光面爆破技术在矿山基建工程中的技术应用探讨.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 122 光面爆破技术在矿山基建工程中的技术应用探讨 曾呈铭 吴国兴 浙江华越矿山工程有限公司，浙江 温州 325800 摘要：摘要：在矿山基建工程建设过程中经常会遇到不稳固岩体，采用普通爆破方法施工容易造成破碎塌落现象，不仅会影响掘进施工进度，而且还会带来巨大的安全隐患。光面爆破技术是一种控制爆破方法，应用该技术可以减少对井巷围岩的炮震扰动，减少落石、炮震裂缝以及危险断面，不仅施工效率更高，而且施工风险更低，因此光面爆破技术在矿山基建工程中得到了广泛应用。基于此，本文分析了光面爆破技术的应用优势，并以不稳固围岩巷道施工为例探究光面爆破技术在矿山基建工程中的技术应用措施。关键词：关键词：巷道掘进；光面爆破技术；矿建基建工程；不耦合系数 中图分类中图分类号：号：TD235 0 引言 不稳固围岩中开挖巷道，受岩石物理特性的制约采用普通装药结构与爆破方法容易引发巷道严重剥落以及塌方等安全事故，不仅会增加支护难度，而且还会严重威胁施工人员的安全。近年来光面爆破技术在不稳固岩体掘进中得到了广泛应用，并取得了良好的爆破效果，可以在保证巷道成型质量的同时规避安全风险，保障施工安全。应充分认识到光面爆破技术的优势，并积极探索技术应用策略，提升技术应用效果，助力矿山基建工程建设的高效开展。1 光面爆破技术的应用优势 光面爆破技术是一种使爆出的新壁面保持平整而不受明显破坏的控制爆破技术，目前已经在隧道、巷道等领域中施工得到广泛应用。应用光面爆破技术不仅有助于降低超挖欠爆问题，而且能保证开挖面光滑平整。光面爆破技术应用过程中需要合理选择炸药，合理选择爆破参数，合理布置装药结构，同时还要确保周边眼同时起爆。相较于普通爆破方式，光面爆破技术的应用优势主要体现在以下几个方面：首先应用光面爆破技术可以有效减少超挖量，相应的排渣量也会随之减少，有助于降低挖掘装载运输系统的负担，既能减少工程量，也能保证掘进速度。其次应用光面爆破技术可以更好地保障岩体的稳定性，爆破后很少产生或者不会产生爆震裂隙，并且岩体原有的裂隙也不会因爆破而扩展，因此应用光面爆破技术有助于保障岩体稳定。光面爆破技术的这方面特点使其在松软破碎岩层中的应用优势更为显著，对于保障施工效率和施工安全具有重要意义。再次应用光面爆破技术可以保证新岩壁平整，新岩壁平整便意味着通风阻力小，可以更好地保证施工作业区域的通风效果，避免出现瓦斯聚集等安全风险，保证施工安全。最后应用光面爆破技术还可以减少岩面上应力集中的现象，进而降低岩爆风险，能够为接下来的施工创造更加安全的环境。2 光面爆破技术在矿山基建工程中的应用 2.1 光面爆破空气软垫层不耦合装药理论 在爆破工程中对不耦合装药的应用十分广泛，不耦合装药有轴向不耦合装药与径向不耦合装药两种类型，在爆破施工过程中应结合实际需求合理选择装药方式，既可以单独应用，也可以两种方式结合应用。水与空气均可以作为不耦合介质，但通常会选择空气作为不耦合介质，这是因为空气的特性阻抗值更小，爆炸冲击波在空气中传播过程中能够得到相应的缓冲，降低了压力峰值，减少对孔壁岩石造成的压缩性破坏。另外受空气垫层的影响，还能延长爆生气体在在炮孔中的膨胀时间，有助于抑制爆炸裂隙的发展。除此之外，应用不耦合装药还能抑制破碎区对能量的消耗，有助于充分利用爆炸能量延长炸药对岩石的有效作用时间。目前在光面爆破过程中已经广泛采用不耦合装药方式，通过空气软垫层不耦合装药的方式来获取较好的光面爆破效果。2.1.1 空气不耦合装药的破岩过程 不耦合装药需要确保药柱直径小于炮孔直径，将中国科技期刊数据库 工业 A 123 二者之间的空气作为间隔介质。在炸药爆炸后，爆轰产物会使药柱与炮孔之间的空气产生压缩，进而形成压缩空气层，其压力分部状况与炸药在空气中爆炸的分部情况十分相似。相较于空气，岩石的空气波阻抗更强，因此在空气压力波达到孔壁时会发生反射，并在岩石中产生投射冲击波，透射波的压力要远远大于入射冲击波。但不耦合系数与透射冲击波峰值压力之间则成反比例关系，即不耦合系数越大，其峰值压力越小。