光面爆破原理及其應用中的問題研究

吳述進

來鳳縣達峰爆破工程有限公司

光面爆破原理及其應用中的問題研究

吳述進

來鳳縣達峰爆破工程有限公司

本文從光面爆破的原理出發，對光面爆破技術的應用及存在問題進行了分析，以供參考。

光面爆破；原理；應用；問題

前言

光面爆破是二十世紀四、五十年代發展起來的一種爆破技術。它是控制爆破的一種方法。應用光面爆破，可以使爆破出的巷道斷面輪廓符合設計要求，幫頂表面光滑，裂隙少，穩定性高，便于支護。

1　光面爆破原理

當藥包處于自由面的附近時，沖擊壓縮應力波自藥包中心向外傳到自由面，立刻反射成拉伸應力波。當反射的拉伸應力大于該處巖石抗拉強度，巖石便被拉斷。表現在自由面附近的巖石形成一系列拉斷裂縫。當最小抵抗線合適時，自由面附近的裂縫和藥包周圍的裂縫貫穿在一起。在爆生氣體膨脹做功的作用下將已破壞的巖石拋出，從而在巖體中形成爆破漏斗。光爆是使兩相鄰的周邊眼的距離小于普通爆破的距離，即使兩個爆破漏斗更靠近一些 。當兩個炮眼的藥包同時其爆時，各藥包所引起的壓縮應力波將在兩孔中間相遇，于是兩孔連線上的巖塊在壓縮應力波σc 的作用下產生垂直方向上的拉應力σp，若此拉應力超過巖石極限抗拉強度，將沿兩孔連線產生裂縫。這時，爆生氣體的膨脹壓力也將在兩眼連線上產生很大的集中應力，促進了裂縫的形成。最理想的眼距應使爆破石產生的拉應力剛好克服巖石的極限抗拉強度，使兩眼之間產生平整的拉斷裂縫而將輪廓線內的巖石崩落并留眼痕。

2　實現光爆的技術措施

為實現井巷光面爆破，必須在技術上掌握以下要點：

2.1周邊眼的布置及鉆眼質量

周邊眼應該精準地打在設計的輪廓線上，互相保持平行，深度一致。周邊眼距一般取30～50cm； 在兩幫和跨度大的拱頂上，間距可適當增大10～20cm； 在三心拱拱頂兩側曲率半徑小的地方，因夾制作用較大，眼距應適當縮小，可取20～40cm； 在裂縫、節理發育或層理略顯的巖石中，眼距應適當減小。有時也可在間距較大的周邊眼之間或當工作面有軟夾層時，在軟巖中增加1 ～ 2個起導向作用的空眼，以保證光面成形規整，減小爆破對巖層損害。實踐證明，能否保證周邊炮眼的鉆眼質量，即保證周圍炮眼的位置、方向、深度、角度等均符合設計要求，是光爆成敗關鍵。

2.2“光面層”的厚度

“光面層”就是指周邊眼與二圈眼之間，由周邊眼崩落的那一層巖石。其厚度，就是周邊眼的最小抵抗線，是影響光爆效果的重要因素。光面層的厚度，與周邊眼的間距由密切關系。可用周邊眼密集系數來表示這二者之間的關系。

式中： K—周邊眼密集系數； E—周邊眼間距； W—光面層厚度，也就是周邊眼的最小抵抗線。

W 值越大，周邊眼的爆破愈接近于藥包在無限介質中的爆破情況，巖石就能較精確地沿各周邊眼的聯線爆裂開，對圍巖的破壞就小。但是W 值又不能太大，否則光面層爆不下來。

一般來說，E 取0.8 ～ 1.0 比較合適； 但在巷道曲率半徑大的部位或巖石松軟、破碎、節理發育帶，K 應取0.6 ～ 0.8； 巷道斷面小或巖石堅硬時，K 可取1.0 ～ 1.2。此外，為獲得良好的光爆效果，二圈眼須少裝藥，并且與周邊眼嚴格平行。

2.3炸藥品種、裝藥量、裝藥結構和起爆時差

要采用小藥量，嚴格控制不要過量裝藥。在光面層單獨爆破時，周邊眼裝藥量一般只有普通爆破法的1 /2 ～ 1 /4，甚至更少，全斷面一次爆破時，周邊眼藥量稍增。人們由于長期習慣于普通爆破法，對光面爆破的作用原理缺乏認識，對周邊眼的藥量總是不放心，所以往往過量裝藥，結果光面爆破效果不佳。實際上，即使這樣少的裝藥量，如果集中在一起，仍能對圍巖產生破壞，所以要采用以下幾種空氣間隔裝藥的方法，把炸藥在炮眼盡量均布開來。

