浅论煤矿巷道光面和预裂爆破参数选择及质量保证措施
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摘 要：浅析光面和预裂爆破相关参数的选择、确定，以及保证爆破质量的技术措施。
1 综述
光面爆破技术的应用是从上世纪60―70年在国内开始。该技术在煤矿巷道爆破施工中应用，取得了较好的经济效益，且对于巷道围岩的稳定性也起到重要的作用。而预裂爆破则是由光面爆破演变来的，也是光面爆破的一种，故称作预裂光面爆破。其差别在于：光面爆破的主爆破炮眼先于控制开挖轮廓面的光面炮眼起爆，而预裂爆破的主爆破炮眼在控制开挖轮廓面的预裂炮眼之后起爆。它们的应用效果，在很大程度上都取决于爆破参数的选择和爆破控制技术。在此，就这些问题进行探讨。
2 爆破相关参数的选择与确定
因为爆破参数的选择直接影响着爆破效果，也是光面、预裂爆破工程设计的重要内容。掌握原则：利用一切有利于提高光面爆破质量的因素，努力提高爆破的质量。其爆破参数设计计算有公式计算法、直接试验法、经验类比法和模型试验法等。现结合工程实践经验，提出各种爆破参数的计算公式。
1）炮眼直径（db）。它直接关系到施工的效率与成本，因此应综合考虑岩石特性、现场机械设备情况和工程具体要求进行选择。一般应依据爆破的现场和钻工机具确定。在小断面的巷道实施光面预裂爆破时，孔径宜取35～45mm。
2）炮眼间距（a）。两种爆破的实质是使炮眼之间产生贯通裂隙，以形成平整的断裂面。所以，炮眼间距对形成贯通裂隙有着非常重要的作用。其大小主要取决于炸药的性质、不耦合系数和岩石的物理力学性质。①对光面爆破有：a=2Ri+（Pi/ST）db，式中，Ri=（bPb/ST）a・rb为每个炮眼产生的裂缝长度，ST为岩石的抗拉强度，db为炮眼直径，Pi为爆生气体充满炮眼时的静压，Pb为孔壁压力，b为切向应力与径向应力比例系数，b=μ/（1-μ），μ为波松比。②对预裂爆破有：a=db[（Pb/σdt）+1]，Pb为孔壁压力，σdt是岩石动载抗拉强度。另外，瑞典兰格弗斯（Langefors）还给出如下公式：a=（8-12）db（其中db>60mm）和a=（9-14）db（其中db≤60mm）。
3）最小抵抗线（W）。①对光面爆破，最小抵抗线即光面厚度。根据经验公式有：W=Q/C・a・lb，式中C是爆破系数，相当于炸药单耗值；lb为炮孔深度；Q为单孔药量。最小抵抗线W还应根据岩石性质及地质条件加以调整。当岩石坚韧、可爆性差时，最小抵抗线可小些；岩石松软、易破碎时，W可取大些。它也可通过炮眼密集系数m来确定。光面爆破中的炮眼密集系数是指孔距a与最小抵抗线W的比值，即m=a/W。一般取m=0.8～1.0。也有人认为：m的优化值在0.8～1.13，合理取值是0.7～1.3。最终m值选取应通过现场的爆破试验确定。②对于预裂爆破，则以间距系数（孔径与孔距之比）表示炮眼的密集度。孔径在70mm以下时，间距系数在7～12之间选取；孔径大于70mm，取5～10。