在压力大于岩石抗压极限的情况下便会在岩石中形成压碎区，但由于爆炸波到达岩石时的峰值压力受到了药柱与炮孔之间空气的影响，使得峰值压力被削弱，这使得不耦合系数与岩石压碎区厚度之间成反比例关系，即不耦合系数越大，其厚度越小，同时不耦合系数与正压区作用时间之间成正比例关系，即随着不耦合系数的增大，正压去的作用时间也会随之延长，有助于充分利用爆炸产生的能量。除此之外，不耦合系数还会对作用在孔壁上的环向拉应力时间产生重要影响，二者同样成正比例关系，即不耦合系数增加，环向拉应力的作用时间也会随之延长，受此影响，容易造成径向裂纹的扩展，影响岩石的稳定性。由此可见，不耦合系数会对爆破效果以及施工安全等产生重要影响，在矿山基建工程中应用光面爆破技术需要确定最佳不耦合系数，这样才能在保证爆破效果的同时提升施工的安全性。2.1.2 空气不耦合装药孔壁压力分析 光面爆破采用不耦合装药，主要目的在于降低爆炸冲击压力造成的破坏，提升孔壁的稳定性。装药过程中受药柱与孔壁之间空隙的影响，能够为爆生气体提供一个可供膨胀的空间，在爆生气体经过间隙达到孔壁时，会受产生衰减，因此作用在孔壁上的冲击力相对更低，对孔壁产生的冲击破坏作用更小。但相较于普通炮孔爆破，计算不耦合装药爆破孔壁受到的冲击压力难度更大，计算过程也更加复杂。2.1.3 不耦合系数对光面爆破效果的影响 矿山基建工程中应用光面爆破技术，可以减少爆破对围岩造成的负面影响，有助于维护围岩的稳定性。爆破过程中不能在岩石中产生压碎圈，以免影响岩石的自生稳定性。岩石炸药周边光面爆破的不耦合系数详见表 1。在矿山基建工程中应用光面爆破技术不仅要注重避免在爆破点附近出现压碎区，同时也要确保通过爆破能够生成径向裂隙，并促进径向裂隙的发展，以便达到施工目的。要想实现这一效果，需要合理把控不耦合装药参数。空气不耦合装药结构是光面爆破的主要形式，借助空气的垫层作用，对爆炸冲击波起到一定的缓冲，降低冲击波对孔壁造成的冲击，减少爆炸对孔壁造成的破坏。同时借助空气垫层作用还能在一定程度上延长冲击波的作用时间，有助于充分利用爆炸能量。不耦合系数会对作用下孔壁上的初始冲击压力产生直接影响，二者成反比例关系，即不耦合系数越大，初始冲击压力越小，与此同时，不耦合系数增大还会减少爆炸裂隙数量，并且会使爆炸裂隙的扩展长度延长，因此不耦合系数不仅会直接影响初始冲击压力，而且还会对爆破裂隙产生重要影响。在光面爆破技术应用过程中，如果不能采用合理的不耦合装药结构，则会导致爆破过程中产生密集的径向裂隙，而且裂隙的扩展也难以达到理想效果，容易出现应该扩展的裂隙没有扩展，不应该扩展的裂隙反而扩展的问题，因此无法达到预期爆破目标，会给矿山基建工程带来不利影响。尤其是针对不稳固岩石的爆破施工更应注重合理选取不耦合系数，这不仅会影响施工效果，而且关乎着施工安全。经过大量实践证明，针对不稳固岩巷的掘进施工，将不耦合系数控制在 1.4-2.0 范围内能够取得更好的光面爆破效果。2.2 不稳固岩石周边光面爆破方法 光面爆破技术在矿山基建工程中的应用，主要目的在于减少抄完，同时将爆破对周围岩石造成的不利影响降到最低，更好地维护岩石稳定性。在实际的施工过程中，受岩石自身的性质以及岩石爆破复杂性强等因素的影响，使得巷道超挖现象比较常见。在施工过程中通过科学设计爆破参数则有助于减少超挖，并将爆破掉井巷围岩造成的不利影响降到最低，进而提升施工效率，同时节省支护材料。而要想保证光面爆表 1 岩石炸药周边光面爆破的不耦合系数 序号 项目 页岩 砂岩 石灰岩 花岗岩 1 坚固性系数 f 3 4 4 5 2 抗压强度MPa 32 28 42 52 3 不耦合系数 1.47 1.51 1.41 1.36 中国科技期刊数据库 工业 A 124 破效果，则需要分析总结影响光面爆破效果的因素，并积极探索科学有效的控制措施。2.2.1 影响不稳固岩石井巷周边光面爆破效果的因素 在井巷施工过程中，井巷周边光面爆破效果会受到多方面因素的影响。首先光面爆破效果会受到不稳固岩石性质的影响，强度低、整体性差、变形大、亲水性强以及内聚力低的岩石受爆破的影响会对其造成进一步损伤，失去稳定冒落，产生超挖。如果井巷周边孔连线方向与岩层层理方向不一致也会产生超挖，另外岩石的低强度方向如果不在炮孔连心线上，而会影响到炮孔之间贯通裂纹的形成，进而产生超挖。