密集空孔爆破作用機理

炸藥爆破是產(chǎn)生的沖擊波和高溫高壓氣體均作用在眼壁上，炮眼周圍的巖石因受到強烈的壓縮破碎，與此同時形成的壓縮應(yīng)力波向四面八方傳播。沖擊波的傳播速度比壓縮波快得多，并很快衰減成聲波不再起到壓縮作用。粉碎圈以外的巖石在壓縮波作用下產(chǎn)生徑向裂縫，當(dāng)壓縮波傳到自由面時，因彈性能的釋放又以拉伸波的形式向反方向傳播，此時中心部分。因空間加大和氣體壓力降低，彈性能于此處山開始釋放，生成的拉伸波向離開炮眼中心方向傳播。此二拉伸波在其傳播過程中把巖塊從巖體中拋擲出去，最后形成相互作用的爆破漏斗。當(dāng)爆破參數(shù)選取合理，將形成連續(xù)的光滑壁面 。

光面爆破是一種爆出的新壁面保持平整而不受明顯破壞的控制爆破技術(shù)。其特點是在設(shè)計開挖輪廓線上鉆鑿一排孔距與最小抵抗線相匹配的光爆孔，并采用不耦合裝藥或其他特殊的裝藥結(jié)構(gòu)，在開挖主體爆破后，光爆孔內(nèi)的裝藥同時起爆，從而形成一個貫穿光爆炮孔且光滑平整的開挖面。

光面爆破技術(shù)除了在露天開挖中應(yīng)用外，在我國許多地下工程(如礦山開拓巷道、地下工廠、水力發(fā)電站、油庫、隧道和國防構(gòu)筑物等永久性建筑)施工中也取得了良好效果，特別在修建一些水工隧洞時，不但可以減少超挖欠爆的情況，并能使水力摩擦系數(shù)降低到用專門襯砌才達到的光滑表面的程度。由此可見，光面爆破是一項合理利用炸藥能量的爆破新技術(shù)。

光面爆破的基本原理是控制炸藥的爆破作用，使猛度做功形式更多地轉(zhuǎn)化為爆力做功形式，降低炸藥爆炸的初始沖量，從而減少對炮眼眼壁巖體的破壞，并控制爆破裂縫沿預(yù)計方向發(fā)展。通常是根據(jù)不同巖層情況，通過合理地選擇炸藥、裝藥結(jié)構(gòu)，正確地選定周邊眼爆破參數(shù)(即眼間距、抵抗線、裝藥量)以及保證周邊眼同時起爆等幾項措施來實現(xiàn)的。

具體做法是靠近輪廓線上的密集空孔布置一排加密的減弱裝藥的炮孔。裝藥炮孔起爆后，在密集空孔周圍造成應(yīng)力集中，沿空孔爆裂成光面，把爆炸作用及地震效應(yīng)控制在空孔的一側(cè)。此法孔眼數(shù)太多，鑿巖工作量大費用高，目前已少用，可作為光面爆破的輔助措施 。

密集空孔爆破是指在開挖輪廓線上布置密集空孔，當(dāng)其他炮眼起爆后沿密集空孔的連心線上破裂成光面的光面爆破。

光面爆破雖在地面和地下開挖工程中應(yīng)用比較廣泛，但影響光面爆破效果的因素十分復(fù)雜，除地質(zhì)條件、炮孔精度和爆破操作技術(shù)外，決定光面爆破效果的主要因素有最小抵抗線、光面眼間距、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)以及起爆技術(shù)等方面。

1．不耦合系數(shù)

合理的不耦合系數(shù)應(yīng)使炮孔壓力低于巖壁動抗壓強度而高于動抗拉強度。通常采用1.1～3.0，其中1.5～2.5用得較多。

2．光面眼間距

一般取為炮眼直徑的10～20倍。在節(jié)理裂隙比較發(fā)育的巖石中應(yīng)取小值，整體性好的巖石中可取大值。

3．最小抵抗線

光面層厚度或周邊眼到鄰近輔助眼間的距離，是光面眼起爆時的最小抵抗線，一般它應(yīng)大于或等于光面眼間距。

4．炮孔鄰近系數(shù)

炮孔鄰近系數(shù)用m表示，即光面炮孔間距與其最小抵抗線之比。m值過大時，爆后有可能在光面眼間的巖壁表面留下巖埂，造成欠挖；m值過小時，則會在新壁面造成凹坑。實踐表明，當(dāng)m=0.8～1.0時，爆破后的光面效果較好，硬巖中取大值，軟巖中取小值。

5．線裝藥密度

線裝藥密度又叫裝藥集中度，它是指單位長度炮眼中裝藥量的多少(g/m)。為了控制裂隙的發(fā)育以保持新壁面的完整穩(wěn)固，在保證沿炮眼連心線破裂的前提下，應(yīng)盡可能少裝藥。軟巖中一般可用70～120 g/m，中硬巖石中為100～150 g/m，硬巖中為150～250 g/m。

6．起爆間隔時間

爆破試驗結(jié)果表明，齊發(fā)起爆的裂隙表面最平整，微差延期起爆次之，秒差延期起爆最差。齊發(fā)起爆時，炮眼間貫通裂隙較長，抑制了其他方向裂隙的發(fā)育，有利于減少炮眼周圍裂隙的產(chǎn)生，可形成平整的壁面。所以，在實施光面爆破時，間隔時間愈短，壁面平整的效果愈有保證。應(yīng)盡可能減小周邊眼間的起爆時差。相鄰光面炮眼的起爆間隔時間不應(yīng)大于100ms 。2100433B

