光面与预裂爆破爆破

7.

光面与预裂爆破7.1光面爆破7.2预裂爆破7.3定向断裂爆破新技术

7.1光面爆破

瑞典从20世纪50年代开始，率先研究一种能按设计轮廓线爆破岩体，使巷道周壁或开挖面平整，并使围岩不受明显破坏的控制爆破技术，即光面爆破技术。美国、加拿大等国也相继进行了研究。我国自1970年以来，在矿山、水利、地下工程中获得了广泛应用光面爆破技术，至今成为控制开挖轮廓线的主要爆破方法之一。特别是光面爆破与锚喷支护相结合后，已成为井巷工程中一项重大技术改进。图普通爆破和光面爆破的效果(a)普通爆破(b)光面爆破云南元磨高速公路隧道光面爆破三峡工程建基岩水平光爆湖北清江水布垭水电站高边坡爆破与开挖广西龙滩水电站高边坡爆破与开挖三峡工程临时船闸爆破与开挖某经过光面爆破的岩石柳州一桂林高速公路山石质路爆破光面爆破在隧道掘进建设中的应用光面、预裂爆破的特点及应用

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。光面、预裂爆破的特点及应用

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。光面、预裂爆破的作用机理主要：爆炸应力波的导向作用和爆生气体的扩缝作用爆炸应力波的导向作用

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；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、预裂爆破的作用机理爆炸应力波的导向作用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；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。光面、预裂爆破的作用机理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。一、光面爆破及特点

适用于断面周边一层岩石，爆后断面符合设计要求、围岩形状规整。表面光滑、损伤小、保持稳定。特点：减少超欠挖；

井巷成形规整、质量高；

围岩稳定，自身承载能力强，减少支护及用材；

掘进速度快、成本低、施工安全；

钻孔质量要求高。二、光爆原理

1、光爆实质——是在断面设计的轮廓线上布置间距较小相互平行的炮孔，控制装药量及不耦合装药结构，选用低密度、低爆速（威力）炸药并同时起爆，沿炮孔连线将岩石切断崩落。2、原理

1）应力波叠加原理——相邻两孔装药同时爆炸时，应力波沿炮孔连线相向传播，相互干涉叠加，当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，切断岩石形成贯穿裂缝。

2）应力波与爆生气体共同作用原理——实际爆破时，两孔难以保证同时，故连线上应力波叠加难以实现。因此，认为贯穿裂缝的形成，是基于各装药爆炸所激起的应力波先在孔壁上产生初始裂缝，然后，在爆生气体静压作用下，形成“气楔”使裂缝扩展，最终贯通。图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

邻孔和空孔的导向作用三、光爆参数

1、不耦合系数

由不耦合装药炮孔壁上产生的冲击压力知

令

可求得Kb。一般取Kb＝1.5～2.5

2、最小抵抗线W

在爆破中，为了使保留区岩壁光滑而不致破坏，抵抗线W也不宜过大，否则爆破后不能形成光滑的岩壁，达不到光面爆破的目的。因此对于露天深孔光面爆破的抵抗线W最好采用与钻孔直径d有关的关系式计算，即，W=（7～20）d。或W=(1.5~2.0)a

3、钻孔直径D

深孔爆破时，公路、铁路与水电取80~100mm，大直径150~300mm多用于矿山；浅孔爆破取42~50mm。

4、台阶高度H

与主爆区台阶高度相同，一般情况，深孔不大于15m，浅孔取1.5~5.0m为宜。

5、炮孔超深hh=1.5~1.5m，孔深大、岩石坚硬完整者取大值，反之取小值。图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

6、炮眼间距

根据不同的光爆原理有不同的确定方法。炮孔间距一般为孔眼直径的10～20倍；也可按a=mW确定（m取0.8~1.0）在节理裂隙比较发育的岩石中应取小值，整体性好的岩石可取大值。

7、起爆时差

周边眼最好同时起爆，周边眼与相邻孔，一般在50～100ms，随孔深不同变化。

图

光爆参数示意图

周边眼眼距E光面层厚度W周边眼内第一层辅助眼时差越短则壁面平整效果越有保证。图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

8、单位装药量q

单位装药量又叫线装药密度和装药集中度，它是指单位长度孔眼中装药量的多少(g／m或kg／m)。为了控制裂缝的发展，保持新壁面的完整稳固，在保证沿孔眼连线破裂的前提下，应尽可能减少装药量。软岩一般用70～120g／m，中硬岩为100～150g／m，硬岩为150～25Og／m。也可按教材计算。

光爆眼应采用爆速低、密度小、感度高和爆轰稳定的低威力炸药。岩性整体性较好中硬岩石以上f﹦8～10整体性较差中硬岩石以下f﹦6～8裂隙发育中硬岩石以下f﹦4～6每米炮眼装药量（g）200～300100～20010～100周边眼间距E（mm）600～700400～600300～400最小抵抗线W（mm）500～800400～800400～800周边眼密集系数M0.85～1.200.7～1.000.5～0.8辅助眼间距（mm）600～1100800～13001000～1500辅助眼抵抗线（mm）400～800700～1000900～12001、表中数值适用于号岩石铵锑炸药；2、预裂爆破时周边眼间距要减少15～30%，每米装药量则应增加15～30%；3、预留光爆层时周边眼抵抗线可增大15～30%。4、用延期雷管起爆时，周边眼间距要适当减小，装药量要增大。四、施工要点

