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摘要：通过对巷道掘进光面爆破的特点和效果评价分析，举例说明光面爆破带来的综合效益。阐述了光面爆破的基本原理，岩石的破碎与抛掷是应力波与爆生气体共同作用的结果，但对于不同性质的岩石，应力波与爆生气体的作用程度是不同的。各炮眼起爆时使用的雷管段别选择合理，将获得良好的爆破效果。根据光面爆破的基本原理，确定周边眼最小抵抗线、不耦合系数、线装药密度、炮眼间距等主要爆破参数，提出了光面爆破设计的基本要求，对炮眼布置和钻进的注意事项及起爆顺序做了详细介绍，可用于指导光面爆破施工。
关键词：巷道掘进;光面爆破;技术
中图分类号：TD235 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00
1光面爆破概述
光面爆破就是沿巷道边界布置密集炮眼，采取不耦合装药或特殊装药结构，采用毫秒爆破，达到爆破后无明显爆震裂缝，周壁光滑平整的一种控制爆破技术。采用光面爆破后，巷道岩面平整且没有危石，轮廓比较规则，超欠挖控制在设计范围之内。随着锚喷支护技术的发展，光面爆破已成为岩石巷道掘进的最主要技术。
2光面爆破的特点与效果评价
2.1光面爆破的特点
（1）能最大限度减少超挖，特别是在松软岩层中效果更好;（2）对围岩的稳定性破坏较小，不产生或很少产生爆震裂缝，增强了围岩自身的承载力，在围岩稳定性差的情况下也不易发生冒顶、片帮，保证了施工安全[1];（3）由于岩壁光滑平整，巷道成形规整，可减少通风阻力，不易产生瓦斯积聚;（4）由于超挖量大为减少，从而减少了排渣量，对于锚喷支护的巷道节省了喷射原材料，可提高工程进度和工程质量，降低成本。如图1所示。
2.2光面爆破的效果评价
采用光面爆破可以有效提高巷道轮廓成型质量和大大降低爆破对围岩的破坏程度与范围。
（1）炮眼利用率达到90%以上;（2）平均线性超挖量：硬岩≤10cm，中硬岩和软岩≤15cm;最大线性超挖量：硬岩≤20cm，中硬岩和软岩≤25cm;（3）炮眼痕迹保存率硬岩≥80%，中硬岩≥70%，软岩≥50%;（4）没有明显的爆震裂缝，利于保持巷道轮廓的整体性，有利于提高支护强度。
例如：我国唐山开滦的马家沟煤矿采用光面爆破创造了上山月掘进560.8m及下山掘进378.4m的好成绩，1976年唐山地震后，曾对开滦煤矿井下4515面光爆锚喷巷道作了震后检查，完好率达95%。据统计，在150km井巷掘进施工中，共节约坑木15000m3，钢材4000t，节约资金2300万元，降低成本30%左右。
3光面爆破的基本原理
3.1爆破作用原理
炸藥药包在岩体内爆炸后，产生的冲击波（压应力波）以3000～5000m/s的速度在岩石中产生切向拉应力，使周围岩石产生径向裂隙，冲击波到达自由面后反射形成反射拉伸波，由于拉伸波的拉伸作用，引起自由面处的岩石被拉断片落，形成环向裂隙，紧接着爆炸产生的高温、高压爆生气体以104 ～105 MPa的压力，沿上述裂隙向自由面方向膨胀扩展，使岩石进一步破碎，并推动岩石做抛掷运动，达到预期爆破效果。
对于不同硬度的岩石，应力波与爆生气体的作用程度是不同的[2]。坚硬岩石破坏应力波起作用较大;中硬岩石破坏应力波和爆生气体压力作用相当;松软岩石破坏爆生气体起作用较大。
基于上述原理，一定要高度重视填塞施工。填塞材料的质量、填塞长度和填塞质量是否满足设计要求等都对爆破效果产生重要影响。填塞作用在于：（1）有效阻止爆生气体过早逸散，使炮眼在相对较长的时间内保持高压状态，提高爆破作用效果;（2）加强了对炮眼中炸药爆炸时的约束作用，提高了炸药的热效率，使更多的热能转变为机械能;（3）在有瓦斯的工作面，填塞还能阻止灼热固体颗粒（例如雷管壳碎片等）从炮眼内飞出的作用，防止点燃瓦斯气体。
3.2雷管段别的选取对爆破效果的影响
为了获得良好的光面爆破效果，各类炮眼的雷管段别选取时应遵循下列原则 ：一是先爆炮眼的炸药的应力波尚未完全消失，后爆炮眼的炸药立即起爆，使两者应力波相互叠加，增加爆破破碎效果;二是在先爆炮眼破裂漏斗形成后，对后爆炮眼来说相当新增加的自由面，减少了岩石夹制作用。三是先起爆的炮眼的爆破漏斗内的破碎岩石与后起爆的炮眼飞起的岩块相互碰撞，减少了大块率，抛距减小，爆堆相对集中。
