CN104729369B - 一种应用于软岩和极软岩的光面爆破方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，包括在作业面上打孔和装药，及起爆过程，所述打孔具体为：沿作业面周边的边界轮廓线钻孔，光爆层由位于边界轮廓线的周边光爆孔列和仅靠周边光爆孔的外圈崩落孔列间岩体组成，所述周边光爆孔列外侧还具有处理欠挖短孔列；外圈崩落孔和周边光爆孔均按照软岩光面爆破设计，形成双层光面爆破。处理欠挖短孔和外圈崩落孔内装入炸药和导爆索，所述周边光爆孔的装药分为两种情况：只装导爆索或装入导爆索与少量孔底加强炸药。采用本发明所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，有效减轻了爆破对围岩的扰动，避免了因爆破振动、冲击造成围岩大量超挖的情况，并且岩层爆破脱落效果很好。

Description

一种应用于软岩和极软岩的光面爆破方法

技术领域

本发明属于工程爆破技术领域，涉及一种光面爆破技术，特别是一种应用于软岩和极软岩的光面爆破方法。

背景技术

目前，隧洞开挖控制开挖轮廓，主要采用光面爆破。一般光面爆破中，软岩单孔线装药密度为70～120g/m，但对于软岩、极软岩，尽管相邻崩落孔为其创造了临空面，仍然可能发生光爆层厚度不均匀，影响光爆效果，或者岩石过软，孔内药量偏大，造成光爆效果差等问题，1999年在温州赵山渡引水工程许岙隧洞进口软质围岩开挖时，成功采用了周边密空孔钻爆法，即沿设计开挖轮廓线钻一排密空孔，间距20cm左右，孔内不装药，相邻崩落孔按照软岩光面爆破设计。这一爆破方法可以很好地控制开挖轮廓，在多年的工程实践中取得了较好的爆破效果。

但对于较大断面而言，由于设计开挖轮廓线较长，需增加较大钻孔工作量，且岩体层不易脱落，因此，软质岩光面爆破的光爆层厚度控制及孔内药量控制等问题，仍需要进一步研究探索。

公路隧道设计规范、水利水电工程地质勘察规范中均规定：岩石单轴饱和抗压强度大于30MPa为硬质岩，小于等于30MPa为软质岩，即坚固系数f≤3的岩石为软质岩，同时公路隧道设计规范中将软质岩分为三类：极软岩、软岩、较软岩，并对软质岩石判断、分类做了具体定性、定量规定，详见表1。表中R_b为岩石单轴饱和抗压强度(MPa)、f值为岩石坚固系数。

表1

发明内容

为克服现有技术中软岩或极软岩大断面爆破前期钻孔工作量大，岩体在爆破后不易脱落的技术缺陷，本发明公开了一种应用于软岩和极软岩的光面爆破方法。

本发明所述一种应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，包括在作业面上打孔和装药，及起爆过程：

所述打孔具体为：沿作业面的顶部边界定义光爆层，光爆层由位于外侧靠近顶部边界的周边光爆孔列和位于紧邻周边光爆孔列的外圈崩落孔列之间的岩体组成，所述周边光爆孔列外侧还具有处理欠挖短孔列，所述处理欠挖短孔列中的处理欠挖短孔与周边光爆孔列中的周边光爆孔交错分布；所述处理欠挖短孔的深度为周边光爆孔深度的0.36～0.50倍；

作业面顶部下方还设置有掏槽孔列；

所述光爆层厚度为W=(1.0～1.15)*E，E为周边光爆孔的平均孔距；

所述装药具体为：处理欠挖短孔和外圈崩落孔内装入炸药和导爆索，所述周边光爆孔的装药分为以下两种情况A1-A2：

A1.针对软岩光面，每一周边光爆孔均装入炸药和导爆索；装有炸药和导爆索的装药量是外圈崩落孔装药量的0.2-0.4倍；

A2.针对极软岩光面，周边光爆孔列采用间隔装药，即每一周边光爆孔均装入导爆索，每间隔一个周边光爆孔装入炸药；仅装导爆索的装药量是外圈崩落孔装药量的0.05-0.2倍，装有炸药和导爆索的装药量是外圈崩落孔装药量的0.2-0.4倍；

