淺談光面爆破施工方案

王上飛

(河南能源化工集團永煤公司城郊煤礦,河南永城 476600)

淺談光面爆破施工方案

王上飛

(河南能源化工集團永煤公司城郊煤礦,河南永城 476600)

煤礦巷道光面爆破是支撐新奧法原理的重要技術之一,是通過正確選擇爆破參數和合理的施工方法,分區分段微差爆破,達到爆破后輪廓線符合設計要求,臨空面平整規則的一種控制爆破技術。巷道應用光面爆破技術最顯著的優點是能有效地控制周邊眼炸藥的爆破作用,從而減少對圍巖的擾動,保持圍巖的穩定,充分發揮圍巖的自承作用,確保施工安全,同時,又能減少超、欠挖,提高工程質量和效率,節約成本。

光面爆破 圍巖 周邊眼 最小抵抗線

光面爆破的實質，是在井巷掘進設計斷面的輪廓線上布置間距較小、相互平行的炮眼，控制每個炮眼的裝藥量，選用低密度和低爆速的炸藥，采用不耦合裝藥，同時起爆，使炸藥作用剛好產生炮眼連線的貫穿裂縫，并沿炮眼的連線——井巷輪廓線，將巖石崩落下來。本文以河南能源化工集團城郊煤礦二十輔助采區軌道巷外段為例，總結出巖巷光面爆破的影響因素，得出了合理的爆破參數。

1 掏槽眼光面爆破參數理論分析

掏槽爆破時，爆破破碎巖石的條件十分困難，而且掏槽的好壞又在很大程度上決定了其它炮眼的爆破效果。因此，必須選擇合理的掏槽形式并確定適當的裝藥量，使巖石完全破碎形成槽洞，達到較高的槽眼利用率。

水平楔形掏槽是斜眼掏槽的一種形式，通常由兩排相對稱的炮眼組成，爆破后形成楔形槽，這種掏槽適用于任何巖石鉆眼且比較方便[1]。

掏槽深度受巷道掘進寬度限制，最大深度為：

式中： B——巷道掘進寬度，m；

α——掏槽眼與工作面夾角，通常為60°～75°。

掏槽眼數應根據巷道斷面大小和巖石性質確定，一般為4～8個，中硬巖石可取6個。

根據掏槽爆破要求，裝藥起爆后要將槽腔內巖石充分破碎并拋出，因此，裝藥量較其它炮眼要大，且隨巖石堅固性增大而增大。掏槽眼裝藥量可以按照以下經驗公式估算：

式中： Q——每個掏槽眼裝藥量，kg；

D——炮眼直徑，取36mm；

ρ——巖石密度，取2600～2750kg/m3(砂巖密度)；

C——應力波傳播速度，取2500m/s。

從上式計算得出每個掏槽眼裝藥量為0.48～0.49kg，約為1.5個藥卷，若巖石非常堅硬或難爆時，可適當增加1個藥卷，二十輔助采區軌道巷外段取2個藥卷。

2 周邊眼光面爆破參數理論分析

周邊眼間距：周邊眼間距是指開挖輪廓線上相鄰兩個炮眼的距離，用表示，它是直接控制開挖輪廓面的平整程度和成型質量的重要因素。光面爆破需要確定合理的周邊眼間距，才能有效地形成光面裂縫。如果眼距過大，不能形成貫穿裂縫；眼距過小，增加鉆孔工作量，相應的炸藥量增加，不僅不經濟，而且使爆破輪廓不平整，達不到光面爆破的效果。

采用徑向不耦合裝藥，炮眼壁上的峰值壓力為：

式中：0ρ——炸藥密度，取1300kg/m3；

D0——炸藥爆速，2200～4000m/s，取2200m/s；

dc——藥卷直徑，27mm；

db——炮眼直徑，36mm；

n——炮轟產物撞擊炮眼壁壓力增大系數，一般取8～11。

當相鄰炮眼連線中點處產生的最大拉應力達到其動態抗拉強度時，即可形成貫通裂縫，此時炮眼間距為：

式中： σm——巖石動態抗拉強度，取10～15MPa，公式帶入單位為pa；

μ取0.21；

α——衰減指數，取1.83；

p2——炮眼壁上的峰值壓力。

通過以上公式和現場施工經驗，周邊眼間距為300～500mm，二十輔助采區軌道巷外段取300mm。

光爆層厚度：光面爆破炮眼的最小抵抗線是指周邊眼至鄰近輔助眼的垂直距離，也稱為光爆層厚度。最小抵抗線過大，巖石抵抗炸藥爆破的能力就大，不增加藥量，光爆層無法爆落下來，若增加藥量，雖然爆落了光爆層，同時也破壞了圍巖；最小抵抗線過小，周邊眼之間爆破裂隙尚未貫通，造成相鄰炮眼各自形成爆破漏斗，達不到光面爆破的效果。

周邊眼間距和最小抵抗線不是孤立的，要形成設計輪廓線，需對二者綜合考慮，爆破工程中將周邊眼間距 E和最小抵抗線 W的比值 m定義為周邊眼密集系數， m值大小直接影響光面爆破效果。

