今日分析：什么是光面爆破？

光面爆破 是一种爆出的新壁面保持平整而不受明显破坏的控制爆破技术。 其特点是在设计开挖轮廓线上钻凿一排孔距与最小抵抗线相匹配的光爆孔，并采用不耦合装药或其他特殊的装药结构，在开挖主体爆破后，光爆孔内的装药同时起爆，从而形成一个贯穿光爆炮孔且光滑平整的开挖面。

光面爆破技术除了在露天开挖中应用外，在我国许多地下工程(如矿山开拓巷道、地下工厂、水力发电站、油库、隧道和国防构筑物等永久性建筑)施工中也取得了良好效果，特别在修建一些水工隧洞时，不但可以减少超挖欠爆的情况，并能使水力摩擦系数降低到用专门衬砌才达到的光滑表面的程度。由此可见， 光面爆破是一项合理利用炸药能量的爆破新技术。

光面爆破的基本原理是控制炸药的爆破作用，使猛度做功形式更多地转化为爆力做功形式，降低炸药爆炸的初始冲量，从而减少对炮眼眼壁岩体的破坏，并控制爆破裂缝沿预计方向发展。通常是根据不同岩层情况， 通过合理地选择炸药、装药结构，正确地选定周边眼爆破参数(即眼间距、抵抗线、装药量)以及保证周边眼同时起爆等几项措施来实现的。

作用机理

炸药爆破是产生的冲击波和高温高压气体均作用在眼壁上，炮眼周围的岩石因受到强烈的压缩破碎，与此同时形成的压缩应力波向四面八方传播。冲击波的传播速度比压缩波快得多，并很快衰减成声波不再起到压缩作用。

粉碎圈以外的岩石在压缩波作用下产生径向裂缝，当压缩波传到自由面时，因弹性能的释放又以拉伸波的形式向反方向传播，此时中心部分。因空间加大和气体压力降低，弹性能于此处山开始释放，生成的拉伸波向离开炮眼中心方向传播。此二拉伸波在其传播过程中把岩块从岩体中抛掷出去，最后形成相互作用的爆破漏斗。当爆破参数选取合理，将形成连续的光滑壁面。

特点

光面爆破与普通爆破法比较，光面爆破有如下显著特点：

(1)爆破后成型规整，符合设计断面轮廓要求，特别在松软岩层中更能显示出光面爆破的作用。 光面爆破后通常可在新形成的壁面上残留清晰可见的半边孔壁痕迹，超挖量大为减少，从而减少了排渣量，减轻了挖掘装载运输系统的负担；对于喷锚支护的洞室还节省了喷射原材料，加快了掘进速度。

(2)岩体保持稳定，爆破后不产生或很少产生爆震裂隙，原有的构造裂隙不因爆破而有所扩展，增强了围岩自身的承载力，特别是对于松软破碎岩层其作用和效果尤为显著。 因而可有效地保证施工安全，为快速施工创造了有利条件。

(3)新岩壁平整，通风阻力小，不产生瓦斯聚集；岩面上应力集中现象减少，在深部岩壁表面可以减少岩爆的危害，有利安全。

(4)水工隧洞将减少水力损失；浇注混凝土容易并且节省费用。

掏槽眼的正确布置能保证工作面开槽的爆破效果，为光面爆破创造良好的条件，开成爆破自由空间。从长条药包的爆破原理可知：为了在进尺保证的同时取得满意的掏槽效果，即破岩和抛渣不抵触，在设计掏槽中常布置有空眼，即人造自由面。因此，在设计掏槽时，要取得满意的结果，必须慎重选择空孔的直径、数目、炮眼间距、装药集中度这4个参数。

掏槽眼布置在开挖断面的中下部，采用直眼螺旋掏槽布孔形式，即在开挖断面掏槽位置设置一空孔，各装药炮孔以空孔为中心呈螺旋状布设，距离依次递增，装药段位依次递增，顺序起爆，槽腔体积依次扩大。药卷直径为32mm。

