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[摘 要]本文从光面爆破相关参数的设计和光面爆破施工技术的控制两方面浅谈掘进光面爆破的快速施工技术方法。
[关键词]煤矿掘进；光面爆破；施工技术
中图分类号：TD235.374 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0005-01
引言
煤矿掘进施工中，破坏岩石和保护岩石都会发生，其矛盾是相互的。但是，破坏岩石也是需要，又是暂时的，保护围岩是为井巷成形需要的，也是为通风、运输、行人等生产环节服务的。掘进施工中的光面爆破，就是要控制爆破的作用范围和方向，让爆破后的岩面光滑平整，并防止岩石开裂，减少超、欠挖和支护工作量，以增加岩壁的稳定性，减少爆破对保留岩体的破坏作用，进而达到控制岩体开挖轮廓的一项技术。
1 光面爆破相关参数的设计
光面爆破也就是沿开挖边界布置密集炮孔，采用不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破后起爆，以形成平整的轮廓面的爆破作业形式。但是，施工过程中应根据不同的岩层情况，选择合理的不耦合系数、炮眼密集系数、抵抗眼间距及各炮眼的装药量。爆破的效果，也受到多种因素影响，参数的选择则直接有影响。爆破效果的好坏，也会直接影响煤矿生产成本。
1）选择不耦合系数。在光面爆破中为降低对孔壁围岩的破坏，多采用不耦合装药，即药卷与炮眼壁之间存在一定间隙。爆炸时爆轰压力不是直接作用在孔壁上，它是经空气衰减后，以冲击波的压力作用在孔壁上。如此作用在孔壁上的最大拉应力将随空气间隙的加大（不耦合值Dyan/Dyao）呈指数衰减。实际上，不耦合系数就是炮眼直径Dyan与炸药药卷直径Dyao之比，即D=Dyan/Dyao。当Dyan=Dyao，即D=1时，炸药爆炸瞬间，其爆炸压缩冲击波直接作用于炮眼眼壁上；当Dyan>Dyao，即D>1时，此时药卷与炮眼眼壁有一定间隙，衰减爆轰波激起的空气冲击波波头压力，缓冲作用于眼壁上的初起冲量，猛度作功形式被转换为爆力作功形式，这就减小了炮眼周围的粉碎区。对于炸药爆炸时爆轰波压力在炮眼内壁发生的最大切向应力σmax，则随不耦合系数D的增大而减小。因此，当Dyan/Dyao比值增大到一定程度时，作用到眼壁上的最大压力小于眼壁岩石的抗冲击力强度。显然，关键要注意的是药卷直径与炮眼直径相匹配。一般不耦合系数D选为1.25～1.68是比较合适的。
2）选择炮眼密集系数。其周边眼间距E与最小抵抗线W之比值K，称为炮眼密集系数。而E和K却随岩性的变软逐渐减小，显然在软岩或层理、节理发育岩层中的E和K值应小些；在坚硬和较稳定的岩层中的E和K值应大些。但是，眼间距一般不得大于抵抗线，即K=E/W≤1。试验表明，合适的周边眼间距E和密集系数K的关系一般为：①硬岩：E=500mm，K=l；软硬岩：E=450mm，K=0.9；②中硬岩：E=400mm，K=0.8～0.9；③软岩：E=300mm，K=0.5～0.6。而至于抵抗线值，可根据公式W=E/K求得：①硬岩：W=500mm；②软硬岩：W=500mm；③中硬岩：W=440-500mm；④软岩：W=500-600mm。若E值和K值过大，爆破后两周边眼之间会出现欠挖，过小则会出现超挖。掌握的的原则如下：①当巷道断面加大，跨度超过4.5m时，因拱顶曲率半径增大，夹制力较小，其周边眼间距和抵抗线都可相应增加50-100mm。②若巷道跨度很小，拱顶曲率半径小，夹制力较大，则抵抗线可相应小于眼间距。比如跨度只有2m左右的小断面通道，抵抗线可小于眼间距，即K值可大于l（K=1.0～1.15）。③当拱顶部位为岩石，因重力关系较两帮容易爆落，因此拱顶部位的抵抗线比两帮要大。④在煤巷掘进中，周边眼应布置在距离巷道轮廓线以内的200-300mm处，并预留保护层。爆破后用镐刷掉保护层至巷道轮廓线，降低掏槽眼位置至底板。⑤当工作面在软岩层或易冒松散岩石中时，周边眼间应当加打空眼，以能夠起到裂缝发展的导向或自由面作用。总之，二圈眼就是抵抗线，眼间距一般应小于周边眼的最小坻坑线，二圈眼抵抗为500～600mm，三圈眼抵抗线和眼间距一般为600mm，四圈眼抵抗线和眼间距为600mm。除抵抗眼以外的辅助眼，在布置时应根据断面的情况均匀布置，即辅助眼的间距和抵抗线可根据实际情况进行变动，因该参数对光面爆破的效果没直接影响，以能使爆落的岩石块度大小均匀些。
