光面爆破技术在大断面软弱围岩巷道掘进中的应用刍议

张磊 王超 张腾

摘 要： 在大断面巷道掘进作业过程中，经常会遇到复杂岩层结构情况，尤其是难度较大的软弱围岩，利用普通的掘进技术难以安全、高效地完成作业，这就会严重影响作业进度。光面爆破技术的应用，对于大断面巷道掘进过程中的软弱围岩状况有很强的针对性，能够在遇到这种岩层结构时起到关键作用，但是当前阶段该技术的相关理论和实践经验还不完善，还需要进行进一步的研究和探索。以此为基础，本文从大断面巷道掘进作业着手，首先简要阐述了光面爆破技术的应用原理，随后分析了在大断面软弱围岩巷道掘进过程中影响光面爆破技术应用的关键因素和关键技术，最后探讨了在大断面软弱围岩巷道掘进过程中应用光面爆破技术的参数设计，以此来供相关人士交流参考。

关键词： 光面爆破技术;软弱围岩;大断面巷道掘进

【中图分类号】TU973.12      【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）13-0107-02

引言

当前阶段，巷道掘进工程引进了很多高精尖的技术，这些先进技术在工程建设过程中发挥了重要作用。在大断面巷道掘进作业过程中，需要应用到更加科学、先进的技术，才能合理应对作业中遇到的复杂的岩层结构状况。对于大断面软弱围岩巷道掘进作业，光面爆破技术能够弥补传统技术的不足，但是在实际爆破作业的过程中还有很多问题亟需解决。

1 光面爆破技术的应用原理

光面爆破技术是利用空气间隙中不耦合装药结构，炸药引爆之后产生的冲击波能够使得岩石间隙的空气被瞬间压缩，作用于炮孔内壁之后可以转化为应力波。岩层中的应力波在传播过程中，会在炮孔连心面中央形成一个拉应力区，在拉应力作用下，结构脆弱的岩层就会发生断裂，从而实现高效率的巷道开挖，这种光面爆破技术对于软弱围岩结构的巷道掘进工程有良好的作业效果。光面爆破技术在大断面软弱围岩巷道掘进工程的作业过程中进行应用，不耦合装药结构是核心部分，是在爆破过程中发挥重要作用的部分，与此同时，应用光面爆破技术进行作业的过程中，装药量、炮孔间距等参数的设计也是影响爆破作业成功与否以及爆破效果的关键。

2 在大断面软弱围岩巷道掘进过程中影响光面爆破技术应用的关键因素

应用光面爆破技术来进行大断面软弱围岩巷道掘进作业，影响爆破效果的关键因素一般分为两个方面。一方面是地质条件，软弱围岩的结构性质较差，在这类岩体的巷道掘进作业中，布置光面爆破系统需要多打眼，少装药，保证爆破过程的安全性，防止对围岩造成严重的破坏。另一方面是操作过程。在光面爆破技术的应用过程中，为了保证爆破达到预期的效果，需要严格按照操作规程进行，尤其是爆破过程中装药结构设计和起爆顺序需要格外注意[1]。

3 在大断面软弱围岩巷道掘进过程中进行光面爆破的关键技术

在大断面软弱围岩巷道掘进的作业过程中应用光面爆破技术，用到的主要施工工艺有以下几种：（1）光面爆破设计;（2）测量放线;（3）炮孔定位;（4）钻孔;（5）炮孔检验与清洗;（6）孔位调整;（7）药量计算;（8）炮孔装药;（9）爆破网络敷设;（10）连线起爆;（11）通风;（12）检查爆破效果。

应用光面爆破技术来进行大断面软弱围岩巷道掘进工程的实际作业，应用到的关键技术主要分为三个方面。

其一是选定周边眼间距。周边眼的间距参数对于软弱围岩的整体轮廓具有关键影响，关系到轮廓的平整度。一般情况下，周边眼间距参数设置为炮眼直径的8-10倍。同时，在实际的大断面巷道掘进光面爆破作业过程中，设计周边眼间距参数可以根据实际岩体性质进行调整。

其二是采用何种装药结构[2]。装药结构关系到装填炸药的爆破效果，要保证炸药沿孔深分布，要在周边眼进行间隔装药，并根据实际情况可加导爆索。大断面软弱围岩巷道掘进工程的具体作业过程中，应用光面爆破技术采用的装药结构要避免破坏周围围岩结构，在装药过程中间隔装药，还可以用导爆索固定在竹片上进行引爆，保证安全和光面爆破的效果。

其三是炮眼分布的确定。起爆顺序与炮眼的分布息息相关，一般情况下，在应用光面爆破技术进行软弱围岩大断面巷道掘进的工程作业，掏槽眼要按照线性结构来分布炮眼位置，周边眼、内圈眼则需要采用环形结构来布置炮眼位置。

4 在大断面软弱围岩巷道掘进过程中应用光面爆破技术的参数设计

4.1 不耦合系数、炮眼直径

炮眼直径根据大炮眼和小炮眼的区别，直径有所不同。大炮眼直径一般在50-70毫米之间，这种大炮眼一般应用于优质围岩程度的地质状况下的巷道爆破，对于大面积掘进作业能够大大提高工作效率;而小炮眼直径范围是24-48毫米，适宜软弱围岩地质状况下的爆破作业，能够大大提高钻岩速度，在保证掘进巷道整齐度的情况下，有效减少材料损失和对岩层结构的破坏，从而提高作业的安全性。

