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摘 要：本文浅析煤矿巷道光面爆破的效果影响、光面爆破机理、参数计算，以及工程应用实例的效果。
关键词：光面爆破 参数选择 快速掘进 煤矿巷道
一、引言
在煤矿巷道的开挖过程中，其光面爆破是一种使爆出的新壁面保持平整而不受明显破坏的爆破技术，又称为周边爆破和轮廓爆破。要实现快速掘进，主要是从凿岩机具、爆破参数、施工组织等方面优化设计，从而达到快速掘进的目的。
二、巷道光面爆破的效果影响
巷道光面爆破，一般都根据“进尺在掏槽，成型在周边”的爆破思想进行，其周边爆破则是快速掘进中非常重要的一个环节。如何提高周边爆破的质量，严格影响着巷道的进度。而目前大多煤矿的巷道掘进，存在周边爆破超挖现象严重，这样既给喷浆造成很大的压力，又在一个正规循环内，所有的工序不能完成或喷浆占用过多的时间，严重影响巷道掘进速度。光面爆破效果较好时，半眼残痕率达到50%，就不仅节约了工程材料，而且也减少了喷浆的工程量。与此同时，爆破不会产生或很少产生爆震裂隙，新岩面保持原有的稳定性，能有效保证施工安全，为快速施工創造条件。再者，新岩壁的平整，岩面上的应力集中现象也减少，最有利于通风。
三、巷道光面爆破机理
光面爆破实质上就是在设计断面的轮廓线上布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药，同时起爆，使爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂缝，并沿各炮眼的连线，将岩石崩落下来。这种破岩机理，存在着不同的观点和学派，常见的观点主要有应力波干扰理论和应力波与爆生气体共同作用理论。
对于应力波干扰理论来说，当两个平行抛空在岩石中爆炸时，各自产生以装药轴线为中心而向四周扩展的柱面应力波，并引起质点运动。在应力波峰相遇处，由于质点受到来自两炮孔径向应力的作用，而在炮孔连线上下相应的质点，则产生大小相等、方向相反的合拉应力作用，故沿炮孔连线上出现受拉面。当此处合力超过该处岩石的极限抗拉强度时，岩石破坏，就形成断裂面。
对于应力波与爆生气体共同作用理论来说，它贯穿裂缝的形成，是基于各装药爆炸所激起的应力波。先是在各炮眼壁上产生初始裂缝，然后在爆生气体静压作用下，使之扩展贯穿，最终形成贯穿裂缝。
四、巷道光面爆破的参数计算
巷道光面爆破参数包括不耦合系数、炮孔深度、炮眼间距、邻近系数、最小抵抗线、装药结构和装药密集系数等。其中，炮孔直径和炮孔深度，则按照工程实际来取值。
1.不耦合系数
对于不耦合系数来说，它是药卷直径与炮孔直径之比。其选取原则是，使作用在孔壁上的压力低于岩石的抗压强度，而高于抗拉强度。按下式进行：
Kd = db/dc≥[nρ0D2/8Kbσc]1/6 （1）
式中：ρ0-为炸药的密度；
D-为炸药的爆速；
db、dc-分别为炮孔直径和装药直径；
Kb-为体积应力状态下岩石的抗压强度增大系数；
n-为压力增大系数；
σc-岩石单轴抗压强度。
通过实践表明，不耦合系数的大小，因炸药和岩性的不同，一般都取1.5～2.5范围。
2.装药密集系数
当采用空气柱装药时，每m炮眼的装药长度lL为：
lL = ≤[（8 Kbσc）/（nρ0D2）]·（db/dc）6 （2）
若换算为每 m 装药量ql，则为：
ql = （πdc2/4）lLρ0 （3）
式中：各个符号意义同前。工程上较多的是根据经验来确定的，有如下公式参考：
qL=K1K2mW （4）
式中：K1为与岩石有关的系数。软岩：K1=0.5～0.7；中硬岩石：K1= 0.75～0.95；坚硬岩石：K1=1.O～1.5；K2为与炮眼深度有关的系数，一般取K2=0.5。
3.炮眼间距