一是按預定的裝藥量，將炸藥裝入專做的蠟紙筒，然后裝入炮眼。蠟紙筒直徑22 ～ 25mm，長500mm，裝藥松散，密度較小。這種方法，藥量分布均勻，但比較麻煩。可以設法用長塑料管裝藥。

二是用普通直徑Φ32 藥卷，考慮到藥量盡量分散，應多分幾段，每段半個藥卷。

三是用特制的小藥卷裝藥，藥徑Φ20 ～ Φ25，長200 ～300mm，裝藥松散，一卷藥僅0.1kg 左右。裝藥時，可用掌握炮棍長度的方法，來控制空氣間隔的距離。這種方法，操作簡便，效果良好。眼底通常裝入一個Φ32 藥卷，使光面層易于脫離巖體。

四是炮眼較淺，小藥卷來源困難時，就可以直接用1 ～ 2塊普通Φ32 藥卷直接裝眼底，而炮泥只堵眼口一段，使炮眼內留有較長空氣柱。

3　光面爆破在煤礦中的應用和存在問題

本文以某礦44-46 石門做實際光面爆破為例：

44-46 石門設計長度880m，凈斷面為3.2m（寬） × 3.0m（高）的半圓拱，斷面積為9.2m2。巷道所遇到的巖石巖性分別為中性砂巖、泥巖、粗粒砂巖、泥巖、鋁質泥巖、細粒砂巖、泥巖、細粒砂巖、泥巖、4 煤。根據巖性不同，設計了幾種爆破圖表。根據該礦實際情況，每循環進尺1.5m，炮眼長度為1.8，炮眼利用率為0.85。采用2 號巖石硝銨炸藥，毫秒延期電雷管。炸藥消耗量q = 1.79kg /m3； 雷管消耗為3.10 個/m3。

3.1參數計算

每循環炸藥消耗量計算： Q = qslη= 1.79* 9.2* 1.8* 0.85 = 30.7kg

炮眼數目計算： 藥卷直徑為35mm 的2 號巖石硝銨炸藥m = 0.16m，p = 0.15kg，并取a = 0.5，按公式計算得：

3.2光面爆破在應用中存在的問題

該礦嚴格要求施工單位按以上設計的爆破圖表施工。經過一段時間的爆破，盡管該石門成型比以前有所好轉，但并沒有達到光面爆破的標準： 爆破眼痕率最多達到50%，一般僅在20 ～ 30%，超挖超過規定標準。該礦技術人員經過幾段時間的跟班觀察，發現推廣光爆存在以下幾個問題。

（1）人員素質差，觀念沒有改變

該礦是新建的礦井，新工人多。打眼工多數不是熟練工人，眼位、眼深及方向掌握不好。放炮員對周邊眼的裝藥結構掌握不住等。管理干部（包括班組長、區隊長） 素質也差，主要表現在管理漏洞多，勞動組織安排不好，認為推廣光爆影響進度。

（2）對光爆技術掌握不住

主要表現在： 巖巷習慣于用秒延期雷管，周邊眼的起爆時差大，周邊眼間形成不了橫貫裂縫。不會因巖性及巖體結構變化而改變光面層厚度和周邊眼距。周邊眼藥量大。多數班組長和工人對設計的周邊眼藥量擔心不夠，認為藥少炸不掉巖石，總想多點藥。炮泥質量及炮泥長度不符合要求。

（3）放炮器材存在的問題

放炮器能力低，不能使所有雷管準爆。雷管質量差，同一段的雷管不能同時起爆等。

4　結束語

綜上所述，目前各礦所推廣的光面爆破與普通爆破的不同之處在于周邊眼的布置及周邊眼的爆破參數。隨著爆破技術的發展，光面爆破的方法及內涵也不斷充實，應在所有錨噴支護的巷道里普及光面爆破。

［1］謝登云.探析全煤巷道光面爆破施工技術［J］.中國新技術新產品，2013，20:68.

［2］王立琛.光面爆破技術的應用［J］.門窗，2014，12:445+447.

［3］馬凱旋.淺析光面爆破技術在煤礦井巷中的應用［J］.機械管理開發，2015，02:68-69+86.