光面爆破技术

面炮眼中进行减少药量的不耦合装药，选择合
理的光爆参数，然后同时起爆。
• 爆破时，沿这些炮眼的中心联接线破裂成平整
的光面。
• 比如在巷道掘进设计断面的轮廓线上布置加密的 周边孔，减小药包直径，减少装药量，配套采用
不耦合装药结构，采用低密度和低爆速的炸药，
甚至专用的光面爆破炸药（小直径、低猛度、低 爆速2000~3000m/s），以控制炸药爆炸能量及其 作用，降低爆炸冲击波的峰值压力，削弱它在岩 石中引起的应力波强度，避免在炮孔周围产生压 碎区，而使爆破作用集中到需要爆落的一侧岩体 上，减弱对原岩体的破坏作用。
光面爆破效果；反之 m 值过小时，则会在新壁
面造成凹坑，可能出现超挖。
• 实践中多取最小抵抗线大于孔距，具有小孔距、 大抵抗线的特点，尤其在坚硬岩石中密集系数
皆小于 1 。这样，可使反射拉伸波从最小抵抗
线方向折回之前造成贯穿裂缝，隔断反射拉伸 波向围岩传播的可能，减少围岩破坏。 • 实践表明，当m = 0.8～l.0时，爆破后的光面 效果较好，硬岩中取大值，软岩中取小值。
• 周边眼则按光面爆破来设计。
• 常用多段毫秒电雷管或塑料导爆管起爆系统顺 序起爆。 • 掏槽眼间、辅助眼间起爆间隔时间不应小于 25ms。
• 邻近周边眼的一排炮眼的药量要比其它炮眼的 药量少，以控制围岩爆震裂隙的发展。
• 另一种是分次掘进，预留光面层，先进行中心 掏槽眼、辅助眼的爆破，最后进行周边轮廓线
• 一、光面爆破主要爆破参数的确定 • 主要爆破参数有：最小抵抗线、炮孔密 集系数、不耦合系数、线装药密度、孔
距和起爆时差等。
（一）最小抵抗线W
• 光爆层 是指周边炮孔与最外层主爆孔之间的一 圈岩石层。（全断面一次开挖成型和预留光面
层）
• 光面层厚度或周边眼（光爆孔）到邻近辅助眼 间的距离，是光面眼（光爆孔）起爆时的最小 抵抗线，一般它应大于或等于光面眼间距。
• （三）装药量和装药结构——严格控制
• （四）起爆顺序与起爆间隔时间，50~100ms；
• （五）传爆方向——反向起爆多
• 此外，岩石力学性质、地下硐室的深度、 岩体的节理数和方向、节理面的粗糙度、 地下水、炸药性质等都不同程度影响光
面爆破质量。
思考题
• 1.什么叫光面爆破？其装药结构有什么 特点？ • 2.巷道光面爆破的基本原理？
第一节 光面爆破技术的特点和
基本原理
• 一、光面爆破的特点 • (1) 爆破后成型规整，符合设计轮廓，特别在 松软岩层中更能显示出光面爆破的作用。 • 光面爆破后通常可在新形成的壁面上残留清晰 可见的半边孔壁痕迹。
• （2）光面爆破可以大大减少巷道的超挖 量，提高施工质量，加快施工进度，节 省大量的混凝土衬砌浇筑量。
• 如果最小抵抗线过大，光爆层将不能很好地破 碎下来，甚至产生大块或留底根； • 如果最小抵抗线过小，在反射波作用下，可能 导致围岩破坏，影响光爆效果和围岩的稳定性， 甚至产生超挖形成凹凸不平的壁面。
把光爆层岩石看作类似露天台阶爆破， 可以采用以下经验公式来确定最小抵抗线W，
W
式中
qb C S Lb
加凿岩费用。通常，合理的孔距可按炮
孔直径选取
S =（10~20）d2
S——孔距（实际工程设计多用类比法选取），m； d2——炮眼直径，m。 在节理裂隙比较发育的岩石中应取小值， 整体性好的岩石中可取大值。
（六）起爆间隔时间
• 时差越短则壁面平整效果越有保证。
图5—6 起爆时间 对光面爆破效果的影响 （a）不同段秒差延期起爆； （b）齐发爆破； （c）微差起爆
• 在预留光面层的光面爆破中，要分两次起爆， 施工时间长。如果采用火雷管起爆而通风条件
不佳，则工人接触有毒有害气体的时间也较长。
有些工程中在采用预留光面层法时，由于超前
导硐的高度不够，以致影响装岩机的操作。为
解决上述种种问题，可改用预裂爆破。
2.影响光面爆破质量的因素
• （一）爆破参数 ——经验 • （二）钻眼质量 ——准确定位
W——光爆层厚度； qb——炮眼内的装药量； S——炮眼间距； Lb——炮眼长度；
C——爆破系数，相当于炸药单耗值。
• 光爆层的厚度还与巷道开挖断面的大小有关， 大断面巷道的顶拱垮度大，光爆孔所受到的夹 制作用小，岩体比较容易崩落，此时，光爆层 厚度可以大一些。小断面巷道的光爆孔受到的 夹制作用大，其厚度宜小一些。
（三）不耦合系数
• 不耦合系数 K' ，是指炮孔直径与药包直 径之比（环向空气间隔装药时）。光面 爆破采用药包直径小于炮孔直径的方法，
因而不耦合系数K'＞1。
• 不耦合系数 K‘ 的取值一般介于 1.1~3.0 之 间，采用最多的是不耦合系数 K'=1.5 ～ 2.5用得较多。
图5—5 光面爆破炮孔装药结构 1—导爆索；2—堵塞段；3—中间装药；4—底部增强装药
