光面爆破技術在沛城礦的應用

張茂會

摘要：巖巷工程采用普通的爆破方法，開挖線以外的圍巖經常受到破壞，爆破后巷道輪廓線不平整，出現許多裂隙，甚至超挖、欠挖嚴重，不僅浪費大量的支護材料和時間，而且影響巖體的穩定性。根據沛城煤礦巖石性質，結合施工現場實際情況，采用光面爆破技術施工，減少了對圍巖的擾動，增強圍巖的自承能力，為后續工序—錨桿支護提供有利條件，保證了施工質量和安全，加快施工進度，降低成本，取得較好的效果。

關鍵詞：巖巷光面；爆破質量；巖體穩定性

中圖分類號：TD235 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）32-0050-02

1 工程及地質概況

礦井可采煤層的頂、底板圍巖性質為中細粒石英砂巖、砂質頁巖、砂質泥巖、層狀結構，礦床為一單斜構造，巖層傾角15°～55°。根據礦壓觀測和圍巖變形特征，屬Ⅰ-Ⅱ類圍巖，沛城煤礦首先在三五采區-690探巷推廣了光面爆破技術，取得了較好的經濟效益，接著在三五下部及三二采區煤巷進行了推廣。

2 光面爆破參數的選擇

光面爆破參數的選擇主要與地質條件有關，在不同的巖層中巖石的硬度、厚度、節理裂隙的發育、斷面的形狀、大小等都影響到光爆參數的選擇，其次是炸藥的性能、裝藥結構和起爆方法。沛城煤礦底板巖巷為Ⅰ-Ⅱ類圍巖，開挖斷面為拱形，斷面面積為7.54m2，炸藥選用二級煤礦許用乳化炸藥。

裝藥結構對圍巖的破壞直接影響光爆效果，由于沛城煤礦屬于低瓦斯礦井，施工期間采取反向裝藥，因為反向裝藥的藥包和雷管的聚能穴都指向自由面，爆破巖石的效果好。

周邊眼最小抵抗線的選取，根據圍巖軟硬變化及爆破效果觀察，取保護層厚度150～200mm為宜，厚度過大，則保護層不易剝落，光爆效果不好，厚度過小，則達不到對設計輪廓的保護作用。

周邊眼布置光爆設計時，周邊眼沿設計輪廓線布置，相鄰孔距取孔徑的8～12倍，即孔距為300～350mm。

爆破深度和循環進尺，根據巷道圍巖性質和巷道斷面，為便于爆破后及時支護，設計循環進尺為0.8m，掏槽眼深度為1.0m。

周邊裝藥孔線裝藥密度，線裝藥密度影響光面爆破效果，線裝藥密度過大時，會破壞炮孔的孔壁，線裝藥密度過小，則可能形不成炮孔之間的裂縫，且破碎大塊率較高。由于在Ⅰ-Ⅱ類圍巖實施爆破，其抗壓強度較低，炮孔壁易被壓壞，因此，線裝藥密度應適當減少。實踐證明，取0.1～0.12kg/m較為合適。

3 提高光面爆破質量要求

根據地質條件選擇合理的爆破參數，及時調整周邊孔的裝藥量和裝藥結構，其次加強掏槽，增大內圈眼與周邊眼的段間隔時間，跳1～2段，分別使用毫秒延期雷管，以減輕爆破時圍巖對周邊孔的夾制作用，提高爆破效果，最后加強空口填塞質量，用炮泥堵塞400mm以上。

提高點眼劃線的精度，做好放樣布眼工作鉆眼前，技術人員用巷道激光線準確定出巷道中、腰線，用紅漆畫出巷道輪廓線，標明炮眼位置，其誤差不超過50mm。

鉆孔布置方式：采用菱形掏槽，掏槽眼及底眼深1800mm，輔助及周邊眼深1600mm左右，周邊眼眼距≯300mm，頂眼與輪廓線垂直夾角在+3°左右，底眼與底板輪廓線垂直夾角在-5°左右，輔助眼眼距≯500mm，底眼眼距≯600mm，經過長期實踐證明炮眼利用率為95%左右。

4 錨桿支護參數選擇

4.1 根據普氏懸吊理論計算頂板壓力

P=4/3×γ×a2/f=4/3×2.5×1.62/6=1.42（t/m2）

式中：

γ—巖石平均容重，2.5t/m3

f—巖石堅固系數，中等巖石取6

a—巷道寬的1/2，1600mm

4.2 錨桿長度計算

L=KH+L1+L2=2×400+300+50=1150（mm）

取L=1600mm>1150mm，滿足要求。

式中：

K—安全系數，取2

H—軟弱巖層（煤）厚度，取800mm

L1—錨桿錨入穩定巖層深度，取300mm

L2—錨桿的外露長度，取50mm

4.3 錨桿間距選擇

D≤Q/（kγH）1/2=[6.12/（2×2.5×0.4）]1/2=1530mm

實際取間距850mm，滿足要求。

式中：

Q—Φ18mm螺紋鋼錨桿錨固力，Q>6.12t/根

4.4 支護強度驗算

因錨桿間距為850mm，每平方米頂板有1/（0.85×0.85）=1.38根錨桿，抗拉力F=1.38×6.12=8.45t，大于頂板壓力1.42t/m2的要求。

5 光面爆破施工技術措施

各類炮孔布置的順序是：首先選擇適當的掏槽方式和掏槽位置，其次是布置好周邊孔，最后根據斷面大小布置輔助孔。

掏槽孔的位置會影響巖石的拋擲距離和破碎塊度，通常布置在斷面的中央偏下，并考慮輔助孔的布置較均勻。

周邊孔一般布置在斷面輪廓線上，按光面爆破要求，各炮孔要互相平行，孔底落在同一平面上，底孔的最小抵抗線和炮孔間距通常與輔助孔相同。為保證爆破后在巷道底板不留“根底”，底孔孔底要超過底板輪廓線。

布置好周邊孔和掏槽孔后，再布置輔助孔。輔助孔是以槽腔為自由面層層布置，均勻地分布在被爆巖體上，并根據斷面大小和形狀調整好最小抵抗線和炮孔密集系數。

所有參與作業人員必須熟練掌握操作流程，充分了解光面爆破的重要性和技術參數。

6 結語

經過長期的實踐總結和技術改進，巷道實施光面爆破技術取得較好的巷道成型和較高的質量標準化水平。周邊成型符合設計輪廓，超欠挖量僅為5%左右，巷道周邊平均線下欠挖值小于100mm，炸藥充分發揮效能；爆破后碎巖較均勻，利于裝載和運輸。

光爆施工減少了巷道超欠挖現象，節約了噴射混凝土超挖回填量。

光爆施工保證了巷道成型，加快了巷道施工進度，有效緩解礦井采掘接續的緊張局面。