光面爆破技術(shù)在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用芻議

張磊 王超 張騰

摘 要： 在大斷面巷道掘進(jìn)作業(yè)過程中，經(jīng)常會遇到復(fù)雜巖層結(jié)構(gòu)情況，尤其是難度較大的軟弱圍巖，利用普通的掘進(jìn)技術(shù)難以安全、高效地完成作業(yè)，這就會嚴(yán)重影響作業(yè)進(jìn)度。光面爆破技術(shù)的應(yīng)用，對于大斷面巷道掘進(jìn)過程中的軟弱圍巖狀況有很強(qiáng)的針對性，能夠在遇到這種巖層結(jié)構(gòu)時起到關(guān)鍵作用，但是當(dāng)前階段該技術(shù)的相關(guān)理論和實踐經(jīng)驗還不完善，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探索。以此為基礎(chǔ)，本文從大斷面巷道掘進(jìn)作業(yè)著手，首先簡要闡述了光面爆破技術(shù)的應(yīng)用原理，隨后分析了在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)過程中影響光面爆破技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵因素和關(guān)鍵技術(shù)，最后探討了在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)過程中應(yīng)用光面爆破技術(shù)的參數(shù)設(shè)計，以此來供相關(guān)人士交流參考。

關(guān)鍵詞： 光面爆破技術(shù);軟弱圍巖;大斷面巷道掘進(jìn)

【中圖分類號】TU973.12 ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）13-0107-02

引言

當(dāng)前階段，巷道掘進(jìn)工程引進(jìn)了很多高精尖的技術(shù)，這些先進(jìn)技術(shù)在工程建設(shè)過程中發(fā)揮了重要作用。在大斷面巷道掘進(jìn)作業(yè)過程中，需要應(yīng)用到更加科學(xué)、先進(jìn)的技術(shù)，才能合理應(yīng)對作業(yè)中遇到的復(fù)雜的巖層結(jié)構(gòu)狀況。對于大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)作業(yè)，光面爆破技術(shù)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)技術(shù)的不足，但是在實際爆破作業(yè)的過程中還有很多問題亟需解決。

1 光面爆破技術(shù)的應(yīng)用原理

光面爆破技術(shù)是利用空氣間隙中不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，炸藥引爆之后產(chǎn)生的沖擊波能夠使得巖石間隙的空氣被瞬間壓縮，作用于炮孔內(nèi)壁之后可以轉(zhuǎn)化為應(yīng)力波。巖層中的應(yīng)力波在傳播過程中，會在炮孔連心面中央形成一個拉應(yīng)力區(qū)，在拉應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)脆弱的巖層就會發(fā)生斷裂，從而實現(xiàn)高效率的巷道開挖，這種光面爆破技術(shù)對于軟弱圍巖結(jié)構(gòu)的巷道掘進(jìn)工程有良好的作業(yè)效果。光面爆破技術(shù)在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)工程的作業(yè)過程中進(jìn)行應(yīng)用，不耦合裝藥結(jié)構(gòu)是核心部分，是在爆破過程中發(fā)揮重要作用的部分，與此同時，應(yīng)用光面爆破技術(shù)進(jìn)行作業(yè)的過程中，裝藥量、炮孔間距等參數(shù)的設(shè)計也是影響爆破作業(yè)成功與否以及爆破效果的關(guān)鍵。

2 在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)過程中影響光面爆破技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵因素

應(yīng)用光面爆破技術(shù)來進(jìn)行大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)作業(yè)，影響爆破效果的關(guān)鍵因素一般分為兩個方面。一方面是地質(zhì)條件，軟弱圍巖的結(jié)構(gòu)性質(zhì)較差，在這類巖體的巷道掘進(jìn)作業(yè)中，布置光面爆破系統(tǒng)需要多打眼，少裝藥，保證爆破過程的安全性，防止對圍巖造成嚴(yán)重的破壞。另一方面是操作過程。在光面爆破技術(shù)的應(yīng)用過程中，為了保證爆破達(dá)到預(yù)期的效果，需要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，尤其是爆破過程中裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計和起爆順序需要格外注意[1]。

3 在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)過程中進(jìn)行光面爆破的關(guān)鍵技術(shù)