爆破孔，用鉆機或鑿巖機在巖石、土層中鉆孔并放置炸藥進行爆破，或用作人工震源的鉆孔。

爆破孔多用于礦山采掘、開鑿隧道和土木工程施工、舊建筑物拆除、清除水下暗礁等。爆破孔直徑根據(jù)施工需求和炸藥卷直徑而定。地下井巷采礦和開鑿隧道用爆破孔直徑多在50毫米左右。爆破孔深度小于4米為淺孔，大于4米為深孔。爆破孔施工方法除早期用人力錘打鋼釬外，嗣后發(fā)展了氣動、電動、液動和內(nèi)燃機驅(qū)動的鑿巖機和鑿巖臺車。其碎巖方式有回轉(zhuǎn)切削式、沖擊式和沖擊回轉(zhuǎn)式三類。露天礦山和大型土木工程則采用自動化程度較高的自行式炮孔鉆機，其鉆孔直徑80～440毫米，鉆孔深度可達10～20米，采取牙輪鉆頭和風(fēng)動潛孔錘鉆進。人工震源孔則是用于地震勘探，即利用在地下人工爆破產(chǎn)生的聲波及其向地面反射或折射的不同波速，來協(xié)助判明地層構(gòu)造和油氣藏的層位。 2100433B

爆破是礦山開采的重要工藝環(huán)節(jié)，眾所周知，礦巖爆破須具備一定的補償空間，為爆破礦巖提供碎脹空間，形成礦巖爆破移動自由面。一些礦山為提高爆破效率和生產(chǎn)的安全度嘗試應(yīng)用深孔空孔掏槽爆破和深孔爆破一次成井方法掘進天井溜井和形成切割井，但成井率較低，其主要原因都與爆破補償空間參數(shù)選擇不合理有關(guān)。本研究通過一系列的室內(nèi)物理試驗揭示巖石碎脹系數(shù)、補償空間與深孔爆破的關(guān)系，為現(xiàn)場爆破設(shè)計提供依據(jù)。

爆破補償空間碎脹系數(shù)與深孔爆破補償空間的關(guān)系

散體受到擠壓后下落的情況與碎脹系數(shù)的減小并非成線性關(guān)系，在碎脹系數(shù)達到極限值(1.446)前，散體可順利下落，而當(dāng)碎脹系數(shù)小于該值后，散體下落量很少。碎脹系數(shù)為1.446對應(yīng)的補償系數(shù)為44.6%，而松散狀態(tài)下的補償系數(shù)為54.7%?？梢姡杭词蛊扑閹r石無法完全松散，在一定的范圍內(nèi)仍可順利落礦，最小補償系數(shù)的確定為爆破補償空間的計算提供了依據(jù)。

爆破補償空間不同形式補償空間與深孔爆破成井的關(guān)系

通過查閱相關(guān)資料可知：幾乎所有立井的剖面均為一矩形，立井上下尺寸一致，切割井的截面或圓或方。立井爆破可提供的補償空間有限，單純增加切割井的直徑無法有效利用切割巷提供的空間。若將立井剖面修改為上小下大的等腰梯形(楔形)，不但可有效減小破碎巖石的夾制力，最大限度地利用切割巷提供的空間，而且可有效利用爆炸產(chǎn)生的爆轟氣體協(xié)助完成爆破成井。不同形狀的切割井如圖1所示。

由圖1可知：兩切割井高均為L，V₁在切割巷中對應(yīng)的補償空間為V₂。若巖石破碎后的體積V=V₁K=V₁ V₂，取K=1.5，則V₂=0.5V₁，即采用直筒形切割井時，切割巷所能提供的補償空間為0.5V₁；由于V₃=V₅=0.5V₁，V₃部分的巖石破碎后增加的體積為0.5V₂=0.5V₄，同理V₅部分的巖石破碎后增加的體積為0.5V₂=0.5V₆，于是V₃、V₅部分相加，切割巷便可額外提供1個V₂，即采用楔形切割井時，切割巷為破碎巖石提供的補償空間可增加1倍。因此采用楔形切割井掘進立井時，不但可減小切割井下部散體的夾制力，而且可有效增加破碎巖石的補償空間，同時楔形切割井體積的增加也為后續(xù)切割槽爆破提供了更多的補償空間。

爆破補償空間研究結(jié)論

（1）擠壓及松散2種狀態(tài)下巖石的碎脹系數(shù)均與塊度成反比，在擠壓狀態(tài)下礦巖的碎脹系數(shù)隨壓力的增加而減小，初期變化量較大，隨壓力的增加碎脹系數(shù)的變化量逐漸減小并緩慢趨于穩(wěn)定。

（2）通過分析礦巖碎脹特性對深孔爆破的影響，得出實驗室條件下礦巖順利下落的合理補償系數(shù)為44.6%。

（3）通過分析深孔爆破中切割井的影響因素，認(rèn)為楔形切割井可有效增加補償空間，減小破碎巖石的夾制力，此外，楔形切割井可充分利用爆轟氣體協(xié)助完成爆破成井。 2100433B

釋文：在鉆孔內(nèi)放炸藥爆破,以增加裂隙的數(shù)量和密度,增大水、油、氣等向鉆孔的運移速度,這是在裂隙性巖石中增大鉆孔流量的一種方法。