煤矿光面爆破技术及实际应用

煤矿光面爆破

及实际应用

一.光面爆破的特点及应用

光面爆破技术约在1950年发源于瑞典，1952年在加拿大首次应用；预裂爆破由光面爆破演变而来。从整个爆破技术来分，它们均属于光面爆破技术。一.光面爆破的特点及应用

光面爆破可以分为三大类型：

轮廓线钻眼法;预裂爆破;光面爆破法;

（1）

轮廓线钻眼法

它是沿设计的巷道开挖轮廓线钻凿紧密相邻的炮眼,这些炮眼内不装炸药,然后视其离自由面的远近再钻一至若干排炮眼并装炸药爆破。由于密集且相邻的炮眼存在,隔开了其它炮眼爆炸时爆炸应力波和裂缝的传递与扩展,使岩体沿弱面切开,形成平整的岩壁保护岩体稳定。

目前在巷道内使用较少,仅在不够稳定的岩层（如软弱岩层、断层带等）中及城市地下隧道、地铁为减轻地震波震动时,才部分采用,应用该种技术能获得较好的光面爆破效果,但钻眼工作量大,钻眼费用高。

一.光面爆破的特点及应用

（2）预裂爆破法：

这种方法是在开挖轮廓线上钻凿相互平行较密集的炮眼,采取不耦合装药或装填低威力炸药并使之先于其它爆破眼起爆,当轮廓线上的炮眼间距、数量、装药结构合适时,爆破后各炮眼间将形成相互贯通的裂隙,与原岩分割开来。此后再爆破其它炮眼,由于轮廓线上裂缝已形成,所以其它炮眼爆破时不会引起围岩岩体破坏,而构成光滑的平整壁面。预裂爆破可以起到较好的隔振作用,一般适用于岩体较为完整的硬岩、中深眼及深眼爆破。

一.光面爆破的特点及应用

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。一.光面爆破的特点及应用

预裂爆破与光面爆破之间的主要差别表现在两个方面：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。一.光面爆破的特点及应用

一.光面爆破的特点及应用

光面爆破是一种使爆破出的新壁面保持平整而不受明显破坏的爆破技术,它有以下优点。1.爆破后成型规整,符合设计轮廓,爆后新壁面上留下清晰可见的半孔痕迹,超挖量大为减少。2.节省装运提、回填、支护等工程费用;3.爆后不产生或很少爆震裂隙,新岩面稳定；4.新岩壁平整,通风阻力小,岩面上应力集中现象少。

5.可提高工程进度和工程质量,降低成本。

6.与喷射混凝土和锚杆支护相配合,形成一套高效、快速、安全的施工工艺。一.光面爆破的特点及应用主要缺点为：

1

炮眼数较一般爆破法要多一些，钻眼的准确性要求较高,钻爆作业的单项工序时间要多一些。

2

需要一些特殊器材,如专用炸药、毫秒雷管、导爆索（传爆线）等。

一.光面爆破的特点及应用光面爆破的质量标准为：

（1）眼痕率,硬岩不应小于80%,中硬岩不应小于60%。（2）软岩中的巷道,周边成形应符合设计轮廓，一般要求＞55%

。（3）两炮衔接台阶尺寸,眼深小于3m时,不得大于150mm,眼深为5m时,不得大于250mm。（4）岩面不应有爆震裂缝。（5）巷道周边不应欠挖,平均线性欠挖值应小于200mm。一.光面爆破的特点及应用二.光面爆破的作用机理

1爆炸应力波的导向作用（1）由于不偶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；光面爆破断裂面的形成a.炮孔及装药；b.初始裂纹；c.断裂面形成二.光面爆破的作用机理

1、爆炸应力波的导向作用

(3)如果相邻孔不能同时起爆,虽然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。二.光面爆破的作用机理

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。三、光面爆破设计1、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、起爆时差。三、光面爆破设计（1）最小抵抗线w最小抵抗线是指周边炮孔与最外层主爆孔之间的一圈岩石层。一般为正常深孔爆破最小抵抗线的0.6～0.8,可取w＝（10～20）d；式中：d—钻孔直径，m；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。三、光面爆破设计（1）最小抵抗线w最小抵抗线是指周边炮孔与最外层主爆孔之间的一圈岩石层（也叫光爆层厚度）。一般为正常深孔爆破最小抵抗线的0.6～0.8,可取w=（10～20）d；式中：d—钻孔直径，m；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。三、光面爆破设计（1）最小抵抗线w最小抵抗线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。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。三、光面爆破设计（1）最小抵抗线w把最小抵抗线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式中W—最小抵抗线厚度；

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。三、光面爆破设计（2）孔距a(炮孔密集系数)

最小抵抗线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,达不到光面爆破效果；反之K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。三、光面爆破设计（2）孔距a(炮孔密集系数)

