软弱结构面对爆破效果影响及其控制*

和铁柱 池恩安， 赵明生

(1.贵州大学矿业学院;2.贵州非金属矿产资源综合利用重点实验室;3.贵州新联爆破工程有限公司)

“软弱结构面”一词在我国工程地质领域已被广泛地使用，但尚无一个比较确切的、严密的定义。根据相关资料，软弱结构面一般指的是岩体中在岩性上比上下或左右岩层显著软弱，而且单层厚度也比上下岩层明显较小的岩层，有些资料也把软弱结构面称作软弱夹层或软弱带［1-3］。软弱结构面在土石方工程爆破中大量存在。岩体中软弱结构面对岩石的爆破效果产生重大影响，直接关系到施工进度和经济效益，是土石方爆破中不得不考虑的一个重要问题。在爆破过程中，爆炸应力波使岩石产生裂隙，并使原始损伤裂隙进一步扩展，随后爆生气体渗入裂隙并在准静态压力作用下使这些裂隙贯通、扩大形成岩块，脱离母岩［4］。软弱结构面塑性程度高，强度低，容易产生变形和破坏，不利于应力波的传播，使爆炸作用发生变化，从而影响爆破效果。在以往的有关软弱结构面的研究中，大多提及其对爆破产生的影响，但涉及实际的解决措施不够。现以贵州某土石方爆破工程的实际例子说明软弱结构面对爆破产生的影响以及采取的相关控制技术措施。

1 工程概况

贵州某土石方场坪工程地质条件复杂，岩体主要以凝灰岩、角砾凝灰岩、泥质灰岩、糜棱岩以及黏土等构成。岩体内软弱结构面很发育，岩石风化严重，岩体强度较低，普氏系数为4～6。且结构面孔隙较大，含水率较高。在最初施工阶段，由于对复杂的地质条件认识、分析不够充分，按照一般土石方爆破进行作业，结果爆破效果很不理想，主要表现在:①产生大范围冲炮;②大块率极高;③爆破台阶不平整，爆堆表面没能形成松散鼓包，里面残余大量根底。因此，必须进行二次破碎，甚至重复放炮，从而严重影响施工进度和经济效益。现场软弱结构面及其爆破效果见图1。

2 软弱结构面对爆破效果影响分析

2.1 软弱结构面对爆破块度的影响

爆破碎块大小首先取决于原生裂隙面，其次为爆破作用形成的新鲜破裂面，原生裂隙越多，块度愈大。由于软弱结构面的广泛存在，爆炸应力波的传递受到很大影响，入射波能量需要克服软弱结构面两侧岩体相对滑移所消耗的能量。爆炸应力波以及爆生气体的准静态压力不能充分作用到岩石上，炸药能量利用率较低，作用在单位岩体体积上的能量就小。爆生气体更是从结构面和软弱带冲出来，非常不利于裂隙的扩展、贯通，因此大块率高，爆破效果差。通常，有软弱结构面的土石方台阶爆破中，经常产生大块的区域主要集中在台阶的表层、不规则的临空面、台阶中部及根底部位，见图2。

图1 软弱结构面及其对爆破效果的影响

图2 大块产生的主要区域

2.2 软弱结构面对冲炮的影响分析

当软弱面与地表或溶洞贯通，爆源与软弱面的距离小于最小抵抗线的时候，爆炸的能量率先从软弱结构面的裂隙、断层等最薄弱的地方冲开，炸药爆炸的部分能量将以“冲炮”或其他形式向临空面或溶洞泄出，爆炸威力下降，爆破效果明显降低［5］。冲炮的产生不但造成大量的大块和根底，导致1次爆破不彻底，而且还会导致大量飞石，非常不利于安全，因此必须加以控制。冲炮产生的大量飞石见图3。

图3 冲炮产生大量飞石

2.3 软弱结构面对爆破漏斗的影响分析

应力波通过软弱结构面时，引起应力波反射以及软弱结构面内的介质产生压缩变形，对爆破能量起到了一定程度的隔离或吸收作用。爆炸能量不能充分被岩石吸收和利用，再加上向裂隙释放了大量能量，那么有效作用在岩体上的能量就不足以使岩石充分破碎，不足以使岩体向上拱抬而脱离母岩，也无法抵消底部阻抗力。因此，不能形成良好的爆破漏斗，主要表现为表面没能形成松散的鼓包，里面残留大量根底。这就导致不能形成平整的作业平台，不利于挖运施工，也不利于下一台阶的爆破作业。

