光面爆破在平硐開挖施工中的應(yīng)用

張志旭，任少峰，張亞文，馬春風(fēng)

（1.中國建筑材料工業(yè)建設(shè)西安工程有限公司， 陜西 西安 710000；2.山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦， 山東 煙臺市 261441）

1 工程概況

在某礦山修建過程中，需要開挖平硐，該平硐設(shè)計斷面的寬為5.2m，凈高為4m，全斷面面積為17.9m2。該平硐地質(zhì)條件比較復(fù)雜，平硐穿過巖層以細砂巖、粉砂巖為主，巖層中等穩(wěn)定，斷層、節(jié)理較發(fā)育，平硐圍巖等級以Ⅲ、Ⅳ為主。平硐范圍內(nèi)地下水發(fā)育，主要為基巖裂隙水。

2 爆破方案的確定

鉆爆作業(yè)是平硐開挖的重要工序。由于本平硐圍巖中等穩(wěn)定，故采用全斷面開挖方式，并且為了充分發(fā)揮圍巖的自承能力，減輕對圍巖的強振動與破壞，防止超欠挖，主要采用光面爆破技術(shù)進行施工，以形成整齊圓順的掘進開挖斷面，提高平硐施工安全程度，減少超挖，消除欠挖現(xiàn)象［1－2］。

3 光面爆破設(shè)計

3.1 炮孔直徑的選擇及爆破器材選用

炮孔直徑對鑿巖生產(chǎn)率、炮眼數(shù)目、炸藥單耗和硐壁的平整程度均有影響。加大炮孔直徑可以使炸藥能量相對集中，爆炸效果得以改善。但炮孔直徑過大將導(dǎo)致鑿巖速度顯著下降，并影響巖石破碎質(zhì)量、硐壁平整程度和圍巖穩(wěn)定性［3－4］。該平硐開挖采用鉆頭直徑為38mm的風(fēng)動鑿巖機，所有炮孔直徑以D＝40mm計算。

該平硐爆破開挖采用非電毫秒微差雷管起爆系統(tǒng)，用電雷管引爆，炸藥規(guī)格為Φ32mm×200mm的2號巖石乳化炸藥卷。

3.2 光面爆破技術(shù)參數(shù)的確定

在光面爆破中，炮孔按照功能可以分為掏槽眼、輔助眼、周邊孔，光面爆破參數(shù)選擇主要與地質(zhì)條件有關(guān)，其次是炸藥品種與性能、平硐開挖斷面形狀與尺寸、裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法［5］。

（1）炮孔數(shù)量N。在實際施工過程中，通常采用以下公式來計算炮孔的數(shù)量：

式中：N為炮孔數(shù)量；S為掘進斷面積；f為巖石堅固系數(shù)，在該爆破工程中取5。經(jīng)過計算，炮孔數(shù)量約為39個。但是根據(jù)實際情況，為了取得良好的爆破效果，減小周邊眼間距，增加炮孔個數(shù)，實際炮孔數(shù)目為56個。

（2）炮孔深度。炮孔深度不僅決定著爆破循環(huán)進尺與掘進速度，而且影響爆破效果。若炮孔深度過大，爆破夾制性大，炮孔利用率低，爆破地震效應(yīng)強，易破壞圍巖的完整性。在本次爆破過程中，炮孔的深度取2.5m，掏槽孔超深0.3m，取2.8m。

（3）每一循環(huán)裝藥量。根據(jù)炸藥供應(yīng)、開挖面積和圍巖類別，借鑒實際開挖經(jīng)驗，選取炸藥單耗為q＝1.4kg／m3。則：

確定爆破開挖的每一循環(huán)裝藥量為63kg。

（4）周邊眼間距。周邊眼通常布置在開挖斷面輪廓線上，其間距大小與巖石的抗爆性、炸藥性能、炮孔直徑d和裝藥量有關(guān)，在實際工程中，通常采用下面公式估算：

式中：d為炮孔直徑，經(jīng)過計算周邊眼間距為0.4～0.6m，根據(jù)工程實際情況，本項目的光面爆破取拱部周邊眼間距為0.5m，邊幫周邊眼間距為0.6m。

（5）最小抵抗線W。最小抵抗線為光面層厚度或周邊眼到鄰近輔助眼間的距離，與巖石堅硬強度、開挖面積的大小有關(guān)，其經(jīng)驗計算公式為：

式中：E為周邊眼間距，計算得頂幫最小抵抗線為0.63m，邊幫最小抵抗線為0.75m，根據(jù)實際經(jīng)驗，當(dāng)W＝E／0.8時，開挖輪廓表面圓順光滑，與設(shè)計輪廓基本一致。

（6）裝藥不耦合系數(shù)D。炮孔直徑為40mm，周邊眼藥卷直徑為32mm，則D＝1.25。

（7）裝藥集中度q1。光面爆破的裝藥量的計算，主要是確定周邊眼光爆層炮孔裝藥集中度，其計算公式為：

式中：Rb為巖石單軸抗壓強度，MPa。經(jīng)過計算，q1＝0.23kg／m。

（8）單孔裝藥量Q。平硐掘進爆破單孔裝藥量按下式計算：

式中，k為裝藥系數(shù)，通常情況下掏槽眼為0.65～0.7，輔助眼為0.5～0.55；L 為炮孔長度；γ為單位長度藥卷質(zhì)量。經(jīng)過計算，掏槽眼裝藥量為2.4kg，輔助眼裝藥量為1.6kg，周邊眼裝藥量為0.5kg。

（9）裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式。光面爆破采用不耦合裝藥，本項目爆破周邊眼不耦合系數(shù)為1.25，炮孔裝藥按照裝藥集中度計算出的藥量均勻裝入炮孔內(nèi)，為克服炮孔底部的阻力，在炮孔底部放半個標(biāo)準藥卷，使光爆層易于脫離巖體［6－8］。各炮孔采用導(dǎo)爆索并聯(lián)連接。周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用多段微差由內(nèi)向外順序，光面爆破起爆順序為：起爆掏槽眼→輔助眼→周邊眼。采用螺旋掏槽方式，炮孔布置和起爆順序如圖2所示。

4 光面爆破效果

光面爆破在本次平硐開挖中取得了良好的效果，炮眼半孔率達到80%，超、欠挖量不超過10～15 cm，不僅控制了超、欠挖，而且還保證了工程的循環(huán)進尺，巖碴塊度較小且比較均勻，利于裝碴，節(jié)省裝運時間。斷面輪廓按照設(shè)計得以控制，相應(yīng)減少了二次修正投入，降低工程造價。

圖1 周邊眼裝藥示意

圖2 炮孔布置和起爆順序

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