某金属矿巷道掘进光面爆破施工技术研究

韩孟微，尹晓玉，罗世云，李建功

我国金属矿山岩石多为坚硬的围岩，稳定性高。在实际采矿过程中，往往选择掘进爆破的方法。巷道掘进开挖爆破具有断面小、自由面少、夹制力强的特点。为了改善施工状况，需要解决的是改进爆破技术，提高爆破效果。因此使用光面爆破技术可以很好的解决以上问题。

光面爆破可分为全断面爆破和预留光面爆破。一般情况下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩断面采用全断面法，巷道断面较大时，常采用预留光滑层法。其中，全断面光面爆破是利用光面爆破技术对巷道进行全断面开挖的施工方法。与传统的爆破方式相比，最大的优点是可以有效控制周围的爆破损伤。光面爆破广泛应用于隧道、地铁等对周边轮廓要求较高的爆破施工中，效果更为明显，可形成符合设计要求的规则、平滑的轮廓。同时，围岩扰动范围小，有效减少应力集中引起的坍塌现象，利于围岩的稳定，从而保证建筑物的安全。大大降低了建设成本。本文结合沪某金属矿巷道掘进爆破工程，详细论述了该工程光面爆破开挖技术施工工艺流程及操作要点，证明了该技术应用于实际工程具有良好的经济和社会效益。

1 工程概况

某金属矿285 中段岩石及顶底板围岩主要为大理岩，岩石普氏硬度系数f=8 ～10，岩石完整性好，为中度稳定岩层。为加快巷道施工进度，矿山引进阿特拉斯凿岩机进行凿岩施工。 最大钻孔深度为3.4m，钻孔直径为42mm。 巷道断面形状为三芯拱的三分之一，尺寸为4.0m×3.8m，断面面积为12.03m2。

2 光面爆破理论

光面爆破采取微震动控制爆破技术。为控制超挖，周边采用光面爆破方法。光面爆破要求周边眼爆破既能将岩石爆落下来，又能形成规整的轮廓，尽可能保留半孔痕迹，减小爆破对围岩的扰动，减少超挖量。装药集中度（q）、最小抵抗线（W）直接影响周边岩石的爆落效果；“规整轮廓”主要与炮眼间距（E）、炮眼密集系数（m=E/W）和最小抵抗线有关（W）；半孔率主要与不耦合系数（D=d 炮眼/d 炸药）有关。因此，影响光面爆破效果的主要参数应是：炮眼间距（E）、炮眼密集系数（m）、装药集中度（q）、最小抵抗线（W）、不耦合系数（D）。而它们之间又是相互联系的，只有这些参数整体上处在某一正确的范围内，才能达到理想的光爆效果。

3 工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

巷道掘进施工采用钻爆法开挖时，应采用光面爆破或预裂爆破。拱部宜采用光面爆破，墙部宜采用预裂爆破，底板应预留光爆层进行光面爆破。爆破前应根据地质条件、断面尺寸、开挖方法、循环进尺、钻眼机具和爆破材料等进行钻爆设计，施工中应根据爆破效果及时调整爆破参数，以达到最佳爆破效果。

钻爆设计的内容包括炮眼（掏槽眼、辅助眼、周边眼）的布置、深度、斜率和数目；爆破器材、装药量和装药结构；起爆方法和爆破顺序；钻眼机具和钻眼要求等。

设计采用起爆网络为孔内微差起爆网络：把不同区域炮眼中伸出的非电毫秒雷管导爆管脚线（10 ～20 根）用1 段雷管连接起来后，把外部网络雷管的脚线用引爆雷管连接起来。各段毫秒雷管脚线集束于掌子面中央悬挂，用电雷管起爆，瓦斯段采用磁电管起爆。孔内微差低段雷管跳段使用，使各相邻段间隔时间大于40ms。周边眼采用大段别雷管引爆，最后起爆，保证光爆效果。

起爆顺序：掏槽眼、扩孔眼、内圈眼、底板眼、周边眼，扩孔眼一层一层地往外进行起爆，最后周边眼爆破达到光爆效果。

3.2 钻爆设计

3.2.1 全断面法开挖钻爆设计

全断面法采用光面爆破开挖，严格控制装药量及按照光面爆破设计施工，减少炮轰波对围岩的扰动，达到爱护围岩的目的。

周边眼采用φ25mm 小直径药卷不耦合装药方式，其余炮眼采用连续装药，富水地段采用乳化防水炸药，掏槽眼采用复式楔形掏槽。爆破材料采用1 ～15 段非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周边眼采用低爆速、低密度、高爆力、传爆性好的小直径2号岩石硝铵炸药（φ25mm 直径），富水地段采用乳化炸药，炮泥堵塞，导爆管复式网路联接，各部一次起爆。光面爆破受多种因素影响，包括围岩强度、整体性、节理、层理等地质因素，爆破参数进行现场设计动态调整。同一类围岩经试爆取得的技术参数，做为初步依据，每一循环爆破作业都要根据上一循环爆破效果，以及本循环围岩特征进行适当调整，选择一组最佳技术参数。上一循环是下一循环的预设计和试爆破。

