论文部分内容阅读
【摘 要】 光面爆破是一种合理地利用炸药能量和有效地控制炸药用量的爆破法。光面爆破施工安全、有利支护、节省人工、降低消耗。本文主要探讨了光面爆破的作用机理和影响光面爆破效果的因素。
【关键词】 光面爆破；效果；影响因素
目前，光面爆破技术已广泛应用于露天矿山边坡、路堑、隧道、地下工程等轮廓爆破中，取得了很好的爆破效果和经济效益，但在工程实践中，由于受到装药结构、岩石性质、地质条件、爆破参数和堵塞质量等因素的影响，光面爆破效果有时并不理想。光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。它与传统的爆破法相比，能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和进度。
1 光面爆破的作用机理
尽管光面爆破的破岩机理理论上还不成熟，目前仍在研究中，并在定性分析方面达成共识。冲击波拉伸破坏作用、爆炸气体膨胀做功所起的作用是炸药起爆时岩体产生的两种效应。在光面爆破時是同时起爆周边眼，各炮眼所产生的冲击波的传播方式是径向向其四周传播的，应力波的叠加是通过相邻炮眼的冲击相遇而产生的，切向拉力也由此产生，拉力的最大值产生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于切向拉力时，将拉裂岩体，围岩在炮眼连线方向上的岩石这样就会被拉断，贯穿裂缝形成了，而不受损伤，孔壁上其它方向裂缝同时也受到了抑制，从而围岩保证完好、不破坏，爆破最大限度地对围岩减轻了扰动，平整的爆裂面随爆破气膨胀和裂缝的进一步扩展后最终形成。
2 影响光面爆破效果的因素
2.1地质条件的影响
光面爆破在相同的条件下，f值越高，超挖量越小，随着f值的降低超挖量增大，在有大的节理裂隙、岩脉等存在时，亦容易导致大的超挖。当裂隙方向与要求爆出的岩面方向垂直或岩体完整无裂隙时效果最好。而裂隙与裂面斜交或几组裂隙相交，则易于造成岩面沿节理面脱落。当要爆落的岩面与围岩层理平行时或软硬岩夹层面与隧道纵向基本一致时，极易沿围岩层理面和软硬岩夹层面脱落造成超挖甚至坍方，因此围岩的f值、整体性、岩石的物理力学特性、节理裂隙发育程度、软弱夹层、围岩层理面与隧道方向的关系、地质构造影响程度等都是影响光面爆破效果的关键因素。因此针对某些影响因素可以采取一些技术措施，以减小地质因素对爆破的影响，但有些因素不是人为所能控制的。所以我们要根据现场围岩情况及时调整爆破参数。
2.2炸药性能的影响
爆破作用及效果，最基本的影响因素就是炸药本身的性能，并且主要是炸药密度、爆热和爆速。其决定了在岩体内激起爆炸应力波的峰值压力、应力的作用时间、热化学压力、传给岩石的化冲量和比能。施工中不管是破碎还是抛掷岩石都是靠炸药爆炸释放出的热能来作功，增大爆热和炸药密度，可以提高单位体积炸药的能量密度，同时也提高了爆速。对用化合炸药作敏感剂的工业炸药来说，爆热增大2倍，炸药成本提高10倍多。但爆热低又将导致能量密度的减少，相应地增加了打眼工作量及其成本，且工业炸药的密度也有其限制值，超过该值后，炸药不可能稳定爆轰。因此改善爆破效果的有效途径是提高炸药能量的有效利用。爆速是炸药本身影响其能量有效利用的一个重要性能，不同爆速的炸药，在岩体内爆炸激起应力波的参数不同，从而对岩体爆破作用及其效果有明显的影响。
