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【摘 要】 光面爆破技术以独有的优势已经广泛的在井巷施工中得到应用，当然，光面爆破技术的使用需要在炮眼数目、爆破参数、装药药量和结构等多个方面具有极强的特殊性。因此，本文针对当前光面爆破技术的应用情况，对井巷施工技术进行深入探索，只有不断提高科学的布孔和钻眼方法，为提高爆破质量奠定扎实的基础。
【关键词】 井巷施工;光面爆破;技术优化
一、前言
从上世纪五十年代开始，光面爆破技术在不同岩石的爆破中开始发挥出重要的作用，然而，随着爆破工程环境的逐步复杂，爆破难度的不断增加，爆破技术的使用不当，导致一些爆破效果不理想。因此，针对当前煤矿井巷施工中光面爆破技术的应用，探索和优化实施方案，为提高工作效率和给企业带来经济性效益提供一定的理论基础。
二、光面爆破
1、光面爆破的机理
光面爆破是沿开挖轮廓线布置间距较小的平行炮眼，在这些光面炮眼中进行药量较少的不耦合装药，然后同时起爆，爆破时沿这些炮眼的中心连线破裂成平整的光面。通过国内外实验室研究和现场生产实践可以看出，光面爆破是由于采用不耦合装药，药包爆轰后，炮眼壁上的压力显著降低，此时药包的爆破作用为准静压力。当炮孔压力值低于岩石的抗压强度时，在炮眼壁上不至造成“压碎”破坏。这样爆轰波引起的应力波和凿岩时在炮眼壁上造成的应力状态相似，只能引起少量的径向细微裂隙。裂隙数目及其长度随不耦合系数和装药量而不同。一般在药包直径一定时，不耦合系数值愈大，药量愈小，则细微裂隙数愈少而长度也愈短。（a）炮孔装药情况;（b）先爆炮孔对相邻炮孔的影响;（c）光面的形成光面爆破时炮眼连心线上破裂面的形成光面炮眼组同时起爆时，由于起爆器材的起爆时间误差，不可能在同一时刻爆炸。先起爆的药包的应力波作用在炮眼周围产生细微径向裂隙。由于B炮眼所起的导向作用，结果沿相邻两炮眼连心线的那条径向裂隙得到优先发育。在爆炸气体作用下，这条裂隙继续延伸和扩展，在相邻两炮眼的连心线同眼壁相交处产生应力集中，此处拉应力最大。A、B两炮眼中爆炸气体的气楔作用将这些径向裂隙加以扩展，成为贯通裂隙
2、光面爆破的类型
（一）轮廓线钻眼法
这种方法是沿着事先划定好的爆破轮廓线打下紧密相邻的炮眼，但虽说是炮眼，里面是不装有炸药的。接着，在打下炮眼的部位再钻一排装有炸药的炮眼并进行爆破。这种爆破方式有效减少了对需要爆破部位的直接力度影响，通过炸药爆炸时产生震动的扩展来将岩体较弱的一面“切开”，使切面保持平整性与稳定性。目前煤矿施工使用这种方式还比较少，因为在施工工程方面，由于需要打两排炮眼，会造成时间以及人工上的浪费。
（二）预裂爆破法
这种方式与轮廓线钻眼法相似，通过在岩体上开凿平行方向的炮眼，通过在数量、间距等方面的合理测算来使爆破之后鉆孔之间形成已经贯通的缝隙，将需要割掉的部分与原有岩体分离开来。由于裂缝在之前就已经形成，因此在二次爆破的时候，能够保障用少量炸药就可以轻松爆破，不会对原有岩体造成损坏。这种爆破技术能够让原有岩体形成光滑表面，一般适用于在结构上比较完整的岩体或是深眼爆破。
（三）光面爆破法
这种方法在工作原理上与预裂爆破相反，炮眼是最后起爆的，这种方式在隧道中经常出现，并且由于其工作特性，炮眼在总数上比较少，也能够减少资金的花费。
3、光面爆破的优势和应用条件
（一）光面爆破的优点
①可有效地减小岩面的危害，使井巷围岩较为稳定，有利于施工和安全。②形成的巷道表面较规则，因为它保持了围岩的完整性，进而增加了围岩的自身承载能力。③由于围岩较为平整，仅有少数围岩表面存在凹凸不平，减少了通风阻力和避免了瓦斯积聚，有利于安全生产。④降低了掘进巷道超挖量，减少了材料消耗同时降低成本、加快了施工掘进速度。
（二）光面爆破的应用条件