所述周边光爆孔、外圈崩落孔、处理欠挖短孔均垂直于作业面；周边光爆孔与外圈崩落孔均按照软岩光面爆破规则设计；

所述起爆过程中，周边光爆孔列、处理欠挖短孔列同时起爆，外圈崩落孔列的起爆时间早于周边光爆孔列，掏槽孔列的起爆时间早于外圈崩落孔列。

优选的，所述光爆层下方还设置有掏槽孔阵列，阵列中包括多个掏槽孔。

进一步的，所述作业面为开口向下的弧形，光爆层沿弧形边界分布，所述掏槽孔阵列由由多组以弧形中轴线为对称轴分布的掏槽孔列组成；还包括分布于掏槽孔列和光爆层之间的崩落孔列；

越靠近弧形中轴线的掏槽孔的钻孔倾角越小，但均大于60度小于90度；崩落孔均垂直于作业面；

所述起爆过程中，掏槽孔列的起爆时间早于崩落孔列，越靠近弧形中轴线的掏槽孔起爆时间越早，所述崩落孔列的起爆时间早于外圈崩落孔列，但晚于掏槽孔列起爆时间。

优选的，所述周边光爆孔的平均孔距E=（8～10）*d，d为周边光爆孔直径。

优选的，所述周边光爆孔、外圈崩落孔、处理欠挖短孔装药完成后均不填塞。

优选的，各个孔的起爆时间差异通过装填不同段别的非电毫秒雷管实现。

优选的，所述处理欠挖短孔的装药量是外圈崩落孔的0.2-0.5倍。

优选的，所述处理欠挖短孔列与周边光爆孔列间距为5-10厘米。

优选的，所述周边光爆孔深度为1.5～2.2米。

优选的，所述周边光爆孔的平均孔距不大于外圈崩落孔的平均孔距，且均在35～45cm之间。

采用本发明所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，减少了爆破前期的打孔工作量，岩层脱落效果高，同时减轻了爆破对围岩的扰动，避免了因爆破振动、冲击造成围岩大量超挖的情况。有效减轻了爆破对围岩的扰动，避免了因爆破振动、冲击造成围岩大量超挖的情况，并且岩层爆破脱落效果很好。

附图说明

图1为利用本发明所述光面爆破技术对作业面进行打孔操作的一种具体实施方式示意图；

图2给出本发明中对孔内装药的两种具体实施方式结构示意图；

图中附图标记名称为：1-外圈崩落孔2-周边光爆孔3-处理欠挖短孔4-炸药5-导爆索6-装药孔L-孔深度，l1-装药长度。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明所述一种应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，包括在作业面上打孔和装药，及起爆过程：

所述打孔具体为：沿作业面的顶部边界定义光爆层，光爆层由位于外侧更靠近顶部边界的周边光爆孔列和位于紧邻周边光爆孔列的外圈崩落孔列之间的岩体组成，所述周边光爆孔列外侧还具有处理欠挖短孔列，所述处理欠挖短孔列中的处理欠挖短孔与周边光爆孔列中的周边光爆孔交错分布；所述处理欠挖短孔的深度为周边光爆孔深度的0.36～0.50倍，一般取70～80cm；

所述光爆层厚度为W=(1.0～1.15)*E，E为周边光爆孔的平均孔距；

所述周边光爆孔、外圈崩落孔、处理欠挖短孔均垂直于作业面。

本发明所针对的作业围岩较软，钻孔深度不宜过大，同时考虑到装药量降低对围岩爆破扰动较小，且洞顶上部一般有预先设置有超前小导管或超前锚杆保护，可取周边光爆孔钻孔深度为1.5～2.2m。

沿作业面周边的边界轮廓线钻孔，所钻孔为周边光爆孔，外圈崩落孔是指与周边光爆孔相邻的最外圈崩落孔，周边光爆孔与外圈崩落孔均按照软岩光面爆破设计；在光面爆破中，光面爆破设计参数的选取分为软岩、中硬岩、硬岩三种，岩石越软，周边孔孔距越小、单孔线装药密度越小。光面爆破的钻孔要求较高，孔距比通常其他崩落孔的孔距小，并且要求孔底落在同一平面内，孔与孔间相互平行，钻孔外偏角控制在3～5^。。针对各种岩体的光面爆破参数见下表

