关键词:预裂爆破；高边坡；爆破震动；稳定
Abstract: through the engineering practice in high side slope excavation of pre split blasting Wangkuai reservoir, from construction technology, the blasting parameters, blasting effect aspects of the pre-splitting blasting technology to ensure the stability of slope, the excavation of high slope in as far as possible to reduce the damage of blasting vibration on the slope of the role, to ensure the smooth and slope stability keep the slope.
Keywords: presplitting blasting; high slope；blasting vibration; stability;
中图分类号：TB41文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 引言
露天深孔爆破由于施工进度快，一次爆破工程量大，施工成本低而在石方开挖工程中得到了广泛应用，近年来随着水利水电建设步伐的加快，露天深孔爆破在石方开挖中的应用也越来越广，但如何保证开挖边坡的稳定、如何减少露天深孔爆破对边坡稳定的危害，是爆破施工必须要面对的课题。本文根据爆破施工的理论和实践经验，结合边坡稳定，论证了预裂爆破技术在高边坡开挖中的作用。
2 工程概况
王快水库溢洪道石方扩挖96.2万m3，最大开挖深度75m ,每10m预留1.5m宽马道，爆破施工工期18个月，工程量大，施工强度高。但溢洪道边坡下游段表层为全风化花岗片麻岩外，下部呈弱风化，岩石节理、裂隙、断层及软弱结构面发育，岩层和断层的走向对边坡稳定极为不利。
3 高边坡预裂爆破设计与施工
3.1 预裂爆破概述
炸药在炮孔内爆炸时，产生强大的冲击波和高压气体并猛烈冲击炮孔四周的岩体，使得周围的岩体破碎或开裂，为了使爆破开挖的边界尽量与设计的轮廓线相符合，不出现超挖和欠挖现象，同时也使开挖边界上的岩体能尽量保持完整无损，保持其强度和稳定性，降低爆破震动的危害范围和破坏程度，在爆破施工中，常采用预裂爆破的方法保护边坡，有的还在主炮孔和预裂孔之间布设缓冲孔。
所谓预裂爆破就是沿开挖边线布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区爆破之前，预先沿着设计轮廓线爆破出一条具有一定宽度的裂缝，以减弱主爆破对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破作业。进行预裂爆破时，为使岩体开裂而又不致使岩壁遭受破坏，希望爆炸冲击波作用于孔壁上的径向压力要低于岩体的极限抗压强度，而由此派生的切向拉应力则要超过岩体的抗拉强度，而岩石的抗拉强度比抗压强度要低得多，这就为实施预裂爆破提供了有利条件。实践表明，预裂爆破具有明显的降震作用，是减小露天深孔爆破对边坡稳定性影响的最有效措施之一。
3.2 预裂爆破参数设计
3.2.1钻孔孔径
预裂爆破的钻孔直径与台阶高度有关，一般3~5m的台阶，可选择40~50mm的孔径；6~15m的台阶，可选择70~100mm的孔径；15~30m的台阶，可选择100~150mm的孔径；超过30m的台阶，可根据具体钻孔设备采用大孔径预裂孔。钻孔直径与台阶高度基本成正比关系，即台阶越高，孔径越大，但过大的孔径是不经济的。通过大量的工程实践总结和分析，有如下经验公式：D=30+4H
式中：D为钻孔直径（mm）；H为台阶高度（m）。
施工中所选钻孔直径与计算值越接近，经济性越佳，技术性越合理。本工程根据上式、台阶高度及现有设备选用的孔径为90mm。
3.2.2 钻孔间距
钻孔间距与钻孔直径的比值称为孔径比E，E值是一个重要的技术经济指标，它的大小决定了钻孔数量和预裂爆破的质量。从施工经济指标出发，E值取大一些好，E值越大钻孔数越少；从技术质量指标出发，E值小一些好。E值取的大一些，钻孔虽然少了，但边坡坡面质量和平整度降低了。爆破理论证明，分散装药远比集中装药爆破对边坡的破坏小，E值小时，炮孔数多，药量相对分散，预裂爆破形成的坡面质量和平整度好。一般E值在8~12之间选取，岩石坚硬，完整性好，E值可取大一些；岩石风化，节理裂隙发育，E值应取小一些。本工程E值取10，即钻孔间距a为90cm。
3.2.3 钻孔深度
炮孔深度根据台阶高度及设计坡比加超深确定，本工程台阶高度H为10m，设计坡比为1:0.3，超深取0.3m。则孔深为：
L=（H+h）/sina=（10+0.3）/sin74°=10.75m
式中：L为孔深，H为台阶高度，h为超深。
3.2.4 预裂孔与缓冲孔排距
为获得良好的开挖边坡，在紧邻预裂孔外侧布置一排缓冲孔，采用不耦合装药结构，爆破时在主爆孔后隔一定时间间隔起爆，以减轻爆破时对预留边坡的冲击作用，达到保护边坡的目的。预裂孔与缓冲孔之间的距离一般为正常炮孔的一半，主要是控制空地距离不得大于1.5~2.5m，本工程取排距为1.8m。
3.2.5 炸药
炸药采用2#岩石硝铵炸药，若孔内有积水，则采用乳化炸药，药卷直径32mm。
3.2.6 不耦合系数
经工程实践证明，不耦合系数η=D/D0（D为炮孔直径；D0为药卷直径）在满足η=2~5时，才能形成质量良好的预裂缝。当D＞100mm时，η取3~5；当D＜100mm时，η取2~3。本工程采用药卷直径为32mm，不耦合系数η=90/32=2.8。
3.2.7 装药结构与线装药密度
预裂爆破既要保证预裂缝的贯通，又要保护炮孔孔壁不受破坏，尽可能提高半孔率，达到坡面平整，边坡稳定要求。在装药结构上尽可能使药卷和炸药能量得到均匀分布。采用不耦合装药结构。按照设计的药卷直径、数量和间隔距离连同单根导爆索一起绑扎在竹片上，构成药串，然后将加工好的炸药串送入炮孔内，使竹片贴在保留边坡侧。
预裂孔的线装药密度一般为0.1~1.5kg/m，由于孔底岩石夹制作用，为确保裂缝贯通到孔底，在孔底1~2m范围内增加2~3倍药量。本工程采用武汉水利水电学院经验公式计算。
q线=0.127*[σ压]0.5*[a]0.84*[D/2]0.24
式中：q线为线装药密度（kg/m）；σ压为岩石的极限抗压强度(MPa),根据地质资料70 MPa；a为炮孔间距（m）；D为炮孔直径(m)。经计算本工程线装药密度q线为0.46kg/m。
3.2.8 堵塞
孔口堵塞时，先用炸药的包装袋或草把团成一团送入炮孔，并于炸药最上端接触，然后用略微潮湿的粘土分段夯实堵塞。堵塞长度为1.5m。
3.2.9 起爆网络
起爆网络采用导爆索起爆网络，用1根主导爆索将各预裂孔的导爆索串联起来，然后在主导爆索上绑扎2发非电毫秒导爆雷管实现微差间隔起爆。边坡预裂孔应先于其它炮孔75ms以上起爆，以便首先形成连续贯通的预裂缝，以阻隔后续爆破时对保留边坡的扰动破坏。
当预裂爆破规模较大时，为减轻预裂爆破过程中对保留岩体的影响，可分段进行微差爆破，每段之间连接2发2段非电毫秒导爆雷管起爆。
3.3 爆破效果
石渣清理后，经过现场察看，边坡超欠挖基本控制在15cm之内，平整度符合规范要求，坡面岩石无扰动现象，预裂炮孔半孔率在80%以上。说明以上爆破参数是比较合适的，保证了边坡的稳定。
4 预裂爆破施工中应注意事项
（1）钻孔时应经常检查钻孔的倾角和方位角，钻孔偏斜误差应控制在1°之内，确保预裂孔在同一个平面上。
（2）为了克服炮孔底部岩石的夹制作用，炮孔底部应适当增加装药量，当孔深为3~5m时，线装药密度增大为2~3倍；孔深超过10m时，线装药密度增大为3~5倍；底部增加药量的范围为孔底起约0.5~1.5m。
（3）预裂孔在同一平面时，宜采用导爆索连接并同时起爆。
（4）预裂爆破分段起爆长度不宜小于10m，这是因为长度过短，会使预裂线两端所受夹制作用过大，影响预裂爆破效果。
（5）预裂炮孔和主炮孔之间应布置一排缓冲孔，以减少预裂线附近大块石集中现象，保证爆破效果。
5预裂爆破的特点
（1）预裂边坡平整，稳定性好，利于施工期及水库运行后永久边坡安全。
（2）开挖时不用预留保护层，预裂缝之外都可以采用深孔爆破，简化了施工程序，加快了施工进度。
（3）所形成的预裂缝能有效削减爆破应力波对永久边坡的危害。
（4）减少了边坡整修工程量和超欠挖现象，节省了混凝土的回填工作量。
（5）减少了岩基固结灌浆处理工程量。
6结语
边坡的稳定性既受地质地形条件、气候条件的影响，又受爆破方法、爆破技术的制约，所以，在爆破施工中如何保护边坡稳定是一个较为关键的问题。本工程采用预裂爆破技术取得了较好的效果，可以说预裂爆破技术是解决高边坡开挖稳定问题的有力措施之一。
参考文献：
[1]李彬峰.预裂爆破技术在大连港矿石专用码头中的应用.北京.第三届北京工程爆破学术会议论文集.2003.
