淺談光面爆破施工方案

王上飛

(河南能源化工集團(tuán)永煤公司城郊煤礦,河南永城 476600)

淺談光面爆破施工方案

王上飛

(河南能源化工集團(tuán)永煤公司城郊煤礦,河南永城 476600)

煤礦巷道光面爆破是支撐新奧法原理的重要技術(shù)之一,是通過正確選擇爆破參數(shù)和合理的施工方法,分區(qū)分段微差爆破,達(dá)到爆破后輪廓線符合設(shè)計(jì)要求,臨空面平整規(guī)則的一種控制爆破技術(shù)。巷道應(yīng)用光面爆破技術(shù)最顯著的優(yōu)點(diǎn)是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用,從而減少對圍巖的擾動,保持圍巖的穩(wěn)定,充分發(fā)揮圍巖的自承作用,確保施工安全,同時(shí),又能減少超、欠挖,提高工程質(zhì)量和效率,節(jié)約成本。

光面爆破 圍巖 周邊眼 最小抵抗線

光面爆破的實(shí)質(zhì)，是在井巷掘進(jìn)設(shè)計(jì)斷面的輪廓線上布置間距較小、相互平行的炮眼，控制每個炮眼的裝藥量，選用低密度和低爆速的炸藥，采用不耦合裝藥，同時(shí)起爆，使炸藥作用剛好產(chǎn)生炮眼連線的貫穿裂縫，并沿炮眼的連線——井巷輪廓線，將巖石崩落下來。本文以河南能源化工集團(tuán)城郊煤礦二十輔助采區(qū)軌道巷外段為例，總結(jié)出巖巷光面爆破的影響因素，得出了合理的爆破參數(shù)。

1 掏槽眼光面爆破參數(shù)理論分析

掏槽爆破時(shí)，爆破破碎巖石的條件十分困難，而且掏槽的好壞又在很大程度上決定了其它炮眼的爆破效果。因此，必須選擇合理的掏槽形式并確定適當(dāng)?shù)难b藥量，使巖石完全破碎形成槽洞，達(dá)到較高的槽眼利用率。

水平楔形掏槽是斜眼掏槽的一種形式，通常由兩排相對稱的炮眼組成，爆破后形成楔形槽，這種掏槽適用于任何巖石鉆眼且比較方便[1]。

掏槽深度受巷道掘進(jìn)寬度限制，最大深度為：

式中： B——巷道掘進(jìn)寬度，m；

α——掏槽眼與工作面夾角，通常為60°～75°。

掏槽眼數(shù)應(yīng)根據(jù)巷道斷面大小和巖石性質(zhì)確定，一般為4～8個，中硬巖石可取6個。

根據(jù)掏槽爆破要求，裝藥起爆后要將槽腔內(nèi)巖石充分破碎并拋出，因此，裝藥量較其它炮眼要大，且隨巖石堅(jiān)固性增大而增大。掏槽眼裝藥量可以按照以下經(jīng)驗(yàn)公式估算：

式中： Q——每個掏槽眼裝藥量，kg；

D——炮眼直徑，取36mm；

ρ——巖石密度，取2600～2750kg/m3(砂巖密度)；

C——應(yīng)力波傳播速度，取2500m/s。

從上式計(jì)算得出每個掏槽眼裝藥量為0.48～0.49kg，約為1.5個藥卷，若巖石非常堅(jiān)硬或難爆時(shí)，可適當(dāng)增加1個藥卷，二十輔助采區(qū)軌道巷外段取2個藥卷。

2 周邊眼光面爆破參數(shù)理論分析

周邊眼間距：周邊眼間距是指開挖輪廓線上相鄰兩個炮眼的距離，用表示，它是直接控制開挖輪廓面的平整程度和成型質(zhì)量的重要因素。光面爆破需要確定合理的周邊眼間距，才能有效地形成光面裂縫。如果眼距過大，不能形成貫穿裂縫；眼距過小，增加鉆孔工作量，相應(yīng)的炸藥量增加，不僅不經(jīng)濟(jì)，而且使爆破輪廓不平整，達(dá)不到光面爆破的效果。