3）把握炮眼的装药量。炮眼装药量对光面爆破效果影响较大，大了易出现超挖，浪费炸药，增加排矸；小了会出现欠挖或崩不掉，装药量应适当。试验表明，用2号岩石炸药合适的装药量为：①拱周边眼：硬岩200g/m，软硬岩150g/m，中硬岩100g/m，软岩50-75g/m。②二圈眼：2～2.5倍的拱周边眼装药量。③三圈眼：3～3.5倍的拱周边眼装药量。而拱基线以下的周边眼装药量为1.5的拱周边眼装药量；底眼装药量一般应为拱周边眼装药量的3倍左右；两底角眼在有两个自由面时的装药量为60%～7O%的底服装药量。当采用高威力炸药时，单位炮眼长度的装药量可适当减少些。
2 光面爆破施工技术的控制
1）控制周边眼的等距性和平行性。因爆破的复杂性和瞬间性，这给爆破机理研究造成很大困难。经分析认为，爆破孔同时起爆后，在岩体内产生缩应力波的传递，由此可产生环状的切向拉应力，而波与波相遇则会产生应力叠加，在炮眼连线的垂直方向上产生叠加拉应力，炮眼连线为受拉面。当拉应力超过岩石抗拉强度时，则沿炮眼连线面会被拉断，形成炮眼间的贯穿裂缝，爆生气体的劈裂作用下使裂缝扩展延深。如此相邻孔互为导向孔，发生在孔间连线上的拉应力要比在其他方向等距离处的拉应力大，裂缝发生的早，从而抑制了其它方向上裂缝的形成。因此，眼间距适当时，只有眼间连线上定向裂缝形成。要使周边眼沿其直径连线产生切割的贯穿裂缝，直至达到“光面”的要求，各周边眼同时起爆很重要。周边眼眼间距不等，岩石先后崩落，巷壁就会锯齿参差；周边眼间距相等，且炮跟相互平行，周边眼眼间距从外到里都相等，如此爆破后能使巷壁沿着设计断面轮廓线光滑平整。
2）控制装药方式和炮泥的封堵。装药有正向和反向装药两种方式。正向装药时，爆破后炮眼底附近会产生药壶的特征，拱顶和两帮产生大的破坏区，巷道壁就不平整了。所以多采用反向装药，眼底完整无损，使每遍炮的接茬处平整。当用炮泥封堵炮眼后，炮眼内留有一定的空气柱，爆炸时爆轰波可激起空气冲击波，衰减爆轰波头压力，而在被爆的岩体内不至于引起最大应力，避免围岩遭到明显破坏。同时，爆生气体膨胀过程中，一部分气体继续向周边眼中心连线裂缝渗入，形成劈开的效应。遇到眼口的炮泥时，可使膨胀动力骤然增大，很有利于克服眼口部分的岩石抵抗，防止崩落不下来形成的“挂门帘”现象。显然炮泥的封堵长度和质量很关键，应符合设计。
3）起爆网络连接与雷管的齐发性控制。用一次性爆破全断面时，最好采用多段毫秒雷管，并以掏槽眼为中心，由里向外分段起爆，周边眼采用同段毫秒雷管起爆。但是，联线前各脚线接头要擦净，无油污，接头拧紧并避开岩帮。放炮母线和连线也要避开岩帮，以防止接地造成短路。而联线方式要保证通过每个雷管的电流不小于雷管的额定起爆电流。若在周边眼等距的情况下，要求雷管必须齐发，才能保证由各个孔传播的冲击波波峰恰在相邻两孔中心连线中心位置相遇，这种等间隔雷管的投入使用，从而为实现该目的创造了有利条件，便于实现光面爆破。
结束语
为提高爆破效果，使用小直径、高传爆性、低沟槽效应和低成本的光爆专用炸药较好。选用能打中深孔的钻机为好（一般眼深2.0～2.5m），并要积极采用高效钻机实现深孔光爆，如此也能提高掘进的速度，进而提高企业经济效益。
参考文献
[1]王利山.煤矿岩巷掘进爆破的技术初探[J].科技资讯，2007，31：82.
[2]马天新，陈熙强.光爆锚喷技术在岩巷掘进中的应用[J].中国矿山工程，2008，5：32-35.
