徐國華

在工程掘進(jìn)中使用光面爆破法爆破后,可實(shí)現(xiàn)形狀規(guī)則、表面光滑、圍巖不受明顯破壞、達(dá)到人為控制爆破的設(shè)計(jì)要求。實(shí)施這一方法時,應(yīng)合理選擇各種參數(shù),嚴(yán)格控制裝藥量,科學(xué)布置各種炮眼,并按照一定的順序裝藥起爆。光面爆破有輪廓線光爆法、預(yù)裂爆破法和普通光爆法三種。國內(nèi)使用最多的是普通光爆法,即先用一般的爆破法在巷道內(nèi)部做出巷道粗?jǐn)嗝?再由邊眼爆出整齊的巷道輪廓。

一、光面爆破的優(yōu)點(diǎn)

光面爆破有以下優(yōu)點(diǎn):

一是巷道成形規(guī)整、光滑,接近于設(shè)計(jì)輪廓線的要求。應(yīng)力分布均勻,圍巖穩(wěn)定。

二是對井巷圍巖的炮震擾動范圍小,相應(yīng)的炮震裂縫少,可有效地減少應(yīng)力集中引起的塌方。減少落石和危險斷面,減少放炮后的排險時間,避免事故發(fā)生和人員傷亡,提高施工速度,對巖性不良地段,效果更為顯著。

三是由于光爆成形規(guī)整,對于不少井巷(隧道、巷道),一般只做5～15cm的噴射混凝土支護(hù)。與普通爆破后的混凝土碹(襯砌)相比,可相應(yīng)的增大使用面積,更合理、更有效地利用空間。

四是節(jié)約材料,降低工程造價。光面爆破與普通爆破相比,可節(jié)省炸藥15%左右,眼孔利用率高10%左右。

二、光面爆破的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

光面爆破的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下:

眼痕率在50%以上,眼痕率越高,光面爆破效果越好。

巷道周邊成形應(yīng)符合設(shè)計(jì)輪廓要求,超挖不大于150mm,欠挖應(yīng)滿足規(guī)范要求。

圍巖面上不應(yīng)有明顯的炮震裂縫。

三、光面爆破的基本原理

1.應(yīng)力波疊加干擾理論

實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)周邊炮眼同時起爆時,以炮眼為中心的圓柱形應(yīng)力波很快從每個炮眼向外擴(kuò)展,波峰在兩炮眼之間相遇。在相遇前,這一區(qū)域的巖體承受來自兩炮眼的徑向壓力。波峰切線方向產(chǎn)生拉應(yīng)力。兩波相遇時,則因產(chǎn)生波的疊加而增強(qiáng)。在垂直于兩炮眼之間連心線上的拉應(yīng)力也增大,當(dāng)此合成拉應(yīng)力超過巖石的極限抗拉強(qiáng)度時,在兩炮眼中間首先產(chǎn)生裂隙,然后沿連心線向兩個炮眼方向發(fā)展,最后形成拉斷裂面。

2.爆生氣體準(zhǔn)靜壓力作用理論

這一理論認(rèn)為,爆生氣體的準(zhǔn)靜壓力作用是產(chǎn)生貫穿裂縫的主要原因。光爆炮眼裝藥是在不耦合條件下爆炸的。由于空氣間隙的緩沖作用,作用于炮眼壁的沖擊波壓力急劇下降,減小了破碎區(qū),只剩下幾條徑向裂縫,在較長時間內(nèi)炮眼壁處于一定準(zhǔn)靜壓力作用下。相鄰炮眼起爆后,由于準(zhǔn)靜壓力作用,在炮眼連心線上各點(diǎn)產(chǎn)生很大的切向拉應(yīng)力,而在連心線與炮眼壁相交處產(chǎn)生應(yīng)力集中度很高的拉應(yīng)力。炮眼間距適合時,在炮眼壁上應(yīng)力集中處將首先出現(xiàn)拉應(yīng)力。然后在爆生氣體的作用下,裂隙沿連心線延伸,最后形成具有一定寬度的貫通裂縫。由裂縫形成過程可以看出,應(yīng)力波造成的初始裂縫只起導(dǎo)向作用,爆生氣體產(chǎn)生的高壓靜作用,是形成裂縫貫通的主要動力。

3.應(yīng)力波和爆生氣體綜合作用理論

應(yīng)力波和爆生氣體綜合作用理論認(rèn)為,炮眼裝藥爆炸后,應(yīng)力波的主要作用是在炮眼周圍造成一稠密的徑向裂隙。爆生氣體準(zhǔn)靜壓力作用于隨機(jī)微裂隙的炮眼壁上,炮眼間形成準(zhǔn)靜應(yīng)力場,使徑向裂隙進(jìn)一步發(fā)展而貫通。相鄰炮眼起爆時差不同,應(yīng)力波與爆生氣體壓力作用情況也不同,裂隙形成也有不同。

四、光面爆破參數(shù)

1.不耦合系數(shù)

不耦合系數(shù)k是炮眼直徑d與藥卷直徑do之比,即k=d/do。若不耦合系數(shù)k=1,則表示炮眼直徑和藥卷直徑完全耦合;若k>l,則表示炮眼直徑與藥卷直徑不耦合,藥卷與炮眼壁之間有空隙。k值越大,則表示空隙越大。實(shí)踐證明,k為2～5時,光爆效果最好。

2.炮眼密集系數(shù)

爆破施工中常將眼間距E與最小抵抗線W的比值稱為炮眼密集系數(shù)m,即m=E/W,其值常取0.8～1。硬巖取值稍大,軟巖取值稍小。

3.裝藥密度

裝藥密度是指單位長度炮眼的裝藥量,單位g/m。軟巖中一般為70～120g/m,中硬巖石中為100～150g/m,硬巖中為150～250g/m。

4.起爆間隙時間

在實(shí)行光面爆破時,間隙時間越短,壁面平整效果越好。因此,應(yīng)盡量減少周邊眼間的起爆時差。

5.炮眼質(zhì)量

眼間距要整齊均勻,眼口距應(yīng)盡可能近些,炮眼方向要稍向外偏,以防越掘越小。所有炮眼都要嚴(yán)格打在輪廓線上,輪廓線的曲線段炮眼要比直線段稍密一些。

(作者單位:山西省大同煤炭技師學(xué)院)