对于炮眼间距，应以应力波干扰理论为观点，合适的炮眼间距是以两眼在连线上叠加的切向应力大于岩石的抗拉强度为原则。这样：
R =（2bP2/σc）1/6db （5）
式中：R为炮眼间距；P2为炮眼壁上初始应力峰值；b为切向应力与径向应力比值，b =μ/（1-μ），μ为泊松比；为岩石抗拉强度；a为应力波衰减系数，α=2-μ/（1-μ）。若以应力波和爆生气体共同作用理论为基础，炮眼间距为：
R = 2Rk+ （P/σc）db （6）
式中：P为爆炸气体充满炮眼时的静压；Rk为炮眼产生的裂缝长度，其值为：
Rk=（bP2/σc）1/6db；其它符号的意义同上。
根据现场实践经验，R的取值一般为炮眼直径的10～20倍。
4.邻近系数和最小抵抗线
邻近系数m也称炮孔密集系数，它表征孔距 R与最小抵抗线w的比值。m值过大，可能在岩壁上留下岩梗，造成欠挖；m值过小，则造成凹坑。实践表明，当m=0.8～1.0时，效果较好；对于硬岩，取大值，软岩则取小值。最小抵抗线 w，则是指周边眼至邻近崩落眼的垂D 直距离。w 取值与邻近装药系数m=R/w相关。
5.装药结构
在巷道光面爆破中，一般采用单段空气柱式装药结构和空气间隔分节装药。而分段空气柱式装药结构简单易行，工人较易掌握，适用于1.5～2.0m深的炮眼。眼深超过2m时，可采用空气间隔分节装药结构，但两药包的间隔距离不能大于该种炸药在炮眼内的殉爆距离；有时，防止药包串动，药包之间还要有间隔物，这可选用水泡泥进行。
五、工程应用实例
按照以上的理论分析，某地点进行了巷道爆破的试验，最终取得了较好的爆破效果。某轨道巷，埋深400m，净宽4.2m，净高3.4m，巷道断面尺寸13.8m2，地处岩性为f=8，是中硬砂岩。施工选用了矿用二级水胶炸药，药卷直径27mm，长度150 mm，质量100g。经过详细计算可得：不耦合系数Kb=0.84，装药密集系数qt=0.1lkg／m，邻近系数m=0.8。计算选用爆破参数：周边眼19～35mm，抵抗线500 mm，扎深1800mm，孔间距400mm，孔径32mm，炸药直径27mm，装药量0.2kg。而采用了间隔空气柱装药结构，炮孔底部、端部各一个炮卷，两个药卷之间用空气柱间隔，炮孔用黄泥堵实，反向同时起爆。如此装药、爆破，试验效果非常好，其半眼残痕率达到75%，新壁面平整无超欠挖。如此也大大减少了喷浆班的工作量，加快了巷道的掘进成巷速度，对提高掘进速度和效率起到了很大的作用。
六、结束语
巷道光面爆破的质量，它与掏槽效果有着直接的联系。只有掏出好的槽腔，作为新的临空面，光面爆破才能取得较好的效果。再说，光面爆破对钻眼水平也有很高的要求，一般要求钻眼“平、直、齐、准”，它是保证光爆质量的重要前提条件。一旦炮眼布置倾斜，或者间距过大或过小，这样都可能严重影响光面爆破的效果和质量。所以，在操作过程中必须加强工人的培训和管理，并严格按照施工方案进行。根据以上理论分析也可知，适宜的地质条件，科学合理的选择光面爆破参数，能显著提高了巷道的掘进速度和施工水平，并能带来很大的安全、经济效益。
参考文献
[1]中国矿业学院.井巷工程[J].煤炭工业出版社，1984.
[2]勒建伟，孙惠民，等.用AutCAD技术绘制回采工作面正规循环作业图表[J].煤，1999（6）.
[3]张浩.CAD／CAM 技术现状及发展综述[J].第六届全国计算机应用联合学术会论文集.2002.
[4]管伯伦.爆破工程[M].北京：冶金工业出版社，2003.A·H·柯贝多夫（俄）等著，毕卫国，等译.井巷快速掘进爆破新技术[M].北京：煤炭工业出版社，2004.
[5]宗琦，郝飞.提高岩巷掘进爆破速度和质量的若干技术问题[J].中国煤炭，2004，30（10）：40—42．
[6]高尔新，杨仁树.爆破工程[M].江苏：中国矿业出版社，2005.
