光面爆破参数及影响因素分析

摘要：光面爆破参数的确定直接影响着光面爆破的效果，也是光面爆破工程设计的关键内容。结合相关参考文献，列出光面爆破主要参数的经验计算公式，同时列举了国内部分工程的爆破参数作为考值，供相关工程参考，具有一定的工程意义；并对确保光爆破效果的技术措施进行了简要的归纳总结，用来指导现场施工，可取得良好的光爆效果。

关键词：光面爆破；爆破参数；影响因素

中图分类号：O643文献标识码： A

1 引言

光面爆破技术约在1950年发源于瑞典，用于大隧道均质坚硬岩石爆破，获得较为平整的岩石断面。之后在加拿大、美国和挪威等国家使用。上个世纪60年代，我国工程界开始采用这种爆破技术，并进行了大量的科学研究和工程实践。现在，光面爆破已广泛应用于铁道、公路路堑边坡的爆破，水利水电工程中岩石爆破，井巷、隧道周边爆破，建筑石料开采爆破等。

光面爆破参数的确定，目前大多是根据国内外已有工程光面爆破常用参数，采用工程类比法加以确定。国内外学者从不同角度出发，提出了确定光面爆破参数确定的方法，主要有理论方法和经验公式等。本文通过从光面爆破的原理出发，给出了光面爆破主要参数的经验公式确定法，同时列出了我国部分工程光面爆破的主要参数；最后简要分析了影响光面爆破的主要因素。

2 光面爆破及作用原理

光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或采用填装低威力炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业即为光面爆破。

光面爆破的边孔采用不耦合装药，药包爆轰后，炮孔壁上的压力显著降低，此时，药包的爆破作用为准静压作用。当炮眼壁压力值低于岩石动抗压强度时，在炮孔壁上就不易造成“压碎”破坏。这样爆轰波引起的应力波只能引起少量的径向细微裂隙。另外，光面爆破具有侧向自由面，应力波传到自由面后产生反射拉伸波，因最小抵抗线大于钻孔间距，若用导爆索起爆，反射波尚不能干扰两孔间直达波波峰的叠加；侧向自由面的存在，使应力波和爆生气体的能量向最小抵抗线方向转移。实践证明，这种转移的能量不至于阻碍裂缝的形成，但可使作用于保留岩体的能量减弱。光面爆破时，相邻孔不论同时起爆还是毫秒差的延时起爆，应力波的作用都会使相邻炮孔间的岩体形成发状裂缝，随后高压爆炸气体的气楔作用使裂缝进一步的增大、延长，最终使两孔间裂缝贯通。

3 光面爆破参数的确定

合理确定爆破参数直接影响着光面爆破的效果，爆破参数的确定是光面爆破工程设计的重要内容。光面爆破参数设计计算有直接试验法、公式计算法、经验类比法和模型试验法等。不管采用哪种方法进行光面爆破参数的确定，都应综合考虑岩石特性、工程地质、现场机械设备情况和施工工艺等。

3.1 光面爆破最小抵抗线（Wmin）

光面爆破的最小抵抗线又称为光爆层厚度，一般光面爆破的抵抗线按照式（1）经验式确定：

（1）

式中（m）为光面爆破最小抵抗线；d（m）为钻孔直径。

光面爆破的最小抵抗线也可以由经验公式（2）确定：

（2）

式中C为爆破系数，相当于炸药单耗值；为炮孔深度，a为孔距，Q为单孔药量。

最小抵抗线可以根据岩石性质及地质条件加以调整，实践经验表明，对于坚韧、可爆性差的岩石，最小抵抗线取值应偏小；当岩石松软、易破碎时可取较大值。

光面爆破中的最小抵抗线也可通过炮孔密集系数m来确定。炮孔密集系数m是指炮孔间距a与最小抵抗线的比值，即

（3）

一般取m=0.8~1.0。根据工程实践经验，当地质构造、岩石性质和开挖跨度等条件发生变化时，炮孔密集系数也应作相应的调整。因此，最终选取的炮孔密集系数m值应通过现场爆破试验确定。

3.2 钻孔直径（d）

炮孔直径d的确定直接关系到施工的成本与效率，应综合考虑岩石性质、炸药的性能、现场机械设备情况以及工程具体施工要求进行选择。一般情况下，主要依据现场具体情况和钻孔设备确定。如在地下坑道、隧道中实施光面爆破时，孔径取35~45mm，而在露天进行光面爆破作业时，孔径则可取大些。

3.3 钻孔间距（a）

光面爆破的实质是利用爆破使炮眼之间产生贯通裂隙，以沿着设计开挖轮廓线形成较为规整的断裂面。因此，炮孔间距对形成贯通裂缝有着至关重要的作用。炮孔间距的大小取决于岩石特性、节理裂隙发育程度、炸药的性质、光爆层厚度以及不耦合系数。可按下式进行计算[1-2]。

（4）

式中，为每个炮孔产生的裂缝长度，按计算；d为炮孔直径(cm)；为岩石的抗拉强度；为爆生气体充满炮孔时的静压(kPa)，按计算，为系数，炸药密度为1.0g/mL时，=25，炸药密度为1.5 ~ 1.6 g/mL时，= 58；Q为炸药的爆热，TNT炸药4187kJ/kg，硝氨炸药228kJ/kg；为爆破孔内的装密度g/mL；为炸药本身的密度g/mL；为岩石的极限抗压强度(kPa)；b为比例系数，按计算，为泊松比；a为系数取2/3；为炮孔半径（cm）。

一般情况下，当岩石坚硬完整，抗拉强度相对较低，孔距应相对较大；反之，孔距相应较小。孔距a比最小抵抗线小一些或等于时，才能较好地实现光爆效果。光面爆破孔间距通常可应采用式（5）的经验公式进行计算：

（5）

3.4 不耦合系数（K0）

不耦合系数K0是指爆破孔孔径与药径之比，K0反映孔壁与炸药的接触情况。通常情况下，光面爆破所采用的不耦合系数K0=1.6~3.0。由于岩石的极限抗拉强度一般为岩石极限抗压强度的1/10~1/40，因此，随着不耦合系数的不断增大，爆轰波经空气压缩传递作用时间就会延长，使药孔周壁上的切向最大应力急剧下降，这种空气间隙即起到降低爆轰波强度的缓冲作用，同时不易产生孔壁粉碎。

3.5 装药量的确定（Q）

光面爆破装药量，一般按经验数据确定，或采用经验公式进行计算。

（1）经验公式法

（6）

式中，Q为装药量（kg），a为钻孔间距（m），h为孔深（m），q为炸药单耗（kg/m3），q一般取0.15~0.25kg/m3，软岩取小值，硬岩取大值。

（2）经验数据法

光面爆破的装药量可依据经验数据法，可以参考表1和表2。

表1 国内部分水工隧洞开挖的光面爆破参数[3]

表2 隧洞光面爆破参数一般参考数值[3]

４ 影响光面爆破效果的主要因素

根据第三节光面爆破参数确定可以看出，影响光面爆破效果的因素主要和以上爆破参数相关。除上述爆破参数外，在现场施工及起爆方式等方面均对爆破效果有着一定的影响。

4.1 装药量和装药结构

光面爆破周边眼合理的装药量，应该是既能使相邻炮孔连接面形成裂缝，又不致造成围岩的破坏，即药包爆炸时对炮眼壁的冲击压力小于岩石的极限抗压强度。通过实践，周边眼和二圈眼的装药量对于巷道成型及围岩的破坏程度影响很大。装药少，留残眼过长；药量大，对围岩造成严重破坏，局部凸凹程度增大，使爆破裂隙伸向围岩深处。