光面爆破在矿山巷道掘进爆破施工中的应用

薛江波

(山西省第三地质工程勘察院)



光面爆破在矿山巷道掘进爆破施工中的应用

薛江波

(山西省第三地质工程勘察院)

摘要在矿山巷道掘进爆破施工中，相对于普通钻爆法，采用光面爆破法在确保爆破质量、爆破安全的同时，可取得较好的经济效益。以某沉积变质型铁矿山为例，详细分析了巷道掘进光面爆破设计方案、施工工艺流程以及在实际施工中需要注意的问题，供类似矿山参考。

关键词光面爆破巷道掘进爆破设计施工工艺

在矿山巷道掘进爆破施工中，相较于普通钻爆法，光面爆破虽然打孔数目多、打孔工序费时长，但爆破效果较好。表现在：①爆破后巷道断面岩面平整、成型好、超挖量少，有利于支护工序的进行，支护成本低；②围岩受爆破振动小，保持了围岩的完整性与稳定性，从而增加了围岩的自身承载力；③周边眼采用间隔装药结构，减少了周边眼装药量；④爆破后活矸危石大大减少，减少了排矸工作量，有利于巷道顶板管理；⑤爆破后大块率低，爆堆集中，有利于提高装岩效率[1-5]。为此，本研究以某铁矿为例，对巷道掘进光面爆破设计方案以及施工工艺流程进行详细探讨。

1矿区概况

某沉积变质型铁矿山矿体赋存于五台群柏枝岩组岩层中，NE走向，倾向305°～330°，倾角25°～40°，平均倾角34°。矿区构造简单，目前尚未发现对铁矿开采影响较大的构造。矿区爆破条件较好，矿体和围岩均较稳固，岩石坚固性系数为8～10。平硐和主要巷道断面规格4m×4m，采用三心拱形式。

2光面爆破方案设计

2.1爆破参数

巷道掘进爆破仅有1个自由面，炮孔深度受到限制，一般为1.5～3m，此外，炮孔深度还受所用凿岩机械的影响。使用普通的气腿式凿岩机，随着钻孔深度的增加，钻眼速度降低，炮孔方向掌控难度增大，卡钎杆概率增大，拔钎操作难度较大，炮孔深度一般为2～3m。该矿凿岩设备使用YT-28气腿式凿岩机，据现场试验，炮孔深度2.5m，炮孔直径42mm，使用2#岩石硝铵炸药或乳化炸药，药卷外径35mm，不耦合系数为1.2。

(1)最小抵抗线。计算公式为

(1)

式中，W为最小抵抗线，mm；d为炮孔直径，mm。

经式(1)计算，W为420～840mm，根据工程实际情况，将W调整为600mm。

周边孔的密集系数k值过大时，爆破后可能在光爆孔间留下岩埂，造成欠挖；k值过小，壁面可能形成凹坑，出现超挖。鉴于该矿矿体和围岩均较稳固，故k取1，即周边眼孔距取600mm。

经计算炮孔数目为41个，实际施工中，根据具体情况进行了调整，共布孔45个，其中掏槽眼布设7个，辅助眼布设18个，周边眼布设20个。

(2)爆破装药量。计算公式为

(3)

式中，Q为一个循环爆破装药量，kg；q为炸药单耗，kg/m3；S为巷道断面面积，m2；L为炮孔深度，m；η为炮孔利用率，%。

式(2)中，q取1.2kg/m3，S取13.67m2，η取90%，则Q为36.9kg，实际施工中装药量确定为36.4kg，其中掏槽眼3.6kg，辅助眼22.8kg，周边眼10kg。掏槽眼和辅助眼采用连续装药结构，每个炮孔装1 200g炸药(200g/卷)，炮泥堵塞长度1.3m。辅助眼采用间隔装药结构，每个炮孔装500g炸药，炮泥堵塞长度0.3m。

