光面爆破在陕西某铜矿巷道掘进中的应用

王昌龙　韦性平　马成俊

(西北有色地质勘查局711总队)



光面爆破在陕西某铜矿巷道掘进中的应用

王昌龙韦性平马成俊

(西北有色地质勘查局711总队)

摘要为了解决在极破碎岩石中巷道掘进爆破对围岩的震动造成片帮冒顶现象以及作业劳动强度和掘进成本较大等突出问题，巷道掘进设计采用光面爆破，直眼桶形掏槽，孔外分段孔内微差起爆方式。通过优化爆破参数及试验，爆破半孔率达到90%，无超挖欠挖现象，延长了开挖后岩石暴露时间。试验表明，采用光面爆破掘进巷道，减少了围岩的损伤和支护作业时间，降低劳动强度和巷道掘进成本，保证了施工安全。

关键词光面爆破掏槽方式起爆网络半孔率

陕西某铜矿生产能力为9万t/a，属与火山沉积岩有关的构造热液型铜矿床，区内地层、构造以及侵入岩特征均显示为以铜厂为中心的复杂的古火山构造区。矿体和围岩属变质整体片状类岩石，稳固性较差，施工困难，支护难度大。自建矿以来，一直未能实现大规模开采，特别近年开采至900 m标高以下矿体，矿岩越到深部越破碎，岩石物理性质较差，片理裂隙发育，矿岩极不稳固，普通法巷道掘进施工频繁出现片帮冒顶现象，采用全巷钢支架+喷浆支护，导致掘进成本增加，掘进速度缓慢，工期严重滞后，施工安全得不到有力保障，因此，有必要对爆破方法进行研究。

1爆破方法优选

该铜矿采用斜井+平硐联合开拓方式。前期由于近地表矿岩稳固，开拓巷道基本采用普通爆破法掘进，安全状况良好。但随着开采深度的增加，矿岩破碎程度和矿山地压成倍递增，加之施工现场普遍存在少打眼、乱打眼、多装药、乱放炮的现象，造成巷道爆破后爆堆不集中，帮壁超挖量较大，巷道成型较差，对围岩的松动破坏严重，不仅制约着成巷速度，还增加了出渣量和支护材料消耗，大大降低了巷道的稳定性和安全性。对此，公司技术部讨论决定采用光面爆破技术，优化掘进爆破参数，最大程度减少爆破造成的片帮冒顶，降低施工劳动强度和生产成本[1]。

2光面爆破设计

2.1炮孔直径

矿山使用YT28气腿式凿岩机，气腿型号为FT160BC/BD。炮孔直径为38～42 mm，取40 mm。

2.2炮孔深度

决定岩巷掘进循环深度的因素很多，包括工作面的地质情况、施工装备、劳动组织、工人的操作技术水平及管理水平等。结合矿山生产实际，根据爆破进尺要求及钎杆长度(3 m)，炮孔利用率达到90%以上，炮孔深度计算公式为

(1)

式中，d为炮孔直径，40 mm。

计算得出炮孔深度L=1.6～2.8 m，取2.6 m。

2.3掏槽眼参数

巷道掘进的岩性主要为片理化细碧岩和局部滑镁岩，岩石坚固性系数f=6～8，片理裂隙比较发育，破碎程度高，因此，选择垂直桶形掏槽[2]。

掏槽眼直径取40 mm，炮孔深度为

(2)

式中,Lt为掏槽孔深度，m；L为设计炮孔孔深，2.6 m；h为掏槽眼超钻深度，10～30 cm，取0.2 m。

计算得出掏槽眼炮孔深度Lt=2.8 m。

炮孔间距a1=0.15 m;单孔装药Q1为

(3)

式中,Q1为单孔装药量，kg；α为平均装药系数，0.5～0.7，取0.7；Lt为掏槽眼深度，2.8 m；G为单个药卷质量，2#岩石乳化炸药每卷重0.15 kg；h1为单个药卷长度,0.2 m。

计算得出Q1=1.47 kg。

2.4辅助眼参数

炮孔直径取40 mm;炮孔深度L=2.6 m;炮孔间距a2=0.4～0.8 m，取0.5 m;炮孔排距为

(4)

计算得出b2=0.4～0.45 m,取0.4 m。

单孔装药Q2为

(5)

式中,Q2为辅助眼单孔装药量，kg；α为平均装药系数，0.5～0.7，取0.65；L为炮孔深度,2.6 m；G为单个药卷质量，2#岩石乳化炸药每卷重0.15 kg；h1为单个药卷长度，0.2 m。

