光面爆破技术应用对提高岩巷掘进成形效率的影响研究

＊康文言

（广丰矿业有限公司水井坑煤矿 福建 366100）

在我国矿山区域中，基本上都是非常坚硬的岩石组成，稳定系数非常高。在开发利用过程中，往往会使用巷道掘进爆破方式，但是巷道掘进爆破呈现出断面非常小、自由面不足、夹制力强等特点[1]。为改变现有开采方式的弊端，应当对爆破技术进行调整优化，才能更好地提升爆破效率和效果，从而增强巷道掘进成形效率。光面爆破技术和以往使用的爆破技术相比，可以很好地解决当前存在的问题[2]。这种技术可以划分为全断面爆破和预留光面爆破。在具体使用中，基本上针对围岩都会使用全断面爆破，如果巷道存在很大断面，会使用到预留光面爆破。其中，前者是使用光面爆破技术对巷道实施全断面开挖的施工方法。与以往使用的爆破方式比较，其最大优势是能够对爆破所产生的损伤进行合理控制[3]。一般情况下，光面爆破技术主要是在隧道、地铁等对周围轮廓要求很高的施工项目中使用，所产生的施工效果非常显著，能够形成符合施工设计方案的轮廓。并且，围岩扰动空间非常小，可以避免产生大面积坍塌，有利于保障围岩稳定，从而保障地面建筑物体的安全，也降低施工成本[4]。在煤矿资源开采中，现阶段大部分资源都存在于深部地质环境中，需要使用巷道掘进方式进行资源开采，更加应当对光面爆破技术进行使用，才能保障煤矿资源开采的效率和安全性。

1.光面爆破技术概述

（1）原理。光面爆破技术形成的原理是在周围区域设置相应孔，安装炸药爆炸后，借助空气柱传播途径产生拉应力，促使炮孔间产生裂缝，从而实现光爆效果。在具体使用中，巷道周边应当科学合理设置孔，并且沿着矿产资源开挖轮廓线进行布置，也需要满足断面情况，确保所有孔都处于相同开挖平面上；装药区域应该使用大孔径-小药卷炸药模式，其他炮孔使用径向-轴向不耦合装药方式；起爆需要按照设置的炮径实施引爆[5]。

（2）特点。光面爆破技术在使用中，可以让巷道成型速度更快且规整，使开挖断面和设计开挖轮廓满足开采要求[6]，工程质量得到进一步提升。如果围岩稳定性非常高，应该采用半径成孔方式；如果围岩稳定性非常差，光面爆破技术所形成的孔是不好的，优点是围岩稳定、不会受振动破坏、能够承受较大冲击力，保持围岩强度不变，松紧情况仅为常规方式的30%。对光面爆破技术应用过程分析如图1所示，优点是可以减少顶板上的装药数量以降低施工成本、避免超挖少挖。开挖工作量可控且提高工作效率和质量；施工安全度高；降低顶板浮石处理数量，工作人员工作强度降低；降低顶板区域的支护次数，提升巷道掘进速度，避免使用过多混凝土。缺点是需要进行很多炮径施工，对比分析施工作业量忽略不计，在节理和构造发育区产生的光爆效果不佳。

图1 采用普通爆破与光面爆破对围岩造成破裂情况对比

2.光面爆破技术在巷道掘进成形中的应用要点及影响因素

（1）孔径确定。孔径确定是巷道掘进成形的重要因素。需从以下三方面关注。第一，结合煤矿围岩情况对直径进行预测，确保可以让穿孔更有效率，也可以便于爆破过程的开展，从而降低孔径大小。第二，关注台阶高度，这与炮径大小有着非常直接的关系，往往台阶越高，孔径也需要越大，可以让成孔更加简单。第三，在选择炸药中，应当保障爆破效果达到预期目标，需要使用到工业炸药，降低对定制炸药的使用数量。

（2）开挖面分区。开挖面分区是巷道掘进成形的重要因素。在煤矿岩巷掘进中，应当按照“全过程保持洞身拱效应”原则，为降低每一次炸药使用量，应该设计科学合理的开挖形状和支护设计要求，设计断面需要使用到区域开挖方式。在爆破分区中，应当针对一二三类围岩条件相对完整的区域，实施全断面爆破；针对大断面及特大断面区域，需要使用分区爆破方式；针对地质条件没有办法实施全断面爆破方式的，应该对断面区域进行整体分析，按照台阶开挖爆破方式。如果分区过程中，所涉及的爆破质量很高，应该按照光面爆破使用要求对其进行控制。在初期爆破过程中，应该使用机械设备开挖作业，对于存在爆破没有达到效果的区域，技术人员应该按照巷道掘进要求对爆破点位进行再次设计；分离区域所形成的临空面，应当在初期支护过程中进行健全，从而保障掘进作业安全。

（3）装药参数选择。装药参数选择是巷道掘进成形的重要因素。在光面爆破技术使用中，装药量是非常重要的影响因素，也是实现岩巷掘进的基础部分。一方面，装药数量不足，很大程度上产生的爆炸效果就很弱，针对其中存在的坚硬岩石是无法起到很好的作用的，也难以科学合理完成爆破工作。另一方面，如果装药数量非常多，往往产生的爆炸效果非常强，既会对岩石进行炸碎，也会对岩石周围其他物质产生重大影响，直接对支护结构带来严重破坏，最终将施工人员全部活埋。因此，在使用光面爆破技术时，需要对装药数量进行精确计算，才能更好地产生光面爆破效果，在矿山预列爆破中，不同矿山有着很大的不同，岩石特点及地质结构是不同的。加上预列爆破效果也会受到诸多因素的影响，使用经验性的公式无法得到合理的数据，仅仅只能发挥参考作用。从实际工作过程中，应当对矿山地质环境进行全面分析，从而可以得到更为精确性的炮径参数。

