巷道爆破掘進(jìn)中掏槽孔優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

熊 亮 鄭文強(qiáng)

(宏大爆破有限公司巴基斯坦塔爾煤田項(xiàng)目部)

礦山巖巷掘進(jìn)工程中廣泛應(yīng)用爆破技術(shù)，巖巷爆破受掘進(jìn)斷面只存在一個(gè)自由面的制約，破碎巖石非常困難[1]。掏槽孔的作用是采用拋擲爆破為后續(xù)全斷面爆破提供自由面及巖石碎脹補(bǔ)償空間[2-3]，掏槽爆破關(guān)系到巷道全斷面爆破效果，科學(xué)合理的掏槽形式能保證形成理想的槽腔，從而為后續(xù)爆破提供自由面和補(bǔ)償空間，以確保炮孔有較高的利用率以及爆破成功[4-5]。

某礦區(qū)巷道掘進(jìn)中采用單裝藥孔菱形直眼掏槽，炮孔利用率低，循環(huán)進(jìn)尺小，掘進(jìn)速度慢。通過(guò)增加自由面和補(bǔ)償空間的方式對(duì)原掏槽方法進(jìn)行優(yōu)化，提出了雙孔裝藥矩形直眼掏槽技術(shù)，以期改善爆破效果。

1 工程概況

某礦區(qū)掘進(jìn)平巷位于-550 m水平，巷道圍巖多為鉀化花崗巖，致密堅(jiān)固，整體性好，韌性高，無(wú)層理，巖石密度為3 200 kg/m3，泊松比為0.22，動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度為5.23 MPa，動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度為163.1 MPa。該中段巷道獨(dú)頭掘進(jìn)，鉆孔速度慢，爆破作業(yè)面距離罐籠馬頭門530 m，通風(fēng)條件較差。巷道斷面設(shè)計(jì)為直墻三心拱，設(shè)計(jì)斷面尺寸為2.6 m×2.4 m。

礦山現(xiàn)用的掏槽方式為單孔裝藥菱形直眼掏槽，掏槽孔布置見(jiàn)圖1。根據(jù)中心線方向，確定好裝藥掏槽眼的位置，然后在四周垂直布置4個(gè)擴(kuò)槽眼(空眼)，為裝藥孔的爆破提供自由面和補(bǔ)償空間。爆破后，效果不理想，一是爆破時(shí)巖石只發(fā)生塑性變形而沒(méi)有破碎，出現(xiàn)“沖炮”現(xiàn)象；二是掏槽爆破后形成槽腔體積不足以滿足后續(xù)炮眼起爆所需要的巖石碎脹補(bǔ)償空間。

圖1 單孔裝藥菱形直眼掏槽

2 掏槽孔優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 裝藥孔與空孔的間距

此光面掏槽爆破技術(shù)中，主要是確定裝藥孔與空孔的間距?？湛椎闹饕饔檬菫檠b藥孔爆破提供自由面及補(bǔ)償空間，裝藥孔與空孔的距離通過(guò)炸藥爆炸后在空孔孔壁處形成的反射拉伸波強(qiáng)度大于巖石的抗拉強(qiáng)度來(lái)確定。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，空孔附近的應(yīng)力最大值可表示為

(1)

滿足σθmax≥[σθ]是保證在拉應(yīng)力作用下，空孔孔壁處巖石破壞的基本條件，由此可得到

(2)

式中,[σθ]為巖石的抗拉強(qiáng)度，MPa；其他符號(hào)意義同上。

在本工程中，掏槽孔的炮孔直徑為42 mm，藥卷直徑為32 mm，炸藥密度為1 210 kg/m3，炸藥爆速為3 800 m/s，計(jì)算得到D≤308 mm。

2.2 雙孔裝藥矩形直眼掏槽的炮孔布置

在原掏槽方法的基礎(chǔ)上，為防止掏槽眼起爆后，巖石只產(chǎn)生塑性變形而出現(xiàn)“沖炮”現(xiàn)象，采用雙孔裝藥矩形直眼掏槽，裝藥孔由原來(lái)1個(gè)增加為2個(gè)；為防止沒(méi)有足夠的自由面導(dǎo)致掏槽爆破不理想而影響后續(xù)全斷面的爆破，并考慮實(shí)際設(shè)計(jì)巷道為直墻三心拱，將掏槽孔布置為矩形。