施工顺序：测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线→起爆。

钻爆作业整个钻孔过程，可分为准备、定位、开口、拔杆、移位五步。

（1）准备

开工前准备工作做到“四查”，即：查风枪的运转；查风水管路连接部位是否牢固；查钻头钻杆等配件是否备全；查易耗材料、器材是否有充分的备用量。

（2）定位

在掌子面画出各炮孔位置及中线和高程十字线，确定钻孔范围，并明确钻孔先后次序。

（3）开口

风枪开口时缓慢推进，并特别注意钻杆方向与断面中线的夹角是否符合设计外插角。

（4）拔杆

在整体性好的石质可中速较慢拔出；如遇破碎岩石卡钎时，应慢慢来回推进，使之拔出；如拔杆困难，再靠近该钻位重新钻眼，使之拔出。

（5）移位钻孔

钻好一个炮孔进行下一炮孔钻进时，要做到“准、顺、平、齐”。

准：按周边孔参数要求，孔位要选准；

顺：侧墙孔孔口要顺开挖轮廓线布置，使孔底均位于开挖允许的超欠范围内；

平：各炮眼相互平行（孔口和孔底距相等）；

齐：孔底要落在同一平面上，爆出的断面要整齐，便于下一循环作业。

按各断面炮孔爆破设计装药量装药联线，塑料导爆管起爆网络连接采用复式联接网路。炮孔孔口采用炮泥堵塞。

围岩光面爆破通过不断的进尺，不断调整、优化。根据以往施工经验，周边眼间距宜控制在60 ～65cm、底板眼间距宜控制在65 ～70cm 之间、抵抗线控制在75cm 左右；上台阶内圈眼间距为70 ～90cm，每环间距控制在75 ～100cm 之间根据，中、下台阶内圈眼间距可根据出碴能力灵活控制，一般为110 ～130cm之间，每层之间为70 ～110cm。

钻爆设计及周边眼装药结构示意图如图1、图2。

图1 断面炮孔布置图

图2 周边眼装药结构示意图

Ⅱ级围岩全断面爆破开挖设计参数及综合爆破参数分别如表1、表2。

表1 Ⅱ级围岩全断面爆破开挖设计参数表

表2 综合爆破参数表

3.2.2 台阶法开挖钻爆设计

采用台阶法开挖时，爆破器材选用乳胶炸药、塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。上台阶周边眼采用Φ25mm 小直径药卷，光面爆破，其它炮眼采用Φ32mm 药卷；下台阶周边眼采用Φ25mm（长200mm，200g／卷）药卷，预裂爆破，其它炮眼采用Φ32mm 药卷。Ⅲ、Ⅳ级围岩台阶法施工典型断面爆破设计、装药结构如图3、图4。

图3 台阶法施工典型爆破设计示意图

图4 周边眼装药结构示意图

爆破药量分配见表3 所示，主要经济技术指标见表4 和表5所示。

表3 围岩正台阶开挖光面、预裂爆破装药参数表

表4 台阶光面爆破主要经济技术指标

表5 台阶预裂爆破主要经济技术指标

掏槽是掘进爆破的关键环节，掏槽效果的好坏直接关系到炮孔利用率和对围岩的扰动。根据本段地质情况，采用复式楔形掏槽。

炮眼深度：掏槽眼眼深2.6m，其它炮眼深2.5m。起爆方式为孔内微差起爆。

周边眼采用Φ25mm 小直径药卷间隔装药，其它炮眼采用Φ32mm 药卷连续装药。

4 操作要点

4.1 定位钻眼

人工钻眼开始前，测量人员用红油漆准确绘出开挖面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不超过5cm。

钻孔时，钻杆与断面轴线保持平行。按炮眼布置图正确钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼高，开眼误差要控制在3cm 和5cm 以内。

人工钻眼，利用自制凿岩台架、YT—28 风动凿岩机施工，钻工首先熟悉炮眼布置图，熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，有专人指挥，以确保周边眼有准确的外插角。同时，根据眼口位置及掌子面岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证炮眼底在同一平面上。

