文章编号:1008-7524(2008)07-0018-04
保皇派Ξ
廖小翠，蒲传金，郭学彬
报告与请示(西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳
621010)
摘要：以光面爆破成缝机理为依据，从四个方面对影响爆破效果的主要因素进行了深入分析，并结合工程实例，重点研究了岩石性质和地质条件对光面爆破效果的影响，详细阐述了其影响机理，针对四个方面提出了相应的光面爆破设计与施工建议。 关键词：光面爆破；影响因素；结构面；光面爆破效果中图分类号:TD235.374 文献标识码:A
0 引言巴黎公社原则
目前，光面爆破技术已广泛应用于露天矿山边坡、路堑、隧道、地下工程等轮廓爆破中，取得了很好的
爆破效果和经济效益，但在工程实践中，由于受到装药结构、岩石性质、地质条件、爆破参数和堵塞质量等因素的影响，光面爆破效果有时并不理想。本文深入分析了这些因素对光面爆破效果的影响，以便在工程实践中，采取有效措施减少这些因素对爆破效果的影响。1
风流变形记光面爆破的成缝机理
起爆后，先起爆的药包应力波使孔壁岩
石产生细微径向裂隙，由于相邻炮孔的导向作用，使得沿相邻两炮孔连心线的那条径向裂隙得到优先发育。在爆炸气体作用下，这条裂隙继续延伸和扩展，在相邻两炮孔的连心线同孔壁相交处产生应力集中，此处的拉应力值最大，相邻炮孔中爆炸气体的气楔作用将这些径向裂隙加以扩散，成为贯通裂隙，达到形成平整光滑开裂面的目的，同时也抑制了孔壁其他方向裂缝的产生。2 影响光面爆破效果的主要因素分析
光面爆破是一种既能“破岩”，又能“护岩”的
爆破方法[1]。影响光面爆破效果的因素很多，主
要有两个方面：一是岩体本身的物理力学性质，如岩体的结构构造、强度、硬度等；另一方面是性能、爆破参数及爆破施工工艺等。
2.1 装药结构与不耦合系数对光面爆破效果的
影响
采用不耦合装药，实际上就是重新分配爆炸能，利用炮孔内其他介质分散爆炸能量。在实践中，较多是以空气作为不耦合介质。爆炸后，首先将能量传递给空气，爆炸冲击波在空气中传播时压力峰值大大降低，再由空气传递给岩石，从而消除或减少了孔壁岩石的压缩性破坏，使孔周围没有粉碎带而仅产生裂隙；同时空气的被压缩与膨胀过程则延长了爆轰气体的作用时间，为孔间贯通裂缝的形成创造了更为有利的条件；爆轰气体压力沿炮孔全长均匀分布，改善了岩石的破碎块度[3]。
为了获得理想的光面爆破效果，结合分析光面爆破成缝的力学机理表明，只有当作用于孔壁岩石上的初始切向应力峰值高于岩石的抗拉强度时，才能保证炮孔连心线方向孔壁起裂；当作用于孔壁岩石上的初始径向应力峰值低于岩石的抗压强度时，才能保证孔壁岩石不发生压缩性破坏，所
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81・Ξ收稿日期:2008-01-08
作者简介：廖小翠:(1985,6—
)，女，四川安岳人，硕士研究生；主要从事爆破安全方面的研究工作。
以必须控制炮孔装药的不耦合程度，即不耦合系数的大小。不耦合程度用径向装药不耦合系数K d和轴向装药不耦合系数K L来表示
定义K d=D b/D,K L=L b/L
式中D,L分别为炮孔直径和炮孔长度;D b, L b分别为炮孔装药直径和炮孔装药长度。
