提高巖巷掘進爆破速度和質量的若干技術問題

摘要：文章從巖石爆破破碎理論以及影響巖巷掘進爆破速度和質量的若干因素，光面爆破、掏槽爆破以及炮眼深度等技術問題對巖巷掘進爆破速度和質量的影響，總結了大量工程實踐的經驗和教訓，提出了掏槽參數、掏槽形式、光爆參數以及光爆裝藥形式等合理化的建議。

關鍵詞：巖巷掘進；爆破速度；光面爆破；定向斷裂

中圖分類號：TD235 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）03-0101-03

常規的巖巷掘進爆破施工，導致炮眼利用效率較低、炸裂巖石碎塊散亂、爆堆分布過遠、成型質量不高以及周圍巖層破壞嚴重等一系列問題；同時較小的巷道寬度、不多的自由面以及很強的受夾制作用等更在很大程度上影響了巷道掘進的安全程度和穩定程度。

一、影響巖巷掘進爆破速度和質量的若干因素

（一）光面爆破對巖巷掘進爆破速度和質量的影響

光面爆破質量水平的高低將直接影響巷道在爆破成型中的規整性以及周圍巖層的破壞性，如果光面爆破質量水平較高，則巷道不僅成型比較規整，而且周邊圍巖的破壞程度也相對較小。影響光面爆破質量水平高低的因素主要包括：炮眼間距的大小、炮眼的密集系數、裝藥的結構以及裝藥的集中程度。

第一，光面爆破中炮眼間距的大小對其爆破質量的影響。炮眼的間距必須要科學合理，否則便無法保證炮眼間貫通裂隙成型的完全性。炮眼的間距可以通過有關的公式進行計算，但是在計算的過程中必須要綜合考量貫通裂隙在形成過程中爆生氣體以及爆炸應力波的影響。假設，表示周邊炮眼間距、表示破裂區半徑、表示巖石抗拉強度、表示炮眼充滿爆生氣體時的準靜壓力，則筆者建議公式如下，僅供

參考：

（1）

第二，光面爆破中炮眼的密集系數對其爆破質量的影響。諸多的工程經驗顯示，炮眼的密集系數（通常用m表示）的取值范圍通常在0.8～1.0之間。利用雙孔雙自由面爆破模型，我們充分地研究了各種指標（例如炮眼利用率、爆破漏斗體積以及炮眼斷裂面平整性等），所得結果說明，如果拱頂部分的曲率相對不大，建議適當地增加炮眼的密集系數，但是m（炮眼的密集系數）的最大取值最好也不能夠大于1.2。

第三，光面爆破中裝藥的結構以及裝藥的集中程度對其爆破質量的影響。軸向軟墊層不偶合裝藥結構以及徑向空氣間隙不偶合裝藥結構是公認的相對比較科學合理的光爆裝藥結構。在實際的光面爆破施工當中，我們通常利用裝藥的集中程度來控制巷道周邊光面炮眼裝藥數量的大小。在如何確定裝藥的集中程度滿足爆破標準方面，通常是參考以下要求，即可以在巖壁上留有眼痕但是不對周圍巖石造成粉碎性破壞。我們假設，表示裝藥集中度、表示藥卷直徑、表示炸藥密度、表示炮眼的裝藥長度，則筆者建議公式如下，僅供參考：

（2）

強度低塑性大的較松散軟弱巖石雖然容易爆破成功，但是在爆破之后非常容易導致巖石的塌落和四處的迸濺，采用光面爆破具有重要的顯示價值。在下表當中，筆者給出了巷道周邊光面爆破參數，僅供

參考。

（二）掏槽爆破對巖巷掘進爆破速度和質量的影響

第一，掏槽爆破中掏槽形式對其爆破質量的影響。垂直楔形掏槽形式是目前淺眼多循環巷道掘進爆破施工當中最為常用的掏槽形式。但是如果將垂直楔形掏槽形式應用于中深孔爆破施工當中，則該掏槽形式在巷道斷面寬度的制約下很難發揮良好作用，因此通常在中深孔爆破施工當中利用直眼掏槽形式。直眼掏槽形式的種類相對較多，例如比較常見的螺旋掏槽形式、角柱掏槽形式以及菱形掏槽形式。雖然形式不同，但是它們均利用了若干數量的平行空眼當作首爆裝藥眼的破碎巖石以及輔助自由面的膨脹補償空間。

目前較為有效的中深孔爆破直眼掏槽方式是階段直眼掏槽和孔內分段直眼掏槽。前者是將掏槽眼深度分成若干不同掏槽眼的眼底位于不同的平面上，按由淺入深的順序分階段進行掏槽。后者則是在掏槽裝藥炮眼內實施上下兩分段，分段裝藥間以一定長度的炮泥相隔，由外向內順序起爆。兩種直眼掏槽方式的掏槽機理是一樣的，前分段掏槽爆破后，在應力波和爆轟氣體的綜合作用下，槽腔內巖石被破碎并向工作面方向推移，形成漏斗形槽腔，為后分段掏槽創造了一個新自由面，并由此改變了深部巖石所受的夾制作用，使其強度降低，有利于巖石的爆破破碎和運動。同時還造成下分段巖石中的殘余應力和大量的爆生裂隙以增強巖石的破碎。分段間裝藥微差起爆，也改善了炸藥爆炸能量與巖石破碎的匹配關系，使更多的能量用于巖石破裂破碎和更少的能量用于碎塊的拋擲。研究結果表明這兩種掏槽方式可增大槽腔體積，提高掏槽深度，拋擲作用小，爆堆集中，利于裝巖。