3 采取的控制措施

3.1 调整爆破参数

由于软弱面对岩体的切割，使得爆破能量大量被吸收和泄露，爆破作用有限，单孔的爆破有效作用范围相对缩小，相应的爆破漏斗的有效半径缩小。所以适当缩小孔排距、间距，使炸药相对集中，这就避免了两孔之间爆破不彻底的情况。但是，仅仅缩小孔排距、孔间距，则提高了炸药单耗，不但增加了成本，还会导致更严重的冲炮，造成安全事故。因此，从安全以及经济角度来讲，并不合适大范围提高单耗。为使炸药充分被利用，发挥更好的爆破效果，还应采取分散单孔药量，采用较小的孔径进行爆破，使炸药作用更均匀。通过调整，爆破参数前后对比见表1。

表1 爆破参数调整前后对比

通过对比可以发现，调整为直径90 mm炮孔之后，单耗稍微增加了0.02 kg/m3，这是为了补充无效消耗的爆破能量。由于单孔装药量减少，并且炸药较之前分布相对均匀，所以增加的单耗并不足以导致更严重的冲炮。

3.2 增加孔底装药密度

为避免爆破后台阶底部残留大量根底，可采用增加孔底装药密度的方式增加底部单耗。对于90 mm直径的炮孔，通常采用70 mm直径的2号岩石乳化炸药进行填装，那么炸药和孔壁有20 mm的空隙。因此，在炮孔底部经行填装时，可以采取划开炸药包装袋的方式，使药包从孔口落到孔底的时候能够散开并捣实，使底部填装更充实。此外，还要确保钻孔孔底在同一个水平面上，钻孔要平行且孔间、排距保持一致。

3.3 选择适合的爆破位置

爆破位置对爆破效果也有很大影响。孔位打在软弱带上或者软弱结构面附近，就可能导致爆破应力波以最不利的入射角入射到这样的结构面，结构面将会吸收近一半的入射波能量用于产生相对滑移［6］。爆破能量被吸收、消耗，容易导致大块的产生。所以应选择岩石较硬、较密的地方打孔，避开软岩以及软弱结构面，避免应力波以不利于波传播的入射角在软弱结构面传播，避免能量被吸收、泄露，提高炸药能量的利用率，从而取得良好的爆破效果。

3.4 采用浅孔爆破辅助

对于软弱结构面很发育的地带，山体表面大多为凸凹不平的孤石、泥夹石等不均匀性、非连续性非常明显的岩石。中深孔爆破孔间距大、抵抗线大，单孔药量相对集中，那么炸药作用在岩石上的能量就不均匀，容易产生大块。采用浅孔爆破可以使炸药能量作用更均匀，爆破块度也更小，从而降低大块率，便于施工作业。中深孔爆破与浅孔爆破对比见表2。

表2 中深孔爆破与浅孔爆破对比

从表2中可以看出，对于地质条件较差的岩体，浅孔爆破较中深孔爆破适合。因此，软弱结构面很发育、泥夹石、表面凸凹不平的地方可以采用浅孔爆破辅助中深孔爆破的方式。

通过以上方式的调控，取得了良好的效果，表明此类方法具有一定的可行性。但要根据情况，选择合适的方案。

4 结论

土石方爆破施工中首先要查明工程地质情况，根据岩体构造情况合理选择爆破方案、设计炮孔位置和爆破参数，再根据爆破效果，逐步调整到最佳爆破参数。对于软弱结构面，要适当缩小孔排、间距，提高底部单耗，采用浅孔辅助爆破等技术措施，从而取得良好的爆破效果和经济效益。

［1］ 孙广忠.岩体力学基础［M］.北京:科学出版社，1983.

［2］ 高文龙，姜耀东，湛 川.软弱结构面表面形态与充填度的力学特性研究［J］.工程地质学报，2010，18(1):127-131.

［3］ 陈建平，高文学.爆破工程地质学［M］.北京:科学出版社，2005.

［4］ 于亚伦.工程爆破理论与技术［M］.北京:冶金工业出版社，2004.

［5］ 顾毅成.爆破工程施工与安全［M］.北京:冶金工业出版社，2004.

［6］ 李夕兵.论岩体软弱结构面对应力波传播的影响［J］.爆炸与冲击，1993.13(4):334-342.