（一）空孔数目

工作面爆破所需空眼数目，即小直径空眼数目，是根据工作面岩体赋存状态及岩性计算所需人造自由面的大小来确定的，可由以下经验公式求出：

N≥2·L·A·B

式中：

N－为空眼数目；

L－为工作面炮眼长度，在此取1.6m；

A－为炮眼爆轰破坏经验因数，一般取0.5～0.7，眼浅时（1.8m以下）用最大值，眼深时用小值；

B－为岩石的强度修正值，为坚固性因数f的1/10。

（二）空眼直径和孔间距之间的关系

从有关资料知：α＝（π/4）（D2＋d2）（k＋1）/（D＋d）（k－1）

式中：

α－为1#槽孔到空孔中心距离，mm；

k－为岩石碎胀因数，取1.5；

d－为1#槽孔直径，取42mm；

D－为炮眼直径，mm。

在计算掏槽孔抵抗线时，即掏槽孔和空孔间距，空孔直径按单个空孔的条件进行。

（三）掏槽方式

选择直眼螺旋掏槽布孔形式。

（四）线装药密度计算

根据小断面岩石夹制作用和单自由面破岩规律，确定当眼深为1.8m时，为有效破岩和抛渣，以形成漏斗空间，其线装药密度要比其他炮眼大些，计算公式如下：

q＝2d2（p·c）1/3

式中：

q－为线装药密度，kg/m；

d－为炮眼直径0.042m；

p·c－为岩石波阻抗，kg/m2·s。

（一）周边眼间距

决定光面爆破质量的主要是周边眼。根据光面爆破应力波干涉破坏理论及爆轰高压气体的气楔作用，使裂隙扩展绝不能形成巷道轮廓的原理，计算其眼距采用如下公式：

E≤2K1R0（2h压/h拉＋1）1/2

式中：

E－为周边光爆眼眼距；

K1－为光爆眼轴心上破坏作用半径增大的倍数，一般取K1＝2～3，其值随岩石硬度的增大而增大；

R0－为炮眼半径，取0.021m；

h压/h拉－为岩石的压拉比，取10～20。

（二）周边眼最小抵抗线

由爆破破岩原理可知：为了减少超、欠挖量，周边眼最小抵抗线和周边间距之间的关系，是以炮眼密集度表示的。根据资料分析，炮眼密集度取0.7～1.0，当工作面岩层较软时，取小值，反之取大值。实践中我们大都取0.86左右。

（三）周边眼线装药密度

光面爆破要求爆轰能量既要崩落光爆层岩体，又要使相邻两周边眼间形成贯穿裂隙，不使围岩受到破坏，这种线装药密度可由以下式计算：

Q＝72.5R0E1/2f1/3/3D2

式中：

Q－为线装药密度，kg/m；

R0－为炮眼半径，取0.021m；

f－为岩石的坚固性因数，取6～8；

D－为炸药爆轰速度，km/s。

2#岩石硝铵炸药直径为32mm时；其爆速可取2600m/s。

是实际应用中，还应该把握以下几点：

1、根据围岩的变化情况，及时调整光爆参数。在施工中，同一隧道不同地段，常有岩石由于软硬不均、风化程度不同、节理发育不同等实际情况，光爆参数也要随之调整。具体地说，对于岩石变软、风化严重或节理发育的情况，宜将周边眼眼距（E）、线装药密度（Q）适当减小，反之应增大。

2、在遵循其他炮眼设计原则的同时，应充分考虑前段炮眼爆破范围及利用已创自由面，特别是在掏槽眼、周边眼时，此点更为重要。

3、加强掏槽眼钻眼精度，提高凿岩效率。直眼掏槽和斜眼掏槽相比，由于炮眼垂直于掌子面，具有炮眼尝试不受开挖断面宽度的限制，炮眼钻进方向易于控制，爆破的渣堆比较集中等特点，基于此种原因，爆破设计采用了直眼螺旋掏槽，要求较高的精度及间距误差，要求有熟练钻眼技术的人员施工。

4、光面孔起爆的同时性十分重要，只有相邻孔同时起爆才能形成叠加应力，在垂直中心线方向形成合应力，最终形成光滑的破坏面，所以应选用高精度的毫秒雷管，以减少起爆时差。

为了减少超挖。减轻爆破对围岩的扰动．获得既符合没计要求又平整、稳定的围岩，降低工程成本，掘进施工中应采用光面爆破。

为搞好光面爆破，应采取以下技术措施：

(1)合理布置周边眼。周边眼布置参数包括眼距E和最小抵抗线W，两者既相互独立又相互联系。E值与岩石的性质有关，一般为40～70cm，层节理发育、不稳定的松软岩层中应取较小值。W值与E值相关，两者的比值m（m=E/W，称周边炮眼密集系数，隧道中称相对距离）一般为0.8～1.0，软岩时取小值，硬岩和断面大时取大值。

(2)合理选择装药参数。根据经验，周边眼的装药量约为普通装药蹙的1/73～2/3，并采用小直径药卷、低密度、低爆速炸药。装药结构采用不耦合装药或空气柱装药。小直径药卷在孔可连续装填，也可用导爆索连接、分段装药。

(3)精心实施钻爆作业。炮眼应相互平行且垂直于工作面，眼底要落在同一平面，开孔位置准确，都落在设计掘进断面轮廓线上。炮眼偏斜角度不要超过5°。内圈眼与周边眼应采用相同的斜率钻眼。

(4)采取一些特殊的措施和新技术，如切槽法、聚能药包法、缝管法等。

切槽法是利用专用工具在相邻两孔连线的孔壁上切割出V形对称沟槽，炸药爆炸后应力优先在沟槽 尖端扩展，并与邻孔贯穿，从而形成裂缝，达到光面爆破的目的。 聚能药包法是改变药卷自身的结构，沿药卷轴向压制出V形聚能槽，利用聚能原理，使爆炸压力汇聚于孔壁上并优先沿开挖面周边发生贯穿裂缝。缝管法是将炸药装在塑料管中，管子两侧切割出缝隙，缝隙应在相邻两孔的连线上，炸药能量首先从缝隙中释出，在孔壁上产生预裂缝，然后在爆生气体压力下使裂缝扩展。

全断面一次爆破时，应按起爆顺序分别装入间隔为25ms的毫秒延期电雷管。 大断面隧道采用分次开挖时，可采用预留光面层的方法，分次爆破。