4光面爆破参数的确定
光面爆破主要参数的选取和计算直接关系到爆破效果的优劣，因此这就要求现场爆破作业人员在熟悉岩石性质的基础上，根据现场顶板和两帮情况，结合实践经验对炮眼布置参数和装药量进行适当调整，达到最佳光面爆破效果，
4.1最小抵抗线w
周边炮眼的最小抵抗线是周边炮眼到临近一圈辅助眼之间的垂直距离，也称光爆层。它一般应大于或等于周边眼间距，可利用下式确定：
w=a/k
式中，K为炮眼密集系数，一般为0.6～1.0，岩石坚硬时取大值，较软时取小值;a为周边眼间距，一般取400～600㎜，W为最小抵抗线，如图2所示。
注意：如果最小抵抗线过大，单靠周边眼炸药的爆炸能量不足以使岩石完全片落，可能产生大块或留底根;如果最小抵抗线过小，由于周边炮眼临近一圈辅助眼装药量较大，辅助眼内炸药爆炸产生的应力波作用可能危及到顶帮围岩，导致围岩破坏，甚至发生冒顶事故，因此最小抵抗线大小要根据岩石性质变化适当调整。
4.2不耦合系数 不耦合系數是指炮眼直径与药包直径之比。为了达到爆破后巷道周边壁面平整光滑的目的，周边眼采用不耦合装药，即光面爆破采用药包直径小于炮眼直径的方法。但要根据现场情况确定不耦合系数大小，不耦合系数取值范围在1.2～2.0之间时效果最好，在孔距较小情况下取大值，在岩石硬度较大时，取小值。
4.3线装药密度
线装药密度是指单位长度炮眼中装药量的多少（g/m）。为了使光爆层很好的爆落下来，既要做到使新壁面的平整光滑，又不产生爆震裂隙，要按照岩石硬度和爆破经验选取合理的装药密度。一般线装药密度如下：软岩中为70g/m～120g/m，中硬岩中为100g/m～150g/m，硬岩中为150g/m～250g/m。
4.4炮眼间距
按照应力波叠加理论，必须使炮眼连线中点的拉应力大于岩石的抗拉强度，实现炮孔间的贯通裂缝。如果眼距过大，会留下岩坎，壁面不平整;眼距过小，造成岩石过度粉碎，增加打眼和装药成本，合理的眼距一般为炮孔直径的10～20倍。在硬岩中取大值，在软岩或破碎岩石中应取小值。
5光面爆破的设计与施工
5.1光面爆破设计
（1）必须充分收集巷道断面大小、支护方式、岩石性质、有无瓦斯煤尘爆炸危险等资料[3];（2）根据计划掘进进尺，综合考虑凿岩设备，合理确定炮眼的深度，确保正规循环作业;（3）合理选择爆破参数，计算工作面各类炮眼的装药量，确定工作面炮眼的联线方式和起爆顺序，最后绘出爆破图表。
为了获得良好的爆破效果，在实际施工中，周边眼常用的几种装药结构，如图3所示：
图3-a为标准药经（Φ32mm）的空气柱间隔装药;装药结构施工简便，通用性强，但由于药包直径大，靠近药包孔壁容易产生微小裂纹;图3-b为小直径药卷空气柱间隔装药，装药结构对围岩破坏作用小，用于开挖质量要求高的巷道;图3-c为小直径药卷连续装药，是一种典型的光面爆破装药结构形式，效果最好，但必须使用光爆专用炸药，应用受到一定限制;图3-d为标准直径药卷孔底集中及小直径药卷连续装药，这种装药结构用于炮孔深度小于2m时，爆破效果最好。
5.2光面爆破施工
5.2.1炮眼布置和钻进注意事项
为确保光面爆破效果，根据巷道断面大小、形状及岩石性质等正确选择光爆参数并精准钻眼，对炮眼的要求是“平、直、齐、准”。炮眼布置和钻进的注意事项如下：
（1）周边眼一般布置在巷道断面轮廓线上，硬岩可布置在轮廓线以外，与轮廓线外接;软岩可布置在轮廓线以里，与轮廓线内切;（2）所有周边眼应彼此平行，眼底要落在同一个平面上，辅助眼应垂直于工作面，均匀的布置在掏槽眼和周边眼之间;（3）采用斜眼掏槽时，各炮眼的角度必须相同，眼底落在同一平面上;采用直眼掏槽时，各炮眼应彼此平行;（4）由于掏槽眼装药量较大，考虑到可能会崩坏顶板和支护，掏槽眼一般布置在巷道断面中央偏下的位置，但遇到软弱夹层时，掏槽眼应布置在软弱夹层中，减少装药，可节约成本。
5.2.2起爆顺序
用光面爆破掘进巷道时有两种方法：一种是全断面一次掘进法，多用于掘进小断面巷道，另一种是预留光爆层的分次爆破法[4]。
