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预裂爆破

爆破技术

预裂爆破是指，进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝。以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓。

行为介绍
炸药在炮孔内爆炸时，会产生强大的冲击波和高压气体并猛烈冲击炮孔壁四周的岩体，使得周围的岩体破碎和开裂。当在有限的轮廓范围内进行开挖爆破时，如露天矿、建筑物基坑、路堑及沟槽的开挖、隧道及地下建筑物的掘进等，一方面要求爆破开挖的边界尽量与设计的轮廓线相符合，不要出现超挖和欠挖；同时也要求开挖边界上的岩体能尽量保持完整和稳定。预裂（光面）爆破，就是为达到上述目的而采用的一种爆破技术。
控制边界开挖轮廓的爆破作业，可以在设计开挖断面内的岩体爆破之前进行，也可以在它之后进行。前一种情况，就是预先沿开挖边界的设计轮廓线布置较密集的炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之前起爆，从而在爆区与保留区之间形成一条一定宽度的预裂缝，以减弱主爆区爆破时对保留岩体的破坏并形成平整的轮廓面，这种爆破技术称为预裂爆破。后一种情况则是在设计断面内的岩体爆破崩落以后，才爆破轮廓炮孔，通常称为光面爆破。尽管两者的目的相同，但爆破条件不完全相同：预裂爆破时，药包在受夹制的状态下爆炸，只有一个自由面，而光面爆破则有两个自由面。
预裂爆破是在20世纪50年代才开始发展起来的一种控制爆破技术。由于预裂爆破所形成的预裂缝将开挖区与保留区岩体分开，使得开挖区爆破时的应力波在裂缝面上产生反射和折射，造成应力波强度大为减弱，因此，采用预裂爆破既能控制保留区岩体产生破坏的影响范围，又能够有效保护其完整和稳定。目前预裂爆破在国内外已得到广泛的推广和应用。
技术要求
1、预裂缝要贯通且在地表有一定开裂宽度。对于中等坚硬岩石，缝宽不宜小于1.0cm；坚硬岩石缝宽应达到0.5cm左右；但在松软岩石上缝宽达到1.0cm以上时，减振作用并未显著提高，应多做些现场试验，以利总结经验。
2、预裂面开挖后的不平整度不宜大于15cm。预裂面不平整度通常是指预裂孔所形成之预裂面的凹凸程度，它是衡量钻孔和爆破参数合理性的重要指标，可依此验证、调整设计数据。
3、预裂面上的炮孔痕迹保留率应不低于80%，且炮孔附近岩石不出现严重的爆破裂隙。
技术措施
1、炮孔直径一般为50～200mm，对深孔宜采用较大的孔径。
2、炮孔间距宜为孔径的8~12倍，坚硬岩石取小值。
3、不耦合系数（炮孔直径d与药卷直径d0的比值）建议取2~4，坚硬岩石取小值。
4、线装药密度一般取250~400g/m3。
5、药包结构形式，较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上。分散药卷的相邻间距不宜大于50cm和不大于药卷的殉爆距离。考虑到孔底的夹制作用较大，底部药包应加强，约为线装药密度的2~5倍。
6、装药时距孔口1m左右的深度内不要装药，可用粗砂填塞，不必捣实。填塞段过短，容易形成漏斗，过长则不能出现裂缝。
爆破特点
预裂爆破的特点主要体现在以下几个方面：
(1)预裂炮孔布置在开挖边线上，其孔间距、抵抗线相对于主炮孔要小得多。
(2)预裂孔先于主爆孔起爆，其设计控制参数有孔径、孔间距、线装药密度、堵塞长度等。
(3)底部装药要加强，孔口可以不堵塞，不堵塞长度为孔深的1/4，装药长度为孔深的3/4。
(4)预裂面与最近一排主炮孔之间的距离一般为主炮孔排间距的一半。
(5)预裂爆破设计以经验法和工程类比法为主，可与理论计算法相结合，做出符合实际的最佳设计。
(6)预裂孔同时起爆效果较好，但当同时起爆的预裂孔过多时，为防止产生过大的爆破振动，可采用分段微差起爆。
根据预裂爆破的特点，合理的预裂爆破设计应达到以最小的成本实现边坡的安全和稳定。一般来说，影响边坡稳定的因素包括工程地质条件、边坡设计和使用特性、边坡开挖方法等。
评价标准
预裂爆破效果的评价标准为：
(1)裂缝必须贯通，壁面上不应残留未爆落岩体。
(2)相邻孔间壁面的不平整度小于±15cm。
(3)为使壁面达到平整，钻孔角度偏差应小于1 °。
(4)壁面应残留有炮孔孔壁痕迹，且应不小于原炮孔壁的1/3~1/2。
(5)残留的半孔率，对于节理裂隙不发育的岩体应达到85%以上；对于节理裂隙较发育的岩体，应达到50%~85%；对节理裂隙极发育的岩体，应达到10%~50%。
为了保护预裂面的完整性，在它前面设置1~2排缓冲孔（一排居多）。缓冲孔的抵抗线较主炮孔小、，间距和装药量也应适当减小。
发展趋势
目前，国内外大型露天矿山均采用大直径深孑L爆破法，综合国内外大孔径预裂控制爆破技术的现状，该技术有下列发展趋势：
(1)采用超深预裂孔；
(2)采用新的装药结构；
(3)针对不同边坡地质条件，选取适宜的预裂爆破参数。
预裂爆破的作用是在预裂炮孔的连线方向上形成一条连续的预裂面，同时避免孔壁径向裂纹在边坡岩体中的过度延伸。由于边坡坡面的稳定取决于预裂面的质量，因此，必须最大限度地减少爆破对边坡岩体的破坏。这一要求也意味着预裂爆破在限制岩体破坏的同时，还必须保证在预裂孔之间形成一个连续预裂面。
在预裂爆破设计方面，国内外专家学者曾提出过多种设计模型和一些简化的计算公式。但这些模型和公式，尚未对炸药爆炸作用过程的复杂性和动态特性进行充分考虑。
一般情况下，炮孔内的炸药爆炸后在岩体内所产生的冲击压力会大大超过孔壁周围岩石的动态抗压和抗拉强度。因此，为避免孔壁周围岩石的极度破碎和邻近区域内径向裂隙的过度延伸，必须降低炸药爆炸后作用于孔壁上的冲击压力。
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