光面爆破参数表

　　　注：钻孔直径选40～50mm；药卷直径选20～25mm。

与周边光爆孔形成双层光面爆破，是微量装药软岩光面爆破技术的重要组成部分，在一定程度上能决定光爆效果的好坏。外圈崩落孔如果不按光面爆破设计，炮孔间距过大，为了破碎岩石就得多装药，可能造成崩坏超挖，因此外围崩落孔密度与周边光爆孔接近或相等，例如图1中，外围崩落孔和周边光爆孔的间距分别为45厘米和40厘米，也可以取相等间距，例如均取40厘米。

所述周边光爆孔的平均孔距E_光与外圈崩落孔的平均孔距E_外相等或E_光≤E_外，根据水工建筑物地下工程开挖技术规范（DLT/5099-2011）,对于软岩E_光、E_外选取范围均应在35～45cm之间。

周边光爆孔列和外圈崩落孔列之间形成光爆层，厚度均匀的光爆层有利于提高光爆效果，并使光爆层易于脱落，与周边光爆孔相邻的外圈崩落孔按照软岩光面爆破设计，实际上形成了双层光面爆破，因此可以适当增加钻孔数量，同时减少单孔药量。

所述装药具体为：处理欠挖短孔和外圈崩落孔内装入炸药和导爆索，所述周边光爆孔的装药分为以下两种情况A1-A2：

A1.针对软岩光面，每一周边光爆孔均装入炸药和导爆索；装有炸药和导爆索的装药量是外圈崩落孔装药量的0.2-0.4倍；

A2.针对极软岩光面，周边光爆孔列采用间隔装药，即每一周边光爆孔均装入导爆索，每间隔一个周边光爆孔装入炸药；仅装导爆索的装药量是外圈崩落孔装药量的0.05-0.2倍，装有炸药和导爆索的装药量是外圈崩落孔装药量的0.2-0.4倍。

外圈崩落孔的爆破是爆破造成光爆层脱落的主要原因，因此装药量较大，周边光爆孔内装药量更靠近作业面边界，为防止爆破造成孔径过大和后期超挖，同时也由于岩体脱落已由外圈崩落孔的爆破引发，因此周边光爆孔装药量显著减小。针对软岩光面，全部采用炸药和导爆索混合装药，如图2上半部分所示，装药孔内底部装有炸药，通过导爆索引出装药孔。针对极软岩光面爆破，采用隔孔交替装药，即每隔一个周边光爆孔才装有炸药的形式，进一步降低了周边孔内炸药的爆炸强度。但如果全部采用导爆索，可能由于孔底药量不足及岩石夹制作用造成孔底残孔，即孔底岩石不能很好地脱落，因此不能采用全部使用导爆索装药的形式，以便克服孔底的上述夹制作用。

所述周边光爆孔列外侧还具有处理欠挖短孔列，所述处理欠挖短孔列中的处理欠挖短孔与周边光爆孔列中的周边光爆孔交错分布，由于超前支护钢支撑的存在，周边光爆孔钻孔作业实际上是在欠挖状态下进行，为了使紧邻的间隔75cm的钢支撑能够顺利架设，必须进行欠挖处理，为了减少人工撬挖工作量，因此设置了处理欠挖短孔。

周边孔孔深是正常的开挖单循环进尺钻孔深度，而处理欠挖用短孔只是为了与上一榀钢支撑紧邻的下一品钢支撑能够顺利架设，两榀钢支撑间距离通常为70-80cm左右，其孔深基本取决于两榀钢支撑间的间距，因此孔深小于周边光爆孔。

对于极软岩、软岩光面爆破，周边光爆孔可不填塞，允许部分爆炸能量释放出来，有利于保护周边开挖轮廓，减轻炸药爆炸对孔壁的破坏；外圈崩落孔和处理欠挖短孔同样可不填塞，有利于为周边光爆孔创造均匀、平整的开挖光爆层。