4）不偶合系数（B）。它是指孔径与药径之比，反映了药包与孔壁的接触情况。药包全部填满药孔整个断面时，不耦合系数就达到最小值1。此时装药起爆后，能量可直接传入岩壁，避免了传播过程中的损耗。随着不耦合系数的增大，药孔周壁上的切向最大应力急剧下降，作用时间延长，使得爆炸能以应力波形式传播能量的部分减少，而以准静态压力形式传播能量的部分增多。岩石中就有利于形成应力叠加、应力集中及拉伸裂隙，不易产生粉碎。一般光面爆破采用的不偶合系数B为1.6～3.0。当B增大到一定值时，可使作用于孔壁的压应力等于或小于岩石的极限抗压强度，不使孔壁发生破坏的条件。由于岩石的极限抗拉强度仅为岩石极限抗压强度的1/10～1/40，所以，孔壁周围以外的岩石很容易受拉而破坏。预裂爆破中预裂孔只是要求形成预裂缝，不是大量崩落岩石，因此不宜采用太大的孔径和装药直径。根据经验，B值一般取2～4，坚硬岩石因抗压强度高，可采用较小的B值；而松软岩石则应取较大的B值。
5）每米深炮眼装药量（q）。①对光面爆破，有：q=AKmk1W，式中A是炮眼口堵塞系数，一般取1.0；K是与岩石性质有关的介质系数，软岩为0.5～0.7，中硬岩0.75～0.95，硬岩1.0～1.5，m是炮眼密集系数；k1依炮眼密度定的系数，一般为0.5，每加深1m增加0.2；W为最小抵抗线。②对预裂爆破，有：q=Kdb，式中K是岩石系数，坚硬岩石为0.6，中等强度岩石为0.4～0.5，软岩为0.3～0.4。其他同前。
以上两种计算公式形式简单、计算方便，经实践应用，证明可行。考虑到不同工程的实际情况，以此公式计算药量为参考数，结合现场试验确定，并予以适当调整，最终确定装药量最佳值。
3 保证光面和预裂爆破质量的技术措施
1）爆破裂缝的控制。光面、预裂爆破的关键是控制爆破裂缝的方向，使其只沿着某一要求的特定方向，其它方向不产生或少产生裂缝。所以，除了对爆破参数进行优化选取外，还可通过如下措施保证：①改变炮孔的性状。常用的方法是孔壁切槽、设导向孔、异形炮孔等。其实质是人为地改变炮孔的形状或孔间的相关关系，从而改变圆形炮孔的均匀受力状态，按所要求劈裂面的方向产生应力集中，避免裂缝方向的随机化。孔壁切槽包括机械切槽、聚能药柱切槽等。实践表明，机械切槽和聚能药柱切槽确实可以控制裂缝的始裂位置和扩展方向，并可能采用更宽的孔距和较少的装药量。②改变药包的性状。压铸药柱、聚能药包、带缺口药包、扁平药包等。该法的实质是改变常用的圆形药包爆炸产物均匀在作用于炮孔壁的受力状况，使其最大的压力作用于所要求的劈裂面的方向。③改变装药结构。切缝套管、挤压钢棒、水压聚能及半圆套管中以改变装药结构。实质是利用装药结构使爆生气体的最大压力作用于所要求劈裂面的方向。
2）合理利用结构面。光面和预裂爆破除应充分考虑参数优化、合理的药量外，还必须根据岩体的不同地质条件，考虑合理利用结构面或根据结构面改变爆破工艺。①利用结构弱面。根据结构面的方向，控制钻孔与结构面的夹角，调整孔间距，可获得较理想的预裂缝；预裂孔与结构面一致时，可将预裂孔沿结构面布置。如此少药便能获得理想的预裂缝。一些断层、节理对爆炸应力波的衰减影响较大，可以起到类似预裂缝的作用，爆破时可加以合理利用。②根据结构面改变爆破工艺。根据弱面的位置，对炸药进行分散化、微量化处理，同时改变装药方式，在炮孔穿过的断层、裂隙处，局部间隔装药，以减少爆破对弱面的过度破坏及爆生气体的逸散。
4 结束语
①影响爆破效果的因素多（工程地质、爆破参数选择、施工工艺等）。要获得理想的爆破效果，必须充分考虑各种影响因素，根据地质条件选择合理的参数和施工工艺。②选择合理的爆破参数是关键。不同的岩石、地质构造应认真分析，以选取合适的爆破参数。③精心施工很重要。减小炮孔定位误差和钻孔角度误差，按设计的装药结构装药，保证不耦合系数，这都有利于达到理想效果。
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