周邊爆破

周邊爆破，採礦專業術語，用於爆破開挖範圍周邊的爆破方法與技術統稱為岩石周邊爆破。根據周邊炮孔與其他炮孔的起爆先後，周邊爆破可以分為光面爆破和預裂爆破。

基本介紹

• 中文名：周邊爆破
• 外文名：perimeter blasting
• 分類：光面爆破、預裂爆破
• 學科：採礦工程
• 理論依據：相鄰炮孔之間貫通裂紋形成
• 定義：爆破開挖範圍周邊的爆破方法

介紹

工程施工中，無論規模大小、地上地下，爆破開挖都是在有限的範圍內進行的。因此，實施爆破需要解決兩個同等重要的問題：①用最有效的方法將既定範圍內的岩石適度破碎，必要時，再將破碎後的岩石拋擲，以達到預期的工程目的；②降低爆破對開挖範圍以外岩石的破壞(損傷)，最大限度地保持岩石原有的強度和穩定性，以利於爆破後周圍岩石的長期穩定，同時也包括i殳法降低爆破地震效應等。

經過長期的研究，人們提出並發展了光面爆破、預裂爆破等技術。這些爆破方法與技術均用於爆破殲挖範圍的周邊，統稱為岩石周邊爆破。

套用意義

對周邊爆破技術在不同條件下的爆破效果進行爆前、爆後的聲波、光學和物理力學性試驗，獲得被爆岩體不同的結構構造對採下的條狀塊石的損傷程度不同的結論，這將有利於指導石材開採，充分利用資源，提高荒料率和出材率。

降低爆破對圍岩的損傷十分必要，利用試驗方法尋求周邊爆破參數對圍岩爆破損傷的影響規律是促進這一問題解決的有效方法。據此，介紹周邊爆破造成圍岩損傷研究的模型試驗技術與測量方法，並對不同周邊爆破參數條件下取得的試驗結果進行分析，進而獲得周邊爆破參數影響圍岩中爆破損傷分布的基本規律。研究結果對爆破工程實踐、爆破參數最佳化和深入的周邊爆破理論研究具有一定指導意義和參考價值。

周邊爆破原理

周邊爆破原理是關於相鄰炮孔之間貫通裂紋形成的理論，而且認為對光面爆破和預裂爆破是一致的。

1．應力波疊加原理
應力波疊加原理認為，當光面爆破相鄰兩炮孔同時起爆時，各炮孔爆炸產生的壓縮應力波面，以柱面波的形式向四周擴散，並在兩孔連心線的中點相遇，產生應力波疊加。在交會處，應力波切向分量合力的方向垂直於炮孔連心線，而且方向相背，促使岩體向外移動，產生拉應力，當合成應力超過岩石的抗拉強度時，便會在兩炮孔的中間點首先產生裂縫．然後沿著連心線向兩炮孔方向發展，最後形成斷裂面。

應力波疊加原理是一種純理論的分析，要使相鄰炮孔的爆炸應力波在其連心線中點相遇，必須保證相鄰兩炮孔絕對同時起爆。這在生產實踐中往往是很難做到的，即使採用瞬發電雷管或采川導爆索起爆，仍然或多或少地存在著一定時差。在光面、預裂爆破中，相鄰兩孔的間距一般都只有幾十厘米，而應力波在岩體中的速度往往達到4000m/s以上，可知兩孔之間的傳播時間只有0．1～0．2ms，有時甚至還要更短些。而實際的起爆時差，要比上述數值大得多，岡此，在生產實踐中，單純用應力波替加的理淪來進行分析，是很難完全解釋清楚的。這是應力波疊加理論的不足。

2．爆炸高壓氣體作用原理

爆炸高壓氣體作用原理認為應力波的作用是微小的，炮孔間貫通裂紋的形成主要是爆炸生成高壓氣體的準靜態應力所致。該理論強調不耦合裝藥條件下的緩衝作用，由於空氣間隙的存在，使得作用於孔壁的衝擊波波峰壓力大大地減小。尹藤一郎等人曾在鍋塊做的爆破試驗表明，隨著不耦合係數的不斷增大，作用於孔壁的壓力呈指數衰減急劇下降。當不耦合係數為2．5時，孔壁上的壓力值約為不耦合係數等於1．1時的壓力值的1/16。當不耦合係數大時，炮孔壁壓力與時間的關係曲線已不再是衝擊波的典型形式，而是呈台階狀，壓力峰值下降，但作用時間延長，這主要是爆炸高壓氣體所造成的準靜態壓力的作用。此外，陔理淪還特彆強調空孔的效應。炮孑L爆破時，若附近有空孔存在，則沿爆破孔與空孔的連心線將產生應力集中，此時，首先在孔壁上應力集中最大的地方出現拉伸裂隙．然後，這些裂隙沿著炮孔連心線方向延伸。如果孔距合適，則相向延伸的裂縫互相貫通，形成一個光滑的斷裂面。但該原理不能解釋周邊爆破中實際存在的相鄰炮孔的起爆時差對光面、預裂爆破效果的影響。

