巷道掘進光面爆破實用技術

摘要：通過對巷道掘進光面爆破的特點和效果評價分析，舉例說明光面爆破帶來的綜合效益。闡述了光面爆破的基本原理，巖石的破碎與拋擲是應力波與爆生氣體共同作用的結果，但對于不同性質(zhì)的巖石，應力波與爆生氣體的作用程度是不同的。各炮眼起爆時使用的雷管段別選擇合理，將獲得良好的爆破效果。根據(jù)光面爆破的基本原理，確定周邊眼最小抵抗線、不耦合系數(shù)、線裝藥密度、炮眼間距等主要爆破參數(shù)，提出了光面爆破設計的基本要求，對炮眼布置和鉆進的注意事項及起爆順序做了詳細介紹，可用于指導光面爆破施工。

關鍵詞：巷道掘進;光面爆破;技術

中圖分類號：TD235????????? 文獻標識碼：A????? 文章編號：2096-6903（2021）07-0000-00

1光面爆破概述

光面爆破就是沿巷道邊界布置密集炮眼，采取不耦合裝藥或特殊裝藥結構，采用毫秒爆破，達到爆破后無明顯爆震裂縫，周壁光滑平整的一種控制爆破技術。采用光面爆破后，巷道巖面平整且沒有危石，輪廓比較規(guī)則，超欠挖控制在設計范圍之內(nèi)。隨著錨噴支護技術的發(fā)展，光面爆破已成為巖石巷道掘進的最主要技術。

2光面爆破的特點與效果評價

2.1光面爆破的特點

（1）能最大限度減少超挖，特別是在松軟巖層中效果更好;（2）對圍巖的穩(wěn)定性破壞較小，不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生爆震裂縫，增強了圍巖自身的承載力，在圍巖穩(wěn)定性差的情況下也不易發(fā)生冒頂、片幫，保證了施工安全;（3）由于巖壁光滑平整，巷道成形規(guī)整，可減少通風阻力，不易產(chǎn)生瓦斯積聚;（4）由于超挖量大為減少，從而減少了排渣量，對于錨噴支護的巷道節(jié)省了噴射原材料，可提高工程進度和工程質(zhì)量，降低成本。如圖1所示。

2.2光面爆破的效果評價

采用光面爆破可以有效提高巷道輪廓成型質(zhì)量和大大降低爆破對圍巖的破壞程度與范圍。

（1）炮眼利用率達到90%以上;（2）平均線性超挖量：硬巖≤10cm，中硬巖和軟巖≤15cm;最大線性超挖量：硬巖≤20cm，中硬巖和軟巖≤25cm;（3）炮眼痕跡保存率硬巖≥80%，中硬巖≥70%，軟巖≥50%;（4）沒有明顯的爆震裂縫，利于保持巷道輪廓的整體性，有利于提高支護強度。

例如：我國唐山開灤的馬家溝煤礦采用光面爆破創(chuàng)造了上山月掘進560.8m及下山掘進378.4m的好成績，1976年唐山地震后，曾對開灤煤礦井下4515面光爆錨噴巷道作了震后檢查，完好率達95%。據(jù)統(tǒng)計，在150km井巷掘進施工中，共節(jié)約坑木15000m，鋼材4000t，節(jié)約資金2300萬元，降低成本30%左右。

3光面爆破的基本原理

3.1爆破作用原理

炸藥藥包在巖體內(nèi)爆炸后，產(chǎn)生的沖擊波（壓應力波）以3000～5000m/s的速度在巖石中產(chǎn)生切向拉應力，使周圍巖石產(chǎn)生徑向裂隙，沖擊波到達自由面后反射形成反射拉伸波，由于拉伸波的拉伸作用，引起自由面處的巖石被拉斷片落，形成環(huán)向裂隙，緊接著爆炸產(chǎn)生的高溫、高壓爆生氣體以10～10MPa的壓力，沿上述裂隙向自由面方向膨脹擴展，使巖石進一步破碎，并推動巖石做拋擲運動，達到預期爆破效果。

對于不同硬度的巖石，應力波與爆生氣體的作用程度是不同的。堅硬巖石破壞應力波起作用較大;中硬巖石破壞應力波和爆生氣體壓力作用相當;松軟巖石破壞爆生氣體起作用較大。

基于上述原理，一定要高度重視填塞施工。填塞材料的質(zhì)量、填塞長度和填塞質(zhì)量是否滿足設計要求等都對爆破效果產(chǎn)生重要影響。填塞作用在于：（1）有效阻止爆生氣體過早逸散，使炮眼在相對較長的時間內(nèi)保持高壓狀態(tài)，提高爆破作用效果;（2）加強了對炮眼中炸藥爆炸時的約束作用，提高了炸藥的熱效率，使更多的熱能轉變?yōu)闄C械能;（3）在有瓦斯的工作面，填塞還能阻止灼熱固體顆粒（例如雷管殼碎片等）從炮眼內(nèi)飛出的作用，防止點燃瓦斯氣體。

