提高光面爆破质量的技术途径

提高光面爆破质量的技术途径

摘要：高庄煤矿掘三、五四队的工程技术人员在矿井主体开拓工程施工中，应用光面爆破技术，对现场施工如何选择工作面周边眼的眼距、不偶合系数、线装药密度，最小抵抗线等技术参数进行综合分析，就周边眼的装药结构、药包形状及与周边炮眼的协调关系等技术问题进行了有益的探讨和实践。

关键词：光面爆破；周边眼；装药密度；最小抵抗线

1 周边眼技术参数的选择与确定

根据五四队长期从事岩巷爆破的经验，要实现光爆质量标准的要求，合理选取相关的技术参数是关键。依据光爆机理，必须使周边眼中的炸药爆破后所产生的冲击压应力低于围岩的抗压强度，而由此衍生的切线方向的拉应力则应大于两个炮眼连线方向上围岩的抗拉强度，这样就能使围岩不受损伤而在炮眼连线方向上的岩石被拉断形成贯穿裂缝。因此，周边眼两眼之间形成贯穿的裂缝是实现光面爆破的关键。

1.1 周边眼的不偶合系数

炮眼直径db与药卷直径d0之比称为不偶合系数。要求周边眼不偶合系数应使爆炸后作用于炮眼壁的压力小于围岩抗压强度。实践证明，当不偶合系数在1.5～3.43范围时，缓冲作用最佳，光爆效果最好。目前，岩石硝铵炸药仍为施工中使用最广泛的炸药，其标准药卷直径为32.35mm，而炮眼直径一般为

38~42mm，显然不能满足要求。所以，在光爆孔中使用岩石硝铵炸药时，必须改装成直径22.25mm的小药卷，此时不偶合系数为1.8~2.0，效果较好。在我矿使用的乳化炸药药卷直径也应由原来的32mm改装成22mm，27mm的小药卷，方能实现最佳的光爆效果。

1.2 每米炮孔装药量q

q又称线装药密度或装药集中度，它是指单位长度孔眼中的装药量(g/m)。要求q值应该保证沿孔眼连线形成贯穿裂缝而保持新壁面的完整稳固。结合施工现场实际选用公式：

q=72.5rE1/2f1/3/D2

式中；r为炮孔半径(m)，一般取r=0.02m；E为周边眼距(m)；f为岩石坚固性系数；D为炸药爆速（km/s)。

对于22.25mm的小直径硝铵炸药，D=2.5km/s，所以上式又可简化成

q=0.232E1/2f1/3(kg/m)。除此之外，也可参照我队多年来在现场的实践，总结出的一组经验数据选取q值（见表1)。

1.3 周边眼距E

相应炮眼装药爆破的贯穿裂缝是靠应力波在各自的炮眼壁上先产生初始裂缝，然后在爆轰气体准静压作用下扩展贯通。形成贯穿裂缝所需满足的条件为：

p.db=(E－2rk).ST

则周边眼距：

E=2rk+p.db/ST

式中：p为炮眼壁上产生的冲击压力，p＝kbSc；kb为体积应力状态下岩石抗压强度增大系数，kb＝10~15；Sc为岩石单轴抗压强度（kPa）;ST为岩石抗拉强度（kg/cm2），STS0/12;rk为炮眼周围形成的裂缝长度（cm）；rk＝

(bp/ST)1/a.rb；rb为炮眼半径；b为切向拉应力与径向压力的比值，b=u/(1-u);u 为岩石的泊松比，一般u=0.25，a＝2－b为应力波衰减指数。

据此可得出在爆炸应力波作用下，炮眼周围形成的裂缝长度rk，此裂缝继而在爆轰气体准静压作用下贯通。以rk为依据算出周边眼距E值。

1.4 最小抵抗线W

光面层厚度与周边眼距E有密切关系。要求最小抵抗线应该使周边眼爆孔后，设计轮廓线以外的岩石完整无损而设计轮廓线以内的岩石破碎爆落。为此，必须使E/W保持一个适当的关系(E/W称之为炮眼密集系数m)。从图1的单孔爆破漏斗分析中可以看出：W与E的关系直接影响爆破漏斗形状：并决定着爆破漏斗破裂半径Rp与W所夹角度α的大小。实践证明，光面爆破的α角在35°～45°最为合适。因此，可得炮孔密集系数：m=E/W=tan35°~45°=0.7~1.0

亦即光面爆破周边眼的最小抵抗线W应大于周边眼距E，岩石松软破碎则亦即光面爆破周边眼的最小抵抗线W应大于周边眼距E，岩石松软破碎则取小值，岩石坚硬完整时取大值。参考经验数据(表1)。

2 其它技术措施

2.1 光爆孔炸药选择

在光爆孔中除使用小直径药卷以增大不偶合系数外，还必须选用低密度、低爆速、爆生气体多的炸药，以利于降低爆轰压力而又能使爆后初始裂缝在爆生气体作用下得以扩展贯通。

在光爆中使用直径为27mm的乳化炸药能提高光爆质量，实践证明是一种较为理想的选择。

2.2 起爆方法与放炮顺序

在光爆施工中，采用非电导爆管起爆系统能取得较好的光爆效果，这是因为导爆管可与药卷捆扎在一起使其固定在预定位置实现分段间隔装药，有利于缓冲对岩壁的破坏。周边眼可与其它炮眼同时联线起爆，但其雷管段数最高，最后起爆。周边眼之间应尽可能同时起爆。齐发起爆时，孔眼贯通裂缝较长，可抑制其它方向裂隙的发展，有利于减少孔眼周围裂隙产生和形成平整的壁面。所以，实施光面爆破时，时间间隔越短，壁面平整的效果越有保证。

2.3 钻孔质量

将炮孔准确地按设计的角度、深度、间距钻到既定位置是实现光面爆破的重要措施。炮眼眼位的标定、点出、钻凿各个环节都必须准确无误，尤其是周边眼一定要做到互相平行且眼底落在同一平面上，否则其他光爆措施都难以实现。现场实践证明，大多数情况下周边眼以一定的角度向轮廓线外偏斜，即“外插”是必要的，眼底落在设计轮廓线外一般不超过20cm。这样，在爆破后就可保证在炮眼利用率为90％的情况下，得到预定的设计轮廓表面而不发生欠超挖。

2.4 邻近周边眼炮孔的装药

邻近周边眼的炮孔(二圈眼，三圈眼)装药量较多且先于周边眼起爆，所以也必须注意其装药量。过量装药，可能使这些炮孔起爆后破坏范围超过设计轮廓界面，在周边眼起爆之前先将控制界面破坏，形成超挖，降低光爆质量。邻近周边眼的炮孔装药应均衡递减。要做到这一点，必须控制二圈眼装药系数为0.4~0.5，三圈眼装药系数为0.5~0.6，这样就可保证周边眼邻近炮眼爆破后所形成的破坏范围不超过周边眼的规定破坏带，使周边光滑平整且围岩稳定。

2.5 聚能药包在光爆孔中的应用

聚能炸药改变了药包形状，使炸药能量在该处聚集产生聚能流提高炸药的穿透能力。较为理想的一个方法是采用一个特制的塑料聚能管套在药包表面上，将对称的聚能槽在装药时对准周边眼炮孔之间连线方向，则药包起爆后，沿连线方向容易产生初始裂缝，此裂缝在爆生气体准静压作用下贯通达到光爆目的。影响光爆质量的要素很多，根据不同的岩性，地质条件，不断探讨研究优化爆破参数，最终实现理想的光爆效应。