在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)的作業(yè)過程中應(yīng)用光面爆破技術(shù)，用到的主要施工工藝有以下幾種：（1）光面爆破設(shè)計;（2）測量放線;（3）炮孔定位;（4）鉆孔;（5）炮孔檢驗與清洗;（6）孔位調(diào)整;（7）藥量計算;（8）炮孔裝藥;（9）爆破網(wǎng)絡(luò)敷設(shè);（10）連線起爆;（11）通風(fēng);（12）檢查爆破效果。

應(yīng)用光面爆破技術(shù)來進(jìn)行大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)工程的實際作業(yè)，應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)主要分為三個方面。

其一是選定周邊眼間距。周邊眼的間距參數(shù)對于軟弱圍巖的整體輪廓具有關(guān)鍵影響，關(guān)系到輪廓的平整度。一般情況下，周邊眼間距參數(shù)設(shè)置為炮眼直徑的8-10倍。同時，在實際的大斷面巷道掘進(jìn)光面爆破作業(yè)過程中，設(shè)計周邊眼間距參數(shù)可以根據(jù)實際巖體性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。

其二是采用何種裝藥結(jié)構(gòu)[2]。裝藥結(jié)構(gòu)關(guān)系到裝填炸藥的爆破效果，要保證炸藥沿孔深分布，要在周邊眼進(jìn)行間隔裝藥，并根據(jù)實際情況可加導(dǎo)爆索。大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)工程的具體作業(yè)過程中，應(yīng)用光面爆破技術(shù)采用的裝藥結(jié)構(gòu)要避免破壞周圍圍巖結(jié)構(gòu)，在裝藥過程中間隔裝藥，還可以用導(dǎo)爆索固定在竹片上進(jìn)行引爆，保證安全和光面爆破的效果。

其三是炮眼分布的確定。起爆順序與炮眼的分布息息相關(guān)，一般情況下，在應(yīng)用光面爆破技術(shù)進(jìn)行軟弱圍巖大斷面巷道掘進(jìn)的工程作業(yè)，掏槽眼要按照線性結(jié)構(gòu)來分布炮眼位置，周邊眼、內(nèi)圈眼則需要采用環(huán)形結(jié)構(gòu)來布置炮眼位置。

4 在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)過程中應(yīng)用光面爆破技術(shù)的參數(shù)設(shè)計

4.1 不耦合系數(shù)、炮眼直徑

炮眼直徑根據(jù)大炮眼和小炮眼的區(qū)別，直徑有所不同。大炮眼直徑一般在50-70毫米之間，這種大炮眼一般應(yīng)用于優(yōu)質(zhì)圍巖程度的地質(zhì)狀況下的巷道爆破，對于大面積掘進(jìn)作業(yè)能夠大大提高工作效率;而小炮眼直徑范圍是24-48毫米，適宜軟弱圍巖地質(zhì)狀況下的爆破作業(yè)，能夠大大提高鉆巖速度，在保證掘進(jìn)巷道整齊度的情況下，有效減少材料損失和對巖層結(jié)構(gòu)的破壞，從而提高作業(yè)的安全性。

不耦合系數(shù)是指炮眼直徑和藥卷直徑的比值，一般我們用B來表示不耦合系數(shù)，該系數(shù)的正常值范圍是1.1-1.3。不耦合系數(shù)數(shù)值越大，表示炮孔內(nèi)壁所受的切向應(yīng)力越低，在這種設(shè)定情況下，進(jìn)行爆破之后，炮彈產(chǎn)生的沖擊波比較平緩、作用較長。由于在爆破過程中氣體膨脹，所做的功會產(chǎn)生應(yīng)力集中和疊加作用，從而導(dǎo)致拉伸裂縫的產(chǎn)生，這種特性能夠有效避免粉碎。

4.2 炮眼角度和深度

一般情況下用L來表示炮眼深度，炮眼深度的控制要以圍巖的等級為參考來進(jìn)行，高等級的圍巖結(jié)構(gòu)一般性質(zhì)較好，設(shè)置炮眼深度就需要較深的參數(shù)。在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)的實際作業(yè)過程中，由于圍巖等級較低，性質(zhì)較差，因此炮眼深度就需要控制地較淺。一般要在掘進(jìn)作業(yè)中控制炮眼深度在1.5-2米之間，即以開挖斷面寬度為基準(zhǔn)，以其數(shù)值的0.5-0.7倍確定炮眼深度。炮眼方向的確認(rèn)要參考眼口方向，向外傾斜一定的角度。確定炮眼角度需要以炮眼軸線和輪廓線為基準(zhǔn)，設(shè)置兩者之間角度在3°-5°[3]。

