光面爆破与预裂爆破技术在施工中的研究模板.doc

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光面爆破与预裂爆破技术
在施工中的应用
摘要: 光面爆破与预裂爆破的区别在于预裂爆破是在主爆区之前起爆, 而光面爆破是在主爆区之后起爆, 预裂爆破是在一个自由面条件下爆破, 光面爆破是在两个自由面条件下爆破。光面爆破钻爆设计的主要参数为最小抵抗线、 孔距和装药量, 而预裂爆破钻爆设计多采用经验公式计算法和经验数据法确定。光面、 预裂爆破的施工流程分钻孔、 装药和填塞、 起爆网路联结三部分。影响爆破效果的因素主要有地质因素、 爆破参数、 装药结构、 堵塞、 起爆间隔时间及施工因素等。
关键词: 光面爆破; 预裂爆破; 施工流程
1、 光面爆破与预裂爆破简介
沿开挖边界布置密集炮孔, 采取不耦合装药或装填低威力炸药, 在主爆区之前起爆, 从而在爆区和保留岩体之间形成预裂缝, 以减弱主爆区爆破时对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破作业, 称为预裂爆破;
而沿开挖边界布置密集炮孔, 采取不耦合装药或装填低威力炸药, 在主爆区之后起爆, 以形成平整轮廓面的爆破作业, 称为光面爆破。
2、 光面爆破与预裂爆破的区别
预裂爆破与光面爆破之间的主要区别表现在两个方面:
第一, 预裂爆破是在主爆区之前起爆, 而光面爆破是在主爆区之后起爆;
第二, 预裂爆破是在一个自由面条件下爆破, 所受的夹制作用很大。而光面爆破是在两个自由面条件下爆破, 受夹制作用小。
3、 光面爆破与预裂爆破的作用机理
3.1爆炸应力波的导向作用
( 1) 由于不耦合装药控制了爆炸能量, 使得向四周传播的应力波只能对孔壁产生一定数量的初始微裂缝;
( 2) 若相邻孔能保证同时起爆, 各孔传来的应力波便在孔心线上某处叠加, 使岩体原有裂隙扩展或微观缺陷形成裂纹, 这对在孔连心线方向上成缝是有利的;
( 3) 如果相邻孔不能同时起爆, 应力波的叠加作用将不存在, 但先起爆孔产生的应力波传播至邻孔时, 将会使邻孔产生应力集中, 使得孔壁与孔连心线两交点处的环向拉应力达到最大值。因此, 易在此两点形成初始裂缝;
( 4) 相邻孔起着反射波阵源的作用, 当应力波反射到充满爆生气体的有放射状初始径向裂缝的原炮孔上时, 自然也容易使孔连心线方向上的初始径向裂缝最先扩展, 形成初始长裂缝。
3.2爆生气体的扩缝作用
孔内爆生气体因膨胀将会挤入孔壁的初始径向裂缝, 起着所谓”气刃效应”, 使长短不一的初始裂缝得到不同程度的扩展。
应力波的先期作用, 使得孔壁在炮孔连心线方向上的初始径向裂缝比其它方向长得多, 初始裂缝的扩展最初受到动能作用而高速扩展, 但随着爆生气体的膨胀和耗散, 气体压力值迅速降低, 从而值迅速减小。因此, 初始裂缝在爆生气体膨胀作用下所能扩展的长度是有限的。但如果将两相邻孔的间距控制在裂缝所能扩展的长度范围内时, 裂缝就会相互贯通。
4、 光面爆破设计
光面爆破是在主爆区完成以后爆破的, 它有两个自由面, 它比预裂爆破所受到的夹制作用小, 因此在同样岩石和装药条件下, 它的爆破参数与预裂爆破有所不同:
( 1) 最小抵抗线w
一般为正常孔深爆破最小抵抗线的0.6～0.8,可取w=( 10～20) d; 式中d——孔径, m;
( 2) 孔距a
光面爆破的孔间距可比预裂爆破大10%～20%, 一般取主爆孔孔距的1/2～1/3, 具体可按下式确定:
a=( 0.6～0.8) w
( 3) 装药量
a．单孔装药量
可按照体积公式计算Q=q·a·w·L
式中w——最小抵抗线, m;
a——孔距, m;
L——孔深, m;
q——单位体积装药量,
q=0.15～0.25kg/m3,硬岩取大值,软岩取小值。
b．线装药密度
