孔间距，a=（10～15）d。

光面或预裂爆破的炮孔直径与台阶高度有关，一般3～5 m高的台阶可选择40～50 mm的钻孔直径，6～15m高的台阶可选择70～l00 mm的钻孔直径，l 6～30 m高的台阶可选择100～150 mm的钻孔直径。

但过大的钻孔直径是不经济的。

预裂爆破的装药量目前主要有经验公式计算法和经验数据法两种：

（1）经验计算法

一般预裂爆破都采用不耦合的装药结构，在浅孔爆破（隧道或巷道）中取不耦合系数为1.5～4、在深孔爆破中取不耦合系数为2～4的条件下，药量计算可采用以下经验公式：

隧道或巷道爆破Q线=0.034[a·σ压] 0.6

深孔爆破Q线=0.042[a] 0.5·[σ压]0.6

式中: Q线——炮孔单位长度的装药量，kg/m；

a——孔间距，m；

σ压——岩石抗压强度，MPa

预裂爆破的装药量目前主要有经验公式计算法和经验数据法两种：

（2）经验数据法

保证预裂孔先于主药包起爆的时间差：

预裂爆破应先于主药包起爆，其时间差要保证人造断层的形成，一般应大于50ms，在保证主药包网路安全准爆的前提下，其间隔时间越大，人造断层层面形成效果越好，其边坡的成型效果也就越好。

处理好预裂炮孔与前排药包位置的关系：

预裂爆破炮孔与前排药包之间的水平距离W后，是一个关键的参数。W后过大，造成预裂孔前方岩石破碎效果差，影响后期施工；W后太小，预裂面易遭受主药包爆破时的损坏，影响边坡质量。

对于主药包为条形峒室药包，一些工程提出的经验公式为：

W后=（2.0～2.5）R Y=(0.32～0.40)W

式中：R Y——压缩圈半径；

W——峒室药包的最小抵抗线，大抵抗线取小值。

对于主药包为深孔爆破，其经验数据如下：

6、光面爆破与预裂爆破的施工工艺

光面、预裂爆破的施工流程分钻孔、装药和填塞、起爆网路联结三部分。

(1)钻孔施工

钻孔施工是光面、预裂爆破最重要的一环，尤其是钻孔精度，它直接影响到光面、预裂爆破的成败。为了确保钻孔精度，应严格做好边坡的测量放线，修建好钻机平台，按照“对位准、方向正、角度精”三要点安装架设钻机；挑选技术水平较高、熟悉钻机性能的钻机司机，以保证钻孔的准确性。

(2)装药与填塞

光面、预裂爆破采用不耦合装药结构。由于目前小直径炸药规格品种少，现在多数采用间隔装药，即按照设计的装药量和各段的药量分配，将药卷捆绑在导爆索上，形成一个断续的炸药串，为方便装药和将药串大致固定在钻孔中央，一般将药串绑在竹片上。装药时竹片一侧应置于靠保留区一侧。装药后孔口的不装药段应使用沙等松散材料填塞。填塞应密实，在填塞前，先用纸团等松软的物质盖在药柱上端。