实践表明，当a=（0.6～0.8）w爆破后的光面效果较好，硬岩中取大值，软岩中取小值。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（2）孔距

光爆孔的间距它与炮孔直径、岩性和装药量等参数有关。孔距过大,难以爆出平整光面;孔距过小会增加凿岩费用。通常,合理的孔距也可按炮孔直径选取。S=（10~20）d2S—孔距,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。（3）不耦合装药系数不耦合系数K′,是指炮孔直径与药包直径之比。因而不耦合系数K′＝d2/d1＞1。d2为炮孔直径d1为药卷直径不耦合系数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。1.导爆索；2.堵塞段；3.中间装药；4.底部增强装药三、光面爆破设计三、光面爆破设计

（4）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—单位体积岩石炸药消耗量，（矿井确定的q=0.15～0.25kg/m3,硬岩取大值,软岩取小值）。三、光面爆破设计

（4）装药量b．线装药密度线装药密度又叫装药集中度,它是指单位长度炮眼中装药量的多少（g/m）。为了控制裂隙的发育,以保持新壁面的完整稳固,在保证沿炮孔连心线破裂的前提下,应尽可能少装药。在不耦合系数为1.1～3时,按照经验,一般线装药密度为：软岩：70g/m-120g/m,中硬岩；100g/m-150g/m,硬岩：150g/m-250g/m。Δ——炸药密度，kg/m3d1——药卷直径，m；

q0——线装药密度，kg/m。采用不连续装药时可用下式计算1.导爆索；2.堵塞段；3.中间装药；4.底部增强装药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1.导爆索；2.堵塞段；3.中间装药；4.底部增强装药（5）起爆间隔时间起爆时差越短则壁面平整效果越有保证（a）不同段秒差延期起爆；（b）齐发爆破；（c）微差起爆

实践表明：齐发最佳、微妙延期次之、妙延期最差图5—6起爆时间对光面爆破效果的影响四、光面爆破的施工方法精确凿岩、孔稍外倾（3～5°10～15cm)、两种方案：全断面一次掘进；分次掘进（留光爆层）1、预留光爆层施工法：2、全断面一次掘进3.光面爆破施工工艺

光面爆破的施工流程分钻孔、装药和填塞炮泥、起爆网路联结三部分。(1)钻孔施工钻孔施工是光面爆破最重要的一环,尤其是钻孔精度,它直接影响到光面爆破的成败。为了确保钻孔精度,应严格做好巷道周边的测量放线,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。3.光面爆破施工工艺

(2)装药与填塞炮泥光面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先用沙等松散材料,然后再填塞粘土炮泥。3.光面爆破施工工艺

药串的制作方法：一般是按照炮孔深度,先准备一根稍长于孔深的竹片,然后把细药卷按照每米的装药量、间隔一定距离与起爆的导爆索一起用绑线缠紧在竹片上。为了克服炮孔底部的阻力,在眼底部线装药密度应比设计值大1～4倍;而在接近孔口的区段,线装药密度应比设计值小1/2～1/3。另一种制作方法是按照设计的线装药密度,选取一定内径的矿用塑料管,将起爆的导爆索先插入塑料管中固定,然后采用连续装药或间隔装药结构方式,其孔底与孔口的装药密度按上述方法控制。4.质量标准及实施中的一些问题

钻孔精度是保证壁面质量标准的关键,为此,要求光面爆破的钻孔精度为：光面孔应按设计图纸钻凿在一个布孔面上,钻孔偏斜误差不超过1°；孔口坐标误差为±10cm；钻孔底部偏差不大于15cm；孔深为±0.05m。4.质量标准及实施中的一些问题影响光爆效果的主要因素（1）地质因素光爆区岩石的种类、硬度、结构构造、节理裂隙发育情况、层理及其走向,以及不良地质现象（如断层、夹层、褶皱、溶洞等）,都会直接影响光面爆破的效果。一般情况,中硬以上岩石（f＞8）,若其整体性好、节理裂隙不发育、其光爆效果好;若岩石的整体性差、节理裂隙发育、层理多且其走向与设计边坡走向不一致,其光爆效果较差。

4.质量标准及实施中的一些问题影响光爆效果的主要因素（2）爆破参数在地质条件确定的情况下,爆破参数选择的合理与否是影响光爆效果的关键因素。如炮孔间距和抵抗线过大,爆破后周边的平整度就差,超欠挖也较大；线装药密度过大,易造成巷边岩石破坏较严重,影响围岩的稳定,且超挖严重,眼痕率低；线装药密度过小,则达不到光爆的效果,欠挖严重,需进行二次刷坡,造成更大的浪费。4.质量标准及实施中的一些问题影响光爆效果的主要因素（3）装药结构光爆孔有连续装药和间隔装药两种不偶合结构。在