[3]张俊峰.光面爆破法在坪上引水隧洞I标施工中的应用[J].山西水利科技，2011，1：19-21.
[关键词]煤矿掘进；光面爆破；施工技术
中图分类号：TD235.374 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）43-0005-01
引言
煤矿掘进施工中，破坏岩石和保护岩石都会发生，其矛盾是相互的。但是，破坏岩石也是需要，又是暂时的，保护围岩是为井巷成形需要的，也是为通风、运输、行人等生产环节服务的。掘进施工中的光面爆破，就是要控制爆破的作用范围和方向，让爆破后的岩面光滑平整，并防止岩石开裂，减少超、欠挖和支护工作量，以增加岩壁的稳定性，减少爆破对保留岩体的破坏作用，进而达到控制岩体开挖轮廓的一项技术。
1 光面爆破相关参数的设计
光面爆破也就是沿开挖边界布置密集炮孔，采用不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破后起爆，以形成平整的轮廓面的爆破作业形式。但是，施工过程中应根据不同的岩层情况，选择合理的不耦合系数、炮眼密集系数、抵抗眼间距及各炮眼的装药量。爆破的效果，也受到多种因素影响，参数的选择则直接有影响。爆破效果的好坏，也会直接影响煤矿生产成本。
1）选择不耦合系数。在光面爆破中为降低对孔壁围岩的破坏，多采用不耦合装药，即药卷与炮眼壁之间存在一定间隙。爆炸时爆轰压力不是直接作用在孔壁上，它是经空气衰减后，以冲击波的压力作用在孔壁上。如此作用在孔壁上的最大拉应力将随空气间隙的加大（不耦合值Dyan/Dyao）呈指数衰减。实际上，不耦合系数就是炮眼直径Dyan与炸药药卷直径Dyao之比，即D=Dyan/Dyao。当Dyan=Dyao，即D=1时，炸药爆炸瞬间，其爆炸压缩冲击波直接作用于炮眼眼壁上；当Dyan>Dyao，即D>1时，此时药卷与炮眼眼壁有一定间隙，衰减爆轰波激起的空气冲击波波头压力，缓冲作用于眼壁上的初起冲量，猛度作功形式被转换为爆力作功形式，这就减小了炮眼周围的粉碎区。对于炸药爆炸时爆轰波压力在炮眼内壁发生的最大切向应力σmax，则随不耦合系数D的增大而减小。因此，当Dyan/Dyao比值增大到一定程度时，作用到眼壁上的最大压力小于眼壁岩石的抗冲击力强度。显然，关键要注意的是药卷直径与炮眼直径相匹配。一般不耦合系数D选为1.25～1.68是比较合适的。
2）选择炮眼密集系数。其周边眼间距E与最小抵抗线W之比值K，称为炮眼密集系数。而E和K却随岩性的变软逐渐减小，显然在软岩或层理、节理发育岩层中的E和K值应小些；在坚硬和较稳定的岩层中的E和K值应大些。但是，眼间距一般不得大于抵抗线，即K=E/W≤1。试验表明，合适的周边眼间距E和密集系数K的关系一般为：①硬岩：E=500mm，K=l；软硬岩：E=450mm，K=0.9；②中硬岩：E=400mm，K=0.8～0.9；③软岩：E=300mm，K=0.5～0.6。而至于抵抗线值，可根据公式W=E/K求得：①硬岩：W=500mm；②软硬岩：W=500mm；③中硬岩：W=440-500mm；④软岩：W=500-600mm。若E值和K值过大，爆破后两周边眼之间会出现欠挖，过小则会出现超挖。掌握的的原则如下：①当巷道断面加大，跨度超过4.5m时，因拱顶曲率半径增大，夹制力较小，其周边眼间距和抵抗线都可相应增加50-100mm。②若巷道跨度很小，拱顶曲率半径小，夹制力较大，则抵抗线可相应小于眼间距。比如跨度只有2m左右的小断面通道，抵抗线可小于眼间距，即K值可大于l（K=1.0～1.15）。③当拱顶部位为岩石，因重力关系较两帮容易爆落，因此拱顶部位的抵抗线比两帮要大。④在煤巷掘进中，周边眼应布置在距离巷道轮廓线以内的200-300mm处，并预留保护层。爆破后用镐刷掉保护层至巷道轮廓线，降低掏槽眼位置至底板。⑤当工作面在软岩层或易冒松散岩石中时，周边眼间应当加打空眼，以能夠起到裂缝发展的导向或自由面作用。总之，二圈眼就是抵抗线，眼间距一般应小于周边眼的最小坻坑线，二圈眼抵抗为500～600mm，三圈眼抵抗线和眼间距一般为600mm，四圈眼抵抗线和眼间距为600mm。除抵抗眼以外的辅助眼，在布置时应根据断面的情况均匀布置，即辅助眼的间距和抵抗线可根据实际情况进行变动，因该参数对光面爆破的效果没直接影响，以能使爆落的岩石块度大小均匀些。