不耦合系数是指炮眼直径和药卷直径的比值，一般我们用B来表示不耦合系数，该系数的正常值范围是1.1-1.3。不耦合系数数值越大，表示炮孔內壁所受的切向应力越低，在这种设定情况下，进行爆破之后，炮弹产生的冲击波比较平缓、作用较长。由于在爆破过程中气体膨胀，所做的功会产生应力集中和叠加作用，从而导致拉伸裂缝的产生，这种特性能够有效避免粉碎。

4.2 炮眼角度和深度

一般情况下用L来表示炮眼深度，炮眼深度的控制要以围岩的等级为参考来进行，高等级的围岩结构一般性质较好，设置炮眼深度就需要较深的参数。在大断面软弱围岩巷道掘进的实际作业过程中，由于围岩等级较低，性质较差，因此炮眼深度就需要控制地较浅。一般要在掘进作业中控制炮眼深度在1.5-2米之间，即以开挖断面宽度为基准，以其数值的0.5-0.7倍确定炮眼深度。炮眼方向的确认要参考眼口方向，向外倾斜一定的角度。确定炮眼角度需要以炮眼轴线和轮廓线为基准，设置两者之间角度在3°-5°[3]。

4.3 炮眼间距

在大断面软弱围岩巷道掘进的作业过程中，炮眼间距对于光面爆破技术应用的合理性、精准性至关重要，直接决定光面爆破技术的应用成功性。因此，在控制炮眼间距时要格外注意，根据实际的炮眼直径来确定间距的设定参数，一般是炮眼间距设定为8-12倍炮眼直径。在一般情况下，大断面软弱围岩巷道掘进作业过程中，进行炮眼间距参数的设计会控制在500-700毫米，并且炮眼间距会随着拱形大断面巷道跨度的减小而减小;但是当围岩破碎困难，就需要适当增大炮眼间距，可设置在800-900毫米。

4.4 炮眼数量和总装药量

大断面软弱围岩巷道掘进作业中利用光面爆破技术需要确定炮眼数量和总装药量。炮眼数量的确定一般需要应用下面这个公式：

N=（kSL）/（Lnr）

N：炮眼数量

k：炸药的单耗量

S：开挖断面面积

L：炮眼深度

n：装药系数

r：炸药线密度

其中炮眼的装药系数与炮眼位置有关，即数值n的具体参数需要结合炮眼位置来具体确定，炸药线密度要结合实际作业过程中的药卷直径来确定。

炮眼总装药量的确定可以用下面这个公式来计算：

Q=KLS

Q：总装药量

K：单位岩石爆破炸药消耗量

L：炮眼深度

S：开挖断面面积

4.5 炸药量分配

按照上述步骤确定好总装药量之后，将炸药分配放置到炮眼之中，需要考虑炮眼装药系数。根据大断面软弱围岩巷道掘进工程作业现场的实际状况，如果直眼掏槽需要保证精准性;如果用底板眼爆破方式，根据掏槽眼用量，一般需要使用总量的七成即可，槽眼需要掘进炮眼深度增加20厘米的距离。在确定所有炮眼的炸药用量的过程中，分配炸药量可以专门设置一个房间来进行，保证专业性和针对性[4]。如果选择对炸药进行加工，加工之后，可以对炸药进行编号，安排专业工作人员严格按照操作规程进行炸药的放置。炸药放置到炮眼之后，需要用提前配置好的炮泥对炮眼进行覆盖，严格保证安全性。

二里河矿新坑口及车场掘进断面4.2-5.4m，地表埋深30-95m，浅地表岩层岩石风化严重，围岩的岩体结构不完整，在掘进过程中普通爆破法爆破后超挖欠挖严重，适当地段采用根据围岩差异性进行光爆掘进，大大的减少了开挖工程量，并最大程度保持围岩的整体性，为后期支护工作提供便利。

5 结束语

综上所述，在大断面软弱围岩巷道掘进的实际作业过程中，光面爆破技术的应用具有非比寻常的意义，能够维持大断面巷道形状的完整性和大断面巷道围岩的稳定性，保障大断面巷道掘进工程作业过程中的安全性和高效性。除此之外，光面爆破技术的应用还能够减少材料消耗，大大提升工程作业的效率。为了使光面爆破技术在大断面软弱围岩巷道掘进作业过程中的应用价值发挥到最大，相关工程技术人员应当结合工程实际影响因素进行分析，运用科学的运算方式来进行试验验证，保证光面爆破技术的应用效果。

参考文献

[1] 廖利平.软弱及破碎围岩隧道光面爆破技术探讨[J].建筑工程技術与设计，2018，000（011）：567.

[2] 张子坤.谈长大隧道软弱围岩聚能水压光面爆破施工技术[J].工程建设与设计，2019，000（009）：215-217.

[3] 徐璐.富水软弱围岩浅埋微断面隧道快速开挖综合施工技术[J].公路与汽运，2019，000（001）：147-151.

[4] 郭健伟，郭文波.陆家湾双连拱隧道后行洞爆破方案的优化[J].港工技术与管理，2018（2）：31-34.