• 光面爆破的优点在完整岩体中十分明显，可以直
观地感到爆破后的开挖面光洁平整，岩体完整，
爆破裂隙不发育，给人以安全感。
• 但是，在松软的岩石中，特别是在一些不均质的
岩体和构造发育的岩体中采用光面爆破在减轻围
岩的破坏，减少超挖以及避免产生冒顶等方面，
仍起到很大作用
二、光面爆破的基本原理
• 光面爆破的实质是沿开挖轮廓线布置间距减小 的平行炮眼，采用特殊的装药结构，在这些光
• 对掘进巷道来说，爆破顺序是掏槽、崩 落，最后周边眼光面爆破。 • 在巷道掘进中采用光面爆破具有以下优
点：
• ①光爆锚喷施工质量好，减少了围岩的 位移、松动和破坏，增加了安全性。 • 唐山地震后，曾对开滦煤矿井下4515m光
爆锚喷巷道作了震后检查，完好率达95%。
• ②减少超挖、节约材料，降低了成本。 • 根据徐州矿务局统计，成本大约降低30%。 • 据大秦线铁路施工统计，在19km隧道掘进中， 如每循环超挖 10cm ，则相当于多挖 1km 相同断 面隧道；全国每年各类巷道进尺约5000km，相 当于多挖250km，浪费10多亿元。
• 光面爆破时由于采用不耦合装药，药包爆轰后，
炮眼壁上的压力显著降低。此时药包的爆破作用
为准静压作用。当炮孔压力值低于岩石动抗压强
度时，在炮眼壁上就不致造成“压碎”破坏。
• 这样爆轰波引起的应力波和凿岩时在炮眼壁上造
成的应力状态相似，只能引起少量的径向细微裂
隙。
邻孔和空孔的 导向作用
图5—2 光面爆破时炮眼连心线破裂面的形成 （a）炮孔装药情况；（b）先爆炮孔对相邻炮孔的影响；（c）光面的形成
的光面爆破。或者先掘进超前导硐，采用超前
掘进小断面导硐，然后刷大至全断面，是分次
爆破，多用于掘进大断面巷道或硐室。如图510所示。这种方案常用来掘进大断面巷道或硐 室。这种预留光面层法的特点是，在爆破周边
眼之前可根据爆破超前导硐的情况进行参数调
整或修整轮廓，以达到较好的光面爆破效果。
图5—10 大断面巷道光面爆破挖掘程序 1—超前导硐；2—刷帮爆破区；3—光面层
• 光爆层的厚度还与岩石的性质和地质构 造等因素有关。坚硬完整的岩石，光爆 层宜薄一些；而松软破碎的岩石，光爆
层宜厚一些。
（二）炮孔密集系数
• 光爆层厚度w与周边孔的间距a有着密切的关系， 可用两者的比值 K ＝ a/W 来表示， K 称为周边孔
（光爆孔）的密集系数。 K值过大时，爆破后
可能在光爆孔间留下岩埂，造成欠挖，达不到
• （ 3 ）光面爆破对围岩的破坏要轻微得多。根 据声波探测表明，采用光面爆破时，围岩松弛
带的范围只是常规爆破方法的 1/3~1/2 ，从而
提高了围岩的稳定性，减少了支护工作ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ；
• 采用光面爆破，围岩的壁面平整，危石少，撬
顶工作简单，减轻了表面应力集中现象，避免 局部冒落，增进了围岩的稳定和施工安全，并 为喷锚支护的使用创造了有利条件。
q0 4 d

2 1
Δ——炸药密度，kg/m3； d1——药卷直径，m； q0——线装药密度，kg/m。 ——连续装药
q0
2 d 2 2
4K
采用环向不耦合连续装药结构时， 因为K'=d2/d1，这里d2为炮孔直径
（五）孔距
• 光爆孔的间距比主爆孔小，它与炮孔直 径、岩性和装药量等参数有关。孔距过 大，难以爆出平整光面；孔距过小会增
（四）线装药密度
• 线装药密度是指单位长度炮孔内的装药量，又 称装药集中度，当采用既有环向不耦合又有轴
向空气间隔的装药结构时
• 当光爆孔直径为 35~45mm 时，一般将线装药密
度 取 为 0.1~0.3kg/m ， 其 中 软 岩 为 0.07~0.12
kg/m ， 中 硬 岩 为 0.1~0.15 kg/m ， 硬 岩 则 为 0.15~0.25 kg/m。
二、光面爆破的施工方法
• 1、起爆顺序 • 用光面爆破掘进巷道时有两种方案：
• 一种是全断面一次掘进，多用于掘进小断面巷 道。
• 全断面一次掘进方案的炮孔起爆顺序为：掏槽 孔→辅助孔→周边孔（光爆孔），如图5—9所 示。
图5—9
全断面巷道光面爆破炮眼排列及起爆顺序
• 此时掏槽眼、辅助眼等的参数按普通爆破来设 计
图5—2普通爆破和光面爆破的效果 (a)普通爆破(b)光面爆破
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• 与普通爆破相比，光面爆破的主要优点是：岩壁 面光滑平整，围岩稳定，其爆破后壁面光滑、平 整。 • 目前对光面爆破的质量要求尚不统一，一般应要 求：周边轮廓尺寸符合设计要求，壁面凸凹度不 大于200mm；眼痕率：软岩＞55%，中硬岩石≥65%， 坚硬岩石≥75%。