[2]刘卫东，于亚伦，王德胜等.高台阶靠帮预裂减震爆破的实验研究.工程爆破，1997，1：18~23.
[3]周志刚.预裂爆破在实际施工中的几大问题分析.四川水力发电.2003（9）：77~78.
[4]冯叔瑜，顾毅成.路堑爆破边坡质量控制技术的发展与分析.北京.第三届北京工程爆破学术会议论文集.2003.
关键词：预裂爆破；爆破参数；爆破施工
Abstract: this paper an open pit mining examples, the presplit blasting design and construction site, the parameters selection and blasting construction are analyzed in detail, which has practicability and useful. The method in the use of open mining, the effect is obvious, economic value is better, worth popularization and application.
Keywords: presplit blasting; Blasting parameters; Blasting construction
中图分类号：O741+.2文献标识码：A 文章编号：
1概况
某露天矿是全国大型黑色冶金矿山之一，矿区南北长5.5公里，东西宽0.4~1公里，面积为4.6平方公里， 总占地面 积为13.15平方公里。属前震旦纪鞍山式沉积变质铁矿床，由黑背沟区、铁山区和黄柏峪区构成，其中以铁山区为最大。矿体由太古界安山群含铁石英岩中的3个铁层组成，属于单斜构造。铁矿层走向西北，倾向南西，倾角40度~55度。地表露出 全长3400米，工业矿段总长2900米。3个铁矿层的平均厚度为40. 18 米，其中以第三层为最大，储量占全区的82.6％。 矿石品位：磁铁贫矿石铁量 31.82％，磁铁富矿石铁量50％。该矿生产的铁矿石低磷、低硫， 有害元素 极低，是冶炼铸造生铁、球墨铸铁的最好原料。 南芬露天铁矿累计探明储量为12.91亿吨，到1985年末，保有储量为 11.1亿吨，其中工业矿量8.4亿吨，远景矿量2.74亿吨。矿床距地表较浅， 构造简单，适合于露天开采。该矿装备有120吨、170吨电动轮汽车，7.6立方米、11.5立方米电铲和45R、60R牙轮钻等先进设备。 年剥离量为2823万吨，采矿石797.8万吨，是目前我国单体矿山年产量最高的矿山。
2爆破参数选择
2. 1钻孔参数
预裂孔使用XHR351钻机施工，孔径为100mm。主爆孔使用Φ200 mm牙轮钻孔施工。据现场施工数据的归纳总结，该露天矿露天台阶开采中，设计预裂孔孔距一般为1 m，主爆区孔间距为3~3. 5 m，主爆孔的排间距为3 m，这些参数在爆破施工中取得理想的爆破效果。按边坡设计坡比测算预裂孔钻孔深度和倾角，其实际值根据现场爆破施工合理性确定。
2. 2装药参数
预裂爆破的线装药密度经验公式都是根据大量的现场爆破数据进行数学归纳推演出来的，可有效的指导预裂爆破前的试验工作。但对一个具体的矿山而言，由于岩石特性、地质构造方面存在着差异，经验公式无疑有它的局限性，另外，影响爆破质量的因素很多，经验公式只是相对而言的。
针对该矿的岩石特性，应用6个经验公式计算线装药密度，并分别与现场实际数据进行了对比。对比结果表明，经验公式线=0.36n0.6n0.2[σ压]0. 6用于坚硬岩石的预裂爆破线装药密度核算，其误差相对较小，且它不随岩石硬度增大而呈线性增加，因此，某露天矿台阶式露天开采预裂爆破主要是参考该经验公式计算药量，再结合现场施工情况对爆破参数进行修正。其预裂爆破设计见图1。
图1某露天矿预裂爆破爆孔布置
使用32 mm药卷，预裂孔径D为10，n取值为0. 32，由上述公式计算出预裂孔的线装药密度为320~410 g/m，以二级岩石乳化炸药为准，其他炸药用能量系数换算。
3爆破施工
3. 1预裂孔施工
(1)测量放样。测量放样是根据边坡设计的坡比确定钻孔的开口位置。由于设计高程和实际开口位置的高程不一定相符，必须根据开口高程和钻孔角度确定开口位置。
(2)钻孔角度控制。预裂孔钻孔的倾角和方位角影响预裂爆破的超深，直接影响预裂爆破的效果。
(3)预裂孔装药。按照设计线装药密度，间断将Φ32×200二级岩石乳化炸药和导爆索一起绑在长竹片上装入孔内。预裂爆破装药只须堵塞孔口段。预裂孔孔口堵塞长0. 8~1. 1 m，预裂孔底部1m范围内加药量2. 5倍，顶部1 m范围内药量减半。预裂孔装药结构如图2所示。
图2预裂孔装药结构示意
3. 2主爆孔施工
主爆孔孔底距壁面过小，爆破会对终采边坡造成破坏，过大会留下岩坎，须二次处理，经过多次试验，确定主爆孔距预裂壁面2. 5~3 m。
(1)孔距和排距。通过试验，确定露天矿台阶式开采中孔距3. 5 m，排距为3. 0~3. 5 m。
(2)孔的深度。为确保下一台阶的完整和下一平台终采边坡的预裂钻孔施工，又必须尽量少留岩坎，主爆孔的深度只钻到下一梯段高程，不超深。其倾角确定原则为：预裂孔与其相邻的那一排主爆孔的孔口水平距离至少保有3 m，孔底水平距离至少保有2. 5 m。主爆孔排与排之间的钻孔倾角可不完全相同。
(3)主爆孔的装药。采用不耦合装药，Φ200的孔径装Φ120乳化药卷，不耦合系数为1. 67，单耗一般取值0. 35~0. 45 kg/m3，孔网参数根据现场爆破施工经验和爆破效果进行调整。
3. 3爆破网络
孔内用双导爆索起爆，孔间用导爆索搭接，单响药量小于150 kg，主爆孔内用MS10段非电雷管引爆，整个爆破网络用MS1、MS2、MS3、MS4、MS5、MS6等等联接。其网络如图3所示。
图3爆破起爆网络示意
4应用效果
近几年来，预裂爆破技术在某露天矿台阶式开采中的应用取得了较为理想的效果：
(1)应用预裂爆破虽增加预裂孔穿孔工作量，但保证预留边坡一次成型，同时减少临近主爆孔的穿孔工作量，总的穿孔工作量增加不大，另外减少了边坡二次处理工作量及费用；
(2)保留边坡半孔率最高达97%，最底也能达到89%，超欠挖控制在±15 cm左右，最终边坡达到一次成型；
(3)爆破效果良好，减少了挖装机械的油耗和备件磨损，直接经济效益较为可观；
(4)减少了预留边坡受炸药猛度的影响，增强了边坡的安全稳定性，有效降低露天矿山台阶下降后高边坡潜在的安全隐患。
参考文献：
[1]张正宇.预裂爆破的原理与施工[M].北京：中国水利水电出版社， 2005.
[2]谢建中.全方位预裂的参数试验与施工[A].霍永基.第三届水利水电工程爆破会议资料集[C].武汉：中国地质大学出版社， 1991： 132~135.
[3]张正宇.预裂爆破的几个问题[A].霍永基.第三届水利水电工程爆破会议资料集[C].武汉：中国地质大学出版社，1991： 240~243.
[4]周明安.预裂爆破在中硬且裂隙发育红砂岩地区的应用研究[J].工程爆破， 1999， 05(04)： 31~35.
[5]高文学，刘清荣.岩体预裂爆破的断裂控制研究[A].霍永基.全国工程爆破第五届学术会议论文选[C].武汉：中国地质大学出版社， 1993： 34~36.
[6]闵其恒.孔间毫秒爆破在缓倾斜中深孔房柱法中的应用[A].霍永基.全国工程爆破第五届学术会议论文选[C].武汉：中国地质大学出版社， 1993： 306~307.
[7]杨小林，刘红岩，王金星.露天边坡预裂爆破参数设计[ J].焦作工学院学报：自然科学版， 2002， 21(2)： 118~122.
[8]沈立晋.预裂爆破技术在露天边坡中的应用[J].有色金融：矿山部分， 2004， 56(3).
[9]何广沂.非电起爆网络的研究与实践[A].霍永基.全国工程爆破第五届学术会议论文选[C].武汉：中国地质大学出版社， 1993， 289~293.