大量模擬試驗和生產實踐證明， m值在0.8～1之間，能形成較好的光面爆破效果，所以光爆層厚度為：

從上式可求得光爆層厚度為300～500mm。為了保證光面爆破效果，光爆層厚度盡量取上限，由于巷道實際尺寸限制，二十輔助采區軌道巷外段取400mm。

周邊眼裝藥量：光面爆破周邊眼裝藥量應比普通爆破法低，周邊眼的裝藥量應該剛好能夠克服巖石的抵抗阻力，同時不造成圍巖的破壞，用裝藥集中度 q即每米炮眼的裝藥量來表示，由下面經驗公式估算：

式中： m——周邊眼密集系數，0.8～1；

W——光爆層厚度，300～500mm；

K1——與巖石性質有關的系數，一般軟巖 K1= 0.5～0.7，中硬巖石 K1= 0.75～0.95，堅硬巖石 K1= 1～1.5，巖石越堅硬，取值越大；

K2——與炮眼深度有關的系數，一般 K2=0.5，并隨眼深增加而加大，其加大值為0.2/m。

從上式可求得周邊眼裝藥集中度為0.15kg/m。根據不同型號炸藥，選用合適卷數，另外根據巖石實際堅硬破碎情況，可適當調整，周邊裝藥量不易過多，周邊眼裝藥量過多會導致周邊以外的圍巖結構遭到破壞，造成不同程度的超挖現象。

3 裝藥封孔規范

炮泥分為水炮泥和粘土炮泥，裝填水炮泥時，緊靠藥卷處應先裝填0.03～0.04m的粘土炮泥，然后再裝水炮泥，水炮泥外邊剩余部分，使用粘土炮泥；裝填炮泥時，要一手拉住雷管腳線，但不要拉得過緊，防止拉壞腳線或管口；另一手裝填炮泥，最初填塞的炮泥應慢慢用力，輕搗壓實；以后各段炮泥須依次用力一一搗實。裝填炮泥時，要防止搗破水炮泥。同時注意雷管腳線應緊靠炮眼側壁，避免腳線被炮棍搗破。其他注意事項如下：

(1)裝藥前停掉工作面施工電源，嚴格執行“一炮三檢”，保證工作面瓦斯濃度符合要求，工作面積水深度不大于100mm，找凈迎頭活矸活石，做好敲幫問頂，工作面支護合格，迎頭30m范圍內設備保護到位。

(2)炮眼深度小于0.6m時，不得裝藥、爆破；特殊條件下，如拉底、刷幫、挑頂確需淺眼爆破時，必須制定安全措施，炮眼深度可以小于0.6m，但必須封滿炮泥。

(3)炮眼深度為0.6～1m時，封泥長度不得小于炮眼深度的1/2，水炮泥用量不得少于1個；炮眼深度超過1m時，封泥長度不得小于0.5m，水炮泥用量不得少于2個；炮眼深度超過2.5m時，封泥長度不得小于1m，水炮泥用量不得少于3個[2]。

(4)光面爆破時，周邊光爆炮眼應用炮泥封實，且封泥長度不得小于0.3m，封泥質量尤為重要，使用的炮泥必須柔軟，隨手一捏即重塑形狀，且必須有黏度，保證封口封實，炮泥硬度和炸藥硬度相似為宜。

(5)若巖性較軟，巖石堅固系數小于等于6，周邊眼需使用空氣柱裝藥，周邊眼裝藥時，必須將藥卷送至眼底，使用炮泥封孔前，先用一根棉線繩拴住一卷充好水的水炮泥一端，將水炮泥送入孔內300mm即可，安裝完水炮泥后，一手拉住棉線繩不動，一手再用粘土炮泥將眼孔封實，保證封泥長度不小于300mm。

4 光面爆破參數動態更改辦法

井下巷道掘進是一個動態過程，隨著巷道的掘進，巷道巖性也可能隨之變化，其堅固程度和節理都在動態變化，一個光爆參數貫穿整個工程已不能保證較好的光爆效果，必須對工作面巖性進行動態跟蹤，并對光爆參數進行動態修改，方可保證光面爆破的效果。出現以下幾種情況則必須修改光爆參數。

(1)眼痕率硬巖不應小于70%、中硬巖不應小于40%，軟巖炮后巷道成型差，超過或未達到設計輪廓。

(2)連續三個循環炮后出現超欠挖現象。

(3)工作面迎頭巖性發生明顯變化，巖石堅硬程度有較大變化。

(4)工作面連續三個循環都有大塊矸石出現。

(5)工作面炮后底板標高或水溝尺輪廓不符合要求，需要另外采取拉底的。

[1]章兵,潘天林.堅硬巖石巷道合理掏槽形式的探討[J].煤礦開采,2000,(4).

[2]田會禮,周茂普.大斷面巖巷中深孔爆破實驗研究[J].煤炭工程,2004,(9)：62-64.

王上飛(1991一),男,河南商丘人,助理工程師,2012年畢業于中國礦業大學(徐州),現從事煤礦技術管理工作。