所述起爆过程中，外圈崩落孔列为MS9段雷管，先于周边光爆孔列（MS10）起爆，所述处理欠挖短孔列与周边光爆孔列同时起爆，均为MS10段雷管。

如图1上半部分所示给出周边光爆孔列、外圈崩落孔列和处理欠挖短孔列在作业面为圆弧面时的一种具体实施方式。

周边光爆孔孔直径d=38～42mm，周边光爆孔钻孔深度1.5～2.2m，光爆孔平均间距E=（8～10）*d，d为钻孔直径，光爆层厚度W=(1.0～1.15)*E，光爆层厚度是指周边光爆孔与最外圈崩落孔之间的距离；E为光爆孔孔距，指周边光爆孔之间的距离；图1中光爆层厚度就是周边光爆孔列与外圈崩落孔列之间的岩层厚度，图1中取45厘米。

周边光爆孔内以导爆索为主，装药直径5.4～6.0mm，周边孔密集系数m=0.85～1.0，周边孔密集系数是指周边光爆孔的孔距Ｅ与光爆层厚度Ｗ的比值，即ｍ＝Ｅ／Ｗ。

对于极软岩，采用孔底隔孔装药的方式，采用图2所示的两种装药结构：

上半部分所示为孔底加强装药的导爆索装药：为了使光爆层顺利脱落，孔内除了导爆索以外，孔底可装入半支直径25mm乳化炸药作为加强装药，重50～75g，装药长度取10～15cm。

下半部分所示为纯导爆索装药孔：孔内仅有导爆索，因此线装药密度为导爆索每米装药量，为10～11g/m。

两种装药形式的周边光爆孔交替排列。

而对于软岩，仅采用图2上半部分所示的孔底加强装药的导爆索装药，孔内以导爆索为主，为了使光爆层顺利脱落，孔底装入少量直径25mm乳化炸药作为加强装药，重90～150g，装药长度取16～26cm。

所有周边光爆孔均不进行填塞。

外圈崩落孔采用图2上半部分所示装药结构。钻孔直径38～42mm，钻孔深度1.5～2.2m，孔间距45cm，层厚度55cm，装药直径25mm，线装药密度q=120～150g/m,同样不进行填塞。

欠挖短孔和周边光爆孔离孔壁较近不填塞的好处是允许一部分炸药或导爆索的爆炸能量泄出孔外，减轻爆炸冲击波对孔壁的破坏。外圈崩落孔不填塞是为了减小炸药爆炸对外圈崩落孔孔壁的破坏，以形成平整均匀的光爆层厚度，平整均匀的光爆层厚度有利于提高周边光爆孔的光爆效果。

处理欠挖短孔采用图2上半部分所示装药结构。钻孔直径38～42mm，钻孔深度0.75m，光爆孔间距40cm，处理欠挖短孔内装入导爆索和60g直径25mm乳化炸药。

在进行爆破时，对于如图1所示的弧形顶部作业面，还需要在弧形下方打出掏槽孔，并在掏槽孔内装填炸药对底部岩体进行爆破疏松。

图1给出了掏槽孔的一种具体实施方式，图1中上半部分中，圆点代表垂直孔，十字叉符号的代表倾斜孔，主要指掏槽孔；下半部分的角度代表与上半部分垂直对应的掏槽孔的钻孔倾角，即钻孔方向；下半部分的间距代表与上图中垂直对应的掏槽孔的排距和下部孔的孔距，上下图垂直对应。MS1-MS10分别表示相应孔内段数为1-10的非电毫秒雷管以实现不同的延时，例如某型号的非电毫秒雷管的延时如表2所示。

如图1下半部分所示给出针对顶部为弧形的作业面的掏槽孔的一种具体实施方式，所述作业面为开口向下的弧形，光爆层沿弧形边界分布，所述掏槽孔阵列由由多组以弧形中轴线为对称轴分布的掏槽孔列组成；还包括分布于掏槽孔列和光爆层之间的崩落孔列；

越靠近弧形中轴线的掏槽孔的钻孔倾角越小，但均大于60度小于90度；崩落孔均垂直于作业面；掏槽孔从中间向两边依次起爆，最内侧掏槽孔的角度最小，然后依次增大更易于岩体的掏出，提高掏槽孔的爆破效率。