以上这些都会影响到光面爆破效果。其次，光面爆破效果会受到周边爆破参数的影响。一方面过量装药会给围岩造成过度损伤，进而产生超挖，并且装药过量是导致井巷爆破超挖的主要原因。之所以会出现这种情况，主要原因在于工作人员施工过程中通常都会秉持“宁超勿欠”理念，普遍倾向于多装药，进而出现过量装药的现象。另一方面装药结构不合理也会引发超挖，如采用孔底集中装药结构容易对装药部位造成过度破坏，进而引发超挖。最后，光面爆破效果还会受到施工的影响。如周边孔钻进方向向外偏斜，在这种情况下则会引起井巷超挖。2.2.2 保障光面爆破效果的控制措施 保障光面爆破效果需要从相关影响因素入手加强控制，首先要适当缩小炮孔间距。对于不稳固岩层而言，炮孔间距与超挖量之间成正比例关系，即炮孔间距越大，爆破过后产生的超挖量越大，为控制超挖量以及保障光面爆破效果，应适当缩小炮孔间距，同时还应严格把控装药量，避免因过量装药而引发超挖。通过适当缩小炮孔间距以及严格把控装药量，能够减少爆破对围岩造成的损伤，更好地维护围岩的稳定性，减少超挖，保障光面爆破效果。其次要合理选择不耦合系数与装药结构。鉴于上文分析我们可以认识到不耦合系数以及装药结构均是光面爆破效果的影响因素，合理选择不耦合系数以及装药结构能够减少超挖，提升光面爆破效果。选择的不耦合系数不仅要能够克服岩石抵抗，而且还要在减少对周围岩石破坏的基础上确保炸药的稳定传爆，这样才能保证光面爆破效果，避免对孔壁岩体造成压碎性破坏。装药结构的选择应采用空气柱装药结构，这样的装药结构能够更好地满足光面爆破要求，提升爆破质量。2.2.3 岩石损伤时光面爆破参数的影响 在光面爆破过程中，通常情况下都是在崩落孔爆破之后周边孔才会起爆，而在崩落孔爆破过程中则会对围岩以及光面爆破岩层造成损伤。由此可见，在周边孔爆破的过程中，其周边的岩石已经出现损伤，周边孔爆破是在损伤岩石环境中完成的。对于不稳固岩石而言，其自身的强度不高，稳定性较差，因此崩落孔爆破过程中对其造成的损伤更为明显。在光面爆破过程中应充分岩石损伤情况，合理选择光面爆破参数。以往在光面爆破技术应用过程中容易忽视岩石损伤，进而容易引发超挖。岩石受到损伤之后，其强度也会随之降低，应力波衰减指数增大。针对这种情况，在光面爆破过程中应适当缩减炮孔间距，同时减少装药量，并且采用较小的光面爆破厚度，因此来减少超挖。2.2.4 科学设计光面爆破参数 设计光面爆破参数需要以实际的岩石条件为参考，针对不稳固岩石，应适量缩小光面爆破层的厚度，缩小炮孔间距，同时减少装药量，同时充分考虑岩石损伤情况，结合崩落孔爆破过程中对岩层造成的损伤情况合理设计光面爆破参数。除此之外，还要合理选择装药结构，针对不稳固岩石，由于其强度相对较低，因此应选择应用孔内不耦合间隔装药的方式。采用这种装药方式可以使岩石受载均匀，因此不会出现局部过度受载的情况，减少对岩石的破坏。2.2.5 保证光面爆破施工质量 光面爆破施工过程中，应借助测量仪器做好放线部孔，准确定位光面孔位置。在炮孔钻进过程中应确保钻进方向与设计要求一致，避免炮口偏斜。炮孔装药要严格按照标准要求控制装药量，避免出现装药过量的情况。炮孔装药之后应堵塞孔口部位，以此来防止孔口岩石受到破坏。值得注意的是孔口堵塞过程中应避免分渣漏到堵塞段以下，以免影响耦合系数和光面爆破效果。3 结束语 光面爆破技术在矿山基建工程中的应用十分广泛，但受光面爆破技术要求严格等因素的影响，技术应用往往难以取得理想效果。为充分发挥光面爆破技术的优势和作用，应结合矿山基建工程实际要求，针对光面爆破效果影响因素，合理选择不耦合系数，科学设计光面爆破参数，保证光面爆破施工质量，减少超挖，中国科技期刊数据库 工业 A 125 提升光面爆破效果，使光面爆破技术更好的为矿山基建工程服务。参考文献 1耿立才,马福彬,张继春,等.光面爆破技术在隧道掘进中的应用研究J.公路,2022,67(09):458-463.2李龙福,方建国,汪禹,等.分次分段掘进爆破技术在 复 杂 破 碎 岩 体 中 的 应 用 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