①光面爆破可以采用施工巷道一次成巷，掘进和支护同时进行，施工工艺较简单，但在节理较发育、围岩裂隙较大的软岩段施工效果不佳。因此，这种爆破技术仅可应用在围岩硬度中等以上，岩石稳定性一般或者较好的条件下，能取得良好的爆破效果。②由于预裂爆破技术常采用不耦合装药，故施工较复杂，但是在软岩段施工的效果较好。因此井巷掘进中可在软岩或者是围岩节理、裂隙非常发育的条件下采用预裂爆破技术，并能取得较好的爆破效果。
三、光面爆破技术的应用
1、光面爆破炮眼布置及钻眼方法
实现光面爆破首先要求按优化设计布置炮眼。在工作面上准确布孔和精确打眼，对光面爆破成败关系重大。掘进工作面通常凹凸不平且有浮石，因而采用人工布眼，但要准确记忆，以上的孔位并能立刻在工作面上找到是十分困难的。另一方面，标好的孔位如果在浮石上有可能移位，也可能由于凿岩机喷出的汽雾和排粉用水及粉末等，很快就把记号抹掉。因此，光面爆破要求准确布孔在工作面的实现率实际是很低的，从而影响了光面爆破的质量。解决这一问题可从以下方面着手：工作面布孔定位科学化，为了解决人工标定孔位的不可靠性。国内外已研制了各种布孔装置，原有的布孔装置操作工艺不能很好地适应施工要求。因此，需要对其完善并研制新的布孔方法，使其能具有安装、操作以及使用简单的特点，能与激光指向协同工作，能适应工作面一定程度的不平整和不同距离安装、调整及拆卸都很便利的新型布孔装置。工作面定位钻眼自动化随着科学技术的不断发展，钻眼机械化程度逐渐提高。这就要求我们不但要布孔科学化.而且要移钻定位自动化乃至凿岩作业自动化在国外，如芬兰、瑞典、美国、德国等已大量使用液压凿岩台车。挪威的福鲁荷尔曼公司首先制造了微机控制的凿岩台车并投入使用;另外日本古河凿岩机公司和芬兰、瑞典等国均设计了功能更全的程序控制凿岩台车，这类台车的应用大大提高了钻孔质量和工效。我国现在差距还很大.因此，我们应研制以国产为主的自动定位移钻控制系统并使其能独立于钻车系统，这种控制系统的应用对光面爆破的实现将起到至关重要的作用。推广应用开槽孔方法：为了有效地控制爆破断裂方向，国内外先后研制了多种形式的开槽钻孔装置，原苏联和我国都有这方面的专利。使用这一技术能形成光滑的壁面，但这种装置及工艺还需进一步完善才能被广泛应用。 2、光面爆破技术在煤矿井巷中的应用要点
（一）掏槽眼施工注意事项
掏槽眼在布置上受到许多因素的影响，像炸药的施放程度、炸药品种、需要爆破的岩层结构、岩层硬度、井巷的断面面积等。在效果方面，主要取决于最小抵抗线的设定，即炮眼的间距。炮眼设置是需要详细设定之后才能够进行的，并且炮眼的大小、深度以及数量也在很大程度上决定了掏槽的效果。炮眼的数量越多、空孔体积越大，掏槽的效果就越好。在直眼掏槽中，可以分为菱形掏槽、螺旋式旋转掏槽、角柱形掏槽等。在实际施工过程中，若是使用菱形掏槽，在炮眼的设置上可以将其设定为一个固定值，方便施工人员开挖，并且也便于布设。另兩种螺旋式以及角柱式，在数量上不能够是定数，因此比较难以掌握。
（二）炸药的铺设
（1）在炸药的选择上，施工队伍应在资金条件允许的情况下，使用煤矿巷道专用爆破炸药。这种炸药在爆破速度、爆破猛度以及密度方面都比较低，并且爆炸威力较大，不需要用到太多炸药就能够起到爆破效果。另外，光面爆破技术本身就是利用传爆性能来实施的，专业炸药的传爆性能要优于普通炸药，能够对断面形成直接影响，保障断面的平整性。