（1）全断面一次掘进方法的炮眼起爆顺序为
掏槽眼→辅助眼→周边眼（光爆眼），如图4所示。如果巷道断面不大，建议毫秒雷管的使用按此划分：掏槽眼用第1段，辅助眼用第2、3段，顶眼和帮眼全部用第4段，底眼用第5段。
（2）另一种是预留光爆层的分次爆破法，如图5所示
这种方法又称为修边爆破。先爆破掏槽眼和辅助眼，然后根据留下的光爆层情况再设计炮眼的间距和装药量，这样可以节约爆破材料，有利于提高光面爆破效果。缺点是降低了掘进效率，安全性较差，要加强临时支护，确保施工安全。
另外，光面爆破施工中，还必须按设计装药量和装药结构进行装药，确保装药在炮孔内的位置准确及炮孔的堵塞长度和质量。
参考文献
[1]公安部治安管理局.爆破作业技能与安全[M].北京：冶金工业出版社，2014.
[2]胡桂英，刘科伟，杜鑫，等.光面掏槽爆破技术的研究及其在巷道掘进中的应用[J].黄金科学技术，2018（7）：6-8.
[3]赵剑.光面爆破技术在煤矿巷道掘进中的应用[J].山西冶金，2020，43（04）：155-156.
[4]王玉杰.爆破工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2007.
收稿日期：2021-06-14
作者简介：刘曰强（1970—），男，山东临朐人，本科，高级工程师，研究方向：矿山开采。
Practical Technology of Smooth Blasting in Roadway Excavation
LIU Yueqiang
（Linyi Mining Group Co.， LTD. Safety Technology Training Center， LinyiShandong 276000）
Abstract：Through the evaluation and analysis of the characteristics and effects of smooth blasting in roadway excavation， the comprehensive benefits brought by smooth blasting are illustrated with examples. The basic principle of smooth blasting is expounded. Rock breaking and throwing are the result of the interaction between stress wave and explosive gas， but the degree of interaction between stress wave and explosive gas is different for different rock properties. Good blasting effect will be obtained by choosing reasonable detonator sections for each perforation initiation. According to the basic principle of smooth blasting， the main blasting parameters such as minimum resistance line of peripheral holes， uncoupling coefficient， line charge density and hole spacing are determined， the basic requirements of smooth blasting design are put forward， and the attentions of hole layout， drilling and blasting sequence are introduced in detail， which can be used to guide smooth blasting construction.