對于巖石性質為硬巖（f>8～10）的巖石，如果巷道斷面的面積相對比較大時，除了采用階段直眼掏槽形式以及孔內分段直眼掏槽形式等兩種掏槽形式之外，通常還采用直眼與斜眼復合式掏槽形式。以HB某礦區的堅硬巖石巷道掘進爆破施工為例，在爆破施工中采用了直眼與斜眼復合式掏槽形式。雖然該巷道的巖石是粗砂巖具有很好的致密性、堅固性、整體性以及很高的韌性，但是由于采用了直眼與斜眼復合式掏槽形式，不僅槽腔內巖石破碎程度得到了有效提升，而且巖石破碎塊度也得到了增強，爆破效率高于80%，掏槽效果優秀。

第二，掏槽爆破中掏槽參數對其爆破質量的影響。首先，炮眼間距。斜眼楔形掏槽參數多由經驗確定。本文認為，掏槽爆破主要是利用裝藥爆炸后巖石中產生的破碎破裂作用，因此對于直眼掏槽，要保證槽腔內巖石充分破裂破壞，掏槽炮眼就應布置在破裂區內。其次，炮眼裝藥量。據掏槽爆破要求，裝藥爆后要將槽腔內巖石充分破碎并拋出，因此，裝藥量較其它炮孔要大，且不同種類的巖石裝藥量有變。

（三）炮眼深度對巖巷掘進爆破速度和質量的影響

第一，根據鉆眼機械的型號確定。合理的炮眼深度應與鉆眼機械相適應，即合理的炮眼深度要保證鉆眼時有較高的鉆眼速度。有資料表明：對于普通的氣腿式鑿巖機，在相同的鑿巖條件下，采用同一根釬子鉆眼，每增加1米炮眼，其鉆眼速度就下降4%～10%，且隨著鉆眼深度的增加，鉆眼速度就下降得越快。特別當炮眼深度超過3.0m時，由于釬子重量增加。使克服釬子彈性變形的沖擊功增大，排粉難度也增大；其次釬桿與眼壁間摩擦阻力增大，能量消耗增加；再者人工拔釬也相當困難。當然，如若采用鑿巖臺車配備重型導軌式鑿巖機，因其有較大的軸推力和較強的扭矩，所以能克服氣腿式鑿巖機的上述缺點，可不換釬子一次推進行程3.5～4.0m，對巷道掘進中深孔爆破非常有利。

第二，根據單位工時的消耗程度確定。筆者參閱了眾多的相關資料，同時有效結合自己的現場經驗和有關研究發現：如果爆破施工中炮眼的深度出現變化，爆破施工當中的各個主要工序的單位工時消耗程度基本上維持在一定的范圍之內，變化范圍非常小。我們舉例來說，裝運巖石、鋪設軌道、永久支護、臨時支護以及整個鉆眼爆破環節的所消耗的工時基本不受炮眼深度變化的影響。但是各種類型的輔助工序和轉換工序則要受到炮眼深度變化的影響。例如，鉆眼準備、工作面清整、交接班、安全檢查、通風排煙、放炮前撤人撤物等環節會隨著炮眼深度的加大而出現單位工時消耗明顯減少的趨勢。

除了以上需要考慮的因素之外，需要在綜合考量巖石堅硬程度、炸藥破壞力以及巷道斷面大小之后在確定具體的炮眼深度。具體而言，巖石堅硬程度越高，掏槽難度就越大；炸藥破壞力越大，掏槽效果就越好，巷道斷面越小，炮眼底部巖石夾制作用就

越強。

二、定向斷裂控制爆破技術

定向斷裂控制爆破技術的主要作用機理就是，讓炮眼眼壁某個部位應力集中，進而產生徑向裂縫，同時避免眼壁其他部位產生微裂縫，隨后在爆炸應力波和爆生氣體的共同作用下，徑向裂縫持續發展，形成預期的斷裂面。與普通光面爆破相比，其主要的技術特點有：巷道周邊成型質量提高，圍巖破壞程度降低；眼距加大，周邊鉆眼工作量減少。特別是在軟巖巷道效果更為明顯。

定向斷裂控制爆破技術主要有兩種常用的應用形式。第一種，沿著炮眼壁的縱向方向開挖V形槽，待爆破成功之后，切槽尖端是爆炸應力波首先攻擊的對象，它會在應力波的作用下出現開裂現象，隨后爆炸氣體沿著裂縫向前貫沖，導致裂縫延伸，一直到相鄰炮眼。第二種，藥包被制作成特殊形狀，待爆破成功之后，炮眼壁的某個位置會出現初始裂縫，隨后爆炸氣體沿著裂縫向前貫沖，在爆炸氣體的作用下，初始裂縫會持續擴大，最終形成定向斷裂面。

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作者簡介：杜文華（1983-），男，首鋼通鋼集團建平深井礦業有限責任公司助理工程師，研究方向：工礦自動化。

（責任編輯：劉晶）