浅析光面和预裂爆破参数的合理选择(王志强)

浅析光面和预裂爆破参数的合理选择

王志强

（淮北矿业集团双龙公司；安徽淮北235047）

摘要：浅析光面爆破发展应用情况、爆破参数的合理选择，以及光面和预裂爆破的质量保障措施。

关键词：巷道；光面；预裂；爆破；控制

煤矿巷道掘进使用的光面爆破应用技术，是五十年代从国外兴起的，六十年代初期在国内得到了全面的推广应用。多年的实践，光面爆破在巷道挖掘上起到了很大的作用，取得了显著的经济效益和综合效益。而预裂爆破则是由光面爆破演变而来的，它是光面爆破的其中一种，也有的称作预裂光面爆破。两者的主要差别在于：光面爆破的主爆破炮眼先于控制开挖轮廓面的光面炮眼起爆，而预裂爆破的主爆破炮眼在控制开挖轮廓面的预裂炮眼之后起爆。光面、预裂爆破的应用，都是岩石工程爆破掘进和开挖史上的一次重大变革。光面预裂爆破的效果，主要取决于工程中爆破参数选择和爆破控制技术。因此，合理选择爆破参数，对于完成预期的爆破质量至关重要。

1 合理选择爆破参数

煤矿巷道掘进爆破参数的选择，直接影响着爆破的质量和效果，它是光面、预裂爆破工程设计的重要内容。我们应该利用一切有利于提高光面爆破质量的因素，努力提高爆破质量。对于光面及预裂爆破参数的设计计算，有公式计算法、直接试验法、经验类比法和模型试验法等。现结合有关资料和实践经验，给出爆破参数的一些计算公式及其参考值。

1）炮眼直径。炮眼直径（db）的确定，直接关系到施工的效率和成本，应

综合考虑岩石特性、现场机械设备及工程具体情况要求选择。一般主要依据爆破的现场和钻工机具确定。在小断面巷道实施光面预裂爆破时，孔径宜选35～45 mm。

2）炮眼间距。光面、预裂爆破的实质是使炮眼之间产生贯通裂隙，以形成平整的断裂面。因此，炮眼间距（a）对形成贯通裂隙有着非常重要的作用，它的大小主要取决于炸药的性质、不耦合系数和岩石的物理力学性质。①对光面爆

破有：a = 2Ri+(Pi/ST)db，式中:Ri=(bPb/ST)arb,为每个炮眼产生的裂缝长度，ST为岩石的抗拉强度，db为炮眼直径，Pi为爆生气体充满炮眼时的静压，Pb为孔壁

压力，b为切向应力与径向应力比例系数，b=μ/(1-μ),μ—波松比。②对预裂爆破，有：a = db(Pb/σdt+1), 式中:Pb为孔壁压力，σdt是岩石动载抗拉强度。

瑞典兰格弗斯(Langefors)给出了如下公式：a =(8-12)db,其中db＞60mm；a

=(9-14)db,其中db≤60mm。

3）最小抵抗线W。对光面爆破，最小抵抗线也即光面厚度。由经验公式有：W＝Q/Calb，式中：C为爆破系数，相当于炸药单耗值，lb为炮孔深度；Q为单孔

药量。最小抵抗线W还应根据岩石性质及地质条件加以调整。经验表明，岩石坚韧、可爆性差时，最小抵抗线可小些；岩石松软、易破碎时，W可取大些。W也可通过炮眼密集系数m来确定。光面爆破中的炮眼密集系数是指孔距a与最小抵抗线W的比值，即m＝a/W。一般取m＝0.8-1.0。最终选取的m值应通过现场的爆破试验确定。对于预裂爆破，则以间距系数表示炮眼的密集度。当孔径在70 mm以下时，则间距系数在7～12之间按不同岩性选取，若孔径大于70 mm，则间距系数取5～10。