按照经验, 在不耦合系数为2～5时,
线装药密度q线=0.8～2.0kg/m。
5、 预裂爆破设计
预裂爆破的孔间距( a) 不但影响装药量的大小, 而且直接关系到预裂岩壁的质量。
一般根据炮孔的孔径( d) 和边坡的性质来确定。对于边坡质量要求高的工程, 应选取小的孔间距, a=( 7～10) d;
对于一般性工程, 能够选择较大的孔间距, a=( 10～15) d。
光面或预裂爆破的炮孔直径与台阶高度有关, 一般3～5m高的台阶可选择40～50mm的钻孔直径, 6～15m高的台阶可选择70～l00mm的钻孔直径, l6～30m高的台阶可选择100～150mm的钻孔直径。
但过大的钻孔直径是不经济的。
预裂爆破的装药量当前主要有经验公式计算法和经验数据法两种:
( 1) 经验计算法
一般预裂爆破都采用不耦合的装药结构, 在浅孔爆破( 隧道或巷道) 中取不耦合系数为1.5～4、 在深孔爆破中取不耦合系数为2～4的条件下, 药量计算可采用以下经验公式:
隧道或巷道爆破Q线=0.034[a·σ压]0.6
深孔爆破Q线=0.042[a]0.5·[σ压]0.6
式中:Q线——炮孔单位长度的装药量, kg/m;
a——孔间距, m;
σ压——岩石抗压强度, MPa
预裂爆破的装药量当前主要有经验公式计算法和经验数据法两种:
( 2) 经验数据法
岩石性质
炮孔直径/mm
孔间距/m
单位长度装药量/g·m-1
软弱岩石
80
0.6-0.8
100-180
100
0.8-1.0
150-250
中硬岩石
80
0.6-0.8
180-300
100
0.8-1.0
250-300
次坚石
90
0.8-0.9
250-400
100
0.8-1.0
300-450
坚石
90-100
0.8-1.0
300-700

保证预裂孔先于主药包起爆的时间差:
预裂爆破应先于主药包起爆, 其时间差要保证人造断层的形成, 一般应大于50ms, 在保证主药包网路安全准爆的前提下, 其间隔时间越大, 人造断层层面形成效果越好, 其边坡的成型效果也就越好。
处理好预裂炮孔与前排药包位置的关系:
预裂爆破炮孔与前排药包之间的水平距离W后, 是一个关键的参数。W后过大, 造成预裂孔前方岩石破碎效果差, 影响后期施工; W后太小, 预裂面易遭受主药包爆破时的损坏, 影响边坡质量。
对于主药包为条形峒室药包, 一些工程提出的经验公式为:
W后=( 2.0～2.5) RY=(0.32～0.40)W
式中: RY——压缩圈半径;
W——峒室药包的最小抵抗线, 大抵抗线取小值。
对于主药包为深孔爆破, 其经验数据如下:
主炮孔药包直径(mm)
主炮孔单段起爆药量(kg)
预裂孔与主炮孔间距(m)
<32
<20
0.8
<55
<50
0.8～0.12
<70
<100
1.2～1.5
<100
<300
1.5～3.5
<130
<1000
3.5～3.6
6、 光面爆破与预裂爆破的施工工艺
光面、 预裂爆破的施工流程分钻孔、 装药和填塞、 起爆网路联结三部分。
(1)钻孔施工
钻孔施工是光面、 预裂爆破最重要的一环, 特别是钻孔精度, 它直接影响到光面、 预裂爆破的成败。为了确保钻孔精度, 应严格做好边坡的测量放线, 修建好钻机平台, 按照”对位准、 方向正、 角度精”三要点安装架设钻机; 挑选技术水平较高、 熟悉钻机性能的钻机司机, 以保证钻孔的准确性。
(2)装药与填塞
光面、 预裂爆破采用不耦合装药结构。由于当前小直径炸药规格品种少, 现在多数采用间隔装药, 即按照设计的装药量和各段的药量分配, 将药卷捆绑在导爆索上, 形成一个断续的炸药串, 为方便装药和将药串大致固定在钻孔中央, 一般将药串绑在竹片上。装药时竹片一侧应置于靠保留区一侧。装药后孔口的不装药段应使用沙等松散材料填塞。填塞应密实, 在填塞前, 先用纸团等松软的物质盖在药柱上端。