4.3 炮眼間距

在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)的作業(yè)過程中，炮眼間距對于光面爆破技術(shù)應(yīng)用的合理性、精準(zhǔn)性至關(guān)重要，直接決定光面爆破技術(shù)的應(yīng)用成功性。因此，在控制炮眼間距時要格外注意，根據(jù)實際的炮眼直徑來確定間距的設(shè)定參數(shù)，一般是炮眼間距設(shè)定為8-12倍炮眼直徑。在一般情況下，大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)作業(yè)過程中，進(jìn)行炮眼間距參數(shù)的設(shè)計會控制在500-700毫米，并且炮眼間距會隨著拱形大斷面巷道跨度的減小而減小;但是當(dāng)圍巖破碎困難，就需要適當(dāng)增大炮眼間距，可設(shè)置在800-900毫米。

4.4 炮眼數(shù)量和總裝藥量

大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)作業(yè)中利用光面爆破技術(shù)需要確定炮眼數(shù)量和總裝藥量。炮眼數(shù)量的確定一般需要應(yīng)用下面這個公式：

N=（kSL）/（Lnr）

N：炮眼數(shù)量

k：炸藥的單耗量

S：開挖斷面面積

L：炮眼深度

n：裝藥系數(shù)

r：炸藥線密度

其中炮眼的裝藥系數(shù)與炮眼位置有關(guān)，即數(shù)值n的具體參數(shù)需要結(jié)合炮眼位置來具體確定，炸藥線密度要結(jié)合實際作業(yè)過程中的藥卷直徑來確定。

炮眼總裝藥量的確定可以用下面這個公式來計算：

Q=KLS

Q：總裝藥量

K：單位巖石爆破炸藥消耗量

L：炮眼深度

S：開挖斷面面積

4.5 炸藥量分配

按照上述步驟確定好總裝藥量之后，將炸藥分配放置到炮眼之中，需要考慮炮眼裝藥系數(shù)。根據(jù)大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)工程作業(yè)現(xiàn)場的實際狀況，如果直眼掏槽需要保證精準(zhǔn)性;如果用底板眼爆破方式，根據(jù)掏槽眼用量，一般需要使用總量的七成即可，槽眼需要掘進(jìn)炮眼深度增加20厘米的距離。在確定所有炮眼的炸藥用量的過程中，分配炸藥量可以專門設(shè)置一個房間來進(jìn)行，保證專業(yè)性和針對性[4]。如果選擇對炸藥進(jìn)行加工，加工之后，可以對炸藥進(jìn)行編號，安排專業(yè)工作人員嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行炸藥的放置。炸藥放置到炮眼之后，需要用提前配置好的炮泥對炮眼進(jìn)行覆蓋，嚴(yán)格保證安全性。

二里河礦新坑口及車場掘進(jìn)斷面4.2-5.4m，地表埋深30-95m，淺地表巖層巖石風(fēng)化嚴(yán)重，圍巖的巖體結(jié)構(gòu)不完整，在掘進(jìn)過程中普通爆破法爆破后超挖欠挖嚴(yán)重，適當(dāng)?shù)囟尾捎酶鶕?jù)圍巖差異性進(jìn)行光爆掘進(jìn)，大大的減少了開挖工程量，并最大程度保持圍巖的整體性，為后期支護(hù)工作提供便利。

5 結(jié)束語

綜上所述，在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)的實際作業(yè)過程中，光面爆破技術(shù)的應(yīng)用具有非比尋常的意義，能夠維持大斷面巷道形狀的完整性和大斷面巷道圍巖的穩(wěn)定性，保障大斷面巷道掘進(jìn)工程作業(yè)過程中的安全性和高效性。除此之外，光面爆破技術(shù)的應(yīng)用還能夠減少材料消耗，大大提升工程作業(yè)的效率。為了使光面爆破技術(shù)在大斷面軟弱圍巖巷道掘進(jìn)作業(yè)過程中的應(yīng)用價值發(fā)揮到最大，相關(guān)工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程實際影響因素進(jìn)行分析，運(yùn)用科學(xué)的運(yùn)算方式來進(jìn)行試驗驗證，保證光面爆破技術(shù)的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

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