[10]张志呈，李朝鼎.试论定向断烈控制爆破孔间隙裂缝贯通的主要参数[J].中国矿业， 2000， 9(5)： 59~63
【关键词】露天变坡破碎带 控制爆破技术 坡面完整
0.引言
在实际的露天变坡破碎带控制爆破总需要考虑的客观要素很多，具体包括爆破的地质环境、爆破施工设备、爆破炸药的填装等等。能否正确的处理好露天变坡破碎带控制爆破整体过程中的各个因素将直接营销到爆破的实际效果。下面将主要对露天变坡破碎带控制爆破中的光面爆破和预裂爆破两种线阶段较为实用的露天变坡破碎带控制爆破方式做简要的分析，并对于露天变坡破碎带控制爆破的地质条件做一定的研究，最后对露天变坡破碎带控制爆破的实际操作过程和注意事项做简要的分析。
1.露天变坡破碎带控制爆破概况简介
目前，光面爆破及预裂爆破是先阶段露天变坡破碎带控制爆破中较为成熟的两种爆破方法，是使用的是将爆破裂隙设计沿着爆破轮廓线形成的控制爆破方案。这两种方法是国内外的爆破上使用较为广泛[1]。实际的操作上，上述的两种爆破方法能较好的保证爆破的安全性和爆破的效果，且能保持爆破面的平滑和稳定性，能较好的保证爆破的整体质量，在爆破的施工成本控制上有较好的表现，是一种相对成熟、安全、经济和科学的露天变坡破碎带控制爆破方法。
光面爆破是20世纪50年代逐步发展和成熟的一种露天变坡破碎带控制爆破技术，它主要是通过采用特殊的爆破炸药填装方案并合理的选择孔网参数和引爆次序，能使被爆破岩面按照事先预设的轮廓面爆落，能从而较好的保证了整个岩体的完整和稳定性。在实际的爆破过程中，成本较小，安全性较好。
预裂爆破一般是使用在大规模的爆破或开挖工程作业中，其具体的爆破过程是预先在设计区爆破出一条在进项整合的后续爆破。这样往往能较好的保证爆破过程中岩体的整体性和稳固性，这是一种新型的露天变坡破碎带控制爆破技术。由于预裂爆破需要的爆破前在爆破区域事先爆破出一条裂缝，从而能减少投射在保留岩体应力波的实际强度，能实现减震的效果[2]；另外，柱体爆破区想延伸向保留区的裂缝，在裂缝处被切断，从而较好的保证了保留区岩体的稳固性和完整性。
2.实际露天变坡破碎带控制爆破的地质分析
在实际的露天变坡破碎带控制爆破中。对于爆破地点的地质条件的勘探是极为重要的，它将直接影响要实际露天变坡破碎带控制爆破的效果。主要的勘探指数是爆破区岩石的硬度指数、极限抗压指数、极限抗拉指数、极限抗剪指数等等。现以楚雄小水井金矿的爆破区矿石分析为例进行分析。从整体上分析，该爆破区岩段的岩体主要是受接力的影响，顺坡节理较发育，使露天变坡破碎带控制爆破易形成岩体的整体破坏，边坡破坏种类变现为平面型、楔型以及圆弧形等等。
3.露天变坡破碎带控制爆破的应用实例分析
限于篇幅，现主要对露天变坡破碎带控制爆破中的预裂爆破做简要的护理分析，例中主要是结合楚雄小水井金矿中的预裂爆破实例做具体的介绍分析。从露天采场施工开始，该矿在实际的爆破中进行了破碎带边控制爆破的一些探索，先后进行了前后预裂、预裂孔集中装药、预裂孔水压爆破以及光面爆破等等爆破方案名单是实际的爆破效果并不理想。后经实际的地质勘探认为是由于使用的边框控制爆破的方法不当引起的，所使用的装药参数和爆破技术不适合实际的爆破需要[3]。
（1）孔网参数
第一，预裂孔，垂直孔布在境界线前6m处，使用75度的倾斜孔布置在境界线前端3m处，孔距为2.5至3.2m。与缓冲孔排距b为3.2至3.5m，孔深为15.5至16m；第二，缓冲孔：孔网参数与主炮孔排列符合递减的原则，垂直孔或75度角斜孔。孔距a为4.0至4.5m，与前面主炮孔排距bl为4.0至4.5m，孔深为16至17m。第三，主爆孔：孔网参数：孔距为7至8m，排距为5m，孔深为17.8一18.2m。炮孔布置如图1所示。
图1：炮孔布置图
（2）装药参数和装药结构
第一，预裂孔：使用不耦合装药方式，使用粗6omm、长500mm的预爆破乳化专用炸药卷，重约1kg.底部集中装6至8个药卷，后使用双股导爆破索间隔捆绑药卷在上面，然后将装药的高度控制在10至12m左右，再依据岩体的是赌王值和破碎程度、孔网参数等将每孔装药24至28kg，孔口充填2至3m。第二，缓冲孔：每孔装药100至140孔，一般情况下降炸药集中装填在底部，在岩石坚硬的地区也可使用中间间隔在离孔口处6m位置装药20至40kg，上部装填5m，实际的装药示意图如图2。第三.主爆孔，每个主爆孔装药大致为220至280kg，进行底部集中装药，两个起爆药包，填装高度大致为6至7m。
图2：实际的装药示意图
4.结语
光面爆破以及预裂爆破等开挖轮廓线的控制爆破技术的使用范围正不断扩大，其中所暴露出来的相关问题也越来越多，在实际装药量大小、装药方式、装药次序的把握还缺乏系统和专业的研究和分析。实际的露天变坡破碎带控制爆破需要一事先精密的地质环境勘探为基础，对于爆破区岩层性质指数做细致的探究是保证露天变坡破碎带控制爆破能够取得预想效果的前提。
【参考文献】
[1]齐金铎.预裂爆破的评估方法爆破[M].中国地质周刊.2009，01（23）
关键词：综采面顶板；顶板预裂爆破技术；坚硬顶板；悬臂梁；顶板强度
中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0087-03
1 6111综采工作面顶板预裂爆破概述
1.1 顶板预裂爆破原因
老顶初次来压过后，随着工作面的推进，顶板来压显现出一定周期性，称为老顶周期来压。 周期来压是在老顶初次来压之后，支架上老顶后方悬空，只有一端支撑在煤壁上，老顶相当于悬臂梁，不考虑其他因素，老顶跨距达到老顶初次来压跨距时就会垮落，由于采动影响，老顶已经出现裂隙，整体性遭到破坏，因此，在很短的跨度内就会垮落，造成来压，因为跨度小，产生的危害较初次来压小了很多，但周期来压对工作面的回采依然会产生很大影响。6111综采面在开采期间，周期压显现明显，出现了压死支架现象，对职工的人身安全产生了威胁，对回采效率也造成了一定的影响。因此采用顶板预裂爆破技术来缓和顶板冒落时形成的冲击问题（详见6111面顶板预裂爆破前后支架压力表工作阻力观测值对比）。
1.2 顶板预裂爆破在煤矿综采工作面中的应用
顶板预裂爆破是指通过爆破方式将坚硬顶板强度降低，使顶板在移架后，在后方立即冒落，顶板冒落后而形成矸石垫层的工艺技术。该工艺可以控制顶板的冒落面积，较适合来压强烈的坚硬顶板，缓和其冒落时形成的冲击问题。由于我矿煤层的赋存条件复杂，6111综采工作面顶板属于来压强烈的坚硬顶板，因此对6111综采工作面顶板预裂爆破工艺的研究和完善就更加具有现实意义。实践中顶板预裂爆破主要采取采前预裂爆破的方式，是指在工作面前方顶板打眼爆破，使顶板预先松动，并在工作面采后自行冒落的方法。
1.3 顶板预裂爆破的适用条件及参数要求
1.3.1 适用条件顶板预裂爆破需要工作面顶板满足以下要求：顶板具有较高的完整性且岩性坚硬，从切眼顶板初次垮落测算起，正常回采3m内直接顶冒落不充分或不垮落的工作面。
1.3.2 参数要求满足适应条件的工作面应根据直接顶、老顶的厚度及其岩性特征确定放顶施工的具体方案。根据煤层综合柱状图，分析6111综采面的顶板岩性，可确定6111综采面回采过程中应采取预裂爆破技术，对初次来压和周期来压期间的顶板进行有效控制，尽可能使冒落的矸石基本充满采空区，以起到支持上覆岩层的作用，在实现工作面随采随落作业目标的同时，有效缓解顶板垮落的冲击强度，降低有害气体的积存，降低瓦斯涌出事故的风险性。深孔预裂爆破施工中应保证各种材料部件（火药、电雷管、放炮线等）满足设计要求，以确保爆破的安全性及其效果，如火药采用矿用三级水胶炸药，雷管为毫秒电
雷管。
炮眼位置、间距、角度、深度及装药量等参数均应根据顶板的岩性特征合理确定，如炮眼位于回采一定距离后支架顶梁与前梁交接处，通常回采10～12m开始打眼作业，坚硬程度高的顶板其炮眼间距应小一些。
2 顶板预裂爆破工艺的施工方法
2.1 爆破前的准备工作
炮眼施工利用工作面检修设备期间进行，备齐所需材料、工具（如MQT-130锚索钻机、套钎、水泡泥、黄泥、火药等）；将工作面支架升实达到初撑力（30MPa），找掉帮顶浮石伞檐，运输机、采煤机停电，检查风动链接装置是否齐全可靠。
2.2 炮眼布置
根据6111综采面煤层综合柱状图，每隔3台支架布置一个炮眼，炮眼以两排3m与两排10m循环进行，孔径>42mm的深孔预裂，对预裂深度予以控制。由于该工作面为仰采，巷道坡度为5°～7°，所以炮眼和顶板夹角在84°左右，炮眼装药系数和炮泥封口长度则应符合《煤矿安全规程》规定。
图1 6111工作面上下顺槽顶板岩性写实图
2.3 装药方法及药量规定
装药工具采用一端头用树脂胶灌0.3m长，直径30mm索头的10m锚索索芯。10m深炮眼每孔装药3kg，封泥长度1.5m。3m深炮眼每孔装药0.9kg，封泥长度1.2m。
2.4 爆破方法
爆破采取单眼爆破的方式。放炮前，工作面、回风流及爆破可能受影响区域的所有人员必须撤离至距放炮地点100m以外的进风流中。先爆破回风侧一段，向进风侧逐个爆破，直至爆破工作结束。
3 顶板预裂爆破工艺中应注意的问题
3.1 合理安排工序
为保证爆破安全和顶板预裂爆破的效果，放炮作业应合理安排各道工序，尽可能缩短施工时间，通常应将整个放顶过程控制在2～4h之间，并须严格执行“一炮三检”与“三人连锁放炮”制度的落实，做好各种保护措施以确保操作人员的安全。
3.2 爆破效果
装药过程中应注意一定要将火药装到眼底，不能出现装药不到位的情况，以此确保爆破效果，防止出现崩坏工作面直接顶，造成掉顶事故的发生。
图2 3m放顶眼布置示意图
图3 3m放顶眼装药结构示意图
图4 10m放顶眼布置示意图
图5 10m放顶眼装药结构示意图
3.3 双雷管起爆
顶板预裂爆破过程中还可能出现雷管损伤造成瞎炮，从而影响爆破效果；为保证爆破效果可采用双雷管起爆一个孔的炸药，雷管分别放在第5个药和第10个药里。
3.4 调整风量
相关操作人员必须重视这些影响爆破效果的重要细节。此外，大量炸药一次起爆时，可能导致工作面及回风流中CO浓度提高，当有毒气体达到1～1.5分时，将严重污染井下空气，并同时导致围岩松动破坏，因此还应及时调整工作面风量，并对污染物进行有效控制。
4 结语
作为综采工作面的常用工艺技术，顶板预裂爆破效果显著、操作简单、适用范围广，不但可用于处理来压强烈的坚硬顶板，对一些稳定直接顶的初放处理也非常适用。操作人员应在全面掌握顶板岩性特征的基础上科学设置爆破方案及各项参数，以成熟、完善的技术确保井下作业的安全。
参考文献
[1] 史红宇.综采面厚层坚硬顶板强制放顶技术研究[J].山西煤炭，2010，（8）.
