靜態(tài)爆破技術(shù)在井巷工程標(biāo)準(zhǔn)化中的研究及應(yīng)用

李林，劉海波，謝陽(yáng)，楊鐵江

(招遠(yuǎn)市阜山金礦有限公司， 山東 招遠(yuǎn)市 265400)

0 引言

近幾年，在各項(xiàng)安全標(biāo)準(zhǔn)化檢查中，本礦區(qū)原有巷道施工不規(guī)范的問(wèn)題日益突出，如人行道預(yù)留寬度不足等問(wèn)題，這些問(wèn)題不僅給礦區(qū)改建工程驗(yàn)收帶來(lái)負(fù)面影響，同時(shí)還嚴(yán)重威脅著職工安全，存在較大的安全隱患。面對(duì)這些問(wèn)題，巷道必須進(jìn)行整改并達(dá)到非金屬地下礦山安全規(guī)程規(guī)定的人行道寬度要求。人行道寬度要符合安全規(guī)程要求是各項(xiàng)安全檢查的重要項(xiàng)目之一，必須得到整改，但同時(shí)又不能耽誤礦區(qū)生產(chǎn)任務(wù)。如何在不耽誤各生產(chǎn)的情況下完成主運(yùn)輸巷人行道寬度整改成為問(wèn)題的關(guān)鍵。

在進(jìn)行主運(yùn)輸巷整改過(guò)程中，需要做到無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲、無(wú)粉塵以及對(duì)設(shè)備設(shè)施無(wú)破壞，既要安全高效，又不耽誤生產(chǎn)運(yùn)輸。為達(dá)到以上目的，對(duì)阜山金礦的三個(gè)中段進(jìn)行了靜態(tài)爆破技術(shù)的應(yīng)用研究[1]。靜態(tài)爆破技術(shù)是一種使用靜態(tài)破碎劑（也稱(chēng)靜態(tài)膨脹劑）破巖方法，其不使用黑索金等常規(guī)炸藥，利用灌裝在鉆孔中的靜態(tài)破碎劑水化反應(yīng)使晶體變形產(chǎn)生體積膨脹，將混凝土構(gòu)筑物或巖石等堅(jiān)硬物體破碎解體[2]。

靜態(tài)爆破應(yīng)用范圍非常廣泛，如地質(zhì)條件較差的邊坡開(kāi)挖，混凝土構(gòu)筑物的破碎、拆除[1]，巖石、礦石等開(kāi)采及石料切割等[2]。汪慶桃等[1]以長(zhǎng)沙市軌道交通地鐵3號(hào)線長(zhǎng)沙火車(chē)站基坑開(kāi)挖的工程實(shí)例為背景，采用靜態(tài)爆破技術(shù)并研發(fā)了大孔徑靜態(tài)爆破的專(zhuān)用堵孔裝置，實(shí)現(xiàn)了既有地鐵線路零距離處大孔徑靜態(tài)爆破施工，也保證了地鐵線路的安全運(yùn)營(yíng)。白金朋[2]等在渾源蓄能電站巖體原位結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)的開(kāi)挖過(guò)程中采用了靜態(tài)爆破技術(shù)，滿(mǎn)足了軟弱結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)中不得對(duì)結(jié)構(gòu)面擾動(dòng)的要求。付虎成[3]將靜態(tài)爆破技術(shù)應(yīng)用到上海歌劇院深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)拆除中，通過(guò)優(yōu)化破碎劑水灰比、爆破孔設(shè)置方式等實(shí)現(xiàn)混凝土中隔墻在帶配筋情況下的靜態(tài)爆破拆除，取得了較好的效果，實(shí)現(xiàn)了安全無(wú)聲拆除的目標(biāo)，而且經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)明顯優(yōu)于常規(guī)人工鑿除。趙懷忠等[4]在四平銀礦的礦柱回采、窄小脈幅礦體回采等作業(yè)中應(yīng)用了靜態(tài)爆破技術(shù)，很好地解決了窄小脈幅、品位較高礦體貧化嚴(yán)重的問(wèn)題。