3．應力波與氣體壓力共同作用原理

應力波和爆炸氣體壓力共同作用的原理是目前得到較多認可的原理。該原理認為應力波的主要作用是在炮孔周圍產生一些初始徑向裂縫，隨後，爆炸高壓氣體準靜態應力的作用使初始徑向裂縫進一步擴展。當相鄰的兩個炮孔爆炸時，不論是同時起爆，還是存在不同程度的起爆時差，由於應力集巾，沿炮孔的連心線方向首先出現裂縫，並且發展也最快。在爆炸氣體壓力的作用下，由於最長的徑向裂隙擴展所需的能量最小，所以該處的裂縫將優先擴展。因此，連心線方向也就成為裂縫繼續擴展的優先方向，而其他方向的裂縫發展甚微。從而保證了裂縫沿著連心線將岩體裂開，這種解釋比較符合實際情況。

光面爆破技術

保持岩體輪廓面光滑平整、減少圍岩應力和裂隙的控制爆破技術。光面爆破技術20世紀50年代起源於瑞典，60年代後中國廣泛套用於採礦、水利水電、鐵路交通等部門的地下硐室、井巷、隧道以及路塹等開掘爆破工程。

特點

在爆後新形成的輪廓面上殘留清晰可見的半邊孔壁痕跡;減少超挖量，一般可控制在5%以下;圍岩破壞深度小，一般僅為普通爆破的1/3～1/2，能保持圍岩的穩定性;圍岩裂隙少，減小滲水性;新的輪廓面光滑平整，通風阻力減小，若需混凝土支護時，可節省支護工程量和費用。

技術措施(1)選擇合理的光面爆破孔網參數，並保證鑿岩質量。布置在開掘工程設計輪廓線上的邊眼稱為光面眼。要嚴格控制光面眼方向，並保持其相互平行。光面眼數比普通爆破的周邊眼數要多一些，密一些;光面眼直徑40～100mm，井下孔取偏小值，露天孔取偏大值;炮眼間距約為炮眼直徑的10～20倍，岩石節理髮育取小值，整體性好取大值;光面層厚度相當於光面眼起爆時的最小抵抗線，它應等於或稍大於光面眼間距。

(2)採用低密度、低爆速、高體積威力和傳爆性能好的光面爆破專用炸藥，以減少爆破衝擊波對孔壁的擊碎作用和延長爆生氣體產物膨脹作用時間，也可用普通硝銨炸藥加以改制。用非耦合裝藥時，非耦合係數取1.5～2.5。

(3)採用較低的線裝藥密度。在保證沿相鄰炮眼中心聯線破裂的前提下，它比普通爆破裝藥少。在炮眼爆破時，每米炮眼裝藥量0.1～0.3kg。

(4)光面眼要同時起爆，在瞬間爆破共同作用下實現輪廓平整。

施工方案

(1)全斷面一次爆破。多用於較小斷面巷道掘進。周邊眼參數按光面爆破設計，而掏槽眼和輔助眼等參數仍與普通爆破類同。

(2)預留光面層爆破。多用於大斷面巷道或硐室掘進，先掘進超前導硐，然後加以擴大。光面層參數按光面爆破設計。當超前導硐高度不夠，影響裝岩時，可改用預裂爆破。

開挖岩石時，在主爆區爆破之前預先沿設計開挖輪廓線爆出一條貫穿裂縫，以控制對開挖區以外保留岩體或建築物的破壞影響，並獲得較平整的開挖輪廓的爆破技術。廣泛套用於水電工程的露天及地下工程的岩石開挖施工中。

預裂爆破技術

預裂爆破的成縫機理與光面爆破相同。預裂面不平整度不應大於15cm;預裂面上的爆孔痕跡保留率，對於節理不發育的岩體一般不應低於80%，且炮孔附近岩石不出現明顯的爆破裂隙。

預裂爆破的主要內容和特點：①沿設計開挖輪廓線鑽孔，先於開挖區主爆破孔起爆。②炮孔間距與岩石條件、鑽孔直徑、炸藥特性有關，一般為7～12倍炮孔直徑;孔徑較小或岩石堅硬完整時取較大值，反之取較小值。③根據岩石的抗壓強度、孔距或鑽孔直徑，通過經驗公式計算線裝藥密度(即單位孔深的裝藥量)，也可用工程類比法採用經驗數據。④採用藥卷直徑(d)小於鑽孔直徑(D)的不偶合裝藥結構、不偶合係數(D/d)一般取2～5;堅硬岩石選小值，鬆散岩石選大值。⑤預裂爆破常用的藥包結構有連續裝藥和間隔裝藥兩種，連續裝藥是比較理想的裝藥結構，但需使用低爆速，高傳爆性的小直徑專用藥卷，中國通常採用間隔裝藥方式。為了克服預裂孔底部較強的夾制力，孔底部應適當增加裝藥量。預裂爆破封堵長度一般為0.8～1.5 m。⑥為保護保留區的岩體，預裂縫應有一定的超深和超長，一般情況下預裂孔超深值應大於10～20倍主爆區藥卷直徑，超長值應大於50～100倍主爆區藥卷直徑。為防止預裂壁面破壞，離預裂面最近的一排爆破孔，一般還要採用緩衝爆破，即減小孔徑、抵抗線、孔距和減少裝藥量。⑦預裂孔一般應一次同時起爆，當預裂規模大，為了減輕預裂爆破過程中的爆破振動影響，可以分段起爆，在同一時段內用導爆索起爆，各段之間用毫秒電雷管起爆。⑧在開挖實踐中，大量預裂爆破前，需通過現場試驗，確定預裂爆破的各項參數。