2.2眼孔布置

掏槽眼的掏槽方式有直眼掏槽和斜眼掏槽2类。由于直眼掏槽方式适用性强，施工简单，爆破效率高，故本研究选择该掏槽方式。掏槽眼按桶形(角柱形)布置于工作面中间偏下、距底板1.5m处，布置7个，其中3个装药，4个空孔。掏槽眼较其他炮孔深0.2m，即掏槽眼孔深2.7m。辅助眼与周边眼布眼均匀，辅助眼孔距700mm，周边孔孔底偏出轮廓线50～100mm。炮孔布置见图1。

图1　炮孔位置示意(单位：mm)

2.3爆破网络

采用导爆管爆破网络，一次起爆全断面。起爆顺序为首先起爆掏槽眼，然后起爆辅助眼，最后起爆周边眼。用簇连法捆联导爆管。雷管选用非电毫秒延期导爆管雷管，毫秒延期段数为3～15段。

3施工工艺流程

(1)测量、布孔。打眼前，由测量人员按照爆破设计方案，利用全站仪将巷道中线、腰线、掏槽孔、周边孔准确地用红漆标出，并由专人检查记录。

(2)钻孔。钻孔人员须按照布设孔位开孔，严格控制周边孔间距。钻孔作业要求做到准、平、直、齐。钻孔时，在巷道中心钻出1个中心眼，插入1根长钎杆，作为其他炮孔的定向标志，确保钻出的周边眼平直。采用预量钎杆并作标记的方法确保炮孔眼底落于同一平面上。

(3)装药、连线、起爆。装药前须做好检查工作，包括检查炮孔位置、角度、深度，清除炮孔内碎渣和积水。严格按照设计药量、装药结构和雷管段别进行装药，并用炮泥堵塞捣实。起爆网络连线时应仔细，连线后须认真检查，杜绝漏联现象出现。检查无误并确保所有人员撤离至警戒区外后，由爆破员在指定地点实施爆破。

4讨论

(1)钻孔。钻孔质量是保证爆破效果的关键，在实际施工中难度较大，因此尽可能选派技术水平高、经验丰富且责任心强的技术人员进行钻孔，特别是掏槽眼和周边眼，应落实岗位责任制，做好检查工作。

(2)炮泥堵塞。高质量的炮孔堵塞可充分发挥炸药的爆炸能量，改善岩石破碎效果。巷道掘进爆破中大量的炮孔都为水平炮孔，堵塞操作难度较大。堵塞炮孔需提前准备堵塞材料，势必增加工作量。地下工作环境差，不堵炮孔可缩短在恶劣环境下的工作时间。即便如此，为提高炸药能量利用率，降低炸药单耗，应采取措施保证炮孔堵塞质量，以便取得较好的爆破效果。

(3)起爆网络。该矿以往使用秒延期雷管，分2次爆破全断面，第1次爆破掏槽孔，第2次爆破辅助孔和周边孔，该起爆方式，操作简单，但分2次爆破，增加了爆破和通风时间，降低了工作效率。本研究采用毫秒微差爆破，一次爆破全断面，尽管起爆网络较复杂，但可降低炸药单耗、降低爆破地震效应、缩短爆破和通风时间，提高了巷道掘进施工速度。爆破参数经不断的调整，加之在施工过程中严格把控各工序质量，爆破效果有了显著提高，炮孔利用率由以往的80%提高至90%，在保证施工安全的同时取得了较好的经济效益。

参考文献

[1]王玉杰.爆破工程[M].武汉:武汉理工大学出版社，2009.

[2]汪旭光.爆破设计与施工[M].北京:冶金工业出版社，2013.

[3]刘景山.罗山金矿拱形光面控柱技术及其效果机理[J].现代矿业，2016(3)：206-208.

[4]王昌龙，韦性平，马成俊.光面爆破在陕西某铜矿巷道掘进中的应用[J].现代矿业，2016(2):26-28.

[5]刘殿中.工程爆破实用手册[M].北京:冶金工业出版社，1999.

(收稿日期2016-04-15)

薛江波(1982—)，男，工程师，硕士，035502 山西省五台县豆村镇东桂村。