采用徑向不耦合裝藥，炮眼壁上的峰值壓力為：

式中：0ρ——炸藥密度，取1300kg/m3；

D0——炸藥爆速，2200～4000m/s，取2200m/s；

dc——藥卷直徑，27mm；

db——炮眼直徑，36mm；

n——炮轟產(chǎn)物撞擊炮眼壁壓力增大系數(shù)，一般取8～11。

當(dāng)相鄰炮眼連線中點(diǎn)處產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力達(dá)到其動態(tài)抗拉強(qiáng)度時(shí)，即可形成貫通裂縫，此時(shí)炮眼間距為：

式中： σm——巖石動態(tài)抗拉強(qiáng)度，取10～15MPa，公式帶入單位為pa；

μ取0.21；

α——衰減指數(shù)，取1.83；

p2——炮眼壁上的峰值壓力。

通過以上公式和現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，周邊眼間距為300～500mm，二十輔助采區(qū)軌道巷外段取300mm。

光爆層厚度：光面爆破炮眼的最小抵抗線是指周邊眼至鄰近輔助眼的垂直距離，也稱為光爆層厚度。最小抵抗線過大，巖石抵抗炸藥爆破的能力就大，不增加藥量，光爆層無法爆落下來，若增加藥量，雖然爆落了光爆層，同時(shí)也破壞了圍巖；最小抵抗線過小，周邊眼之間爆破裂隙尚未貫通，造成相鄰炮眼各自形成爆破漏斗，達(dá)不到光面爆破的效果。

周邊眼間距和最小抵抗線不是孤立的，要形成設(shè)計(jì)輪廓線，需對二者綜合考慮，爆破工程中將周邊眼間距 E和最小抵抗線 W的比值 m定義為周邊眼密集系數(shù)， m值大小直接影響光面爆破效果。

大量模擬試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明， m值在0.8～1之間，能形成較好的光面爆破效果，所以光爆層厚度為：

從上式可求得光爆層厚度為300～500mm。為了保證光面爆破效果，光爆層厚度盡量取上限，由于巷道實(shí)際尺寸限制，二十輔助采區(qū)軌道巷外段取400mm。

周邊眼裝藥量：光面爆破周邊眼裝藥量應(yīng)比普通爆破法低，周邊眼的裝藥量應(yīng)該剛好能夠克服巖石的抵抗阻力，同時(shí)不造成圍巖的破壞，用裝藥集中度 q即每米炮眼的裝藥量來表示，由下面經(jīng)驗(yàn)公式估算：

式中： m——周邊眼密集系數(shù)，0.8～1；

W——光爆層厚度，300～500mm；

K1——與巖石性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，一般軟巖 K1= 0.5～0.7，中硬巖石 K1= 0.75～0.95，堅(jiān)硬巖石 K1= 1～1.5，巖石越堅(jiān)硬，取值越大；

K2——與炮眼深度有關(guān)的系數(shù)，一般 K2=0.5，并隨眼深增加而加大，其加大值為0.2/m。

從上式可求得周邊眼裝藥集中度為0.15kg/m。根據(jù)不同型號炸藥，選用合適卷數(shù)，另外根據(jù)巖石實(shí)際堅(jiān)硬破碎情況，可適當(dāng)調(diào)整，周邊裝藥量不易過多，周邊眼裝藥量過多會導(dǎo)致周邊以外的圍巖結(jié)構(gòu)遭到破壞，造成不同程度的超挖現(xiàn)象。