理论研究表明[4]，当岩石条件一定时，不耦合系数与爆炸时爆轰波压力在炮孔内壁发生的最大切向应力D max之间呈指数关系。随着不耦合系数的增大，炮孔壁上的切向最大拉应力急剧下降，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，在岩石中有利于形成应力叠加、应力集中以及拉伸裂隙，而不易产生粉碎。当不耦合系数增大到一定程度时，作用到眼壁上的最大压应力有可能小于孔壁岩石的抗冲击压力强度，避免压碎圈的形成，从而留下炮孔痕迹。为了获得较好的光面爆破效果，对于一定的岩石应选择一个合理的不耦合系数，如果不耦合系数过大，会使作用于孔壁岩石上的应力峰值明显下降，若其小于在岩石中产生径向裂隙所需的应力值，则裂隙区范围减小，且爆生气体压力过低时也不利于裂隙的扩展和岩石的破碎；相反，如果不耦合系数过小，冲击波的应力峰值过高，作用在炮孔壁上切向应力会使岩体产生过多裂隙，甚至形成粉碎圈，影响围岩的稳定性。
实践证明不耦合系数选为1.2～1.68较为适宜[1]，坚硬岩石因抗压强度高，可采用较小的不耦合系数；硝烟岁月
洁净度检测而松软岩石则应取较大的不耦合系数。
2.2 岩石性质和地质条件对光面爆破效果的影响
2.2.1岩石性质和地质条件对光面爆破效果的影响分析
实践表明，岩体中大量存在的断层、层理、节理、裂隙及溶洞等弱结构对光面爆破效果影响很大。爆破时，这些因素严重影响爆炸冲击波和爆轰气体的正常传播，一方面使应力波在传播过程中急剧衰减，使爆轰气体过早外逸，降低了爆破威力，从而影响爆破效果；另一方面，应力波在这些弱面将发生复杂的反射与折射，爆轰气体容易从这些弱面寻出路，使得裂隙沿弱面发展，降低了爆炸能的利用率，从而影响贯通裂缝的形成与围岩的完整性。
岩体中裂隙的存在，一方面使沿裂隙方向岩体的抗剪能力大大减弱，容易沿裂隙面出现剪切破坏，而破坏后的结构面不再承受拉压力，从而严重影响了炮孔连心线方向上的应力状态，因而无法获得光滑平整的爆破断裂面；另一方面应力波在其中的传播将受到扰动而引起局部应力集中，造成局部过度破碎，应力波能量衰减加快，使得作用于光爆孔之间的再生贯通裂隙形成的能量减少，于是在爆炸气体膨胀能作用下大都沿原生裂隙面扩展开裂，这样很难形成光滑平整壁面。
靠近光爆孔的保留岩体中出现沿炮孔联心线方向的断层时，爆破时岩体容易沿断层裂开，爆破后可能产生危石、落石和崩塌等危险因素，严重的可能出现断层以外的岩体滑坡。
岩体中出现的节理，其节理面的产状对光面爆破质量有着重要的影响，边坡岩体中若出现两组互相交割的节理，此时应力波可能引起岩体内部层裂，爆破后的边坡很容易产生危石和坡面塌落，从而影响边坡保留岩体的稳定性。
溶洞的存在，使得爆破作用不均，常常引起爆破抵抗线方向的改变或者降低爆破威力，影响裂缝的贯通，进而影响到光面爆破效果。
由于光面爆破是在应力波与爆轰气体的共同作用下，使相邻炮孔沿连心线贯通成缝的，而在这些含弱结构面的岩体中进行爆破时，应力波首先将在最先接触到的弱结构面处发生反射、折射，同时沿交界面产生瑞利波与勒夫波，衰减一部分能量；当削弱的应力波又遇到其它弱结构面时，重复发生上述过程，结构面越多，应力波能量衰减越严重，在前期应力波衰减过程中，反射拉伸波足以使岩石产生新的裂缝，可以产生内部剥落，而在这以后，随着反射拉伸波强度减弱，将只能使岩体沿弱结构面处破裂，结果可能造成围岩大面积崩落[5]，引起超爆并影响边坡保留岩体的完整性与
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稳固性。对于一般的岩体来说，岩体结构面的产状是影响光面爆破效果的重要因素，研究表明[6]，当岩体结构面与爆破断裂面的夹角在30°左右时，透射波的能量最小，反射波的能量最大，即爆炸荷载的能量利用率最低，换言之，这种情况对形成光滑平整的爆破断裂面最为不利。当结构面与断裂控制面的夹角大于60°时，光面爆破效果才能得到保证，而其夹角近于垂直时，光面爆破效果不受影响，能沿炮孔连心线方向形成贯通面；当岩体结构面与爆破断裂控制面的夹角为25～40°时，光爆后爆破断裂面呈“之”字形[7]。