制作方法一般是按照炮孔深度, 先准备一根稍长于孔深的竹片, 然后把细药卷按照每米的装药量、 间隔一定距离与起爆的导爆索一起用黑胶布或绑线缠紧在竹片上。为了克服炮孔底部的阻力, 在底部1～2m的区段, 线装药密度应比设计值大1～4倍; 而在接近孔口的区段, 线装药密度应比设计值小1/2～1/3。另一种制作方法是按照设计的线装药密度, 选取一定内径的塑料管, 将起爆的导爆索先插入塑料管中固定, 然后采用连续装药或间隔装药结构方式, 其孔底与孔口的装药密度按上述方法控制。
(3)起爆网路的联结
光面、 预裂爆破的药串是由导爆索起爆的, 在孔外联结导爆索时, 必须注意导爆索的传爆方向, 按照导爆索网路的联结要求联结。
7、 影响光面爆破效果的主要因素
( 1) 地质因素
光爆区岩石的种类、 硬度、 风化程度、 结构构造、 节理裂隙发育情况、 层理及其走向, 以及不良地质现象( 如断层、 夹层、 褶皱、 溶洞等) , 都会直接影响光面爆破的效果。一般情况, 中硬以上岩石( f>8) , 若其整体性好、 节理裂隙不发育、 风化不严重, 其光爆效果好; 若岩石的整体性差、 节理裂隙发育、 层理多且其走向与设计边坡走向不一致, 其光爆效果不好, 不宜进行大面积的光面爆破。
( 2) 爆破参数
在地质条件确定的情况下, 爆破参数选择的合理与否是影响光爆效果的关键因素。如炮孔间距和抵抗线过大, 爆破后边坡的平整度就差, 超欠挖也较大; 线装药密度过大, 易造成边坡保留侧岩石破坏较严重, 影响边坡的稳定, 且超挖严重, 半孔率低; 线装药密度过小, 则达不到光爆的效果, 欠挖严重, 需进行二次刷坡, 造成更大的浪费; 一般要求不耦合系数为2～5, 其值过大或过小都会影响光爆效果, 特别是影响半孔率。
( 3) 装药结构
光爆孔有连续装药和间隔装药两种不耦合结构。在进行光面爆破装药结构设计时, 必须根据地形地质情况, 选择合理的装药结构, 光爆孔装药结构选择的不合理, 会造成边坡局部破坏较大, 超欠挖严重, 使得平整度下降。
( 4) 堵塞
在线装药量、 装药结构和不耦合系数确定的情况下, 堵塞时要保证回填物不会下落至装药段, 否则, 不耦合系数将会改变, 影响光爆效果。
( 5) 起爆间隔时间
主炮孔和缓冲孔微差间隔时间一般为100～150毫秒, 缓冲孔和光爆孔微差间隔时间为75～110毫秒, 间隔时间过长或过短都将影响光爆质量。
( 6) 施工因素
影响光爆效果的施工因素主要有炮孔定位误差和钻孔角度误差。一般要求炮孔平面定位误差不大于10cm, 否则将直接影响边坡的平整度。钻孔角度误差: 又分为边坡平面角度误差和炮孔倾斜角度误差。
8、 施工注意事项
预裂爆破和光面爆破的目的是沿设计轮廓线形成整齐的轮廓面, 其质量标准应符合以下条件:
( 1) 裂缝必须贯通, 壁面上下不应残留未爆落岩体。
( 2) 相邻孔间壁面的不平整度小于±15cm。
( 3) 壁面应残留有炮孔孔壁痕迹, 且应不小于原炮孔孔壁的1/2～1/3。
( 4) 残留的半孔率, 对节理裂隙不发育的岩体应达到85﹪以上; 对节理裂隙较发育和发育的岩体, 应达到50﹪～85﹪; 对节理裂隙极发育的岩体, 应达到10﹪～50﹪。
钻孔精度是保证壁面质量标准的关键, 为此, 要求预裂、 光面爆破的钻孔精度为:
( 1) 预裂孔、 光面孔应按设计图纸钻凿在一个布孔面上, 钻孔偏斜误差不超过1°;
( 2) 孔口坐标误差为±10cm;
( 3) 钻孔底部偏差不大于15cm;
( 4) 孔深为±0.5m。
9、 结语
光面爆破与预裂爆破是土建工程施工中常见的两种爆破方法, 文中详细的阐述了两种爆破方法的施工原理与区别, 同时简叙了两种爆破方法的钻爆设计及施工工艺, 有利于在施工中爆破质量的控制。

参考文献: 【1】百度百科《光面爆破》
【2】百度百科《预裂爆破》