1. 光面爆破、预裂爆破
为解决爆破对保留岩体的破损、增加爆破后岩体的稳定性,20 世纪50 年代初,瑞典学者发明了光面爆破,后来加拿大、美国及其他国家也引起了重视,由此又创新出预裂爆破。1960年前后我国开始研究和重点试验这项技术,70 年代末确定为全国重点推广项目之一。
光面爆破和预裂爆破的爆破作用机理基本相同,目的在于保护围岩不受到破坏,爆破后获得平整的岩面;二者不同在于预裂爆破是在主炮孔爆破开挖前施行预先爆破,使岩体沿着开挖部分和不需要开挖的保留部分的分界线炸开一道缝隙,用以保护保留岩体不再被爆破损伤和形成平整壁面,隔离和降低主爆破孔爆破产生的后冲地震。
光面爆破:一般是在开挖至边坡线或轮廓线时,预留一层厚度为炮孔间距1.2 倍左右的岩层(又叫光面层),然后对此保护层进行密集钻孔,装入低威力的小药卷炸药,以求得光滑平整的坡面和轮廓面。
光面爆破、预裂爆破比普通爆破超挖量大幅度降低,眼痕率大幅度提高,显现出较好的经济效益和社会效益。
2. 光面爆破、预裂爆破的缺陷或不足
(1)根据国内外20 世纪和21 世纪初在公路、矿山少数行业使用的效果,光面、预裂爆破仍然存在超挖量、保留岩体和围岩松动的现象,根据不完全统计,光面爆破平巷(隧道)掘进超挖量及保留岩体和围岩的松动范围见表0-3。
表0-3 国内外光面、预裂爆破超挖量及保留岩体松动范围[5]
续表
(2)作者认为以上光面爆破、预裂爆破存在的问题已经初步解决,但还不够完善,主要是:
① 采用光面爆破、预裂爆破的爆破方法,在炮孔之间形成有利的贯穿裂纹的同时,也会在炮孔其他方向形成随机分布裂纹,松弛深度为药包直径的15~20 倍,底部垂直破坏深度为6~10 倍药包直径。这是该方法本身无法避免的缺点。使用这些方法,井巷掘进超挖量一般都在10~20 cm,造成投资增加,降低岩石强度,不利于保留围岩的长期稳定,造成生产隐患。
② 影响爆破质量。有三个方面:岩体性质、爆破参数、钻孔质量。岩体性质是客观存在无法改变的,根据岩石性质,通过试验可以解决爆破参数,而且瑞典人兰格弗尔斯[6]早就提出炮孔间距与炮孔直径成正比的关系:(www.xing528.com)
当炮孔直径d≤60 mm 时,则
兰格弗尔斯还提出了预裂爆破和光面爆破的主要参数,如表0-4[6]所示。
表0-4 预裂爆破和光面爆破主要参数
注:将炸药卷绑扎在导爆索上。
如上所述,影响预裂爆破和光面爆破的首要问题是钻孔的质量问题。
3. 光面、预裂爆破在水电行业的发展、创新和完善
水利水电行业是国民经济建设的最重要行业之一。水利水电工程是千年大计,一向非常重视施工技术与管理。爆破技术又是水利水电工程最主要的工艺技术,而轮廓线上的爆破又是重中之重。多少年来,水利水电战线的大专院校、科研院所和施工单位,对施工特别重视。1993 年,西安机械学院姚尧教授从理论层面提出了光面、预裂钻孔精度的计算和控制方法以及样架钻孔的方法。李俊先生等在21 世纪初提出光面、预裂爆破钻孔位置的确定方法。2009年,张正宇教授、卢文波教授将轮廓线上的爆破总结为“精细爆破施工与管理”,其内涵为“定量化的爆破设计和精心的爆破施工”。他们指出精细爆破的核心是定量设计、精心施工、实时监控、科学管理。其中,精心施工和科学管理在精细爆破中有着至关重要的作用,精心的施工和有效的管理是实现精细爆破的基础。”
所以三峡工程、小湾水电站、锦屏一级水电站、溪洛渡水电站、龙滩水电站和向家坝水电站等大型水电站,与特大型水电站在坝基、高边坡、拱肩槽和地下厂房以及锚梁等开挖中采用了光面、预裂爆破,使轮廓面开挖质量优异[7]。其关键技术如图0-8。
图0-8 关键技术框架图(摘自《水利水电工程精细爆破的理论与技术体系》[7])
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