若炸药密度和爆热相同，提高爆速可以增大应力波的应力峰值，但相应地减少了它的作用时间。爆破岩石时，其内裂隙的发展不仅决定于应力峰值，而且与应力波形，应力作用时间有关。为使裂隙扩展一定长度，应力波必须具有一定的作用时间或波长，裂隙伸展长度愈大，所需应力作用时间或波长也愈大，当作用时间相同时，应力波冲量决定于应力波波形。对高阻抗岩石，因其强度较高，为使裂隙发展，应力波应具有较高的应力峰值，对中等阻抗岩石，应力波峰不宜过高，而应力波的作用时间应稍长些；在低阻抗岩石中，主要靠气体静压形成破坏。从能量观点来看，为提高炸药能量的传递效率，炸药阻抗应尽可能与岩石阻抗相匹配，因此，岩石阻抗愈高，炸药密度和爆速应愈大。
从经济和爆破效果来考虑，对不同岩石，应选择不同性能的炸药。若无合适性能的炸药可供选择时，可改变装药结构来控制应力波参数。
2.3装药结构的影响
装药结构最常采用连续装药和间隔装药，且在一定岩石和炸药条件下，采用空气柱间隔装药，可以增加用于破碎或抛掷岩石的爆破能量，提高炸药能量的有效利用率，降低药量消耗。空气柱间隔装药的作用原理为：①降低了作用在炮眼壁上的冲击压力峰值；②增加了应力波作用时间；③增加了应力波传给岩石的冲量，而且比冲量沿炮眼分布较均匀，不同装药结构的比冲量沿炮眼全长分布。正因如此，空气柱间隔装药可以改善块度质量并减少大块率。由于空气柱间隔装药有以上3个方面的作用，所以在一定岩石和炸药条件下，合理确定空气柱长度与装药长度的比值，调整应力波参数，就能提高炸药能量的有效利用和改善爆破效果。
2.4钻眼精度的影响
从光面爆破机理中可知，E/W的值对光爆效果有很大的影响，因此要实现设定的E、W值，这与钻眼精度有很大关系。
①眼口开眼误差：硬岩要求开眼位置在轮廓线上，深眼可从轮廓线偏内5cm，软眼开口位置可从轮廓线偏内5-10cm。②钻眼角度误差：浅眼应以3%的斜率外插钻眼，深眼应以5%的斜率外插钻眼，外插方向应与轮廓线法线方向一致，以控制眼底偏差。③钻机本身尺寸的影响：隧道爆破钻周边眼尤其是拱部必须有一个外插角，以保证凿岩机的操作净空。这样拱顶就出现接茬，为了保证最小的接茬台阶应选用操作净空较小的凿岩机。④测量仪线误差：可以采用全站仪全断面速测法，用坐标控制主要点，这样就最大限度地减小了放线误差。 2.5炮泥封堵质量
用炮泥封堵周边眼眼口是克服眼口部分岩石抵抗，防止崩落不下来，形成所谓“挂门帘”的一项重要措施，其理由是用炮泥封住炮眼眼口后，使炮眼内留有一定的空气柱，当炸药爆炸时，爆轰波可激起空气冲击波，衰减爆轰波波头压力，不致使眼壁围岩遭到明显破坏。此外，当冲击波向外传递过程中遇到眼口炮泥时，可使该处压力急剧增高；当爆生气体膨胀过程中遇到眼口炮泥时，可使膨胀动力剧然增大，有利于克服眼口部分岩石；更主要的是使承受眼内气体静压力作用的悬臂梁自由端瞬时加载，可使周边眼贯穿裂缝以下的岩石与原岩分离。
如果封泥不好，炮泥就会被冲击波推出，结果贯穿裂缝以下巖石有的崩下来，有的崩不下来。
2.6装药爆轰方向和起爆点数目的影响
单点起爆时，若起爆点置于装药顶端（靠近炮眼口的装药端），爆轰波传向眼底，这种起爆方式称为正向起爆；反之，起爆点置于装药底端，爆轰波传向眼口，就称为反向起爆。实践表明，炮眼利用率与起爆点位置有关（图1），炮眼利用率随起爆点移向装药底部而增加，增加程度与岩石性质，炸药性质，炮眼深度有关。此外，炮泥对炮眼利率的影响也与起爆点位置有关：随起爆点移向装药底部，炮泥的影响逐渐减少（图2）。
图1 炮眼利用率与起爆点位置关系 图2 起爆点距装药顶端距离/m