为了得到较满意的光爆效果，首先应加强地质工作，查明节理裂隙的发育程度、断层与层理的产状、溶洞大小和位置等。在布孔中采取缩小孔间距或增加导向孔，合理布置炮孔的位置，减少装药量，在孔中填砂碴等措施。如果在连续大裂隙条件下，应采取分段起爆，尽量减少膨胀气体的破坏作用。
2.2.2实例分析
在某砂岩进行光面爆破时，由于在爆破的边坡岩体中存在沿边坡走向的反倾斜结构面，导致光面爆破效果不理想，矿石坚固性系数f=8。
光面爆破参数：最小抵抗线W:3m；炮孔孔距a:3m；孔径D:160cm；孔深h:15m；径向不耦合装药，
不耦合系数K取2.5；单孔装药量73.5 kg，其中底部加强装药60kg；采用砂土堵塞，堵塞长度2m；垂直孔，炮孔数量11个。2#岩石，高精度毫秒延时起爆。
光面爆破后边坡壁面成型不规整，超欠挖严重；壁面半边孔痕保留率低；边坡保留岩体破坏和剥落现象严重，边坡保留岩体上出现危岩浮石，能够明显看出这是由于沿边坡走向的反倾斜结构面引起的。光面炮孔起爆后，爆炸产生的应力波在通过反倾斜结构面时，由于结构面的抗剪强度比较弱，首先在结构面方向发生剪切破坏，而破坏后的结构面不再承受拉压力，从而严重影响了爆破断裂面上(炮孔连心线方向)的应力状态，因而无法获得光滑平整的爆破断裂面；同时结构面的存在阻碍了相邻炮孔连心线方向上的应力集中，无法形成强大的拉应力破碎岩石，连心线上爆破裂纹的扩展被中止，削弱后的应力波只有沿原结构面方向传播，由于结构面的抗拉强度较弱，最后边坡岩体沿结构面方向破裂，于是出现了大量的超挖与保留岩体破坏现象，壁面严重不平整。
2.3爆破参数对光面爆破效果的影响
光面爆破施工中，爆破参数的选择对光面爆破效果影响很大，是光面爆破工程设计的重要内容。在选择爆破参数时，应综合考虑岩石特性和工程地质与施工工艺等各种因素。
2.3.1孔距对光面爆破效果的影响
分析光面爆破机理可知，炮孔间贯通裂纹的形成是拉应力引起的。为保证相邻炮孔之间贯通裂纹的顺利形成，要求炮孔间连线上每一点的切向拉应力均大于或等于岩石的抗拉强度，这与孔距的选择有关。如果孔距选择过小，由于相邻两孔起爆时差的存在，容易出现“空孔效应”，其中一个孔由于先爆孔应力集中产生的裂纹，可能使保留岩体出现压碎现象，而且容易出现大块。如果孔距过大，应力波叠加后的拉应力小于炮孔连心线面上岩石的抗拉强度，则只形成两炮孔各自的径向裂缝，而难以形成贯通裂缝及平整的开裂面。为此，必须选择合理的炮孔间距[8]。一般情况下，围岩坚硬完整，抗拉强度则相对较低，孔距应相对较大；在节理裂隙比较发育的岩石，孔距应相对较小。孔距比抵抗线小一些或等于抵抗线时，才能较好地实现光爆效果。
2.3.2最小抵抗线对光面爆破效果的影响
在光面爆破施工中，最小抵抗线的合理与否直接影响光爆效果。在炮孔间距和装药量一定的情况下，其值过大，光爆层岩石将得不到很好破碎，甚至不能使岩石沿最小抵抗线方向爆开，造成欠挖；反之其值过小，反射波将对保留岩体造成破坏，使其产生较多、较长的裂隙，影响保留岩体的稳定性，甚至造成单个炮孔以漏斗形式爆落岩石，使开裂面凹凸不平，产生超挖现象。
孔距a与最小抵抗线W比值m为炮眼密集系数。炮孔密集系数的选择与爆破效果也有密切的关系，如果m较大时，炮孔间距过大，两炮孔就
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会各自形成单独的爆破漏斗，就会在两眼之间留下岩石残根形成欠挖；如果m较小时，两装药距离过近，大部分能量用于抛掷岩石，就会在两眼之间形成超挖。依据经验[9]，光面爆破炮孔密集系数多取值0.8～1.0，在坚硬完整的岩石中取大值，在松软破碎的岩石中取小值。
2.3.3起爆时差对光面爆破效果的影响
