小断面巷道掘进爆破参数优化研究*

张素平，郑 位，陈 剑，刘 鹏，李 鹏

（云南锡业股份有限公司大屯锡矿，云南 个旧 661021）

随着我国经济的高速发展对矿产资源的需求也不断增加，对巷道掘进的速度要求也越来越高，掏槽作为优先起爆，可以形成一个槽腔，为后续的起爆提供自由面和膨胀空间[1]。掏槽方式一般分为直眼掏槽和斜眼掏槽、准直眼掏槽三种，直眼掏槽主要有螺旋掏槽、菱形掏槽、角柱掏槽等。直眼掏槽具有操作简单、适用于各类岩层等优点；斜眼掏槽主要有楔形掏槽、扇形掏槽、锥形掏槽等，斜眼掏槽具有掏槽效率高、使用炮孔少、节省药量等优点[2]；准直眼掏槽其掏槽眼与工作面一般为75°～85°，利用掌子面提供的自由面，使得爆破效果增强，与直眼掏槽相比减小了炮孔的数量，与斜眼掏槽相比对于工作面的宽度要求较小[3]。

为了提高巷道掘进的炮孔利用率，我国学者对掏槽方式进行了诸多研究。刘优平[4]等通过理论分析与试验得到掏槽爆破中空孔具有应力集中效应，适当的增加空孔孔径有利于提高爆破循环进尺。单仁亮，黄宝龙[5]等提出准直眼掏槽，并在巷道掘进试验中取得良好的爆破效果。梁瑞[6]等对准直眼掏槽爆破进行了数值模拟分析，得出其适用在岩石硬度较大、炮孔深度较深的掏槽爆破。欧明鑫[7]等对小空孔九孔直孔掏槽、三对孔水平楔形掏槽、大空孔单螺旋掏槽等三种常见的掏槽形式进行数值模拟分析，得出大空孔单螺旋掏槽与三对孔水平楔形掏槽相较于小空孔九孔直孔掏槽，其岩石破碎和成腔效果较好。穆兵兵[8]通过理论分析、数值模拟和模型试验三者相结合的方法，研究得出菱形掏槽的掏槽效果优于方形掏槽，且通过模拟当装药孔与空孔距离为24 cm时，爆破效果最好，并通过模型试验进行验证。

1 小断面巷道掘进爆破现状以及存在问题

1.1 爆破现状

云南省某锡矿小断面是指巷道断面为（1 800×1 800）mm的巷道，巷道掘进凿岩采用YT-29A气腿式凿岩机，钎长1 800 mm，钻孔深度在（1.5～1.6） m之间，炮孔直径d1=35 mm，掏槽方案采用桶形掏槽，掏槽空孔炮孔直径d2=35 mm，装药孔与掏槽空孔的孔距为50 mm；炸药采用2#岩石乳化炸药，药卷直径φ=32 mm，长度L=320 mm，质量m=0.3 kg/卷，雷管采用塑料导爆管雷管。当爆破对象为普通坚硬大理岩（f=6左右），掏槽采用1个装药孔、4个空孔，单循环使用炸药18 kg，平均进尺为1.3 m，炮孔利用率80%左右，平均炸药单耗为4.27 kg/m3；当爆破对象为坚硬大理岩（f=8左右），掏槽采用1个装药孔、5个空孔，单循环使用炸药21 kg，平均进尺为1.3 m，炮孔利用率80%左右，平均炸药单耗为5.0 kg/m3。

1.2 存在问题

掏槽方式采用桶形掏槽，中间装药孔与周边空孔的孔距离为50 mm，钻孔时装药孔与空孔极易打穿或者打偏，这将严重影响槽腔的形成，50 mm的炮孔间距对施工队伍的钻孔水平提出了较高的要求，也就意味着爆破效果更容易受到钻孔质量的影响；掏槽孔、辅助孔与周边孔炮孔深度均为1.6 m，掏槽孔没有超深，忽视了炮孔超深深度和炮孔利用率之间的关系，造成钻孔功效与炸药等爆破器材的浪费；炮孔填塞不够严格、到位，影响了爆炸气体在孔内的作用时间，进而影响到岩石的破碎与抛掷；炮孔利用率较低，炸药单耗高。

2 现场掏槽试验

针对云南省某锡矿小断面巷道掘进暴露出的问题，基于矿山现有凿岩设备、巷道断面尺寸以及矿岩特性，对准直眼掏槽、三角柱直眼掏槽、四角柱直眼掏槽、大直径空孔直眼掏槽进行现场爆破试验，并对掏槽效果进行对比分析。

2.1 准直眼掏槽试验

在借鉴前人研究成果的基础上，设计了7种准直眼掏槽方案，由于篇幅所限，本文以一种方案为例，炮孔布置方案见图1、图2，现场布孔效果以及爆破效果见图3、图4，爆破参数见表1。

图1 准直眼掏槽正视图Fig.1 Front view of quasi-parallel cutting mm

图2 准直眼掏槽俯视图Fig.2 Bird's eye view of quasi-parallel cutting mm

图3 炮孔现场布置图Fig.3 Site layout plan of blast holes

图4 现场爆破效果图Fig.4 On site blasting effect drawing

表1 准直眼掏槽爆破参数表Tab.1 Blasting parameters of quasi-parallel cutting

掏槽试验结果分析：掏槽试验共计使用2#岩石乳化炸药7.2 kg；起爆孔使用秒延期导爆管雷管8发；炮孔深度为1.6 m，4、5、6号孔留有0.4 m的残孔，7、8号孔留有0.5 m的残孔，掏槽试验失败。其余6次准直眼掏槽试验也全部遭到了失败。