3.2雷管段別的選取對爆破效果的影響

為了獲得良好的光面爆破效果，各類炮眼的雷管段別選取時應遵循下列原則 ：一是先爆炮眼的炸藥的應力波尚未完全消失，后爆炮眼的炸藥立即起爆，使兩者應力波相互疊加，增加爆破破碎效果;二是在先爆炮眼破裂漏斗形成后，對后爆炮眼來說相當新增加的自由面，減少了巖石夾制作用。三是先起爆的炮眼的爆破漏斗內(nèi)的破碎巖石與后起爆的炮眼飛起的巖塊相互碰撞，減少了大塊率，拋距減小，爆堆相對集中。

4光面爆破參數(shù)的確定

光面爆破主要參數(shù)的選取和計算直接關系到爆破效果的優(yōu)劣，因此這就要求現(xiàn)場爆破作業(yè)人員在熟悉巖石性質(zhì)的基礎上，根據(jù)現(xiàn)場頂板和兩幫情況，結合實踐經(jīng)驗對炮眼布置參數(shù)和裝藥量進行適當調(diào)整，達到最佳光面爆破效果，

4.1最小抵抗線w

周邊炮眼的最小抵抗線是周邊炮眼到臨近一圈輔助眼之間的垂直距離，也稱光爆層。它一般應大于或等于周邊眼間距，可利用下式確定：

w=a/k

式中，K為炮眼密集系數(shù)，一般為0.6～1.0，巖石堅硬時取大值，較軟時取小值;a為周邊眼間距，一般取400～600㎜，W為最小抵抗線，如圖2所示。

注意：如果最小抵抗線過大，單靠周邊眼炸藥的爆炸能量不足以使巖石完全片落，可能產(chǎn)生大塊或留底根;如果最小抵抗線過小，由于周邊炮眼臨近一圈輔助眼裝藥量較大，輔助眼內(nèi)炸藥爆炸產(chǎn)生的應力波作用可能危及到頂幫圍巖，導致圍巖破壞，甚至發(fā)生冒頂事故，因此最小抵抗線大小要根據(jù)巖石性質(zhì)變化適當調(diào)整。

4.2不耦合系數(shù)

不耦合系數(shù)是指炮眼直徑與藥包直徑之比。為了達到爆破后巷道周邊壁面平整光滑的目的，周邊眼采用不耦合裝藥，即光面爆破采用藥包直徑小于炮眼直徑的方法。但要根據(jù)現(xiàn)場情況確定不耦合系數(shù)大小，不耦合系數(shù)取值范圍在1.2～2.0之間時效果最好，在孔距較小情況下取大值，在巖石硬度較大時，取小值。

4.3線裝藥密度

線裝藥密度是指單位長度炮眼中裝藥量的多少（g/m）。為了使光爆層很好的爆落下來，既要做到使新壁面的平整光滑，又不產(chǎn)生爆震裂隙，要按照巖石硬度和爆破經(jīng)驗選取合理的裝藥密度。一般線裝藥密度如下：軟巖中為70g/m～120g/m，中硬巖中為100g/m～150g/m，硬巖中為150g/m～250g/m。

4.4炮眼間距

按照應力波疊加理論，必須使炮眼連線中點的拉應力大于巖石的抗拉強度，實現(xiàn)炮孔間的貫通裂縫。如果眼距過大，會留下巖坎，壁面不平整;眼距過小，造成巖石過度粉碎，增加打眼和裝藥成本，合理的眼距一般為炮孔直徑的10～20倍。在硬巖中取大值，在軟巖或破碎巖石中應取小值。

5光面爆破的設計與施工

5.1光面爆破設計

（1）必須充分收集巷道斷面大小、支護方式、巖石性質(zhì)、有無瓦斯煤塵爆炸危險等資料;（2）根據(jù)計劃掘進進尺，綜合考慮鑿巖設備，合理確定炮眼的深度，確保正規(guī)循環(huán)作業(yè);（3）合理選擇爆破參數(shù)，計算工作面各類炮眼的裝藥量，確定工作面炮眼的聯(lián)線方式和起爆順序，最后繪出爆破圖表。