1、钻孔质量

做到“准、平、齐”

2、装药结构

标准药卷空气间隔装药；

多采用：

小直径药卷间隔装药；

小直径药卷连续装药。

3、起爆顺序：光面爆破与主体爆破一起分段延期起爆，也可采用预留光爆层在主体爆破后起爆。所谓预裂爆破，就是沿露天矿设计边坡境界线，钻凿一排较密集的钻孔，每孔装入少量炸药，在采掘带主爆孔未爆之前先行起爆，从而炸出一条有一定宽度（一般大于1～2cm）并贯穿各钻孔的预裂缝。由于有这条预裂缝将采掘带和边坡分隔开来，因而后续采掘带爆破的地震波在预裂带被吸收并产生较强的反射，使得透过它的地震波强度大为减弱，从而降低地震效应，减少对边坡岩体的破坏，提高边坡坡面的平整度，保护边坡的稳定性。预裂爆破与普通生产爆破相比，减震效果一般可达4％～60％。工程经验实测数据表明，由于预裂缝的作用，爆破震动可减少50％～82％，破坏范围可缩小40％，预裂面的不平整度为±20cm，孔壁的保留程度为：坚硬岩石大于80％，软岩大于50％。7.2预裂爆破一、预裂爆破原理与光面爆破一致，消灭粉碎区，控制破裂区。预裂爆破与光面爆破很相似，它是在光面爆破的基础上发展而来的，所不同的是：光面爆破是光面眼前面的岩石都崩落后再才进行爆破，它有最小抵抗线。而预裂爆破是在预裂眼前面的岩石都没有爆的情况下所进行的爆破

二、预裂爆破的优点

预裂爆破首先形成裂隙后，前面的炮孔再爆破时所产生的应力波遇到裂缝就会发生反射，从而减弱了对所要保护的边坡的冲击破坏。三、预裂爆破参数

1．炮孔直径，一般采用潜孔钻机，孔径从90~150mm，也有用200mm的。一般孔径越小，留的孔痕率越高。2．不耦合系数：由于不偶合装药，因而药包与孔壁之间形成了一定的环形间隙。环形间隙的存在，可降低爆轰波的初始压力，保护孔壁及防止其周围岩石出现过分粉碎；同时还可以延缓爆破作用时间，有利于预裂缝的扩展。不偶合系数的大小，主要与岩石性质有关。根据国内外资料，一般以2~5为宜。3.线装药密度—单位炮孔长度的装药量（不包括填塞部分）保证孔壁不损坏的线装药密度：Δ=2.75[σ压]0.53r0.36

保证形成贯通裂缝的线装药密度：Δ=0.36[σ压]0.63a0.67在钻孔底部约1m左右，由于夹制严重，其线装药密度应根据岩性不同，适当增大装药量，一般增大1～2倍。也可按经验数据法确定岩石性质炮孔直径/mm孔间距/m单位长度装药量/g·m-1

软弱岩石800.6~0.8100~1801000.8~1.0150~250800.6~0.8180~300

中硬岩石1000.8~1.0250~300

次坚石900.8~0.9250~4001000.8~1.0300~450

坚石90~1000.8~1.0300~7004．孔距，一般为钻孔直径的7～15倍，即

α=（7~15）D

硬岩一般取较小值，软岩取大值。

马鞍山矿山研究院推荐的预裂孔孔距经验公式：

式中：α－预裂孔孔距，cm；

D－钻孔直径，cm；

K－不偶合系数。

5．预裂爆破的台阶高度H。以为宜。当挖深大于15m时，宜采用分层爆破。层间应设平台，平台宽度1.5~2.0m。6.预裂孔深。既要考虑不留根底，又要考虑不破坏岩石的整体结构。7.起爆时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：

W后=（2.0~2.5）RY=(0.32~0.40)W式中：RY——压缩圈半径；

W——峒室药包的最小抵抗线，大抵抗线取小值。处理好预裂炮孔与前排药包位置的关系对于主药包为深孔爆破，其经验数据如下：

主炮孔药包直径主炮孔单段起爆药量预裂孔与主炮孔间距（mm）(kg)

(m)

<32

<20

0.8

<55

<500.8~0.12

<70<1001.2~1.5

<100<300

1.5~3.5

<130

<10003.5~3.6四、施工技术

为了获得较整齐的预裂壁面，必须确保钻孔精度。国内外预裂爆破实践表明，孔底的钻孔偏差不应超过15～20cm。对沿预裂面方向的偏差可以放宽一些，但对垂直预裂面方向的偏差要严格控制，只有这样，才能保证壁面平整。预裂钻孔的下部，通常距孔底1m左右仍有裂缝出现。如果底部也要保护，应适当减小孔深。此外，为了防止采掘爆破的地震波从预裂线端部绕过去，预裂缝端部应比采区伸长(60～100)D，即为孔径的60～