[7]东兆星，吴士良.井巷工程[M].江苏：中国矿业出版社，2005.
关键词：光面爆破 参数选择 快速掘进 煤矿巷道
一、引言
在煤矿巷道的开挖过程中，其光面爆破是一种使爆出的新壁面保持平整而不受明显破坏的爆破技术，又称为周边爆破和轮廓爆破。要实现快速掘进，主要是从凿岩机具、爆破参数、施工组织等方面优化设计，从而达到快速掘进的目的。
二、巷道光面爆破的效果影响
巷道光面爆破，一般都根据“进尺在掏槽，成型在周边”的爆破思想进行，其周边爆破则是快速掘进中非常重要的一个环节。如何提高周边爆破的质量，严格影响着巷道的进度。而目前大多煤矿的巷道掘进，存在周边爆破超挖现象严重，这样既给喷浆造成很大的压力，又在一个正规循环内，所有的工序不能完成或喷浆占用过多的时间，严重影响巷道掘进速度。光面爆破效果较好时，半眼残痕率达到50%，就不仅节约了工程材料，而且也减少了喷浆的工程量。与此同时，爆破不会产生或很少产生爆震裂隙，新岩面保持原有的稳定性，能有效保证施工安全，为快速施工創造条件。再者，新岩壁的平整，岩面上的应力集中现象也减少，最有利于通风。
三、巷道光面爆破机理
光面爆破实质上就是在设计断面的轮廓线上布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药，同时起爆，使爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯穿裂缝，并沿各炮眼的连线，将岩石崩落下来。这种破岩机理，存在着不同的观点和学派，常见的观点主要有应力波干扰理论和应力波与爆生气体共同作用理论。
对于应力波干扰理论来说，当两个平行抛空在岩石中爆炸时，各自产生以装药轴线为中心而向四周扩展的柱面应力波，并引起质点运动。在应力波峰相遇处，由于质点受到来自两炮孔径向应力的作用，而在炮孔连线上下相应的质点，则产生大小相等、方向相反的合拉应力作用，故沿炮孔连线上出现受拉面。当此处合力超过该处岩石的极限抗拉强度时，岩石破坏，就形成断裂面。
对于应力波与爆生气体共同作用理论来说，它贯穿裂缝的形成，是基于各装药爆炸所激起的应力波。先是在各炮眼壁上产生初始裂缝，然后在爆生气体静压作用下，使之扩展贯穿，最终形成贯穿裂缝。
四、巷道光面爆破的参数计算
巷道光面爆破参数包括不耦合系数、炮孔深度、炮眼间距、邻近系数、最小抵抗线、装药结构和装药密集系数等。其中，炮孔直径和炮孔深度，则按照工程实际来取值。
1.不耦合系数
对于不耦合系数来说，它是药卷直径与炮孔直径之比。其选取原则是，使作用在孔壁上的压力低于岩石的抗压强度，而高于抗拉强度。按下式进行：
Kd = db/dc≥[nρ0D2/8Kbσc]1/6 （1）
式中：ρ0-为炸药的密度；
D-为炸药的爆速；
db、dc-分别为炮孔直径和装药直径；
Kb-为体积应力状态下岩石的抗压强度增大系数；
n-为压力增大系数；
σc-岩石单轴抗压强度。
通过实践表明，不耦合系数的大小，因炸药和岩性的不同，一般都取1.5～2.5范围。
2.装药密集系数
当采用空气柱装药时，每m炮眼的装药长度lL为：
lL = ≤[（8 Kbσc）/（nρ0D2）]·（db/dc）6 （2）
若换算为每 m 装药量ql，则为：
ql = （πdc2/4）lLρ0 （3）
式中：各个符号意义同前。工程上较多的是根据经验来确定的，有如下公式参考：
qL=K1K2mW （4）
式中：K1为与岩石有关的系数。软岩：K1=0.5～0.7；中硬岩石：K1= 0.75～0.95；坚硬岩石：K1=1.O～1.5；K2为与炮眼深度有关的系数，一般取K2=0.5。
3.炮眼间距
对于炮眼间距，应以应力波干扰理论为观点，合适的炮眼间距是以两眼在连线上叠加的切向应力大于岩石的抗拉强度为原则。这样：