[2] 陈水兵.综放工作面初次强制放顶施工探索[J].中国科技信息，2010，（23）.
[3] 陈万平.综采工作面坚硬顶板深孔强制爆破放顶的应用[J].内蒙古煤炭经济，2008，（4）.
[4] 宫世文，张荪茗，孙震，郭建军.深孔预裂爆破强制放顶技术的应用[J].煤矿安全，2007，（1）.
关键词：煤矿巷道 光面爆破 预裂爆破 参数选择 技术措施
1 综述
光面爆破技术的应用是从上世纪60―70年在国内开始。该技术在煤矿巷道爆破施工中应用，取得了较好的经济效益，且对于巷道围岩的稳定性也起到重要的作用。而预裂爆破则是由光面爆破演变来的，也是光面爆破的一种，故称作预裂光面爆破。其差别在于：光面爆破的主爆破炮眼先于控制开挖轮廓面的光面炮眼起爆，而预裂爆破的主爆破炮眼在控制开挖轮廓面的预裂炮眼之后起爆。它们的应用效果，在很大程度上都取决于爆破参数的选择和爆破控制技术。在此，就这些问题进行探讨。
2 爆破相关参数的选择与确定
因为爆破参数的选择直接影响着爆破效果，也是光面、预裂爆破工程设计的重要内容。掌握原则：利用一切有利于提高光面爆破质量的因素，努力提高爆破的质量。其爆破参数设计计算有公式计算法、直接试验法、经验类比法和模型试验法等。现结合工程实践经验，提出各种爆破参数的计算公式。
1）炮眼直径（db）。它直接关系到施工的效率与成本，因此应综合考虑岩石特性、现场机械设备情况和工程具体要求进行选择。一般应依据爆破的现场和钻工机具确定。在小断面的巷道实施光面预裂爆破时，孔径宜取35～45mm。
2）炮眼间距（a）。两种爆破的实质是使炮眼之间产生贯通裂隙，以形成平整的断裂面。所以，炮眼间距对形成贯通裂隙有着非常重要的作用。其大小主要取决于炸药的性质、不耦合系数和岩石的物理力学性质。①对光面爆破有：a=2Ri+（Pi/ST）db，式中，Ri=（bPb/ST）a・rb为每个炮眼产生的裂缝长度，ST为岩石的抗拉强度，db为炮眼直径，Pi为爆生气体充满炮眼时的静压，Pb为孔壁压力，b为切向应力与径向应力比例系数，b=μ/（1-μ），μ为波松比。②对预裂爆破有：a=db[（Pb/σdt）+1]，Pb为孔壁压力，σdt是岩石动载抗拉强度。另外，瑞典兰格弗斯（Langefors）还给出如下公式：a=（8-12）db（其中db>60mm）和a=（9-14）db（其中db≤60mm）。
3）最小抵抗线（W）。①对光面爆破，最小抵抗线即光面厚度。根据经验公式有：W=Q/C・a・lb，式中C是爆破系数，相当于炸药单耗值；lb为炮孔深度；Q为单孔药量。最小抵抗线W还应根据岩石性质及地质条件加以调整。当岩石坚韧、可爆性差时，最小抵抗线可小些；岩石松软、易破碎时，W可取大些。它也可通过炮眼密集系数m来确定。光面爆破中的炮眼密集系数是指孔距a与最小抵抗线W的比值，即m=a/W。一般取m=0.8～1.0。也有人认为：m的优化值在0.8～1.13，合理取值是0.7～1.3。最终m值选取应通过现场的爆破试验确定。②对于预裂爆破，则以间距系数（孔径与孔距之比）表示炮眼的密集度。孔径在70mm以下时，间距系数在7～12之间选取；孔径大于70mm，取5～10。
4）不偶合系数（B）。它是指孔径与药径之比，反映了药包与孔壁的接触情况。药包全部填满药孔整个断面时，不耦合系数就达到最小值1。此时装药起爆后，能量可直接传入岩壁，避免了传播过程中的损耗。随着不耦合系数的增大，药孔周壁上的切向最大应力急剧下降，作用时间延长，使得爆炸能以应力波形式传播能量的部分减少，而以准静态压力形式传播能量的部分增多。岩石中就有利于形成应力叠加、应力集中及拉伸裂隙，不易产生粉碎。一般光面爆破采用的不偶合系数B为1.6～3.0。当B增大到一定值时，可使作用于孔壁的压应力等于或小于岩石的极限抗压强度，不使孔壁发生破坏的条件。由于岩石的极限抗拉强度仅为岩石极限抗压强度的1/10～1/40，所以，孔壁周围以外的岩石很容易受拉而破坏。预裂爆破中预裂孔只是要求形成预裂缝，不是大量崩落岩石，因此不宜采用太大的孔径和装药直径。根据经验，B值一般取2～4，坚硬岩石因抗压强度高，可采用较小的B值；而松软岩石则应取较大的B值。
5）每米深炮眼装药量（q）。①对光面爆破，有：q=AKmk1W，式中A是炮眼口堵塞系数，一般取1.0；K是与岩石性质有关的介质系数，软岩为0.5～0.7，中硬岩0.75～0.95，硬岩1.0～1.5，m是炮眼密集系数；k1依炮眼密度定的系数，一般为0.5，每加深1m增加0.2；W为最小抵抗线。②对预裂爆破，有：q=Kdb，式中K是岩石系数，坚硬岩石为0.6，中等强度岩石为0.4～0.5，软岩为0.3～0.4。其他同前。
以上两种计算公式形式简单、计算方便，经实践应用，证明可行。考虑到不同工程的实际情况，以此公式计算药量为参考数，结合现场试验确定，并予以适当调整，最终确定装药量最佳值。
3 保证光面和预裂爆破质量的技术措施
1）爆破裂缝的控制。光面、预裂爆破的关键是控制爆破裂缝的方向，使其只沿着某一要求的特定方向，其它方向不产生或少产生裂缝。所以，除了对爆破参数进行优化选取外，还可通过如下措施保证：①改变炮孔的性状。常用的方法是孔壁切槽、设导向孔、异形炮孔等。其实质是人为地改变炮孔的形状或孔间的相关关系，从而改变圆形炮孔的均匀受力状态，按所要求劈裂面的方向产生应力集中，避免裂缝方向的随机化。孔壁切槽包括机械切槽、聚能药柱切槽等。实践表明，机械切槽和聚能药柱切槽确实可以控制裂缝的始裂位置和扩展方向，并可能采用更宽的孔距和较少的装药量。②改变药包的性状。压铸药柱、聚能药包、带缺口药包、扁平药包等。该法的实质是改变常用的圆形药包爆炸产物均匀在作用于炮孔壁的受力状况，使其最大的压力作用于所要求的劈裂面的方向。③改变装药结构。切缝套管、挤压钢棒、水压聚能及半圆套管中以改变装药结构。实质是利用装药结构使爆生气体的最大压力作用于所要求劈裂面的方向。
2）合理利用结构面。光面和预裂爆破除应充分考虑参数优化、合理的药量外，还必须根据岩体的不同地质条件，考虑合理利用结构面或根据结构面改变爆破工艺。①利用结构弱面。根据结构面的方向，控制钻孔与结构面的夹角，调整孔间距，可获得较理想的预裂缝；预裂孔与结构面一致时，可将预裂孔沿结构面布置。如此少药便能获得理想的预裂缝。一些断层、节理对爆炸应力波的衰减影响较大，可以起到类似预裂缝的作用，爆破时可加以合理利用。②根据结构面改变爆破工艺。根据弱面的位置，对炸药进行分散化、微量化处理，同时改变装药方式，在炮孔穿过的断层、裂隙处，局部间隔装药，以减少爆破对弱面的过度破坏及爆生气体的逸散。
4 结束语
①影响爆破效果的因素多（工程地质、爆破参数选择、施工工艺等）。要获得理想的爆破效果，必须充分考虑各种影响因素，根据地质条件选择合理的参数和施工工艺。②选择合理的爆破参数是关键。不同的岩石、地质构造应认真分析，以选取合适的爆破参数。③精心施工很重要。减小炮孔定位误差和钻孔角度误差，按设计的装药结构装药，保证不耦合系数，这都有利于达到理想效果。
参考文献
[1]高金石，张奇.爆破理论和爆破优化[M].西安：西安地图出版社，1993.