（2）炸药在安放到炮眼内的时候，应采用不耦合结构来进行安装。不耦合系数是爆破中的一个专业术语，主要用于光面爆破技术以及预裂爆破技术，指的是爆破孔以及炸药包之间在直径上的比值。按照不耦合技术来进行炸药的安放，能够保证爆破的完整程度，在缝隙上也能够有效减少，防止龟裂程度，让被爆破的岩层在稳定性上得以保护。一般用于周边眼或是预裂孔的炸药安放中。不耦合公式为γ=D/φ，其中γ表示不耦合系数，D表示炮孔的直径，φ表示药包的直径，通过直径的计算，操作人员能够准确掌握药量的施放，提高爆破的控制程度。另外，还可以使用q=QaB公式进行计算，即装药集中度=单位体积耗药量*爆破孔的间距*爆破层的厚度。光面爆破的原理是让炸药在爆炸时产生振动与气体，通过两者的共同作用对岩层产生冲击力，从而达到爆破的效果，同时也可以保障岩层不会直接受到冲击影响，造成碎石或是开裂较多情况。在不耦合系数的设定上，应将其系数保证在2以内，并且炸药在临界直径方面要比药卷的直径略大，以此来保障传暴的稳定性。
（3）炸药的布置不应太过分散，否则在起爆之后无法保证炸药能够将被炸岩层与原有岩层有效分离。同时，煤矿井巷由于比较深入地下，容易受到眼底岩石带来的夹制影响，因此在药量上，眼底部位可以适当增加药量，保障爆破的有效性。
（4）周边眼内部的炸药应尽量做到同时起爆，这样对岩体造成的冲击力能够更大。在起爆的过程前，需要对与周边眼相邻的内圈炮眼进行严格药量控制，保障爆破效果最佳。
（5）爆破参数设定上，要想有效将周边抵抗消除，需要将周边孔的密集系数保障在0.8-1.0之间，这样也能够保障其爆破的一致性。在起爆时，时间上要保障在0.1秒之内，并且根据岩层的不同来调整取值范围。
四、结束语
随着我国能源结构的不断调整，煤炭开采深度的不断增加，井巷施工难度的增大，光面爆破技术也需要日臻完善，这需要设计人员和施工人员的共同努力，才能有效的降低施工成本，开创社会和企业良好的经济效益。
参考文献：
[1]潘明亮，段宝福.大断面隧道光面爆破技术的改进与应用[J].有色金属（矿山部分）.2011（02）
[2]徐峰.硬岩巷道掘进的中深孔爆破和光面爆破试验研究[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2011（04）
[3]陈新明.光面爆破技术在井筒基岩段施工中的应用[J].煤炭工程.2011（06）
[4]宋永平.光面爆破技术在竖井掘进施工中的应用[J].新疆有色金属.2011（04）
[5]高建伟.光面爆破技术在井巷施工中的应用探讨[J].煤矿现代化.2011（04）
【关键词】 井巷施工;光面爆破;技术优化
一、前言
从上世纪五十年代开始，光面爆破技术在不同岩石的爆破中开始发挥出重要的作用，然而，随着爆破工程环境的逐步复杂，爆破难度的不断增加，爆破技术的使用不当，导致一些爆破效果不理想。因此，针对当前煤矿井巷施工中光面爆破技术的应用，探索和优化实施方案，为提高工作效率和给企业带来经济性效益提供一定的理论基础。
二、光面爆破
1、光面爆破的机理
光面爆破是沿开挖轮廓线布置间距较小的平行炮眼，在这些光面炮眼中进行药量较少的不耦合装药，然后同时起爆，爆破时沿这些炮眼的中心连线破裂成平整的光面。通过国内外实验室研究和现场生产实践可以看出，光面爆破是由于采用不耦合装药，药包爆轰后，炮眼壁上的压力显著降低，此时药包的爆破作用为准静压力。当炮孔压力值低于岩石的抗压强度时，在炮眼壁上不至造成“压碎”破坏。这样爆轰波引起的应力波和凿岩时在炮眼壁上造成的应力状态相似，只能引起少量的径向细微裂隙。裂隙数目及其长度随不耦合系数和装药量而不同。一般在药包直径一定时，不耦合系数值愈大，药量愈小，则细微裂隙数愈少而长度也愈短。（a）炮孔装药情况;（b）先爆炮孔对相邻炮孔的影响;（c）光面的形成光面爆破时炮眼连心线上破裂面的形成光面炮眼组同时起爆时，由于起爆器材的起爆时间误差，不可能在同一时刻爆炸。先起爆的药包的应力波作用在炮眼周围产生细微径向裂隙。由于B炮眼所起的导向作用，结果沿相邻两炮眼连心线的那条径向裂隙得到优先发育。在爆炸气体作用下，这条裂隙继续延伸和扩展，在相邻两炮眼的连心线同眼壁相交处产生应力集中，此处拉应力最大。A、B两炮眼中爆炸气体的气楔作用将这些径向裂隙加以扩展，成为贯通裂隙