由此可見(jiàn)，靜態(tài)爆破技術(shù)已經(jīng)取得了廣泛應(yīng)用，但并未應(yīng)用到礦山運(yùn)輸巷整改中。本文以阜山金礦巷道整個(gè)工程為研究背景，在3個(gè)主要中段局部區(qū)域進(jìn)行了膨脹劑靜態(tài)爆破試驗(yàn)，經(jīng)多次優(yōu)化爆破技術(shù)參數(shù)，做到了無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲、無(wú)粉塵爆破。

1 爆破方案選擇及參數(shù)優(yōu)化

1.1 爆破方案

本礦區(qū)各主運(yùn)輸巷道多處于玲瓏花崗巖中，巖石堅(jiān)硬，必須使用爆破方式方能達(dá)到人行道劈幫整改的目的。對(duì)于堅(jiān)硬巖石，在花崗巖巷道劈幫整改中使用的爆破方案，主要有以下三種[5]。

方案一：2#巖石乳化炸藥光面爆破。沿巷道邊界布置密集炮孔，采取不耦合（軸向）裝藥，分別裝入同段數(shù)導(dǎo)爆管，同時(shí)起爆，以形成平整輪廓的爆破作業(yè)。

方案二：導(dǎo)爆索控制爆破。導(dǎo)爆索是用太安或黑索金等猛炸藥作為連續(xù)的藥芯，用棉線、塑料絲及防潮材料包纏或涂塑而成、能夠傳遞爆轟波的索狀起爆器材。當(dāng)導(dǎo)爆索端部的猛炸藥芯受到一定強(qiáng)度的爆炸沖能刺激時(shí)，即被引爆，爆轟以一定的速度沿著藥芯傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)末端時(shí)，爆轟完畢，輸出一定強(qiáng)度的沖擊波。由于導(dǎo)爆索使用靈活方便，因而廣泛應(yīng)用于深孔不耦合裝藥和硐室爆破中[6]。

方案三：膨脹劑靜態(tài)爆破。膨脹劑炸藥采用高效無(wú)聲破碎劑，其主要成分是硅酸鹽和氧化鈣混合的粉狀固體，沿巷道邊界布置密集炮孔，把高效無(wú)聲破碎劑配水混合，成泥狀裝袋，再放入鉆孔中并填塞，發(fā)生水化反應(yīng)[1]，固體硬化，溫度升高，體積膨脹，把巖石漲破，此爆破過(guò)程無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊、無(wú)噪聲、無(wú)粉塵、效果明顯、安全高效。

1.2 爆破方案選擇

為了更好地選擇爆破方案，遵循從“安全上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)性上可行”的原則，對(duì)三種爆破方式進(jìn)行比較。

（1）普通光面爆破。爆破過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊波大，對(duì)管線、設(shè)備設(shè)施、人員傷害較大，巖石乳化炸藥、導(dǎo)爆管的價(jià)格較高，施工技術(shù)人員必須技術(shù)熟練、專(zhuān)業(yè)的爆破人員，裝藥量難控制、危險(xiǎn)程度高，需要防護(hù)、拆裝管線，對(duì)生產(chǎn)影響大，且爆破后會(huì)產(chǎn)生較大粉塵。

（2）導(dǎo)爆索控制爆破。沖擊波較大，對(duì)管線、設(shè)備設(shè)施、人員有一定傷害，導(dǎo)爆索價(jià)格高，施工需專(zhuān)業(yè)爆破人員，不易掌控爆破效果，危險(xiǎn)程度高，需要對(duì)管線稍加防護(hù)，對(duì)生產(chǎn)有一定影響。

（3）靜態(tài)爆破技術(shù)。爆破過(guò)程無(wú)沖擊、無(wú)粉塵、無(wú)傷害，膨脹劑價(jià)格低廉，技術(shù)難度低、即學(xué)即用、易掌握，不需專(zhuān)業(yè)爆破人員，可操作性強(qiáng)，危險(xiǎn)程度低，無(wú)需防護(hù)、拆裝，對(duì)生產(chǎn)無(wú)影響。