Keywords：Roadway excavation;Smooth blasting;technology
关键词：巷道掘进;光面爆破;技术
中图分类号：TD235 文献标识码：A 文章编号：2096-6903（2021）07-0000-00
1光面爆破概述
光面爆破就是沿巷道边界布置密集炮眼，采取不耦合装药或特殊装药结构，采用毫秒爆破，达到爆破后无明显爆震裂缝，周壁光滑平整的一种控制爆破技术。采用光面爆破后，巷道岩面平整且没有危石，轮廓比较规则，超欠挖控制在设计范围之内。随着锚喷支护技术的发展，光面爆破已成为岩石巷道掘进的最主要技术。
2光面爆破的特点与效果评价
2.1光面爆破的特点
（1）能最大限度减少超挖，特别是在松软岩层中效果更好;（2）对围岩的稳定性破坏较小，不产生或很少产生爆震裂缝，增强了围岩自身的承载力，在围岩稳定性差的情况下也不易发生冒顶、片帮，保证了施工安全[1];（3）由于岩壁光滑平整，巷道成形规整，可减少通风阻力，不易产生瓦斯积聚;（4）由于超挖量大为减少，从而减少了排渣量，对于锚喷支护的巷道节省了喷射原材料，可提高工程进度和工程质量，降低成本。如图1所示。
2.2光面爆破的效果评价
采用光面爆破可以有效提高巷道轮廓成型质量和大大降低爆破对围岩的破坏程度与范围。
（1）炮眼利用率达到90%以上;（2）平均线性超挖量：硬岩≤10cm，中硬岩和软岩≤15cm;最大线性超挖量：硬岩≤20cm，中硬岩和软岩≤25cm;（3）炮眼痕迹保存率硬岩≥80%，中硬岩≥70%，软岩≥50%;（4）没有明显的爆震裂缝，利于保持巷道轮廓的整体性，有利于提高支护强度。
例如：我国唐山开滦的马家沟煤矿采用光面爆破创造了上山月掘进560.8m及下山掘进378.4m的好成绩，1976年唐山地震后，曾对开滦煤矿井下4515面光爆锚喷巷道作了震后检查，完好率达95%。据统计，在150km井巷掘进施工中，共节约坑木15000m3，钢材4000t，节约资金2300万元，降低成本30%左右。
3光面爆破的基本原理
3.1爆破作用原理
炸藥药包在岩体内爆炸后，产生的冲击波（压应力波）以3000～5000m/s的速度在岩石中产生切向拉应力，使周围岩石产生径向裂隙，冲击波到达自由面后反射形成反射拉伸波，由于拉伸波的拉伸作用，引起自由面处的岩石被拉断片落，形成环向裂隙，紧接着爆炸产生的高温、高压爆生气体以104 ～105 MPa的压力，沿上述裂隙向自由面方向膨胀扩展，使岩石进一步破碎，并推动岩石做抛掷运动，达到预期爆破效果。
对于不同硬度的岩石，应力波与爆生气体的作用程度是不同的[2]。坚硬岩石破坏应力波起作用较大;中硬岩石破坏应力波和爆生气体压力作用相当;松软岩石破坏爆生气体起作用较大。
基于上述原理，一定要高度重视填塞施工。填塞材料的质量、填塞长度和填塞质量是否满足设计要求等都对爆破效果产生重要影响。填塞作用在于：（1）有效阻止爆生气体过早逸散，使炮眼在相对较长的时间内保持高压状态，提高爆破作用效果;（2）加强了对炮眼中炸药爆炸时的约束作用，提高了炸药的热效率，使更多的热能转变为机械能;（3）在有瓦斯的工作面，填塞还能阻止灼热固体颗粒（例如雷管壳碎片等）从炮眼内飞出的作用，防止点燃瓦斯气体。
3.2雷管段别的选取对爆破效果的影响
为了获得良好的光面爆破效果，各类炮眼的雷管段别选取时应遵循下列原则 ：一是先爆炮眼的炸药的应力波尚未完全消失，后爆炮眼的炸药立即起爆，使两者应力波相互叠加，增加爆破破碎效果;二是在先爆炮眼破裂漏斗形成后，对后爆炮眼来说相当新增加的自由面，减少了岩石夹制作用。三是先起爆的炮眼的爆破漏斗内的破碎岩石与后起爆的炮眼飞起的岩块相互碰撞，减少了大块率，抛距减小，爆堆相对集中。
4光面爆破参数的确定
光面爆破主要参数的选取和计算直接关系到爆破效果的优劣，因此这就要求现场爆破作业人员在熟悉岩石性质的基础上，根据现场顶板和两帮情况，结合实践经验对炮眼布置参数和装药量进行适当调整，达到最佳光面爆破效果，
4.1最小抵抗线w