2、光面爆破的类型
（一）轮廓线钻眼法
这种方法是沿着事先划定好的爆破轮廓线打下紧密相邻的炮眼，但虽说是炮眼，里面是不装有炸药的。接着，在打下炮眼的部位再钻一排装有炸药的炮眼并进行爆破。这种爆破方式有效减少了对需要爆破部位的直接力度影响，通过炸药爆炸时产生震动的扩展来将岩体较弱的一面“切开”，使切面保持平整性与稳定性。目前煤矿施工使用这种方式还比较少，因为在施工工程方面，由于需要打两排炮眼，会造成时间以及人工上的浪费。
（二）预裂爆破法
这种方式与轮廓线钻眼法相似，通过在岩体上开凿平行方向的炮眼，通过在数量、间距等方面的合理测算来使爆破之后鉆孔之间形成已经贯通的缝隙，将需要割掉的部分与原有岩体分离开来。由于裂缝在之前就已经形成，因此在二次爆破的时候，能够保障用少量炸药就可以轻松爆破，不会对原有岩体造成损坏。这种爆破技术能够让原有岩体形成光滑表面，一般适用于在结构上比较完整的岩体或是深眼爆破。
（三）光面爆破法
这种方法在工作原理上与预裂爆破相反，炮眼是最后起爆的，这种方式在隧道中经常出现，并且由于其工作特性，炮眼在总数上比较少，也能够减少资金的花费。
3、光面爆破的优势和应用条件
（一）光面爆破的优点
①可有效地减小岩面的危害，使井巷围岩较为稳定，有利于施工和安全。②形成的巷道表面较规则，因为它保持了围岩的完整性，进而增加了围岩的自身承载能力。③由于围岩较为平整，仅有少数围岩表面存在凹凸不平，减少了通风阻力和避免了瓦斯积聚，有利于安全生产。④降低了掘进巷道超挖量，减少了材料消耗同时降低成本、加快了施工掘进速度。
（二）光面爆破的应用条件
①光面爆破可以采用施工巷道一次成巷，掘进和支护同时进行，施工工艺较简单，但在节理较发育、围岩裂隙较大的软岩段施工效果不佳。因此，这种爆破技术仅可应用在围岩硬度中等以上，岩石稳定性一般或者较好的条件下，能取得良好的爆破效果。②由于预裂爆破技术常采用不耦合装药，故施工较复杂，但是在软岩段施工的效果较好。因此井巷掘进中可在软岩或者是围岩节理、裂隙非常发育的条件下采用预裂爆破技术，并能取得较好的爆破效果。
三、光面爆破技术的应用
1、光面爆破炮眼布置及钻眼方法
实现光面爆破首先要求按优化设计布置炮眼。在工作面上准确布孔和精确打眼，对光面爆破成败关系重大。掘进工作面通常凹凸不平且有浮石，因而采用人工布眼，但要准确记忆，以上的孔位并能立刻在工作面上找到是十分困难的。另一方面，标好的孔位如果在浮石上有可能移位，也可能由于凿岩机喷出的汽雾和排粉用水及粉末等，很快就把记号抹掉。因此，光面爆破要求准确布孔在工作面的实现率实际是很低的，从而影响了光面爆破的质量。解决这一问题可从以下方面着手：工作面布孔定位科学化，为了解决人工标定孔位的不可靠性。国内外已研制了各种布孔装置，原有的布孔装置操作工艺不能很好地适应施工要求。因此，需要对其完善并研制新的布孔方法，使其能具有安装、操作以及使用简单的特点，能与激光指向协同工作，能适应工作面一定程度的不平整和不同距离安装、调整及拆卸都很便利的新型布孔装置。工作面定位钻眼自动化随着科学技术的不断发展，钻眼机械化程度逐渐提高。这就要求我们不但要布孔科学化.而且要移钻定位自动化乃至凿岩作业自动化在国外，如芬兰、瑞典、美国、德国等已大量使用液压凿岩台车。挪威的福鲁荷尔曼公司首先制造了微机控制的凿岩台车并投入使用;另外日本古河凿岩机公司和芬兰、瑞典等国均设计了功能更全的程序控制凿岩台车，这类台车的应用大大提高了钻孔质量和工效。我国现在差距还很大.因此，我们应研制以国产为主的自动定位移钻控制系统并使其能独立于钻车系统，这种控制系统的应用对光面爆破的实现将起到至关重要的作用。推广应用开槽孔方法：为了有效地控制爆破断裂方向，国内外先后研制了多种形式的开槽钻孔装置，原苏联和我国都有这方面的专利。使用这一技术能形成光滑的壁面，但这种装置及工艺还需进一步完善才能被广泛应用。 2、光面爆破技术在煤矿井巷中的应用要点