[2]凌伟明.光面爆破破裂机理的研究.工程爆破（第四集）[M].北京：冶金工业出版社，1993.
[3]张志呈.爆破基础理论与设计施工技术[M].重庆：重庆大学出版社，1994.
[4]孙学军，刘宏刚.复杂环境下高梯段深孔光面爆破技术[J].工程爆破.1998，4（4）：60～65.
关键词：高边坡 ； 预裂；爆破 ； 技术
Abstract: Longma hydropower project left bank slope excavation, in the case of very complex engineering geological and hydrogeological conditions, the use of reasonable diameter rig pore, a reasonable selection of blasting parameters, so that the careful construction, the use of pre-splitting blasting to achieve aslope stability, molding, and control Overexcavation achieved good results.Keywords: high slope; presplit; blasting; technology
中图分类号：TV73 文献标识码：A
一．工程概况
龙马水电站位于云南省思茅地区墨江哈族自治县（左岸）与江城哈尼族彝族自治县（右岸）的界河把江河段上。坝址位于距离把边江右岸支流勐野江汇口处下游7.5Km、墨江县文武糖厂约3Km的旧家箐口上游侧的河段上，河流流向为N560E，至旧家箐沟口后转为N800E。枯水期河面高程约521.5m，河水面宽度一般约30m～50m,水深一般3m～4m。河谷呈“V”型，两岸山体雄厚，延绵不绝，左岸离河边较近的山峰为雷打山，顶峰高程约为1350 m，离岸边平距约1.45K m，左岸为一呈近EW延伸的山脊,地形较均一,高程900m以下平均地形坡度约440。坝址地段地形较完整，除左岸发育较大的冲沟旧家箐外，其余均为切割深度一般仅数米的小冲沟，段内地层主要为砂岩、泥岩等碎屑岩构成。
坝肩地形陡峻，基岩，仅在局部分布有较薄的坡积层，但在公路（高程560m）以下普遍分布覆盖层，厚约4m～12m。基岩岩性为石英砂岩、钙质砂岩夹少量粉砂质泥岩等，岩石较坚硬。坝址处在区域性褶皱瑶家向斜南端西翼近核部，岩层呈单斜构造，岩层产状为N15°～50°W，NE∠45°～60°，岩层走向与河流流向近垂直。断裂构造较发育，以顺层挤压为主，宽度一般
左岸高边坡开挖工程（包括进水口边坡开挖、产房后边坡EL536高程以上开挖）设计坡比有1：0.5、1：0.6、1：0.8和垂直边坡，垂直高差在200米以上，设计分多级台阶开挖，最大台阶垂直高差25m，最小台阶垂直高差9m,台阶处设有马道，马道宽3m。施工期为6个月，开挖量约为50万m3（包括进水口边坡开挖、产房后边坡536高程以上开挖）
二．预裂孔钻孔施工
根据不同的岩性和地质条件，边坡开挖采用不同的方法进行。除对岩性软弱或较为破碎的岩体使用机械开挖，人工削坡的方法施工外，一般岩石均采用在我国水电工程中广泛应用的预裂爆破方法进行。
钻孔机具
由于工期短、方量大，需要投入施工的钻孔机械设备相对较多，供选择的既有国外进口的全液压小口径钻机，也有国产矿山用大口径钻机，钻头直径有φ75mm，φ90mm，φ100mm，φ150mm和φ200mm等。根据我国现行规范和工地爆破震动试验的成果，监理工程师对直径大于φ150mm的钻孔设备的使用有严格的规定。因此，预裂爆破孔造孔机具选用了钻头直径尺寸在φ100mm以下的钻机，常用的有φ90mm和φ100mm两种。
2．钻孔深度
边坡预裂孔深度由边坡的技术参数和钻机的性能决定。设计文件允许：边坡台阶高度小于9m，各种类型的钻机均可一次性钻孔；垂直边坡台阶高度20m～25m，采用钻头φ90mm的钻机造孔，为了满足开挖偏差的要求，允许分两次钻孔开挖，两次预裂每次孔深为10m～12.5m，为了使两次开挖的坡面平顺、不留有明显台阶，需要在第一层开挖过程中根据造孔设备来选择适当的超挖参数，对于坡比为1：0.5、1：0.6、1：0.8和垂直的边坡一般控制在0.2m左右。如果使用钻头为φ100mm的钻机造孔，20m～25m的台阶可一次性钻孔。对于大于25m的垂直边坡，使用不同直径钻头的钻机造孔，均应分为2～3次钻孔。此外，对于大量变坡度的倾斜边坡，多采用钻头直径为φ90mm的钻机造孔，钻孔深度在11m～12m。
三.预裂爆破参数的选择
1．线装药密度QL的计算公式
前已述及，根据钻孔机械的情况，用于预裂爆破造孔的钻机可以选定，这样钻孔孔径也就基本上确定下来了。其次钻孔孔距可先根据试验或经验选定，然后通过逐步调整，最终确定下来，剩下就是单孔装药量和装药结构了。其中单孔装药量是通过线装药密度计算出来的，线装药密度是预裂爆破的主要参数。
我国广大水电工程技术人员和科技工作者，通过大量试验和工程实践得出了许多有使用价值的经验公式。本文根据龙马水电站左岸高边坡预裂爆破实践得出公式如下，即
QL=Kdaa1/100＋C （1）
式中QL—预裂爆破装药密度（g/m）
da—预裂孔径（cm）
a1—预裂孔距（cm）
C—与岩石强度有关的常数，在数值上等于岩石单轴抗压强度的1/2（g/m）
a、K—与地质构造、爆破方式有关的系数或常数
此公式与其它经验公式相比，具有以下特点：（1）公式右边各项不再单以乘积的方式表示，而是把对线装药密度影响最大的因素：岩石强度，作为单独的一项来考虑，不致使各种因素混在一起分不清主次，同时通过大量的计算和实际验证，C值在数值上近似等于岩石单轴抗压强度的1/2，这可使不同工程中应用该公式时，不必做大量的爆破试验去找C值，只需根据岩石的室内试验资料，初步选定C值，然后在施工中逐步修正；（2）公式右边第一项综合了钻孔参数、地质条件和爆破方式，通过计算该项的影响只占10.0%～20.0%，其中钻孔参数影响更小，使用该公式时，主要需要慎重选择K值；（3）K值是与地质条件和爆破方式有关的系数，对具有代表性的一般岩石，当预裂孔与爆破孔不同时施工而单独爆破时，K取大值；当预裂孔与爆破孔同时施工时，爆破时使用同一爆破网络，但预裂孔提前爆破，K值略小；当预裂孔与爆破孔同时施工，若是采取光面爆破，预裂在爆破网络中最后起爆，K取小值，此外若采用同一爆破方式，地质条件好，K取大值，反之取小值。
2.计算公式的应用
在龙马水电站左岸高边坡预裂爆过程中，公式（1）中常数项取值后，表示为：
QL=（12～24）d0.5a1/100＋360（2）
式中符号意义同（1）。
根据（2）式知道钻孔直径后，对于不同的孔距a1可以计算出对应的线装药密度QL，其中K值取值范围在12～24之间，取值原则按以上1中论述选择，C值取360是针对抗压强度为60～80MPa的黏土质砂岩，对其他类型的岩石其取值原则不失一般性。
四.结束语
关键词：预裂爆破；爆破参数；路堑边坡
Abstract: Based on a large amount of field presplit blasting test, study the presplitting blasting technology in the cutting slope construction application. From the scene of the actual situation, through field blasting test, the blasting scheme is optimized, good blasting results are obtained. On the rock excavation blasting construction has very important direct sense, and achieved obvious social and economic benefits.