周边炮眼的最小抵抗线是周边炮眼到临近一圈辅助眼之间的垂直距离，也称光爆层。它一般应大于或等于周边眼间距，可利用下式确定：
w=a/k
式中，K为炮眼密集系数，一般为0.6～1.0，岩石坚硬时取大值，较软时取小值;a为周边眼间距，一般取400～600㎜，W为最小抵抗线，如图2所示。
注意：如果最小抵抗线过大，单靠周边眼炸药的爆炸能量不足以使岩石完全片落，可能产生大块或留底根;如果最小抵抗线过小，由于周边炮眼临近一圈辅助眼装药量较大，辅助眼内炸药爆炸产生的应力波作用可能危及到顶帮围岩，导致围岩破坏，甚至发生冒顶事故，因此最小抵抗线大小要根据岩石性质变化适当调整。
4.2不耦合系数 不耦合系數是指炮眼直径与药包直径之比。为了达到爆破后巷道周边壁面平整光滑的目的，周边眼采用不耦合装药，即光面爆破采用药包直径小于炮眼直径的方法。但要根据现场情况确定不耦合系数大小，不耦合系数取值范围在1.2～2.0之间时效果最好，在孔距较小情况下取大值，在岩石硬度较大时，取小值。
4.3线装药密度
线装药密度是指单位长度炮眼中装药量的多少（g/m）。为了使光爆层很好的爆落下来，既要做到使新壁面的平整光滑，又不产生爆震裂隙，要按照岩石硬度和爆破经验选取合理的装药密度。一般线装药密度如下：软岩中为70g/m～120g/m，中硬岩中为100g/m～150g/m，硬岩中为150g/m～250g/m。
4.4炮眼间距
按照应力波叠加理论，必须使炮眼连线中点的拉应力大于岩石的抗拉强度，实现炮孔间的贯通裂缝。如果眼距过大，会留下岩坎，壁面不平整;眼距过小，造成岩石过度粉碎，增加打眼和装药成本，合理的眼距一般为炮孔直径的10～20倍。在硬岩中取大值，在软岩或破碎岩石中应取小值。
5光面爆破的设计与施工
5.1光面爆破设计
（1）必须充分收集巷道断面大小、支护方式、岩石性质、有无瓦斯煤尘爆炸危险等资料[3];（2）根据计划掘进进尺，综合考虑凿岩设备，合理确定炮眼的深度，确保正规循环作业;（3）合理选择爆破参数，计算工作面各类炮眼的装药量，确定工作面炮眼的联线方式和起爆顺序，最后绘出爆破图表。
为了获得良好的爆破效果，在实际施工中，周边眼常用的几种装药结构，如图3所示：
图3-a为标准药经（Φ32mm）的空气柱间隔装药;装药结构施工简便，通用性强，但由于药包直径大，靠近药包孔壁容易产生微小裂纹;图3-b为小直径药卷空气柱间隔装药，装药结构对围岩破坏作用小，用于开挖质量要求高的巷道;图3-c为小直径药卷连续装药，是一种典型的光面爆破装药结构形式，效果最好，但必须使用光爆专用炸药，应用受到一定限制;图3-d为标准直径药卷孔底集中及小直径药卷连续装药，这种装药结构用于炮孔深度小于2m时，爆破效果最好。
5.2光面爆破施工
5.2.1炮眼布置和钻进注意事项
为确保光面爆破效果，根据巷道断面大小、形状及岩石性质等正确选择光爆参数并精准钻眼，对炮眼的要求是“平、直、齐、准”。炮眼布置和钻进的注意事项如下：
（1）周边眼一般布置在巷道断面轮廓线上，硬岩可布置在轮廓线以外，与轮廓线外接;软岩可布置在轮廓线以里，与轮廓线内切;（2）所有周边眼应彼此平行，眼底要落在同一个平面上，辅助眼应垂直于工作面，均匀的布置在掏槽眼和周边眼之间;（3）采用斜眼掏槽时，各炮眼的角度必须相同，眼底落在同一平面上;采用直眼掏槽时，各炮眼应彼此平行;（4）由于掏槽眼装药量较大，考虑到可能会崩坏顶板和支护，掏槽眼一般布置在巷道断面中央偏下的位置，但遇到软弱夹层时，掏槽眼应布置在软弱夹层中，减少装药，可节约成本。
5.2.2起爆顺序
用光面爆破掘进巷道时有两种方法：一种是全断面一次掘进法，多用于掘进小断面巷道，另一种是预留光爆层的分次爆破法[4]。
（1）全断面一次掘进方法的炮眼起爆顺序为
掏槽眼→辅助眼→周边眼（光爆眼），如图4所示。如果巷道断面不大，建议毫秒雷管的使用按此划分：掏槽眼用第1段，辅助眼用第2、3段，顶眼和帮眼全部用第4段，底眼用第5段。
（2）另一种是预留光爆层的分次爆破法，如图5所示