起爆时差即轮廓用同段之时差，对轮廓线的形成有很大影响。在实施光面爆破时，起爆时差越短，壁面越平整，光面爆破效果越好。实践表明，将时间间隔控制在10ms内时，光爆孔间应力叠加明显，有利于贯通裂缝的形成，可视为同时起爆。目前采用高精度的毫秒，缩短起爆时差，保证光爆孔同时起爆，现场使用效果较好。2.4性能和装药量对光面爆破效果的影响
光面爆破时为有效地控制的爆炸威力，光爆孔内多采用爆速低、温度低、密度低、稳定性强的低级或低中级亦称低猛度。炮孔装药量取决于要求爆破的岩石的体积、爆破类型、岩石的性质等。为减少爆震裂隙，减少静压的破坏作用，保持光爆面的平整和稳固，要在保证炮孔连心线上岩石
得以破裂贯通的前提下，控制光爆孔的装药量，尽可能减少装药密度。因为药量越大，产生的破碎范围也越大，不仅使爆轰气体的压力增大，而且爆轰波与爆轰气体压力的作用时间也延长。故在岩石炸落的前提下，药量愈少愈好。因此，在实施光面爆破时，必须多打炮孔少装药。
2.5堵塞质量对光面爆破效果的影响
堵塞的目的是为了提高爆炸能量利用率，用炮泥封堵光爆孔是克服孔口部分岩石抵抗，防止崩落不下来。用炮泥封住炮孔口后，炮孔内留有一定的空气柱，当爆炸时，爆轰波可激起空气冲击波，衰减爆轰波压力，不致使孔壁保留岩体遭到明显破坏。此外，当冲击波向外传递过程中遇到孔口炮泥时，可使该处压力急剧增高；当爆轰气体膨胀过程中遇到孔口炮泥时，可使膨胀动力迅速增大，有利于克服孔口部分岩石抵抗；更主要的是加强爆轰气体在孔底的静态压力作用，可使光爆孔贯穿裂缝以下的岩石与原岩分离，使爆后壁面光滑平整。
3 结语
影响光面爆破效果的因素很多，在爆破施工时，应认真分析被爆破岩石的岩石特性和地质条件，并参考国内外有关单位的施工经验，确定出适宜的品种、装药结构、爆破参数和起爆方式等，以达到理想的爆破效果。
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Analysis of main influencing factors on smooth blasting results
L IAO Xiao2cui,PU chuan2jin,GUO Xue2bin (School of Environment and Resource,S outhwest University of Science and Technology,Mianyang Sichuan,China 621010)
Abstract:Based on seaming mechanism of smooth blasting,this article deeply analysis the main influencing factors of blasting results from four aspects.Combining an engineering example,studying the effect of rock property and geological condition is as a focus,and then their influencing mechanism is explained in detail.Corresponding de2 sign and construction suggestions for smooth blasting in four aspects were presented.
K eyw ords:smooth blasting;influencing factor;structural plane; smooth blasting results
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