2.2 三角柱直眼掏槽试验

根据现场实际情况，设计了三角柱直眼掏槽方案，炮孔布置方案见图5、图6，现场布孔效果以及爆破效果见图图7、图8，爆破参数见表2。

表2 三角柱直眼掏槽爆破参数表Tab.2 Blasting parameters of triangular prism parallel cutting

图5 三角柱直眼掏槽正视图Fig.5 Front view of triangular prism parallel cutting mm

图6 三角柱直眼掏槽俯视图Fig.6 Bird's eye view of triangular prism parallel cutting mm

图7 炮孔现场布置图Fig.7 Site layout plan of blast holes

图8 现场爆破效果图Fig.8 On site blasting effect drawing

掏槽试验结果分析：试验共计使用2#岩石乳化炸药8.25 kg；起爆孔使用秒延期导爆管雷管7发；掏槽孔深度为1.8 m，掏槽进尺1.5 m左右，炮孔利用率83.3%。

2.3 四角柱直眼掏槽试验

根据现场实际情况，设计了四角柱直眼掏槽方案，炮孔布置方案见图9、图10，现场布孔效果以及爆破效果见图11、图12，爆破参数见表3。

表3 四角柱直眼掏槽爆破参数表Tab.3 Blasting parameters of four-corner columns parallel cutting

图9 四角柱直眼掏槽正视图Fig.9 Front view of four-corner columns parallel cutting mm

图10 四角柱直眼掏槽俯视图Fig.10 Bird's eye view of four-corner columns parallel cutting mm

图11 炮孔现场布置图Fig.11 Site layout plan of blast holes

图12 现场爆破效果图Fig.12 On-site blasting effect drawing

掏槽试验结果分析：此次掏槽试验共计使用2#岩石乳化炸药9.6 kg；起爆孔使用秒延期导爆管雷管8发；炮孔深度为1.8 m，爆后7号孔出现盲炮，其余炮孔均有0.6 m残孔，掏槽失败。

2.4 大直径空孔直眼掏槽

根据现场实际情况，设计了大直径空孔直眼掏槽试验方案，大直径空孔直径d=70 mm，装药孔与空孔的距离为100 mm，炮孔布置方案见图13、图14，现场扩孔以及扩孔效果见图15、图16，具体爆破参数见表4。

表4 大直径空孔直眼掏槽爆破参数表Tab.4 Blasting parameters of large diameter empty holes parallel cutting

图13 大直径空孔直眼掏槽正视图Fig.13 Front view of large diameter empty holes parallel cutting mm

图14 大直径空孔直眼掏槽俯视图Fig.14 Bird's eye view of large diameter empty holes parallel cutting mm

图15 现场扩孔图Fig.15 On-site reaming chart

图16 扩孔效果图Fig.16 Reaming effect chart

掏槽试验结果分析：此次巷道掘进试验共计使用2#岩石乳化炸药9.6 kg；起爆孔使用秒延期导爆管雷管9发；掏槽孔深度为1.6 m，掏槽进尺1.5 m左右，炮孔利用率93.7%。

通过综合对比准直眼掏槽、三菱柱直眼掏槽、四角柱直眼掏槽以及大直径空孔直眼掏槽的爆破效果发现，大直径空孔直眼掏槽的炮孔利用最高，掏槽效果最好。因此，选用大直径空孔直眼掏槽作为小断面巷道掘进的标准掏槽方式。

3 全断面巷道掘进试验

将大直径空孔直眼掏槽用于全断面巷道掘进试验，炮孔布置方案见图17，普通大理岩单循环用药16.8 kg，坚硬大理岩单循环用药18.0 kg，现场布孔效果以及爆破效果见图18、图19，爆破参数见表5。

表5 全断面爆破参数表（普通大理岩f=6～8）Tab.5 Blasting parameters of full section (general marble f=6～8)

图17 炮孔布置方案Fig.17 Blast hole arrangement scheme

图18 现场炮孔布置图Fig.18 On-site blast holes arrangement diagram

图19 现场爆破效果图（无残孔）Fig.19 On-site blasting effect drawing (no residual hole)

爆破效果总结：利用大直径空孔直眼掏槽进行全断面巷道掘进爆破试验10次，普通大理岩平均进尺由原来的1.3 m提高到1.45 m，炮孔利用率由原来的81%提高到96%，炸药单耗由原来的4.27 kg/m3减少到3.57 kg/m3，同比降低16.4%；坚硬大理岩平均进尺由原来的1.3 m提高到1.4 m，炮孔利用率由原来的81%提高到93%，炸药单耗由原来的5.0 kg/m3减少到3.83 kg/m3，同比降低23%。

4 结语

1）通过将准直眼掏槽、三角柱直眼掏槽、四角柱直眼掏槽、大直径空孔直眼掏槽的爆破效果进行对比，发现大直径空孔直眼掏槽适用于云南省某锡矿小断面巷道掘进爆破，掏槽关键参数如下：炮孔直径d1=35 mm，掏槽空孔直径d2=70 mm，大直径空孔布置2个，空眼眼壁至装药眼眼壁的最小距离a<105 mm，空眼中心至装药眼中心的间距=（100～150） mm；

2）在保证钻眼精度的情况下，与原巷道掘进爆破方案相比，炮孔利用率可由原来的80%提高到95%左右，平均炸药单耗同比可降低16.4%左右。