在单位耗药量相同的情况下，大块率与爆轰方向有关，反向起爆能减小大块率。无论是正向起爆还是反向起爆，岩体内的应力分布都是很不均匀的，但若相邻炮眼分别采用正、反向起爆，就能改善这种状况。采用多点起爆，由于爆轰波发生相互碰撞，可以增大爆炸应力波的参数，包括峰值应力、应力波作用时间及其冲量，从而能够提高岩石的破碎度，但起爆点数目超过4个时，冲量和破碎度不再明显增加。
以上仅就单个炮眼的爆破效果进行了分析，对于装药群或多眼爆破，其影响因素还与爆破参数（表1），装药群起爆顺序和起爆间隔时间等有关。
表1 光面爆破参数表
2.7周边光爆眼打眼的影响
在施工中，周边眼的打眼精度对光面爆破也是十分重要的。打眼角度不一致将影响开挖轮廓线和光面。因此操作时要严肃认真，主要注意：
（l）布孔前应平整场地，得到大体一致的平面。
（2）开机前对孔要准确，不能前后错动。
（3）对孔方位角要与相邻孔一致。
（4）对于裂缝、夹层、溶洞要作好记录，设计时参考。
3 结语
在爆破工程实施过程中，我们首先要做好现场踏勘工作，收集详实的第一手资料。充分分析影响爆破效果的各种因素，权衡利弊，结合具体工程的实际情况，找出影响爆破效果的主要因素和次要因素，选用与岩石相匹配的炸药，创造有利条件，选择合适的爆破施工方法，应尽量利用客观的或人为的有利因素，避免或克服不利因素，从而获得最优的技术经济指标，提高经济效益。
参考文献：
[1]张鸿.公路隧道光面爆破技术研究及应用[J].公路隧道，2007（2）
[2]刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京：冶金工业出版社，1999
[3]张鸿.公路隧道光面爆破技术研究及应用[J].公路隧道，2007（2）
【关键词】 光面爆破；效果；影响因素
目前，光面爆破技术已广泛应用于露天矿山边坡、路堑、隧道、地下工程等轮廓爆破中，取得了很好的爆破效果和经济效益，但在工程实践中，由于受到装药结构、岩石性质、地质条件、爆破参数和堵塞质量等因素的影响，光面爆破效果有时并不理想。光面爆破是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。它与传统的爆破法相比，能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，确保施工安全，同时，又能减少超、欠挖，提高工程质量和进度。
1 光面爆破的作用机理
尽管光面爆破的破岩机理理论上还不成熟，目前仍在研究中，并在定性分析方面达成共识。冲击波拉伸破坏作用、爆炸气体膨胀做功所起的作用是炸药起爆时岩体产生的两种效应。在光面爆破時是同时起爆周边眼，各炮眼所产生的冲击波的传播方式是径向向其四周传播的，应力波的叠加是通过相邻炮眼的冲击相遇而产生的，切向拉力也由此产生，拉力的最大值产生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于切向拉力时，将拉裂岩体，围岩在炮眼连线方向上的岩石这样就会被拉断，贯穿裂缝形成了，而不受损伤，孔壁上其它方向裂缝同时也受到了抑制，从而围岩保证完好、不破坏，爆破最大限度地对围岩减轻了扰动，平整的爆裂面随爆破气膨胀和裂缝的进一步扩展后最终形成。
2 影响光面爆破效果的因素
2.1地质条件的影响