这种方法又称为修边爆破。先爆破掏槽眼和辅助眼，然后根据留下的光爆层情况再设计炮眼的间距和装药量，这样可以节约爆破材料，有利于提高光面爆破效果。缺点是降低了掘进效率，安全性较差，要加强临时支护，确保施工安全。
另外，光面爆破施工中，还必须按设计装药量和装药结构进行装药，确保装药在炮孔内的位置准确及炮孔的堵塞长度和质量。
参考文献
[1]公安部治安管理局.爆破作业技能与安全[M].北京：冶金工业出版社，2014.
[2]胡桂英，刘科伟，杜鑫，等.光面掏槽爆破技术的研究及其在巷道掘进中的应用[J].黄金科学技术，2018（7）：6-8.
[3]赵剑.光面爆破技术在煤矿巷道掘进中的应用[J].山西冶金，2020，43（04）：155-156.
[4]王玉杰.爆破工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2007.
收稿日期：2021-06-14
作者简介：刘曰强（1970—），男，山东临朐人，本科，高级工程师，研究方向：矿山开采。
Practical Technology of Smooth Blasting in Roadway Excavation
LIU Yueqiang
（Linyi Mining Group Co.， LTD. Safety Technology Training Center， LinyiShandong 276000）
Abstract：Through the evaluation and analysis of the characteristics and effects of smooth blasting in roadway excavation， the comprehensive benefits brought by smooth blasting are illustrated with examples. The basic principle of smooth blasting is expounded. Rock breaking and throwing are the result of the interaction between stress wave and explosive gas， but the degree of interaction between stress wave and explosive gas is different for different rock properties. Good blasting effect will be obtained by choosing reasonable detonator sections for each perforation initiation. According to the basic principle of smooth blasting， the main blasting parameters such as minimum resistance line of peripheral holes， uncoupling coefficient， line charge density and hole spacing are determined， the basic requirements of smooth blasting design are put forward， and the attentions of hole layout， drilling and blasting sequence are introduced in detail， which can be used to guide smooth blasting construction.
Keywords：Roadway excavation;Smooth blasting;technology