Key words: presplitting blasting; blasting parameter; cutting slope
中图分类号：P633.2 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
自70年代初预裂爆破技术在葛洲坝水利枢纽岩石开挖中成功应用以来，预裂爆破技术已经广泛应用于路堑边坡、建筑物基坑、露天边坡和地下硐室等工程的施工中。在高速公路路堑边坡的施工中，即在主体石方开挖前，首先沿公路设计的边坡轮廓线爆出一条一定宽度的裂缝。这样不但可以减弱主爆区爆破时地震波向边坡方向的传播，并能阻碍裂缝向边坡方向发展，降低了主体爆破对周围被保护对象的振动危害和对边坡岩体及其稳定性的扰动，同时可以沿预裂面形成一个平整的轮廓面，大大提高了高速公路建设的社会、经济效益。
1 工程概况
试验区域位于东经107°50′-108°20′．北纬30°40'-30°50'。测试场地西北距村民住宅区约100m，东北距桥墩约70m，东边距村民住宅区约200m，南面距村庄很远，除西北村民住宅区和东北桥墩需要保护以外，其余没有需要保护的对象。该路段上覆2-12m厚的侏罗系洪冲积的砂质泥岩夹泥质粉砂岩，其下为层理较发育的泥、钙质胶结的砂岩，属较坚硬的砂质岩石，f=4-6。根据设计标高，石方的开挖工程量较大．约为125×lO4m3。 由于该路段地质条件和地学环境复杂，而且必须确保需要保护对象的安全，拟进行预裂爆破试验研究和爆破引起的灾害测试。
2 爆破试验方案
根据需要开挖的石方高程、边坡要求及对被保护对象的安全要求，决定采用以下爆破试验方案：
1)设计边坡实施路堑边坡预裂爆破，以减少爆破对边坡岩质损伤及稳定性的影响。
2)沿设计边坡线，采取孔间距小、装药量小的预裂孔，按设计边坡的坡面坡度一次成坡，炮孔底应处在同一高程上。
3)严格按照《爆破安全规程》设计要求控制一次爆破规模和单段最大起爆药量，以确保被保护对象的安全。
4)严格按照《爆破安全规程》作业，以确保人身安全、杜绝爆破事故的发生。
炮孔布置，在主爆区靠近预裂孔设一排缓冲孔。
主爆区炮孔间距a=1.1-1.2m 主爆区炮孔排距b=1.0-1.2m
预裂孔间距a′=0.55-0.6m：预裂孔与主爆孔排距b′=0.7-0.8m。
3 爆破试验与爆破参数设计
3.1 爆破试验数据
根据爆破方案的设计，在高速公路A段测试地点共做了13次预裂爆破试验．取得了大量的数据。
3.2 预裂爆破参数的确定
3.2.1 钻孔参数
1)孔径：由于现场钻孔机具的限制，采用YT-28型手持式风钻，炮孔直径为42mm。
2)孔深：由于受钻孔机具的限制，并且考虑到挖的进度，一般孔深取2.2m。
3)孔距：合理的钻孔间距应使相邻钻孔的炸药爆炸后产生的应力波相互影响和叠加，以保证沿炮孔中心线形成一条平整的裂缝，实际情况是施工单位钻孔设备是一定的，根据地质条件的变化随时调整钻孔间距。实践证明，影响预裂爆破效果最大是钻孔间距，一般经验a=(8-12)d(d为钻孔直径)。但是考虑到现场的地质条件较好，间距过小影响进度。根据现场试验，孔距取在0 .55-0.6m时，取得了很好的效果。
3.2.2 装药参数
1)不耦合系数：由于现场使用的药卷直径都是25mm，所以不耦合系数在1.7-2.0之间。
2)线装药密度：采用合适的线装药密度可以控制爆破能对岩体的破坏，根据炮孔内冲击应力波的作用理论，在保证孔壁岩体不被压碎的条件下，可求得最佳的装药密度。可以通过以下的经验公式确定：
=2.75[Sc]0.53r0.38
=0.36[Sc]0.63a0.67
=0.36[Sc]0.63a0.67k0.20
式中， ――线装药密度，g/m；[Sc]――爆破岩石的极限抗压强度MPa；r一预裂孔半径，mm；a――钻孔间距，cm；k――不耦合系数。
由经验公式求得=102―21Og/m，实际应用时再根据现场的地质条件具体调整选取。
3)装药结构：装药时，采用反向装药，即起爆药包位于孔底装药(常常放在眼底的第二个药包位置)，并将雷管聚能穴朝向孔口。近年来根据国内外的实践证明，反向起爆能提高炮眼利用率，减小岩石的破碎块度，增大抛渣距离，降低炸药消耗量。实践证明，岩石愈坚固，炸药爆速愈低及炮孔愈深时，反向爆破效果愈好。
4)填塞长度：炮孔填塞是爆破作业重要工序之一，填塞的目的在于使炸药爆炸的能量得到很好利用，改善岩石爆破破碎效果。填塞长度主要与炮孔孔径、最小抵抗线有关。钻孔直径大则填塞长度大，一般来说，台阶爆破的填塞长度为20～30倍孔径。填塞能降低爆炸气体能量损失，延长高压气体的作用时间，合理的填塞长度既能保证不冲炮又能保证孔口不出大块。良好的填塞质量能增加爆炸气体在孔内的作用时间和减少空气冲击波、噪声及个别飞石的危害而保证施工质量。
3.3 缓冲孔、主爆孔的设计
主爆区中靠近预裂孔的那一排炮孔叫缓冲孔，其炮孔间距是主爆区炮孔间距，但预裂孔与主爆区炮孔间的排距比主爆区炮孔排距小。缓冲孔和主爆孔起爆采用分段电雷管微差起爆技术，缓冲孔为最后一段起爆。
3.4 起爆网络和起爆方式
采用毫秒分段电雷管微差起爆技术，按设计要求和预裂爆破原理，边坡预裂孔先于主爆区炮孔起爆，采用串并联方式连接．一般分为2组或者3组，个别为4组，其中预裂孔始终单独作为1组，主爆区根据眼数和布置的情况分为2―3组，使得总电阻在发爆器允许起爆电阻的范围之内，然后并联起来．起爆方式均为发爆器将串并联的全部炮孔同时发爆。预裂孔先于主爆孔至少75ms起爆。
4 爆破试验结果及其分析
4.1 爆破效果
由于预裂孔采取孔间距小、装药量少，能够按照设计边坡的坡面一次成坡形，预裂孔爆破后留下的炮孔痕迹非常清楚，爆破效果很明显。通过对地震效应的对比测试，发现预裂爆破对降震有非常明显的作用。
4.2 爆破效果的分析
主爆破区的爆破对边坡岩体的影响主要表现在：爆破载荷对岩体的瞬态动力效应，爆破载荷对岩体的坍塌、松动破坏和爆破载荷对岩体的重复振动作用。上述爆破作用引起边坡破坏的类型有：直接邻近爆源的边坡地段的破坏(后冲破裂、顶部龟裂、坡面岩石松动)；不直接邻近，但仍靠近爆源的露天边坡的破坏(例如震下松散和风化的岩石)；爆破振动直接触发露天边坡的滑坡。在进行预裂爆破试验的地段没有导致边坡破坏而发生过滑坡，直接邻近爆源的边坡一般一次成坡，即使在比较软弱的砂质泥岩中也能得到较光滑的坡面，不直接邻近的地段偶尔会有少量风化较严重的岩石落下，但是也不会产生影响，而且在进行边坡的处理时也要对这些不稳定的松动浮岩进行处理。
预裂爆破主要是通过爆源和被保护物体间预裂裂缝来实现降震作用。采用预裂爆破时，由于预裂孔先起爆，预先形成裂缝，当震动波传到此位置时，具有背波坡面和迎波坡面的沟槽，形成坡面效应。由于背波坡面的反射作用，沟槽具有隔震效果，在沟槽的迎波坡面影响区之后，震动强度显著降低。由于背波坡面的反射作用，入射波与反射波的叠加效应使沟槽具有隔震效果。目前这一降震作用还缺乏定量计算公式，只是通过测定预裂爆破和光面爆破地震波的震速作对比分析，降震效果估算将缓冲带爆破实测数据与理论计算数据作比较，即可估算出其降震程度。
根据爆破公式算出理论震速：平均理论震速V=0.218cm/s,实测震速值取预裂爆破测点共计l3组实测数据的平均值，即V：0.145cm/s。 采用预裂爆破可降低地震效应，降低率为33％。这样的降震效果以使施工爆破用药量得以大幅度降低，无疑对提高工效、缩短工期起到了良好的效果。
5 结 论
（1)由于影响预裂爆破主要参数的因素很多，如岩石的力学性能、炸药的的爆破能量地质构造等，为取得良好预裂效果，预裂爆破参数应当通过现场试验确定，应根据在施工中地质条件的变化不断地调整爆破参数。
(2)采用预裂爆破时，边坡表面损伤很小，实测厚度小于10cm。
(3)采用预裂爆破时爆破后块度较均匀，提高了铲装运效率，而松动爆破块度均匀性较差，有个别块度较大的需要二次爆破。
(4)采用预裂爆破时，由于预裂孔先起爆，形成裂缝，当振动波传到此位置时，具有背波坡面和迎波坡面的沟槽，形成坡面效应。在沟槽的迎波坡面影响区之后，震动强度显著降低。