為了獲得良好的爆破效果，在實際施工中，周邊眼常用的幾種裝藥結構，如圖3所示：

圖3-a為標準藥經(jīng)（Φ32mm）的空氣柱間隔裝藥;裝藥結構施工簡便，通用性強，但由于藥包直徑大，靠近藥包孔壁容易產(chǎn)生微小裂紋;圖3-b為小直徑藥卷空氣柱間隔裝藥，裝藥結構對圍巖破壞作用小，用于開挖質(zhì)量要求高的巷道;圖3-c為小直徑藥卷連續(xù)裝藥，是一種典型的光面爆破裝藥結構形式，效果最好，但必須使用光爆專用炸藥，應用受到一定限制;圖3-d為標準直徑藥卷孔底集中及小直徑藥卷連續(xù)裝藥，這種裝藥結構用于炮孔深度小于2m時，爆破效果最好。

5.2光面爆破施工

5.2.1炮眼布置和鉆進注意事項

為確保光面爆破效果，根據(jù)巷道斷面大小、形狀及巖石性質(zhì)等正確選擇光爆參數(shù)并精準鉆眼，對炮眼的要求是“平、直、齊、準”。炮眼布置和鉆進的注意事項如下：

（1）周邊眼一般布置在巷道斷面輪廓線上，硬巖可布置在輪廓線以外，與輪廓線外接;軟巖可布置在輪廓線以里，與輪廓線內(nèi)切;（2）所有周邊眼應彼此平行，眼底要落在同一個平面上，輔助眼應垂直于工作面，均勻的布置在掏槽眼和周邊眼之間;（3）采用斜眼掏槽時，各炮眼的角度必須相同，眼底落在同一平面上;采用直眼掏槽時，各炮眼應彼此平行;（4）由于掏槽眼裝藥量較大，考慮到可能會崩壞頂板和支護，掏槽眼一般布置在巷道斷面中央偏下的位置，但遇到軟弱夾層時，掏槽眼應布置在軟弱夾層中，減少裝藥，可節(jié)約成本。

5.2.2起爆順序

用光面爆破掘進巷道時有兩種方法：一種是全斷面一次掘進法，多用于掘進小斷面巷道，另一種是預留光爆層的分次爆破法。

（1）全斷面一次掘進方法的炮眼起爆順序為

掏槽眼→輔助眼→周邊眼（光爆眼），如圖4所示。如果巷道斷面不大，建議毫秒雷管的使用按此劃分：掏槽眼用第1段，輔助眼用第2、3段，頂眼和幫眼全部用第4段，底眼用第5段。

（2）另一種是預留光爆層的分次爆破法，如圖5所示

這種方法又稱為修邊爆破。先爆破掏槽眼和輔助眼，然后根據(jù)留下的光爆層情況再設計炮眼的間距和裝藥量，這樣可以節(jié)約爆破材料，有利于提高光面爆破效果。缺點是降低了掘進效率，安全性較差，要加強臨時支護，確保施工安全。

另外，光面爆破施工中，還必須按設計裝藥量和裝藥結構進行裝藥，確保裝藥在炮孔內(nèi)的位置準確及炮孔的堵塞長度和質(zhì)量。

參考文獻

[1]公安部治安管理局.爆破作業(yè)技能與安全[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2014.

[2]胡桂英，劉科偉，杜鑫，等.光面掏槽爆破技術的研究及其在巷道掘進中的應用[J].黃金科學技術，2018（7）：6-8.

[3]趙劍.光面爆破技術在煤礦巷道掘進中的應用[J].山西冶金，2020，43（04）：155-156.

[4]王玉杰.爆破工程[M].武漢：武漢理工大學出版社，2007.

收稿日期：2021-06-14

作者簡介：劉曰強（1970—），男，山東臨朐人，本科，高級工程師，研究方向：礦山開采。

Practical Technology of Smooth Blasting in Roadway Excavation

LIU Yueqiang

（Linyi Mining Group Co.， LTD. Safety Technology Training Center， LinyiShandong 276000）

Abstract：Through the evaluation and analysis of the characteristics and effects of smooth blasting in roadway excavation， the comprehensive benefits brought by smooth blasting are illustrated with examples. The basic principle of smooth blasting is expounded. Rock breaking and throwing are the result of the interaction between stress wave and explosive gas， but the degree of interaction between stress wave and explosive gas is different for different rock properties. Good blasting effect will be obtained by choosing reasonable detonator sections for each perforation initiation. According to the basic principle of smooth blasting， the main blasting parameters such as minimum resistance line of peripheral holes， uncoupling coefficient， line charge density and hole spacing are determined， the basic requirements of smooth blasting design are put forward， and the attentions of hole layout， drilling and blasting sequence are introduced in detail， which can be used to guide smooth blasting construction.

Keywords：Roadway excavation;Smooth blasting;technology