（一）掏槽眼施工注意事项
掏槽眼在布置上受到许多因素的影响，像炸药的施放程度、炸药品种、需要爆破的岩层结构、岩层硬度、井巷的断面面积等。在效果方面，主要取决于最小抵抗线的设定，即炮眼的间距。炮眼设置是需要详细设定之后才能够进行的，并且炮眼的大小、深度以及数量也在很大程度上决定了掏槽的效果。炮眼的数量越多、空孔体积越大，掏槽的效果就越好。在直眼掏槽中，可以分为菱形掏槽、螺旋式旋转掏槽、角柱形掏槽等。在实际施工过程中，若是使用菱形掏槽，在炮眼的设置上可以将其设定为一个固定值，方便施工人员开挖，并且也便于布设。另兩种螺旋式以及角柱式，在数量上不能够是定数，因此比较难以掌握。
（二）炸药的铺设
（1）在炸药的选择上，施工队伍应在资金条件允许的情况下，使用煤矿巷道专用爆破炸药。这种炸药在爆破速度、爆破猛度以及密度方面都比较低，并且爆炸威力较大，不需要用到太多炸药就能够起到爆破效果。另外，光面爆破技术本身就是利用传爆性能来实施的，专业炸药的传爆性能要优于普通炸药，能够对断面形成直接影响，保障断面的平整性。
（2）炸药在安放到炮眼内的时候，应采用不耦合结构来进行安装。不耦合系数是爆破中的一个专业术语，主要用于光面爆破技术以及预裂爆破技术，指的是爆破孔以及炸药包之间在直径上的比值。按照不耦合技术来进行炸药的安放，能够保证爆破的完整程度，在缝隙上也能够有效减少，防止龟裂程度，让被爆破的岩层在稳定性上得以保护。一般用于周边眼或是预裂孔的炸药安放中。不耦合公式为γ=D/φ，其中γ表示不耦合系数，D表示炮孔的直径，φ表示药包的直径，通过直径的计算，操作人员能够准确掌握药量的施放，提高爆破的控制程度。另外，还可以使用q=QaB公式进行计算，即装药集中度=单位体积耗药量*爆破孔的间距*爆破层的厚度。光面爆破的原理是让炸药在爆炸时产生振动与气体，通过两者的共同作用对岩层产生冲击力，从而达到爆破的效果，同时也可以保障岩层不会直接受到冲击影响，造成碎石或是开裂较多情况。在不耦合系数的设定上，应将其系数保证在2以内，并且炸药在临界直径方面要比药卷的直径略大，以此来保障传暴的稳定性。
（3）炸药的布置不应太过分散，否则在起爆之后无法保证炸药能够将被炸岩层与原有岩层有效分离。同时，煤矿井巷由于比较深入地下，容易受到眼底岩石带来的夹制影响，因此在药量上，眼底部位可以适当增加药量，保障爆破的有效性。
（4）周边眼内部的炸药应尽量做到同时起爆，这样对岩体造成的冲击力能够更大。在起爆的过程前，需要对与周边眼相邻的内圈炮眼进行严格药量控制，保障爆破效果最佳。
（5）爆破参数设定上，要想有效将周边抵抗消除，需要将周边孔的密集系数保障在0.8-1.0之间，这样也能够保障其爆破的一致性。在起爆时，时间上要保障在0.1秒之内，并且根据岩层的不同来调整取值范围。
四、结束语
随着我国能源结构的不断调整，煤炭开采深度的不断增加，井巷施工难度的增大，光面爆破技术也需要日臻完善，这需要设计人员和施工人员的共同努力，才能有效的降低施工成本，开创社会和企业良好的经济效益。
参考文献：
[1]潘明亮，段宝福.大断面隧道光面爆破技术的改进与应用[J].有色金属（矿山部分）.2011（02）
[2]徐峰.硬岩巷道掘进的中深孔爆破和光面爆破试验研究[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2011（04）
[3]陈新明.光面爆破技术在井筒基岩段施工中的应用[J].煤炭工程.2011（06）
[4]宋永平.光面爆破技术在竖井掘进施工中的应用[J].新疆有色金属.2011（04）
[5]高建伟.光面爆破技术在井巷施工中的应用探讨[J].煤矿现代化.2011（04）