钻眼作业应符合下列要求：

（1）炮眼的深度和斜率应符合钻爆设计。掏槽眼眼口间距误差不大于3cm、眼底间距误差不得大于5cm；辅助眼眼口排距、行距误差均不得大于5cm；周边眼眼口位置误差不得大于3cm，眼底不得超出开挖断面轮廓线3 ～5cm/m（深眼取大值，浅眼取小值）。

（2）当采用凿岩机钻眼时，掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm；眼底不得超出开挖断面轮廓线15cm。

（3）当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，使周边眼和辅助眼眼底在同一垂直面上。

（4）钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查并做好记录，对不符合要求的炮眼应重钻，经检查合格后方可装药。

（5）采用凿岩机凿孔，当凿孔高度超过2.0m，都应配备与开挖断面相适应的作业台架进行凿孔；钻孔作业应定人定岗，尤其是左右侧周边眼钻工不宜变动。

4.2 装药起爆

装药前，用由木制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。

装药方式除周边眼采用间隔装药外其余采用正向连续装药。

装药前，首先认真检查毫秒雷管的外观质量与批次，外观质量不合格的雷管严禁使用，同排炮所使用的雷管必须是同一批次的。

装药分片分组并按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管“对号入座”。炮眼以炮泥堵塞，堵塞长度不小于40cm。所有炮眼的剩余部分采用水炮泥和黏土炮泥封堵，必须填满，以减少爆破中的明火出现。

安全注意事项：起爆器必须有专人看管，严禁乱丢乱放；起爆器的看管人员携带起爆器在掌子面人员未全部撤离之前，不准离开掌子面；母线的敷设距离高压线的距离不小于5 米；在连接起爆网络之前，雷管的脚线与母线必须短路；爆破现场应有专人统一指挥；起爆地点必须在洞外右侧10 米处，不准起爆人员面向洞口。

4.3 盲炮的处理

当遇到盲炮后，及时查明盲炮的原因。

发现盲炮或怀疑有盲炮，应立即报告并及时处理。若不能及时处理，应在附近设明显标志，并采取相应的安全措施。

难处理的盲炮，应请示爆破工作领导人，派有经验的爆破员处理。

处理盲炮时，无关人员不准在场，应在危险区边界外设警戒，危险区内禁止进行其他作业。

禁止拉出或掏出起爆药包。

盲炮处理后，应仔细检查爆堆，将残余的爆破器材收集起来，未判明爆堆有无残留的爆破器材前，应采取预防措施。

经检查确认炮孔的起爆线路完好时，可重新起爆。

处理浅眼盲炮时，可用木制、竹制或其它不发生火星的材料制成的工具，轻轻将炮眼内大部分填塞物掏出，用聚能药包诱爆。

处理深孔盲炮时，可取出部分填塞物，向孔内灌水，使之失效，然后进行下一步处理。

盲炮处理应在当班处理，不移交下一班组。

4.4 超欠挖控制

爆破后的围岩面保证圆顺平整无欠挖，巷道允许超挖值见表6。

表6 巷道允许超挖值（cm）

3、最大超挖值是指最大超挖处至设计开挖轮廓切线的垂直距离。

4、表列数值不包括测量贯通误差、施工误差。如采用预留支撑沉落量时，不应再计超挖值。

5、测量方法采用巷道断面仪或全站仪配反光片进行。

6、超过本表所列数值的部分按局部坍塌或塌落处理。

巷道超欠挖的测定采用直接尺量的方法，用二次衬砌轮廓钢架做基准，当防水板铺设专用台车移动时，用直尺量取需测定点至轮廓刚架的最小距离，并考虑喷射混凝土的厚度，以确定超欠挖值。

采用风钻打眼，炮眼深度在3m 以内时，两茬炮衔接处的台阶不得大于15cm；采用台车打眼，接茬处的台阶高度应按机型而定，但不得大于25cm。

巷道开挖不得欠挖，当围岩完整、石质坚硬时，允许岩石个别突出部分侵入衬砌（每1m2不大于0.1m2、高度不大于5cm）。拱脚和墙脚以上1m 范围内严禁欠挖。

5 结论

光面爆破技术在国内已经进行了研究，并在多个工程中得到应用，可以有效解决爆破开挖问题，节省人力物力。 本文采取的光面爆破开挖技术，详细介绍了该技术的施工过程和施工过程中的重要操作点 施工过程安全可靠，现场施工速度快，现场施工环境好。 施工环境得到有效保护，为今后类似项目提供参考。