计算得出Q2=1.27 kg。

2.5顶眼与帮眼参数

炮孔直径取40 mm;炮孔深度L=2.6 m;炮孔间距a3=0.4～0.8 m，取0.54 m;边眼与辅助眼的距离w1根据炮孔密度系数a3/w1≤0.8，取w1=0.6 m;单孔装药Q3为

(6)

计算得出Q3=0.59～0.88 kg，取0.59 kg。

2.6底板眼参数

炮孔直径取40 mm；炮孔深度为

(7)

式中，L为设计炮孔深度，2.6 m；h为底板眼超钻深度，取0.2 m。

计算得出Ld=2.8 m。

炮孔间距a4=0.4～0.6 m，取0.6 m;底眼距离w2根据炮孔密度系数a4/w2≤0.8，取w2=0.75 m;单孔装药Q4为

(8)

式中,Q4为底眼单孔装药量，kg；α为平均装药系数，0.5～0.7，取α=0.6；Ld为底眼深度，2.8 m；G为单个药卷质量，2#岩石乳化炸药每卷重0.15 kg；h1为单个药卷长度，0.2 m。

计算得出Q4=1.26 kg。

2.7炮孔布置

炮孔数目根据经验公式

(9)

式中，N为设计炮孔个数，个；q为单位炸药消耗量，根据围岩性质，经查表取2.15 kg/m3；s为巷道掘进断面面积，5.66 m2；γ为线装药密度，0.55 kg/m；η为炮孔利用系数，0.80～0.95，取0.80。

计算得出N=28个。

根据岩石爆破性[3]，掏槽孔间距为0.15 m，辅助孔间距为0.5 m，周边孔间距为0.54～0.75 m，周边孔口距巷道轮廓线为0.2 m。巷道断面炮孔布置见图1。先布1#掏槽孔和空眼，再布设9#～23#周边孔和2#～8#辅助孔，共布孔29个。炮眼参数见表1。

图1　巷道断面炮孔布置(单位：mm)

编号炮眼名称炮眼个数/个炮眼深度/m装药量卷/眼小计/卷倾角/(°)爆破顺序1#掏槽眼32.81133直眼Ⅰ2#～8#辅助眼72.6963直眼Ⅱ9#、10#底眼22.81122直眼Ⅲ11#～13#、21#～23#帮眼62.6848直眼Ⅳ14#～20#顶眼72.6535直眼Ⅴ

2.8装药结构及堵塞

掏槽孔、辅助孔采用连续不耦合装药结构，孔底起爆。起爆药包雷管聚能穴朝向炮孔方向。周边光爆孔采用不耦合间隔装药，孔底反向起爆。堵塞材料选用黄泥或炮纸。炮孔装药结构见图2。

图2　炮孔装药结构(单位：m)

2.9起爆网络

采用φ32 mm×200 mm2#岩石乳化炸药，毫秒延期非电导爆管起爆网路，孔内延期。掏槽孔一段起爆(MS1)，辅助孔选用2个段位起爆(MS2、MS3)，底孔选用1个段位起爆(MS4)，帮孔选用2个段位起爆(MS5、MS6)，周边光爆孔同段起爆(MS7)，孔外采用导爆管一段起爆。起爆网路采用簇连方式，导爆管按相同区域分片束把(根据安全要求，每把导爆管雷管以不超过20发为宜)，雷管聚能穴方向朝向导爆管传爆方向，起爆器激发起爆。起爆网络见图3。

图3　起爆网络(单位：ms)

3爆破效果

本次爆破效果理想，残痕率达到90%，岩壁面的爆生裂隙很少，光爆层壁面不平整度不超过±20 cm，对围岩破坏较小，提高了巷道的稳固性，加快了巷道的掘进速度。光面爆破主要技术指标见表2。

表2　光面爆破主要技术指标

4结语

通过采用光面控制爆破技术，使得巷道掘进爆破后整体轮廓平整，减小围岩扰动，大大提高了巷道的稳定性，及时解决了巷道片帮、底鼓，钢支护变形严重等问题，减轻工人的劳动强度，加快了施工进度，减少掘进和支护成本，效果理想。为达到更好的爆破效果，建议采用小直径药卷，干燥竹子节间隔装药。爆破施工中针对不同岩性,可根据情况对药量作出合理调整。

参考文献

[1]解世俊.金属矿床地下开采[M].北京:冶金工业出版社，1986.

[2]周昌达.井巷工程[M].北京:冶金工业出版社，1994.

[3]张继春.工程控制爆破[M].成都:西南交通大学出版社，2001.

(收稿日期2015-12-10)

王昌龙(1981—)，男，副总工程师，工程师，723000 陕西省汉中市东一环路160号。