（4）掏槽效果。掏槽效果是巷道掘进成形的重要因素。在光面爆破技术应用中，掏槽效果对爆破效果产生的影响是基础性的。这源于光面爆破也是针对岩石区域的，而岩石表面非常光滑，无法对炸药进行有效安装。并且，如果使用表面固定方式，难以产生很好的爆破效果。基于这种情况，只有对岩石掏槽，让岩石表面区域形成不同的孔洞，才可以对炸药进行放置。如果掏槽问题处理后，就可以开展爆破，对岩石进行有效处理。但是，掏槽往往是有着很多要求的，应当对爆破威力进行计算，也需要对炸裂方向进行明确，才能确保岩石区域全面炸碎。该项工作也是非常专业性的，如果计算出现任何问题，都会造成无法估量的情况。

（5）填塞施工。填塞施工是巷道掘进成形的重要因素。在填塞施工作业中，应当在其中装入岩渣，并且确保填塞质量达标。从具体使用中，用测量绳将编织袋放置在距孔口约3.5m处，将测量绳的另一端系在木杆上，然后将木杆夹在孔口处并固定。为防止预裂爆破导致的孔口岩石过度破碎，在填筑施工中必须使用岩渣，并确保施工期间的填筑质量，无冲孔情况存在，避免因冲孔为爆破效果带来不良影响。

3.光面爆破技术应用对提高巷道掘进成形的应用分析

（1）工艺流程。在矿山巷道掘进施工中，钻爆法开挖和光面爆破相结合可以产生较好的巷道成型效果，一般情况下，在拱部区域中使用光面爆破技术；在墙面区域中选择使用预列爆破技术；在底板和顶板施工中使用光面爆破技术，设计科学合理的钻爆施工方案，施工作业中也需要结合爆破效果对爆破参数进行合理调整，从而产生更好的爆破效果。在钻爆过程中，涉及炮眼布置、深度设置、数量设置、炸药数量等，也需要对起爆方式、爆破顺序进行明确，才能达到预期效果。在实际使用中，应该选择使用孔内微差起爆网络，将不同区域存在的炮眼，利用雷管将其进行全部连接，并且使用外部网络雷管的脚线对引爆雷管连接。各个区域的雷管脚线需要将其放置于中央悬挂，采用电雷管起爆，可以产生很好的起爆效果。在孔内微差低段雷管跳段使用，确保每个间隔区域时间超过40s。周围涉及的大段雷管应当选择雷管引爆，以此起到光爆效果。如图2所示，在起爆顺序中，掏槽眼→扩孔眼→内圈眼→底板眼→周边眼→扩孔眼，整个按照此顺序一层一层引爆，从而达到光爆效果。

图2 光面爆破炮眼布置图

（2）钻爆设计。在水井坑煤矿项目的钻爆设计中，按照规定的装药数量及光面爆破设计开始施工作业，降低对周围岩层的振动，有效保障围岩稳定性。需要使用不超过20mm直径的炸药卷，采用不耦合装药方式，其余炮眼使用连续装药方式，存在地下水非常丰富的区域需要使用乳化防水炸药，掏槽眼也应当使用复式掏槽。在这种施工中，所使用的爆破材料应当是非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周围存在的孔眼需要使用低速度、低密度、高爆破力、传爆性高的岩石硝铵炸药，存在地下水非常丰富的区域需要使用乳化防水炸药，使用炮泥堵塞，导爆管也需要使用网络连接，有利于起爆。

确定煤矿岩巷掘进施工时，要综合考虑水井坑煤矿巷道的地质条件、钻孔设备、爆破器材、支护方法和技术水平等因素，应特别强调的是施工方案和爆破方法之间有密切的关系，按照图3的流程图进行施工，明确按照炮眼布置图进行正确钻孔，钻孔前必须严格按照钻爆设计标识出孔位和编号；必须保证钻孔质量，防止漏钻和多钻，施工步骤应当是测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线一起爆。施工过程可分为准备、定位、开口、拔杆、移位五步。第一，检查所有设备、管线、各类耗材储量，保障施工作业顺利开展。第二，应当使用掌子面对各个炮径区域进行明确，也要对打孔顺序标记。第三，将风枪慢慢推进，并且关注到钻杆移动方向直至与断面形成合理夹角，从而保障钻孔的合理性。第四，针对岩石区域完整性好的区域可以缓慢拔出，当岩石区域出现破碎情况，拔出需缓慢进行且施工难度大，此时需要对钻孔位置进行调整将其拔出。按照上述方式，对炮孔位置进行打出，并且按照要求装入相应的炸药数量，从而可以产生好的效果。

图3 钻爆设计流程图

4.结束语

在水井坑煤矿的岩巷掘进作业中，使用钻头方式，会造成大量钻头损坏，难以让矿山资源进行有效开采。基于这种情况，就需要对爆破技术进行调整，使用炸开方式才能进行矿井掘进工作。就诸多爆破技术而言，产生爆破效果最好的是光面爆破技术。在水井坑煤矿巷道掘进需要对爆破技术进行改进，结合施工区域地质情况选择科学合理的爆破技术，优化各工艺参数并合理使用，结合巷道施工具体情况，对爆破技术进行使用，从而有利于保障围岩安全，确保矿产资源顺利开采，同时降低了施工成本26%。因此，在煤矿开采中，应当科学合理使用光面爆破技术，才能更好地实现矿产资源顺利开采，也可以推动矿产资源开采行业稳定发展。