隧洞开挖爆破的过程是由内向外逐圈逐列起爆，先掏槽孔起爆，再由内向外逐圈、逐列起爆崩落孔，最后起爆周边光爆孔和位于作业面底部的底孔。

所述起爆过程中，掏槽孔列的起爆时间早于崩落孔列，越靠近弧形中轴线的掏槽孔起爆时间越早，所述崩落孔列的起爆时间早于外圈崩落孔列，但晚于掏槽孔列起爆时间。崩落孔主要用于破碎岩石，掏槽孔主要作用是为了先行将岩体掏出，为崩落孔创造临空面，因此掏槽孔必须位于内侧。为了给崩落孔和周边光爆孔创造临空面，掏槽孔应率先起爆，且越靠近作业面中轴线的掏槽孔起爆时间越早，随后再顺次起爆崩落孔和周边光爆孔，更易于提高爆破效率。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，包括在作业面上打孔和装药，及起爆过程，其特征在于：

所述打孔具体为：沿作业面的顶部边界定义光爆层，光爆层由位于外侧靠近顶部边界的周边光爆孔列和位于紧邻周边光爆孔列的外圈崩落孔列之间的岩体组成，所述周边光爆孔列外侧还具有处理欠挖短孔列，所述处理欠挖短孔列中的处理欠挖短孔与周边光爆孔列中的周边光爆孔交错分布；所述处理欠挖短孔的深度为周边光爆孔深度的0.36～0.50倍；

作业面顶部下方还设置有掏槽孔列；

所述光爆层厚度为W=(1.0～1.15)*E，E为周边光爆孔的平均孔距；

所述装药具体为：处理欠挖短孔和外圈崩落孔内装入炸药和导爆索，所述周边光爆孔的装药分为以下两种情况A1-A2：

A1.针对软岩光面，每一周边光爆孔均装入炸药和导爆索；装有炸药和导爆索的装药量是外圈崩落孔装药量的0.2-0.4倍；

A2.针对极软岩光面，周边光爆孔列采用间隔装药，即每一周边光爆孔均装入导爆索，每间隔一个周边光爆孔装入炸药；仅装导爆索的装药量是外圈崩落孔装药量的0.05-0.2倍，装有炸药和导爆索的装药量是外圈崩落孔装药量的0.2-0.4倍；

所述周边光爆孔、外圈崩落孔、处理欠挖短孔均垂直于作业面；周边光爆孔与外圈崩落孔均按照软岩光面爆破规则设计；

所述起爆过程中，周边光爆孔列、处理欠挖短孔列同时起爆，外圈崩落孔列的起爆时间早于周边光爆孔列，掏槽孔列的起爆时间早于外圈崩落孔列；

所述软岩光面爆破规则为在光面爆破中，光面爆破设计参数的选取分为软岩、中硬岩、硬岩三种，岩石越软，周边孔孔距越小、单孔线装药密度越小。

2.如权利要求1所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，其特征在于，所述光爆层下方还设置有掏槽孔阵列，阵列中包括多个掏槽孔。

3.如权利要求2所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，其特征在于，所述作业面为开口向下的弧形，光爆层沿弧形边界分布，所述掏槽孔阵列由多组以弧形中轴线为对称轴分布的掏槽孔列组成；还包括分布于掏槽孔列和光爆层之间的崩落孔列；

越靠近弧形中轴线的掏槽孔的钻孔倾角越小，但均大于60度小于90度；崩落孔均垂直于作业面；

所述起爆过程中，掏槽孔列的起爆时间早于崩落孔列，越靠近弧形中轴线的掏槽孔起爆时间越早，所述崩落孔列的起爆时间早于外圈崩落孔列，但晚于掏槽孔列起爆时间。

4.如权利要求1所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，其特征在于，所述周边光爆孔的平均孔距E=（8～10）*d，d为周边光爆孔直径。

5.如权利要求1所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，其特征在于，所述周边光爆孔、外圈崩落孔、处理欠挖短孔装药完成后均不填塞。

6.如权利要求1或3所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，其特征在于，各个孔的起爆时间差异通过装填不同段别的非电毫秒雷管实现。

7.如权利要求1所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，其特征在于，所述处理欠挖短孔的装药量是外圈崩落孔的0.2-0.5倍。

8.如权利要求1所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，其特征在于，所述处理欠挖短孔列与周边光爆孔列间距为5-10厘米。

9.如权利要求1所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，其特征在于，所述周边光爆孔深度为1.5～2.2米。

10.如权利要求1所述应用于软岩和极软岩的光面爆破方法，其特征在于，所述周边光爆孔的平均孔距不大于外圈崩落孔的平均孔距，且均在35～45cm之间。