光面爆破原理及其应用中的问题研究

吴述进

来凤县达峰爆破工程有限公司

光面爆破原理及其应用中的问题研究

吴述进

来凤县达峰爆破工程有限公司

本文从光面爆破的原理出发，对光面爆破技术的应用及存在问题进行了分析，以供参考。

光面爆破；原理；应用；问题

前言

光面爆破是二十世纪四、五十年代发展起来的一种爆破技术。它是控制爆破的一种方法。应用光面爆破，可以使爆破出的巷道断面轮廓符合设计要求，帮顶表面光滑，裂隙少，稳定性高，便于支护。

1　光面爆破原理

当药包处于自由面的附近时，冲击压缩应力波自药包中心向外传到自由面，立刻反射成拉伸应力波。当反射的拉伸应力大于该处岩石抗拉强度，岩石便被拉断。表现在自由面附近的岩石形成一系列拉断裂缝。当最小抵抗线合适时，自由面附近的裂缝和药包周围的裂缝贯穿在一起。在爆生气体膨胀做功的作用下将已破坏的岩石抛出，从而在岩体中形成爆破漏斗。光爆是使两相邻的周边眼的距离小于普通爆破的距离，即使两个爆破漏斗更靠近一些 。当两个炮眼的药包同时其爆时，各药包所引起的压缩应力波将在两孔中间相遇，于是两孔连线上的岩块在压缩应力波σc 的作用下产生垂直方向上的拉应力σp，若此拉应力超过岩石极限抗拉强度，将沿两孔连线产生裂缝。这时，爆生气体的膨胀压力也将在两眼连线上产生很大的集中应力，促进了裂缝的形成。最理想的眼距应使爆破石产生的拉应力刚好克服岩石的极限抗拉强度，使两眼之间产生平整的拉断裂缝而将轮廓线内的岩石崩落并留眼痕。

2　实现光爆的技术措施

为实现井巷光面爆破，必须在技术上掌握以下要点：

2.1周边眼的布置及钻眼质量

周边眼应该精准地打在设计的轮廓线上，互相保持平行，深度一致。周边眼距一般取30～50cm； 在两帮和跨度大的拱顶上，间距可适当增大10～20cm； 在三心拱拱顶两侧曲率半径小的地方，因夹制作用较大，眼距应适当缩小，可取20～40cm； 在裂缝、节理发育或层理略显的岩石中，眼距应适当减小。有时也可在间距较大的周边眼之间或当工作面有软夹层时，在软岩中增加1 ～ 2个起导向作用的空眼，以保证光面成形规整，减小爆破对岩层损害。实践证明，能否保证周边炮眼的钻眼质量，即保证周围炮眼的位置、方向、深度、角度等均符合设计要求，是光爆成败关键。

2.2“光面层”的厚度

“光面层”就是指周边眼与二圈眼之间，由周边眼崩落的那一层岩石。其厚度，就是周边眼的最小抵抗线，是影响光爆效果的重要因素。光面层的厚度，与周边眼的间距由密切关系。可用周边眼密集系数来表示这二者之间的关系。

式中： K—周边眼密集系数； E—周边眼间距； W—光面层厚度，也就是周边眼的最小抵抗线。

W 值越大，周边眼的爆破愈接近于药包在无限介质中的爆破情况，岩石就能较精确地沿各周边眼的联线爆裂开，对围岩的破坏就小。但是W 值又不能太大，否则光面层爆不下来。

一般来说，E 取0.8 ～ 1.0 比较合适； 但在巷道曲率半径大的部位或岩石松软、破碎、节理发育带，K 应取0.6 ～ 0.8； 巷道断面小或岩石坚硬时，K 可取1.0 ～ 1.2。此外，为获得良好的光爆效果，二圈眼须少装药，并且与周边眼严格平行。

2.3炸药品种、装药量、装药结构和起爆时差

要采用小药量，严格控制不要过量装药。在光面层单独爆破时，周边眼装药量一般只有普通爆破法的1 /2 ～ 1 /4，甚至更少，全断面一次爆破时，周边眼药量稍增。人们由于长期习惯于普通爆破法，对光面爆破的作用原理缺乏认识，对周边眼的药量总是不放心，所以往往过量装药，结果光面爆破效果不佳。实际上，即使这样少的装药量，如果集中在一起，仍能对围岩产生破坏，所以要采用以下几种空气间隔装药的方法，把炸药在炮眼尽量均布开来。