参考文献：
[1] 汪旭光，爆破设计与施工
【关键词】快速掘进；掘进作业线；断裂爆破；平衡支护；施工管理
0 工程概况
杨营煤矿3100扩区下山为3300采区3下煤层开采服务，开采范围为-750m～-1180m。其中3下煤层为一单斜煤层，埋藏较深，且有火成岩侵入，煤层产状稳定，煤层倾角17°左右，平均煤厚2.36m。基本顶为15.6m厚粉砂岩、细砂岩、岩浆岩，直接顶为5.72m厚中砂岩细砂岩，直接底为0.43m厚泥岩，基本底12.26m厚粉砂岩细砂岩。
该区瓦斯绝对涌出量为0.3m3/min，3下煤自燃倾向性等级为Ⅲ类，属不易自燃煤层，自然发火期为105d，无煤尘爆炸危险性。采区正常涌水量为130m3/h，最大涌水量为194m3/h，掘进期间需做好水文地质的物探工作，并对已探明的富水区实施钻探，进行有目的的疏放。
1 巷道快速掘进新技术
针对杨营煤矿3100扩区下山倾角大、地应力高的特点，以及杨营煤矿具体的生产条件，提出了岩巷快速掘进机械化作业线配置、采用高应力坚硬围岩条件下的巷道快速钻爆技术，实现岩巷、半煤岩巷的快速掘进。
1.1 岩巷快速掘进机械化作业线配置
据实地考察，杨营煤矿现有的掘进面配置与深部复杂开采条件不能很好地适应，具有钻孔速度慢、扒装能力差，且扒装机移设速度慢、循环进尺小以及提升能力不足等特点。针对现有作业线的不足，因地制宜提出了机械化作业线：扒装机+皮带运输机+矸石仓作业线，充分发挥了机械化作业线最大效能，实现了大断面岩巷安全高效掘进。
1.2 钻爆新技术
随着开采深度的不断增加，巷道凿岩成孔和爆破的难度不断增加，呈现出钻孔效率低、爆破效果差、循环进尺小的现状，原有的掘进钻爆技术已不能满足生产需求，严重影响了巷道掘进速度。为此，杨营煤矿需借鉴国内外先进的钻爆新技术：
1.2.1 新型定向断裂成形控制技术
该技术采用岩石定向断裂爆破装置，如图1所示。把圆柱形工业炸药卷装入内壁轴线方向有对称V形突起1的无毒塑料管2，药卷自身结构发生改变变为异形药包3，沿轴向被压制成聚能穴4。将该装置装入巷道岩体开挖轮廓线上的钻孔中，使聚能穴朝向炮孔连心面方向，炮孔与炮孔之间的距离为传统爆破方法的1.5～2.0倍。爆破后，聚能穴处的爆轰产物向其对称轴线的方向集中，汇聚成速度和压力很高的射流，该高速高压射流直接作用到孔壁上，使对应于聚能穴方向的炮孔孔壁上形成优势裂缝，而后爆生气体迅速涌入裂缝，促进裂缝扩展，形成沿炮孔连心面的光滑断面。
图1 定向断裂爆破装置示意图
相比于传统的爆破技术，新型定向断裂成形控制技术减少了钻孔数量和炸药消耗，巷道成型质量好，有效减轻了劳动强度，提高了作业效率。
1.2.2 多向聚能爆破技术
该技术采用如图2所示的多向聚能爆破装置，把圆柱形炸药药卷装入内壁带有5～8个V型突起1的塑料管2，塑料管长度略大于装药长度，外径小于炮孔直径。药卷因受挤压作用而变为异形药包3，在V型突起部位形成聚能穴。装置引爆后，爆炸能量沿聚能穴方向产生汇聚，形成高速聚能射流作用到炮孔周围岩石上，使孔壁上预先形成多条具有扩展优势的径向裂纹，随后爆生气体迅速涌入裂纹，进一步推动裂纹扩展。而在聚能穴方向以外的其它方向上，塑料管对爆炸产物的阻碍作用和裂纹扩展的择优特性使原生裂隙的扩展受到抑制。同时，由于爆破装置使爆炸能量发生转化，部分能量用于射流侵彻作用，大大降低了爆炸冲击波对孔壁的冲击，因而可避免或减小压碎区的形成。
图2 多向聚能爆破装置
相比于传统爆破技术，多向聚能爆破技术可大大减少炮孔数量和装药量，减少一次起爆药量，避免发生爆破危害，减轻对保留岩体的扰动，提高爆破施工效率并减轻劳动强度。
1.2.3 高效复式掏槽技术
高效复式掏槽技术主要工艺流程如下：
（1）在巷道对称轴上按设计钻取双空掏槽眼；
（2）以空孔为对称中心，钻凿较浅的一阶楔形掏槽眼；
（3）在楔形掏槽形成的空腔为自由面，均匀布置大深度的二阶筒形掏槽。
复式掏槽技术结合上述多向聚能爆破技术，可充分利用空孔空间、楔形掏槽和筒形掏槽的各自优点，更易于形成新的可靠的自由面，可明显改善目前3100扩区下山掏槽爆破效果。
1.2.4 中深孔光爆技术
在岩巷掘进中，增加炮眼深度，采用中深孔爆破技术，可以增加循环进尺，增加一次爆破岩石量，减少打眼装药等工序的辅助时间，有利于提高掘进速度和工效。
光面爆破是一种先进、科学的爆破方法，可使掘出的巷道轮廓平整光洁，便于采用锚喷支护，围岩裂隙少、稳定性高，超挖量小，是一种成本低、工效高、质量好的爆破方法。
2 巷道平衡支护技术
由于3100扩区下山埋深较大，巷道围岩软岩特性十分明显，呈现出高应力、大变形、难支护的特点，传统的锚杆支护理论对此具有一定的局限性，且常规的锚网已经不能满足巷道支护要求。
预应力-让压平衡支护技术在预应力支护与高强锚杆的基础上，通过平衡巷道变形和围岩应力来控制巷道开挖后的原岩应力与位移，达到使支护结构与巷道位移及应力在合理范围内协同变化。对3100扩区下山的支护可起到明显的改善效果。
支护参数的合理与否是决定平衡支护成功与否的关键，3100扩区回风下山采用斜矩形断面，荒宽B荒=4100mm，荒高H荒=2750mm，荒面积S荒=11.28m2；净宽B净=3800mm，净高H净 =2600mm，净面积S净 =9.9m2，采用高强预应力锚网索支护，锚杆规格为Φ20×2400mm，间排距为900×900mm，配150×150×8mm托盘，预紧力不低于40kN。在顶板锚杆之间布置锚索，规格为Φ17.8×6300mm，间排距1800×2700mm，配200×200×10mm托盘，预紧力不低于100kN，支护方案如图3所示。
图3 3100扩区回风下山支护方案
采用FLAC3D数值模拟软件对3100扩区回风下山的支护效果进行数值模拟，由数值分析可知：采用此支护方案，两帮的最大位移量为44mm，顶板下沉量达38mm，底板位移最大为11mm，能较好的控制巷道变形量，满足支护要求。
3 结论
3.1 针对上下山掘进生产特点及制约因素，结合杨营煤矿目前掘进生产装备特点，因地制宜地推广应用了机械化装运作业线，实现了大断面斜巷安全高效掘进。
3.2 根据杨营煤矿采用传统爆破方法爆破过程中存在的问题，有针对性的提出了巷道钻爆新技术，主要包括：新型定向断裂成形控制技术、多向聚能爆破技术、高效复式掏槽技术以及中深孔光爆技术。
3.3 针对3100扩区下山高应力、难支护的特点，提出了预应力-平衡支护技术，采用预应力高强锚杆、锚索进行支护，成功地控制了巷道变形，为巷道的快速掘进提供了安全保障。
关键词：露天矿山；边坡；预裂爆破
中图分类号： TD235.4 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）32-69-2
1 工程概况
酒泉夹山子白云岩矿露天开采矿山、生产规模为15万t/a。目前有两个台阶，按照开采设计，到终了状态时，将形成达30m高边坡。目前看，该矿东端帮开始出现裂缝，并逐渐发展为连续滑坡周界，并可见坍塌及滚石。经对东端帮滑坡的监测与专家论证，滑坡区域对矿山安全生产造成极大的危害。
据此，矿山对边坡区域治理进行了设计。设计主要热菔嵌远端帮境界进行调整，同时对滑坡区域进行治理。因最终边坡相对高差较大，受岩体破碎、采场爆破震动、永久固定帮在解冻消融后增加滑移变形的影响，最终境界边坡有可能发生局部，或大面积垮塌造成次生灾害。
2 爆破技术方案
2.1 目前采用的预裂爆破方案
2.1.1 采场爆破参数
矿区采用现有设备潜孔钻，钻孔直径为D=150mm。预裂爆破的孔距为主爆孔的2/3，一般为孔径的8～12倍，爆破参数如下：
a=2m a为预裂孔孔距cm；
k=3.6 k为不偶合系数；
q线=2400g/m
为了减弱爆孔对固定帮的冲击，在主爆孔和预裂孔之间加一排缓冲孔，其爆破参数值一般为主爆孔的1/2～2/3，取为a×b=2.5×3.5～3.5×5。
2.1.2 采场爆破技术措施
