井巷施工中的光面爆破技術(shù)研討

王 寅，唐亞男，王 健

（山東黃金集團(tuán)青島黃金有限公司，山東 青島 266100）

井巷工程光面爆破技術(shù)因自身的優(yōu)勢己經(jīng)成為井巷掘進(jìn)中一種主要施工工法和關(guān)鍵技術(shù)[1]。

1 地質(zhì)概況

某礦山井下巖層斷裂構(gòu)造發(fā)育，因巖漿活動(dòng)以及地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，造成脈巖頻繁穿插，可見明顯的石英化脈狀斷層，且在大理化灰?guī)r中伴有溶洞現(xiàn)象，溶蝕裂隙發(fā)育較深，與斷層相交后易形成較具規(guī)模的破碎帶。巖層中破碎帶的流質(zhì)充填物與巖溶水相互作用，降低了巖層的整體穩(wěn)固性。

2 井巷施工中的光面爆破技術(shù)

2.1 周邊孔炮孔間距

根據(jù)工程地質(zhì)情況可知，其IV級圍巖屬較軟巖，局部較完整；III級圍巖屬較堅(jiān)硬巖，因此，該周邊孔間距宜取450mm～600mm。另一方面，考慮層理、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面對爆炸應(yīng)力波的阻隔作用以及層理間距最小為幾厘米的情況，周邊孔布設(shè)宜為“長孔、短孔”交錯(cuò)布設(shè)方式[2]。

具體的，周邊孔為長孔、短孔間隔布置，長孔縱向長度約4.0m，短孔縱向長度約2.0m；其炮孔間距拱頂至拱肩約為0.6m、拱肩至拱腰約為0.5m。

此外，周邊孔外偏角設(shè)置不合理，從圖中可以看到長孔成孔后孔底到設(shè)計(jì)開挖輪廓線外側(cè)距離為150mm，該值超過邊墻最大允許超挖規(guī)范值，孔底裝藥后爆破必然造成超挖。對此，周邊孔長孔沿設(shè)計(jì)輪廓線內(nèi)移量調(diào)整為15cm，外插角調(diào)整為3°；周邊孔短孔沿設(shè)計(jì)輪廓線內(nèi)移量調(diào)整為12cm，外插角調(diào)整為5°。調(diào)整后“長孔、短孔”布置剖面圖如圖1所示。

圖1 長孔、短孔布置剖面圖

2.2 增設(shè)空孔

空孔對于節(jié)理裂隙發(fā)育巖體礦山光面爆破成形具有重要作用。爆破初期，空孔附近的主應(yīng)力差迅速增大，最大拉應(yīng)力的方向垂直于炮孔和空孔連線的方向，巖體發(fā)生拉伸破壞，有利于爆破裂紋的產(chǎn)生?？湛椎淖杂擅嫘?yīng)，即爆炸應(yīng)力波至空孔處被反射回的反射波對于破碎巖體具有重要作用。爆炸應(yīng)力波在空孔處只發(fā)生反射不發(fā)生透射，反射后變?yōu)槔觳ㄗ饔糜趲r體，有利于巖體的破碎形成斷裂面。

因此，為了削弱拱肩位置層理及節(jié)理結(jié)構(gòu)面的影響，減小爆后其圍巖錯(cuò)臺(tái)高度及寬度，拱肩位置兩周邊孔連線中心處增設(shè)空孔。

2.3 光爆層厚度

礦山光面爆破中光爆層厚度是指周邊孔到自由面的垂直距離，實(shí)際上是一個(gè)巖石拱。光爆層厚度大小直接影響光面爆破成型效果，若光爆層厚度過大，光爆層巖石阻抗炸藥爆破的能力大，造成欠挖；若光爆層厚度過小，圍巖開挖輪廓外側(cè)將會(huì)產(chǎn)生裂隙區(qū)，造成超挖。如圖2所示，從爆炸應(yīng)力波在巖石中疊加和損傷的角度來看，光爆層厚度與炮孔間距相等時(shí)，爆破效果較好[3]。

光爆層厚度優(yōu)化結(jié)果，III級圍巖：拱頂至拱肩為0.65m，拱肩至拱腰為0.8m；IV級圍巖：拱頂至拱肩為0.65m，拱肩至拱腰為0.7m。

圖2 爆炸應(yīng)力波在自由面的反射

2.4 裝藥集中度

當(dāng)炮孔直徑為42mm，且采用2號(hào)巖石乳化炸藥進(jìn)行礦山光面爆破時(shí)，巖石不同抗壓強(qiáng)度與周邊孔每延米單孔裝藥量的線性關(guān)系如圖3所示。III～I(xiàn)V級圍巖的抗壓強(qiáng)度為33.8MPa～59.4MPa，依據(jù)圖3可知，周邊孔裝藥集中度宜取0.22kg/m～0.39kg/m。周邊孔的裝藥集中度宜取普通爆破法的1/3～1/4，約0.15kg/m～0.25kg/m。

綜合以上研究結(jié)果，周邊孔單孔裝藥量取為0.15kg/m～0.25kg/m。

圖3 不同巖石抗壓強(qiáng)度下單孔裝藥量

2.5 裝藥結(jié)構(gòu)

理論和數(shù)值計(jì)算研究結(jié)果表明，針對節(jié)理裂隙發(fā)育且包含軟弱夾層的圍巖，周邊孔徑向采用空氣偏心不耦合裝藥較好。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，對比周邊孔軸向不同裝藥結(jié)構(gòu)的巖體損傷分布結(jié)果，炸藥兩側(cè)均有空氣段時(shí)巖體損傷合理、爆破效果最為理想。研究表明，周邊孔軸向采用不禍合裝藥結(jié)構(gòu)，爆破擾動(dòng)范圍和孔口處破壞程度均比連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)小。

因此，周邊孔徑向采用空氣偏心不禍合裝藥，軸向采用空氣均勻間隔裝藥。具體的，將300mm藥卷長度切割為100mm和200mm，導(dǎo)爆索貫穿全孔引爆。周邊孔長孔裝藥結(jié)構(gòu)拱頂至拱肩位置的如圖4（a）所示，拱肩至拱腰位置的如圖4（b）所示。周邊孔長孔用炮泥浸水堵塞，堵塞長度250mm～400mm。周邊孔短孔裝藥長度150mm，位于炮孔中心偏內(nèi)位置。

圖4 周邊孔裝藥結(jié)構(gòu)圖（單位：m）

3 結(jié)語

綜上，在巷道掘進(jìn)中，要結(jié)合具體的情況，合理的應(yīng)用光面爆破技術(shù)，從而最大限度的提升爆破效率及經(jīng)濟(jì)效益。