根據(jù)理論計(jì)算，裝藥孔與空孔的最大間距為308 mm。炮孔在縱向布置3列，列間距150 mm，左右兩列分別布置3個(gè)空眼，孔距為250 mm，在中間列布置4個(gè)炮孔，孔距為170 mm，共布置10個(gè)掏槽眼，其中8個(gè)空孔增加了8個(gè)初始爆破自由面。炮孔堵塞長(zhǎng)度為0.8 m，為保證掏槽炮孔爆破到孔底，確定掏槽孔超深為0.2 m，掏槽孔增大了掏槽的破碎自由面和碎脹空間，為后續(xù)炮孔繼續(xù)爆破提供了更多的自由面以及補(bǔ)償空間，從而形成更深的槽腔，為輔助眼創(chuàng)造最大限度自由面。掏槽炮孔布置見(jiàn)圖2。

圖2 雙孔裝藥矩形直眼掏槽

3 雙孔裝藥矩形直眼掏槽技術(shù)的應(yīng)用

工作面采用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，配備3 m長(zhǎng)釬鋼和φ42 mm柱齒釬頭。一次爆破循環(huán)進(jìn)尺2.8 m，掏槽孔深度為3 m，輔助眼、周邊眼及頂幫光面爆破眼深度為2.8 m。鑿巖時(shí)，掏槽眼、輔助眼必須垂直爆破工作面，周邊眼和頂幫光面爆破眼向外偏5°。采用矩形遞增式規(guī)格逐步擴(kuò)大，炮眼布置平面見(jiàn)圖3。

采用2#巖石乳化炸藥，規(guī)格為φ32 mm×200 mm，200 g，采用1～11段毫秒非電導(dǎo)爆管雷管一次孔底起爆。炮孔起爆順序?yàn)樘筒垩邸o助眼1→輔助眼2→周邊眼→頂板光爆眼。掏槽孔和輔助孔采用不耦合連續(xù)裝藥，掏槽孔每個(gè)炮孔22卷炸藥，輔助孔每個(gè)炮孔20卷炸藥；周邊孔采用空氣不耦合間隔裝藥，每個(gè)炮孔18卷炸藥，頂幫光面爆破眼每個(gè)炮孔裝12卷炸藥；填塞長(zhǎng)度為0.8 m。爆破參數(shù)見(jiàn)表1。

圖3 巷道掘進(jìn)炮眼布置

4 爆破效果

爆破后，巷道輪廓成型規(guī)整，無(wú)超欠挖現(xiàn)象，在巷道壁上可以看見(jiàn)清晰的半孔眼痕，基本無(wú)大塊，巖石塊度均勻，炮孔利用率高達(dá)82.6%。采用雙孔裝藥矩形直眼掏槽爆破進(jìn)行4個(gè)爆破循環(huán)進(jìn)尺，期間平均炮孔利用率為92.1%，個(gè)別炮孔利用率為93.4%，有效提高爆破炮孔利用效率，明顯改善爆破效果。

表1 爆破參數(shù)

5 結(jié) 語(yǔ)

雙孔裝藥矩形直眼掏槽技術(shù)在某礦區(qū)巷道開(kāi)挖工程中成功應(yīng)用，完全適合于花崗巖等硬巖巷道爆破掘進(jìn)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)理論計(jì)算空孔與裝藥孔的間距，根據(jù)設(shè)計(jì)的巷道斷面尺寸，掏槽孔布置為矩形，垂直于自由面，操作方便，容易施工，實(shí)用性較強(qiáng)。爆破后巷道斷面平整，基本無(wú)超欠挖，減少了巷道的維護(hù)工作量。該技術(shù)為巖巷爆破掘進(jìn)提供了新的途徑。

[1] 王文龍.鉆眼爆破[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1984.

[2] 劉優(yōu)平,黎劍華,林大能,等.掏槽爆破中空孔效應(yīng)的理論與試驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā),2007,27(5):75-77.

[3] 劉優(yōu)平,周正義,黎劍華.井巷掏槽爆破中空孔效應(yīng)的理論與試驗(yàn)分析[J].金屬礦山,2007(2):12-14.

[4] 李夕兵.鑿巖爆破工程[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社,2011.

[5] 黃寶龍.準(zhǔn)直孔掏槽爆破技術(shù)在正興礦的應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)，2016，25(1)：101-102.

[6] GEGLIO M.Spherical vessel subjected to explosive detonation loading[J].International Journal of Pressure Vessels and Piping,1997,74(2):83-85.