R =（2bP2/σc）1/6db （5）
式中：R为炮眼间距；P2为炮眼壁上初始应力峰值；b为切向应力与径向应力比值，b =μ/（1-μ），μ为泊松比；为岩石抗拉强度；a为应力波衰减系数，α=2-μ/（1-μ）。若以应力波和爆生气体共同作用理论为基础，炮眼间距为：
R = 2Rk+ （P/σc）db （6）
式中：P为爆炸气体充满炮眼时的静压；Rk为炮眼产生的裂缝长度，其值为：
Rk=（bP2/σc）1/6db；其它符号的意义同上。
根据现场实践经验，R的取值一般为炮眼直径的10～20倍。
4.邻近系数和最小抵抗线
邻近系数m也称炮孔密集系数，它表征孔距 R与最小抵抗线w的比值。m值过大，可能在岩壁上留下岩梗，造成欠挖；m值过小，则造成凹坑。实践表明，当m=0.8～1.0时，效果较好；对于硬岩，取大值，软岩则取小值。最小抵抗线 w，则是指周边眼至邻近崩落眼的垂D 直距离。w 取值与邻近装药系数m=R/w相关。
5.装药结构
在巷道光面爆破中，一般采用单段空气柱式装药结构和空气间隔分节装药。而分段空气柱式装药结构简单易行，工人较易掌握，适用于1.5～2.0m深的炮眼。眼深超过2m时，可采用空气间隔分节装药结构，但两药包的间隔距离不能大于该种炸药在炮眼内的殉爆距离；有时，防止药包串动，药包之间还要有间隔物，这可选用水泡泥进行。
五、工程应用实例
按照以上的理论分析，某地点进行了巷道爆破的试验，最终取得了较好的爆破效果。某轨道巷，埋深400m，净宽4.2m，净高3.4m，巷道断面尺寸13.8m2，地处岩性为f=8，是中硬砂岩。施工选用了矿用二级水胶炸药，药卷直径27mm，长度150 mm，质量100g。经过详细计算可得：不耦合系数Kb=0.84，装药密集系数qt=0.1lkg／m，邻近系数m=0.8。计算选用爆破参数：周边眼19～35mm，抵抗线500 mm，扎深1800mm，孔间距400mm，孔径32mm，炸药直径27mm，装药量0.2kg。而采用了间隔空气柱装药结构，炮孔底部、端部各一个炮卷，两个药卷之间用空气柱间隔，炮孔用黄泥堵实，反向同时起爆。如此装药、爆破，试验效果非常好，其半眼残痕率达到75%，新壁面平整无超欠挖。如此也大大减少了喷浆班的工作量，加快了巷道的掘进成巷速度，对提高掘进速度和效率起到了很大的作用。
六、结束语
巷道光面爆破的质量，它与掏槽效果有着直接的联系。只有掏出好的槽腔，作为新的临空面，光面爆破才能取得较好的效果。再说，光面爆破对钻眼水平也有很高的要求，一般要求钻眼“平、直、齐、准”，它是保证光爆质量的重要前提条件。一旦炮眼布置倾斜，或者间距过大或过小，这样都可能严重影响光面爆破的效果和质量。所以，在操作过程中必须加强工人的培训和管理，并严格按照施工方案进行。根据以上理论分析也可知，适宜的地质条件，科学合理的选择光面爆破参数，能显著提高了巷道的掘进速度和施工水平，并能带来很大的安全、经济效益。
参考文献
[1]中国矿业学院.井巷工程[J].煤炭工业出版社，1984.
[2]勒建伟，孙惠民，等.用AutCAD技术绘制回采工作面正规循环作业图表[J].煤，1999（6）.
[3]张浩.CAD／CAM 技术现状及发展综述[J].第六届全国计算机应用联合学术会论文集.2002.
[4]管伯伦.爆破工程[M].北京：冶金工业出版社，2003.A·H·柯贝多夫（俄）等著，毕卫国，等译.井巷快速掘进爆破新技术[M].北京：煤炭工业出版社，2004.
[5]宗琦，郝飞.提高岩巷掘进爆破速度和质量的若干技术问题[J].中国煤炭，2004，30（10）：40—42．
[6]高尔新，杨仁树.爆破工程[M].江苏：中国矿业出版社，2005.
[7]东兆星，吴士良.井巷工程[M].江苏：中国矿业出版社，2005.