一是按预定的装药量，将炸药装入专做的蜡纸筒，然后装入炮眼。蜡纸筒直径22 ～ 25mm，长500mm，装药松散，密度较小。这种方法，药量分布均匀，但比较麻烦。可以设法用长塑料管装药。

二是用普通直径Φ32 药卷，考虑到药量尽量分散，应多分几段，每段半个药卷。

三是用特制的小药卷装药，药径Φ20 ～ Φ25，长200 ～300mm，装药松散，一卷药仅0.1kg 左右。装药时，可用掌握炮棍长度的方法，来控制空气间隔的距离。这种方法，操作简便，效果良好。眼底通常装入一个Φ32 药卷，使光面层易于脱离岩体。

四是炮眼较浅，小药卷来源困难时，就可以直接用1 ～ 2块普通Φ32 药卷直接装眼底，而炮泥只堵眼口一段，使炮眼内留有较长空气柱。

3　光面爆破在煤矿中的应用和存在问题

本文以某矿44-46 石门做实际光面爆破为例：

44-46 石门设计长度880m，净断面为3.2m（宽） × 3.0m（高）的半圆拱，断面积为9.2m2。巷道所遇到的岩石岩性分别为中性砂岩、泥岩、粗粒砂岩、泥岩、铝质泥岩、细粒砂岩、泥岩、细粒砂岩、泥岩、4 煤。根据岩性不同，设计了几种爆破图表。根据该矿实际情况，每循环进尺1.5m，炮眼长度为1.8，炮眼利用率为0.85。采用2 号岩石硝铵炸药，毫秒延期电雷管。炸药消耗量q = 1.79kg /m3； 雷管消耗为3.10 个/m3。

3.1参数计算

每循环炸药消耗量计算： Q = qslη= 1.79* 9.2* 1.8* 0.85 = 30.7kg

炮眼数目计算： 药卷直径为35mm 的2 号岩石硝铵炸药m = 0.16m，p = 0.15kg，并取a = 0.5，按公式计算得：

3.2光面爆破在应用中存在的问题

该矿严格要求施工单位按以上设计的爆破图表施工。经过一段时间的爆破，尽管该石门成型比以前有所好转，但并没有达到光面爆破的标准： 爆破眼痕率最多达到50%，一般仅在20 ～ 30%，超挖超过规定标准。该矿技术人员经过几段时间的跟班观察，发现推广光爆存在以下几个问题。

（1）人员素质差，观念没有改变

该矿是新建的矿井，新工人多。打眼工多数不是熟练工人，眼位、眼深及方向掌握不好。放炮员对周边眼的装药结构掌握不住等。管理干部（包括班组长、区队长） 素质也差，主要表现在管理漏洞多，劳动组织安排不好，认为推广光爆影响进度。

（2）对光爆技术掌握不住

主要表现在： 岩巷习惯于用秒延期雷管，周边眼的起爆时差大，周边眼间形成不了横贯裂缝。不会因岩性及岩体结构变化而改变光面层厚度和周边眼距。周边眼药量大。多数班组长和工人对设计的周边眼药量担心不够，认为药少炸不掉岩石，总想多点药。炮泥质量及炮泥长度不符合要求。

（3）放炮器材存在的问题

放炮器能力低，不能使所有雷管准爆。雷管质量差，同一段的雷管不能同时起爆等。

4　结束语

综上所述，目前各矿所推广的光面爆破与普通爆破的不同之处在于周边眼的布置及周边眼的爆破参数。随着爆破技术的发展，光面爆破的方法及内涵也不断充实，应在所有锚喷支护的巷道里普及光面爆破。

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［2］王立琛.光面爆破技术的应用［J］.门窗，2014，12:445+447.

［3］马凯旋.浅析光面爆破技术在煤矿井巷中的应用［J］.机械管理开发，2015，02:68-69+86.