3）把握炮眼的装药量。炮眼装药量对光面爆破效果影响较大，大了易出现超挖，浪费炸药，增加排矸；小了会出现欠挖或崩不掉，装药量应适当。试验表明，用2号岩石炸药合适的装药量为：①拱周边眼：硬岩200g/m，软硬岩150g/m，中硬岩100g/m，软岩50-75g/m。②二圈眼：2～2.5倍的拱周边眼装药量。③三圈眼：3～3.5倍的拱周边眼装药量。而拱基线以下的周边眼装药量为1.5的拱周边眼装药量；底眼装药量一般应为拱周边眼装药量的3倍左右；两底角眼在有两个自由面时的装药量为60%～7O%的底服装药量。当采用高威力炸药时，单位炮眼长度的装药量可适当减少些。
2 光面爆破施工技术的控制
1）控制周边眼的等距性和平行性。因爆破的复杂性和瞬间性，这给爆破机理研究造成很大困难。经分析认为，爆破孔同时起爆后，在岩体内产生缩应力波的传递，由此可产生环状的切向拉应力，而波与波相遇则会产生应力叠加，在炮眼连线的垂直方向上产生叠加拉应力，炮眼连线为受拉面。当拉应力超过岩石抗拉强度时，则沿炮眼连线面会被拉断，形成炮眼间的贯穿裂缝，爆生气体的劈裂作用下使裂缝扩展延深。如此相邻孔互为导向孔，发生在孔间连线上的拉应力要比在其他方向等距离处的拉应力大，裂缝发生的早，从而抑制了其它方向上裂缝的形成。因此，眼间距适当时，只有眼间连线上定向裂缝形成。要使周边眼沿其直径连线产生切割的贯穿裂缝，直至达到“光面”的要求，各周边眼同时起爆很重要。周边眼眼间距不等，岩石先后崩落，巷壁就会锯齿参差；周边眼间距相等，且炮跟相互平行，周边眼眼间距从外到里都相等，如此爆破后能使巷壁沿着设计断面轮廓线光滑平整。
2）控制装药方式和炮泥的封堵。装药有正向和反向装药两种方式。正向装药时，爆破后炮眼底附近会产生药壶的特征，拱顶和两帮产生大的破坏区，巷道壁就不平整了。所以多采用反向装药，眼底完整无损，使每遍炮的接茬处平整。当用炮泥封堵炮眼后，炮眼内留有一定的空气柱，爆炸时爆轰波可激起空气冲击波，衰减爆轰波头压力，而在被爆的岩体内不至于引起最大应力，避免围岩遭到明显破坏。同时，爆生气体膨胀过程中，一部分气体继续向周边眼中心连线裂缝渗入，形成劈开的效应。遇到眼口的炮泥时，可使膨胀动力骤然增大，很有利于克服眼口部分的岩石抵抗，防止崩落不下来形成的“挂门帘”现象。显然炮泥的封堵长度和质量很关键，应符合设计。
3）起爆网络连接与雷管的齐发性控制。用一次性爆破全断面时，最好采用多段毫秒雷管，并以掏槽眼为中心，由里向外分段起爆，周边眼采用同段毫秒雷管起爆。但是，联线前各脚线接头要擦净，无油污，接头拧紧并避开岩帮。放炮母线和连线也要避开岩帮，以防止接地造成短路。而联线方式要保证通过每个雷管的电流不小于雷管的额定起爆电流。若在周边眼等距的情况下，要求雷管必须齐发，才能保证由各个孔传播的冲击波波峰恰在相邻两孔中心连线中心位置相遇，这种等间隔雷管的投入使用，从而为实现该目的创造了有利条件，便于实现光面爆破。
结束语
为提高爆破效果，使用小直径、高传爆性、低沟槽效应和低成本的光爆专用炸药较好。选用能打中深孔的钻机为好（一般眼深2.0～2.5m），并要积极采用高效钻机实现深孔光爆，如此也能提高掘进的速度，进而提高企业经济效益。
参考文献
[1]王利山.煤矿岩巷掘进爆破的技术初探[J].科技资讯，2007，31：82.
[2]马天新，陈熙强.光爆锚喷技术在岩巷掘进中的应用[J].中国矿山工程，2008，5：32-35.
[3]张俊峰.光面爆破法在坪上引水隧洞I标施工中的应用[J].山西水利科技，2011，1：19-21.