3 裝藥封孔規(guī)范

炮泥分為水炮泥和粘土炮泥，裝填水炮泥時(shí)，緊靠藥卷處應(yīng)先裝填0.03～0.04m的粘土炮泥，然后再裝水炮泥，水炮泥外邊剩余部分，使用粘土炮泥；裝填炮泥時(shí)，要一手拉住雷管腳線，但不要拉得過緊，防止拉壞腳線或管口；另一手裝填炮泥，最初填塞的炮泥應(yīng)慢慢用力，輕搗壓實(shí)；以后各段炮泥須依次用力一一搗實(shí)。裝填炮泥時(shí)，要防止搗破水炮泥。同時(shí)注意雷管腳線應(yīng)緊靠炮眼側(cè)壁，避免腳線被炮棍搗破。其他注意事項(xiàng)如下：

(1)裝藥前停掉工作面施工電源，嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢”，保證工作面瓦斯?jié)舛确弦螅ぷ髅娣e水深度不大于100mm，找凈迎頭活矸活石，做好敲幫問頂，工作面支護(hù)合格，迎頭30m范圍內(nèi)設(shè)備保護(hù)到位。

(2)炮眼深度小于0.6m時(shí)，不得裝藥、爆破；特殊條件下，如拉底、刷幫、挑頂確需淺眼爆破時(shí)，必須制定安全措施，炮眼深度可以小于0.6m，但必須封滿炮泥。

(3)炮眼深度為0.6～1m時(shí)，封泥長度不得小于炮眼深度的1/2，水炮泥用量不得少于1個；炮眼深度超過1m時(shí)，封泥長度不得小于0.5m，水炮泥用量不得少于2個；炮眼深度超過2.5m時(shí)，封泥長度不得小于1m，水炮泥用量不得少于3個[2]。

(4)光面爆破時(shí)，周邊光爆炮眼應(yīng)用炮泥封實(shí)，且封泥長度不得小于0.3m，封泥質(zhì)量尤為重要，使用的炮泥必須柔軟，隨手一捏即重塑形狀，且必須有黏度，保證封口封實(shí)，炮泥硬度和炸藥硬度相似為宜。

(5)若巖性較軟，巖石堅(jiān)固系數(shù)小于等于6，周邊眼需使用空氣柱裝藥，周邊眼裝藥時(shí)，必須將藥卷送至眼底，使用炮泥封孔前，先用一根棉線繩拴住一卷充好水的水炮泥一端，將水炮泥送入孔內(nèi)300mm即可，安裝完水炮泥后，一手拉住棉線繩不動，一手再用粘土炮泥將眼孔封實(shí)，保證封泥長度不小于300mm。

4 光面爆破參數(shù)動態(tài)更改辦法

井下巷道掘進(jìn)是一個動態(tài)過程，隨著巷道的掘進(jìn)，巷道巖性也可能隨之變化，其堅(jiān)固程度和節(jié)理都在動態(tài)變化，一個光爆參數(shù)貫穿整個工程已不能保證較好的光爆效果，必須對工作面巖性進(jìn)行動態(tài)跟蹤，并對光爆參數(shù)進(jìn)行動態(tài)修改，方可保證光面爆破的效果。出現(xiàn)以下幾種情況則必須修改光爆參數(shù)。

(1)眼痕率硬巖不應(yīng)小于70%、中硬巖不應(yīng)小于40%，軟巖炮后巷道成型差，超過或未達(dá)到設(shè)計(jì)輪廓。

(2)連續(xù)三個循環(huán)炮后出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象。

(3)工作面迎頭巖性發(fā)生明顯變化，巖石堅(jiān)硬程度有較大變化。

(4)工作面連續(xù)三個循環(huán)都有大塊矸石出現(xiàn)。

(5)工作面炮后底板標(biāo)高或水溝尺輪廓不符合要求，需要另外采取拉底的。

[1]章兵,潘天林.堅(jiān)硬巖石巷道合理掏槽形式的探討[J].煤礦開采,2000,(4).

[2]田會禮,周茂普.大斷面巖巷中深孔爆破實(shí)驗(yàn)研究[J].煤炭工程,2004,(9)：62-64.

王上飛(1991一),男,河南商丘人,助理工程師,2012年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)(徐州),現(xiàn)從事煤礦技術(shù)管理工作。