4）不偶合系数（B）。指孔径与药径之比，它反映药包与孔壁的接触情况。当药包全部填满药孔整个断面时，不耦合系数就达到最小值1。这时装药起爆后，能量可直接传入岩壁，避免了传播过程中的损耗。不耦合系数的增大，药孔周壁上的切向最大应力急剧下降，作用时间延长，使得爆炸能以应力波形式传播能量的部分减少，而以准静态压力形式传播能量的部分增多。在岩石中就有利于形成应力叠加、应力集中以及拉伸裂隙，而不易产生粉碎。一般光面爆破采用的不偶合系数B为1.6～3.0。当B增大到一定值时，可使作用于孔壁的压应力等于或小于岩石的极限抗压强度，不使孔壁发生破坏的条件。由于岩石的极限抗拉强度一般仅为岩石级限抗压强度的1/10～1/40，因此，孔壁周围以外的岩石很容易受拉而破坏。预裂爆破中预裂孔只是要求形成预裂缝，而不是大量崩落岩石，因此不宜采用太大的孔径和装药直径。根据试验及经验数据，不偶合系数B一般取2～4，坚硬岩石因抗压强度高，可采用较小的不耦合系数；而松软岩石则应取较大的不耦合系数。

5）每米深炮眼装药量。对光面爆破，每米深炮眼装药量q有：q＝AKmk1W。

式中A是炮眼口堵塞系数，取1.0；K是与岩石性质有关的介质系数，软岩为0.5-0.7，中硬岩0.75-0.95，硬岩1.0-1.5，m是炮眼密集系数；k1依炮眼密度

定的系数，0.5，每加深1m增加0.2；W为最小抵抗线。对预裂爆破，则有：q=Kdb,式中:K是岩石系数(坚硬岩石0.6;中等强度岩石为0.4-0.5；软岩为0.3-0.4。其他符号同前。

2 光面、预裂爆破的质量保障措施

1）爆破裂缝的控制。光面、预裂爆破的关键技术就是控制爆破裂缝的方向（只沿着某一要求的特定方向），其它方向不产生或少产生裂缝。所以除了对爆破参数进行优化选取外，主要通过以下措施保证：①改变炮孔的性状。改变炮孔性状常用的方法是孔壁切槽、设导向孔、异形炮孔等。这类方法的实质是人为地改变炮孔的形状或孔间的相关关系，从而改变圆形炮孔的均匀受力状态，按所要求劈裂面的方向产生应力集中，避免裂缝方向的随机化。孔壁切槽包括机械切槽、水射流切槽、聚能药柱切槽。工程实践表明，机械切槽和聚能药柱切槽确实可以控制裂缝的始裂位置和扩展方向，并可能采用更宽的孔距和较少的装药量。②改变药包的性状。压铸药柱、聚能药包、带缺口药包、扁平药包等属于此类。这类方法的实质是改变常用的圆形药包爆炸产物均匀在作用于炮孔壁的受力状况，使其最大的压力作用于所要求的劈裂面的方向。③改变装药结构。切缝套管、挤压钢棒、水压聚能及半圆套管中以改变装药结构。其实质是利用装药结构使爆生气体的最大压力作用于所要求劈裂面的方向。

2）合理利用结构面。工程实践表明，光面和预裂爆破除应充分考虑参数优化、合理的药量和岩体的地质条件，合理利用结构面或根据结构面改变爆破工艺。①利用结构弱面。根据结构面的方向，控制钻孔与结构面的夹角，调整孔间距，可获得较理想的预裂缝；当预裂孔与结构面一致时，可将预裂孔沿结构面布置。如此只需少量的炸药，即可获得理想的预裂缝。一些断层、节理对爆炸应力波的衰减影响较大，可以起到类似预裂缝的作用，爆破时可合理利用。②根据结构面改变爆破工艺。根据弱面的位置，对炸药进行分散化、微量化处理，同时改变装药方式，在炮孔穿过的断层、裂隙处，局部间隔装药，以减少爆破对弱面的过度破坏及爆生气体的逸散现象。

3 结语

①影响爆破效果的因素较多（如工程地质、爆破参数选择，施工工艺等）。要想取得理想的爆破效果，必须充分考虑各种影响因素，根据工程地质条件选择合理的参数和施工工艺。②合理的爆破参数是爆破成功的关键。不同的岩石、地质构造应认真分析，选取不同的爆破参数。③精心施工也是爆破成功的又一重要因素。减小炮孔定位误差和钻孔角度误差，按设计的装药结构装药，保证不耦合系数，以利于达到理想的爆破。

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