通過(guò)上述三種爆破方案在安全性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、可操作性、對(duì)生產(chǎn)影響方面的對(duì)比，只有靜態(tài)爆破對(duì)設(shè)備設(shè)施、管線安全及生產(chǎn)運(yùn)輸影響最小，能夠滿(mǎn)足在已建設(shè)主運(yùn)輸巷中劈幫整改，擴(kuò)寬人行道的要求，因此膨脹劑靜態(tài)爆破方案為本次巷道標(biāo)準(zhǔn)化整改的最佳選擇方案。

1.3 靜態(tài)爆破設(shè)計(jì)

（1）靜態(tài)爆破工藝流程設(shè)計(jì)。針對(duì)井下生產(chǎn)現(xiàn)狀及其設(shè)備設(shè)施裝備情況，設(shè)計(jì)了靜態(tài)爆破施工工藝流程，包括爆破位置確定、鉆孔、裝藥、清渣處理等步驟。具體施工流程如圖1所示。

圖1 靜態(tài)爆破施工工藝流程

（2）靜態(tài)爆破工藝參數(shù)配比優(yōu)化試驗(yàn)。首先在阜山金礦三個(gè)主要中段局部地段進(jìn)行膨脹劑靜態(tài)爆破試驗(yàn)，調(diào)整爆破參數(shù)，并根據(jù)爆破效果對(duì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，見(jiàn)表1。

表1 爆破試驗(yàn)方案及參數(shù)

通過(guò)對(duì)上述三組試驗(yàn)結(jié)果分析，可得出如下結(jié)論：由于膨脹劑作用力有限，鉆孔深度不宜過(guò)深；水的配比加大，可導(dǎo)致爆破效率降低；作業(yè)地點(diǎn)溫度過(guò)高，會(huì)加速膨脹劑凝固膨脹速度，降低爆破效率；孔距過(guò)大，影響爆破效率。

綜合分析三組試驗(yàn)參數(shù)及爆破效果，得出最優(yōu)爆破參數(shù)，確定劈幫整改項(xiàng)目采用的爆破參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 最優(yōu)爆破參數(shù)

在爆破作業(yè)操作過(guò)程中需注意以下事項(xiàng)：

（1）膨脹劑、水配比要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)值配比，水過(guò)少降低膨脹率，水過(guò)多影響爆破作業(yè)時(shí)間。

（2）裝膨脹劑藥卷過(guò)程中要裝實(shí)、搗實(shí)、填塞充分。

（3）鉆眼過(guò)程要控制好，眼深原則上不超過(guò)1.2 m，眼距不超過(guò)300 mm。

（4）在溫度較高的作業(yè)地點(diǎn)進(jìn)行爆破時(shí)，膨脹劑藥卷的水配比從里到外要有梯度，防止爆破作用力不均勻，導(dǎo)致爆破失敗。

2 靜態(tài)爆破應(yīng)用效果

從圖2、圖3可以看出，采用靜態(tài)爆破后的巷道表面較平整，且未對(duì)巷道圍巖造成嚴(yán)重?fù)p失，滿(mǎn)足了無(wú)振動(dòng)、無(wú)沖擊等要求。

圖2 四中段整改后

圖3 三中段整改后

通過(guò)靜態(tài)爆破技術(shù)在礦區(qū)各中段的應(yīng)用情況來(lái)看，達(dá)到了預(yù)期的整改效果，保證了阜山金礦的生產(chǎn)任務(wù)，體現(xiàn)了膨脹劑爆破技術(shù)在地下礦山井巷工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

本文以阜山金礦為工程背景，在三個(gè)主要中段局部區(qū)域進(jìn)行了膨脹劑靜態(tài)爆破試驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)化爆破技術(shù)參數(shù)，爆破效果良好，將靜態(tài)爆破技術(shù)更好地運(yùn)用于巷道標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)中。建議在其他金礦井巷采用靜態(tài)爆破手段時(shí)，應(yīng)結(jié)合各金礦井巷工程現(xiàn)狀及井下環(huán)境情況，繼續(xù)調(diào)整膨脹劑配比、鉆孔間距以及構(gòu)造節(jié)理與鉆孔布設(shè)位置的關(guān)系，以進(jìn)一步提高爆破半孔率。