①为了防止缓冲孔与主爆孔爆破时破坏边帮岩体，影响边帮的预稳定性，预裂孔长度必须超前缓冲孔与主爆孔爆破时产生的松动和破裂范围5～10m。预裂孔连线时最好铺设一条主爆导爆索线，各孔的导爆索均顺连在主爆线上，最后将主爆导爆索线顺连在起爆雷管后连入爆破总线。
②为了克服孔底的夹制性，在孔底直接加入10～20kg底药。预裂孔采用连续柱状装药方法。预裂药带装药应装均匀，密度不宜太大。
③用导爆索起爆，各孔的炸药能够同时起爆，保证炸药能量能够充分均衡作用于每个孔。预裂孔与主爆孔一起爆破时超前50～150毫秒，或超前主爆孔数日单独爆破。
④为了获得较整齐的预裂壁面，必须确保钻孔的精度，孔底的钻孔在垂直预裂面方向偏差不应超过15～20cm，在沿预裂面的方向沿境界线布孔。软岩预裂带装药高度较高，硬岩预裂带装药高度较低，填塞一般在1.5～3m，根据经验填塞时预裂孔上口冲击小，而且产生的飞石少。
⑤预裂孔装药时，各药卷用导爆索串联连接。为了保证导爆索不受拉伸的影响，应将预裂药带和导爆索捆绑在绳索上缓缓放入孔内，下端要接触到底部加药（保证底药能够起爆）。
2.1.3 爆破方法
预裂爆破的预裂孔一直采用线装药方式，采用线装药方式时需要大量吊装绳索（麻绳）、需根据不耦合系数加工药卷，装药过程中需采用竹竿托住药卷防止药卷粘贴在孔壁上，加工药卷与装药过程都费时费力。
矿山采用孔底集中装药预裂爆破取得明了显著效果，在预裂爆破装药时，特别要注意孔底夹制作用的影响。为克服夹制作用，在孔底适当增加线装药密度，增加药量。在孔底0.5～1.5m范围内增加药量，增加线装药密度的3～5倍；在孔底1.5～5m范围内增加药量，增加线装药密度的2～3倍；坚硬的岩石取大值，松软的岩石取小值。
集中装药不需要加工预裂袋及竹竿省时省力，遇到水孔是装乳化炸药即可，不存在炸药失效问题，能更好地保证西部固定帮预裂爆破效果，保证预留清扫平台边坡坡面的完好。
2.2 拟采用的预裂爆破方案（半孔装药预裂爆破）
2.2.1 预裂爆破区范围
预裂爆破钻凿炮孔时，潜孔钻车沿台阶坡面垂直布置，工作面宽度由根底处理宽度（一般为2m）、沿边距（2～3m）、钻车长度（4m）、钻车距边坡的安全距离（2m）组成。因此、预裂爆破区宽度为上述之和为10m。
因为边坡处理正常台阶采用φ140mm的孔径，考虑对保留岩体的破坏范围与破坏程度。选择预裂爆破区的孔径为φ100mm，布置一排预裂孔、两排缓冲孔及最前一排根底处理孔（主爆孔），形成预裂爆破区，预裂爆破区炮孔平面布置如图2-1所示。
第一排主爆孔主要作用是对前面φ140mm大孔遗留的根底进行爆理，并为第二排辅助孔形成良好的自由面。第二排辅助孔为缓冲孔爆破提供一个与保护对象相反方向的自由面，有利于减少爆破震动对边坡的危害。
2.2.2 预裂爆破钻爆参数
2.2.2.1 主爆孔、辅助孔爆破参数
①孔径：确定预裂爆破孔径的原则是：在有条件的情况下，尽量取小值，减少炮孔的直径。依据矿山大孔径炮孔进行预裂爆破经验，现有小型潜孔钻机移动灵活、小孔径炮孔不耦合装药量小，对保护边界的爆炸破坏小，确定选取炮孔直径为100mm。
②孔深（H）与超深（h）：孔深H=12～15m；超深h、取最小抵抗线的1/3～1/2。
③底盘抵抗线：清渣爆破时，底盘抵抗线的经验公式为：
W1=（25～45）D=3m；
④孔距和排距
炮孔布置方式为三角形布孔，其抵抗线小于孔间距。
孔距（a）按下式计算：
a=mW1=4m
式中，m――炮孔密集。m取1.2。
排距（b），在给定的孔径条件下，每个孔都有一个合理的负担面积（S）。即：b==3.0m。
⑤ 单孔装药量
台阶爆破：Q=q×V=q×a×b×H=80kg
Q――炸药量（台阶爆破前排孔装药量），kg；q――单位炸药消耗量，取0.56kg/m3；V――爆破岩石体积（台阶爆破前排孔负担的岩石体积），m3；H――台阶高度。
2.2.2.2 缓冲孔
为了减小主爆孔对固定帮的冲击，在辅助孔和预裂孔之间加缓冲孔， 缓冲爆破采用多孔分散装药，实现了均匀分布能量，减弱了爆破震动源的强度。其爆破参数值一般为主爆孔的1/2～2/3（经验值），采用φ=100mm的钻孔时，缓冲孔a=2m，b=2m。
单孔装药量Q=q×V=q×a×b×H=27kg
2.2.2.3 预裂孔
合理的钻孔间距应使相钻孔炸药爆炸后产生的应力波互相影响和叠加，以保证沿炮孔中心连线拉开一条平整的裂缝。预裂爆破时预裂缝形成后的作用是：防止主爆区的破裂缝伸向保留区和减小主爆区对保留区的振动影响。
预裂爆破的预裂孔距、小于主爆孔的2/3，一般为孔径的7～12倍，排距取主爆孔的1/2，取a=1m，b=1.5m。
计算线装药密度指每米钻孔的实际装药量，对f=6～14的矿岩，￠=100mm时，预裂爆破参数如下表2-1
爆破参数应根据现场边坡的破碎程度，结构面发育情况、经试验确定。
2.2.2.4 施工过程中采取的其他技术措施
为了防止缓冲孔、辅助孔及主爆孔爆破时破坏边帮岩体，影响边帮的稳定性和损坏下一次穿孔，预裂孔的布孔界限应超出主体爆破区，宜向主体爆破区两侧各延伸L=5～10m。预裂孔连线时铺设一条主爆导爆索线，各孔的导爆索均顺连在主爆线上，最后将主爆导爆索线顺连在起爆雷管后连入爆破总线。
2.2.3 半孔装药预裂爆破技术
因孔底集中装药对孔底装药段的岩体边坡破坏是很难避免的，矿岩破碎、结构面发育时，不能形成完整的轮廓面。
为了避免沿全孔线装药时，加工药卷与装药过程都费时费力的现象，又把炸药相对分散、不像孔底集中装药爆破时，造成孔底岩体的集中破坏。半孔装药预裂爆破技术就是在炮孔下半段线装药、而上半部不装药的预裂爆破方案。这种预裂爆破是把预裂孔内的炸药集中装在孔底的下半段，孔底下半部集中线装药密度大于全孔预裂爆破线装药密度，装药量相同，爆破效果等同。为了克服孔底的夹制性，在孔底直接加入2～5kg底药，实际装二节φ70mm药卷，质量3kg。
预裂孔采用连续柱状装药方法，采用定制的直径为φ32mm，长5m的连续药卷装药，其线装药密度为1kg/m。
2.2.4 预裂爆破施工作业
预裂爆破钻孔质量的好坏取决于：钻孔机械性能、施工中控制钻孔角度和工人操作技术水平。
①钻孔。在预裂和光面爆破中，为了获得较整齐的预裂壁面，采用不耦合装药结构。必须确保钻孔的精度，孔底的钻孔在垂直预裂面方向偏差不应超过15～20cm，在沿预裂面的方向沿境界线布孔。
②装药、填塞。每个预裂药包（购买时已加工好的长药卷）沿全长捆扎一根导爆索，为了保证导爆索不受拉伸的影响，应将预裂药包和导爆索捆绑在绳索上缓缓放入孔内，每个下端要接触到底部药包（保证底药能够起爆），如没有把握可用雷管直接起爆底部药包。
取相同的孔网参数时半孔集中装药量大于等于全孔平均线装药量，施工时先把全孔总装药量，平均集中装于炮孔下半部。具体装药中用药卷直径为φ32mm的2#岩石乳化炸药、装入直径为φ100mm的炮孔中，其不耦合系数为3、满足设计要求。
软岩预裂带装药高度较高，硬岩预裂带装药高度较底，填塞一般在1.5～3m，根据经验填塞时预裂孔上口冲击小，而且产生的飞石少。
导爆索网路可用于深孔爆破预裂和光面爆破，采用导爆索起爆，各孔的炸药能够同时起爆，保证炸药能量能够充分均衡作用于每个孔。
③预裂孔爆破。当预裂孔与主爆区炮孔一次起爆时，预裂孔应在主爆孔爆破前引爆，其时间差应不小于75～110ms，或超前主爆孔数日单独爆破。具体施工中为了很好地形成预裂缝，一次爆破失败可以重新补孔爆破成缝，确保爆破形成预裂缝的质量，同时减少预裂孔爆破成缝作业过程产生的爆破震动，造成缓冲孔堵塞，建议施工时应在靠近边坡位置留10m宽的保护区，先完成预裂孔钻孔爆破，确保形成很好的预裂缝后，再进行缓冲孔后的炮孔施工爆破。
④缓冲孔爆破。缓冲孔位于预裂孔和主爆孔之间，缓冲孔的特点是孔网参数（即孔间距与排间距）略小于主爆孔，且孔底不设超深。孔中采用填塞物介质或空气间隔的分段装药形式。
3 结束语
本文结合夹山子白云岩矿矿区的地质现状，结合作者的设计施工经验，详细阐述了两种预裂爆破技术的原理和应用情况，希望对工程技术人员的边坡预裂爆破设计施工起到指导和借鉴的作用。
参 考 文 献