光面爆破在相同的条件下，f值越高，超挖量越小，随着f值的降低超挖量增大，在有大的节理裂隙、岩脉等存在时，亦容易导致大的超挖。当裂隙方向与要求爆出的岩面方向垂直或岩体完整无裂隙时效果最好。而裂隙与裂面斜交或几组裂隙相交，则易于造成岩面沿节理面脱落。当要爆落的岩面与围岩层理平行时或软硬岩夹层面与隧道纵向基本一致时，极易沿围岩层理面和软硬岩夹层面脱落造成超挖甚至坍方，因此围岩的f值、整体性、岩石的物理力学特性、节理裂隙发育程度、软弱夹层、围岩层理面与隧道方向的关系、地质构造影响程度等都是影响光面爆破效果的关键因素。因此针对某些影响因素可以采取一些技术措施，以减小地质因素对爆破的影响，但有些因素不是人为所能控制的。所以我们要根据现场围岩情况及时调整爆破参数。
2.2炸药性能的影响
爆破作用及效果，最基本的影响因素就是炸药本身的性能，并且主要是炸药密度、爆热和爆速。其决定了在岩体内激起爆炸应力波的峰值压力、应力的作用时间、热化学压力、传给岩石的化冲量和比能。施工中不管是破碎还是抛掷岩石都是靠炸药爆炸释放出的热能来作功，增大爆热和炸药密度，可以提高单位体积炸药的能量密度，同时也提高了爆速。对用化合炸药作敏感剂的工业炸药来说，爆热增大2倍，炸药成本提高10倍多。但爆热低又将导致能量密度的减少，相应地增加了打眼工作量及其成本，且工业炸药的密度也有其限制值，超过该值后，炸药不可能稳定爆轰。因此改善爆破效果的有效途径是提高炸药能量的有效利用。爆速是炸药本身影响其能量有效利用的一个重要性能，不同爆速的炸药，在岩体内爆炸激起应力波的参数不同，从而对岩体爆破作用及其效果有明显的影响。
若炸药密度和爆热相同，提高爆速可以增大应力波的应力峰值，但相应地减少了它的作用时间。爆破岩石时，其内裂隙的发展不仅决定于应力峰值，而且与应力波形，应力作用时间有关。为使裂隙扩展一定长度，应力波必须具有一定的作用时间或波长，裂隙伸展长度愈大，所需应力作用时间或波长也愈大，当作用时间相同时，应力波冲量决定于应力波波形。对高阻抗岩石，因其强度较高，为使裂隙发展，应力波应具有较高的应力峰值，对中等阻抗岩石，应力波峰不宜过高，而应力波的作用时间应稍长些；在低阻抗岩石中，主要靠气体静压形成破坏。从能量观点来看，为提高炸药能量的传递效率，炸药阻抗应尽可能与岩石阻抗相匹配，因此，岩石阻抗愈高，炸药密度和爆速应愈大。
从经济和爆破效果来考虑，对不同岩石，应选择不同性能的炸药。若无合适性能的炸药可供选择时，可改变装药结构来控制应力波参数。
2.3装药结构的影响
装药结构最常采用连续装药和间隔装药，且在一定岩石和炸药条件下，采用空气柱间隔装药，可以增加用于破碎或抛掷岩石的爆破能量，提高炸药能量的有效利用率，降低药量消耗。空气柱间隔装药的作用原理为：①降低了作用在炮眼壁上的冲击压力峰值；②增加了应力波作用时间；③增加了应力波传给岩石的冲量，而且比冲量沿炮眼分布较均匀，不同装药结构的比冲量沿炮眼全长分布。正因如此，空气柱间隔装药可以改善块度质量并减少大块率。由于空气柱间隔装药有以上3个方面的作用，所以在一定岩石和炸药条件下，合理确定空气柱长度与装药长度的比值，调整应力波参数，就能提高炸药能量的有效利用和改善爆破效果。
2.4钻眼精度的影响
从光面爆破机理中可知，E/W的值对光爆效果有很大的影响，因此要实现设定的E、W值，这与钻眼精度有很大关系。
