摘要：在巷道掘进的过程中，护壁爆破与光面爆破的爆破效果相比较眼痕率比高一倍，超挖量减少20％—30％，巷道壁上的破裂减少，且眼痕壁无宏观裂纹。
关键词：巷道掘进 光面爆破 眼痕率 超挖量
1、引言
由于煤矿的特殊性，在煤矿中爆破时要考虑很多因素。主进风巷道是矿井通风系统中最关键最重要的部分，为了减少通风阻力，增加通风效果，我们必须实行护壁光面爆破。与传统的光面爆破相比，护壁光面爆破有许多优点，（1）爆破面光滑，能有效地减少超挖量，保证了开挖的轮廓边线，改变轮廓边的应力结构状态，使爆破轮廓边界更加稳定。（2）减少地震效应，降低炸药消耗量，节省工程总成本等。（3）对不稳定岩体，软质体的掘进工程，特别是煤矿，使用护壁爆破施工工艺，取消临时支护延长喷锚时间能取得事半功倍的效果。
2、护壁爆破原理
护壁爆破也是岩石定向断裂控制爆破方法的一种，时定向断裂控制爆破的新发展。护壁爆破的实质是在需要保留孔壁岩体的一侧柱状炸药包一侧的外包装上，安装具有一定密度和强度的单侧半圆塑料管，与炸药卷捆扎在一起，网孔内装药时将半圆塑料管靠近需要保护炮孔壁的一侧，利用半边塑料管药包外壳控制爆炸应力场的分布与爆生气体对介质准静态作用和尖劈作用，从而使孔壁的周围产生不同的爆破效应。在无外壳一侧，药包爆炸时高能量密度的气流不存在任何阻挡直接冲击岩壁，因此造成爆炸气流能量的大量汇集，使得这个区域内炮孔岩壁的岩体首先受到最大压力值，从而使得无外壳药包一侧的压力差进一步增大，使得无护壁材料的岩石与邻近岩石之间发生局部塑性滑移，进而形成初始导向裂缝。由于护壁材料的惯性，经过一段时间滞后爆炸产物膨胀充满炮孔空间，对整个炮孔壁施加准静压力。护壁材料的存在，一方面使得无护壁材料的炮孔壁岩石所受爆炸荷载增加，另一方面，在炮孔壁其他方向上即防壁材料方向上，岩石将仅受到较小的且作用时间滞后的爆炸准静压力。因而对围岩破坏较小，形成光滑的轮廓。因此通过合理的装药结构实现两炮孔间连线方向的岩石中产生拉伸裂纹。实现在有护壁材料一侧不产生剪切裂纹，这将是保护围岩，充分降低井巷周边孔爆破围岩不损伤的有效方法。如下图（图中：1—孔壁，2—药包，3—护壁管）。
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2.1 护壁爆破数值模拟分析
单层光面护壁爆破数值模拟（护壁套管位于炮孔左侧）
20.996us 25.978us
37.995us
以上为不同时刻的等效应力分布图
2.2 护壁爆破实例
护壁爆破动态应变测试及分析
光面护壁爆破有机玻璃实验模型 b）切缝护壁爆破有机玻璃实验模型
a）图中2，3号应变片距离炮孔中心的距离都为4mm；1，4号应变片距离炮孔中心的距离为6mm；b）图中应变片距离炮孔中心的距离为5mm
a）光面护壁爆破形成裂纹 b）切缝护壁爆破形成的裂纹
以上为有机玻璃模型裂纹发展情况。
3、爆破参数的确定
在煤矿，护壁爆破技术参数的选择与岩石和地质条件，炸药性能，掘进断面的尺寸等因素有关。周边孔的爆破一般采用小直径炮孔，要求在爆落岩体的同时，形成光滑平正的边界，装药量较小。施工中，首先要求炮孔利用率高，开挖轮廓及尺寸准确，对围岩的震动及破坏小。主要爆破参数有：周边孔间距、最小抵抗线、周边孔密集系数、周边孔装药量、不耦合系数和起爆时差等。
3.1 周边孔间距（a）的确定
周边孔间距与开挖断面大小，岩石性质，孔径等参数有关。周边孔间距过大，难以爆出平正的光面轮廓：间距过小会增加凿岩费用。在其他条件一定的情况下，适当减少周边孔间距可以降低超挖量。一般来说，周边孔间距和最小抵抗线应比辅助孔的小。在煤矿，我国的经验公式为a=（8—12）D。
3.2 最小抵抗线（w）的确定
最小抵抗线w是指周边孔起爆时的侧向最小抵抗线，或光爆孔到邻近辅助孔间的距离，即光面层厚度。W与岩石的性质，地质构造，断面大小等因素有关。周边的w一般不大于孔间距a。
3.3 周边孔密集系数m=a/w
M值时随周边孔间距和光面层厚度的大小而变化的。M值选择过大时，爆破后可能在光爆孔间留下岩埂。造成欠挖，达不到光面爆破效果；m值过小，则会在新壁面造成凹挖，可能出现超挖。
3.4 周边孔装药结构和装药量
周边孔装药用轴向空气间隔装药。正常分为空口堵塞段、正常装药段及孔底加强段三部分，堵塞段的长度一般可取炮孔深度的1/4—1／3。以保证爆破时气体不致过早的逸出。线装药密度计算：
⊿=q/l
式中：⊿为线装药密度，单位为g/m或kg/m；q为炮孔装药量，单位为g或kg；L为孔长，单位为m。
周边孔单孔装药量计算：
Q=qawl
式中：Q为周边孔装药量；a为周边孔间距；w为周边孔抵抗线；l为周边孔深度；q为炸药单耗，kg/m3一般取0.25——0.3 kg/m3。
3.5 不耦合系数的选择
根据经验和理论不耦合系数取1.5-3.5之间。
4、结论：本文通过理论和实验分析，证明了护壁光面爆破技术比光面爆破在煤矿进风巷道掘进更有效，岩石坚固性系数越大，护壁管层越薄，爆破效果越好，坚固性系数越小，护壁管层越厚，岩石爆破效果越好。
论文作者:贾新林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第9期
论文发表时间:2018/8/30
标签：光面论文; 间距论文; 岩石论文; 药量论文; 巷道论文; 裂纹论文; 系数论文; 《建筑学研究前沿》2018年第9期论文;