①眼口开眼误差：硬岩要求开眼位置在轮廓线上，深眼可从轮廓线偏内5cm，软眼开口位置可从轮廓线偏内5-10cm。②钻眼角度误差：浅眼应以3%的斜率外插钻眼，深眼应以5%的斜率外插钻眼，外插方向应与轮廓线法线方向一致，以控制眼底偏差。③钻机本身尺寸的影响：隧道爆破钻周边眼尤其是拱部必须有一个外插角，以保证凿岩机的操作净空。这样拱顶就出现接茬，为了保证最小的接茬台阶应选用操作净空较小的凿岩机。④测量仪线误差：可以采用全站仪全断面速测法，用坐标控制主要点，这样就最大限度地减小了放线误差。 2.5炮泥封堵质量
用炮泥封堵周边眼眼口是克服眼口部分岩石抵抗，防止崩落不下来，形成所谓“挂门帘”的一项重要措施，其理由是用炮泥封住炮眼眼口后，使炮眼内留有一定的空气柱，当炸药爆炸时，爆轰波可激起空气冲击波，衰减爆轰波波头压力，不致使眼壁围岩遭到明显破坏。此外，当冲击波向外传递过程中遇到眼口炮泥时，可使该处压力急剧增高；当爆生气体膨胀过程中遇到眼口炮泥时，可使膨胀动力剧然增大，有利于克服眼口部分岩石；更主要的是使承受眼内气体静压力作用的悬臂梁自由端瞬时加载，可使周边眼贯穿裂缝以下的岩石与原岩分离。
如果封泥不好，炮泥就会被冲击波推出，结果贯穿裂缝以下巖石有的崩下来，有的崩不下来。
2.6装药爆轰方向和起爆点数目的影响
单点起爆时，若起爆点置于装药顶端（靠近炮眼口的装药端），爆轰波传向眼底，这种起爆方式称为正向起爆；反之，起爆点置于装药底端，爆轰波传向眼口，就称为反向起爆。实践表明，炮眼利用率与起爆点位置有关（图1），炮眼利用率随起爆点移向装药底部而增加，增加程度与岩石性质，炸药性质，炮眼深度有关。此外，炮泥对炮眼利率的影响也与起爆点位置有关：随起爆点移向装药底部，炮泥的影响逐渐减少（图2）。
图1 炮眼利用率与起爆点位置关系 图2 起爆点距装药顶端距离/m
在单位耗药量相同的情况下，大块率与爆轰方向有关，反向起爆能减小大块率。无论是正向起爆还是反向起爆，岩体内的应力分布都是很不均匀的，但若相邻炮眼分别采用正、反向起爆，就能改善这种状况。采用多点起爆，由于爆轰波发生相互碰撞，可以增大爆炸应力波的参数，包括峰值应力、应力波作用时间及其冲量，从而能够提高岩石的破碎度，但起爆点数目超过4个时，冲量和破碎度不再明显增加。
以上仅就单个炮眼的爆破效果进行了分析，对于装药群或多眼爆破，其影响因素还与爆破参数（表1），装药群起爆顺序和起爆间隔时间等有关。
表1 光面爆破参数表
2.7周边光爆眼打眼的影响
在施工中，周边眼的打眼精度对光面爆破也是十分重要的。打眼角度不一致将影响开挖轮廓线和光面。因此操作时要严肃认真，主要注意：
（l）布孔前应平整场地，得到大体一致的平面。
（2）开机前对孔要准确，不能前后错动。
（3）对孔方位角要与相邻孔一致。
（4）对于裂缝、夹层、溶洞要作好记录，设计时参考。
3 结语
在爆破工程实施过程中，我们首先要做好现场踏勘工作，收集详实的第一手资料。充分分析影响爆破效果的各种因素，权衡利弊，结合具体工程的实际情况，找出影响爆破效果的主要因素和次要因素，选用与岩石相匹配的炸药，创造有利条件，选择合适的爆破施工方法，应尽量利用客观的或人为的有利因素，避免或克服不利因素，从而获得最优的技术经济指标，提高经济效益。
参考文献：
[1]张鸿.公路隧道光面爆破技术研究及应用[J].公路隧道，2007（2）
[2]刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京：冶金工业出版社，1999
[3]张鸿.公路隧道光面爆破技术研究及应用[J].公路隧道，2007（2）