深井軟巖巷道爆破參數的優化與爆破技術探討

倪慶均,倪 侃（.新汶礦業集團良莊煤礦; .南華大學核工程學院,山東 新泰 70）

深井軟巖巷道爆破參數的優化與爆破技術探討

倪慶均1,倪 侃2
（1.新汶礦業集團良莊煤礦; 2.南華大學核工程學院,山東 新泰 271220）

結合巖石爆破破碎理論和工程實踐，從影響巖巷爆破效果諸因素出發，對影響巖巷掘進中深孔爆破掘進速度和巷道質量的炮眼深度、掏槽爆破和光面爆破等若干技術問題進行分析和研究，提出了較為合理的掏槽形式和掏槽參數、光爆裝藥結構和光爆參數，推薦了切縫藥包定向斷裂控制爆破技術成功應用的典例。

巖石巷道；炮眼深度；掏槽爆破；光面爆破；定向斷裂控制爆破

1 前言

巖巷掘進爆破的特點是巷道寬度小，自由面少，巖石所受夾制作用強。而現場施工仍普遍存在少打眼、亂打眼、多裝藥、亂放炮的現象，造成的后果是炮眼利用率低，光爆效果差、成型質量差，造成圍巖自承能力差。因此，如何提高爆破效率、改善爆破效果、增加進尺、保證成型，仍是巖巷掘進爆破工作中應解決的主要課題。為此，我們力圖從炮眼深度、掏槽爆破、光面爆破、定向斷裂控制爆破等技術問題進行分析探討，以期提出一些有益的參考。

2 炮眼深度

影響炮眼深度的因素主要有：巖石性質、鉆眼機械、循環作業方式、炸藥威力等，在選擇炮眼深度時應綜合考慮。

（1）根據鉆眼機械確定。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（如常用的7655型和YT-24型），在相同的鑿巖條件下，采用同一根釬子鉆眼，每增加1m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。

（2）根據循環作業方式確定。合理的炮眼深度應與循環作業方式想適應，即合理的炮眼深度應能保證每班或圓班完成整循環，保證實現正規循環作業，這樣，每班工作任務明確，便于組織和管理，配合錨噴支護及其掘支作業方式，在合理的炮眼深度內，力爭達到一班多循環或中深孔爆破一班一循環。

（3）根據單位工時消耗確定。據我們長期研究和現場經驗，當炮眼深度變化時，各主要工序，如鉆眼爆破（包括鉆眼、裝藥、聯線、放炮等）、裝運巖石、臨時支護和永久支護、鋪設軌道等，其純的單位工時消耗量基本保持不變，但各種轉換工序和各種輔助工序，如交接班、鉆眼準備、工作面清整、放炮前撤人撤物、通風排煙、安全檢查等的單位工時消耗量卻隨著炮眼深度的增加而明顯減少。

3 掏槽爆破

決定掘進進尺的關鍵是掏槽爆破。要提高炮眼利用率，就應首先選擇合理的掏槽形式和掏槽參數。

3.1 掏槽形式

在目前淺眼多循環的巷道掘進爆破中，最常用的掏槽形式是垂直楔形掏槽。而中深孔爆破時垂直楔形掏槽的應用就受到了巷道斷面寬度的限制，多采用直眼掏槽。直眼掏槽的形式有多種，較為常見的有菱形掏槽、角柱掏槽、螺旋掏槽等多種。各種掏槽形式的共同特點是利用數量不等的平行空眼作為首爆裝藥眼的輔助自由面和破碎巖石的膨脹補償空間。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段（多為兩段）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。

我礦堅硬巖石巷道掘進爆破時就采用了這種雙楔形掏槽，該巷道巖石為粗砂巖，整體性好，致密堅固，無層理，韌性高，極其堅硬難爆，使用單楔形掏槽或普通角柱形直眼掏槽，2.0m的掏槽炮眼深度，爆破后炮眼利用率一般在60%以下，個別時候僅有30%左右，而且大塊較多，嚴重影響了掘進速度和巷道成型。改用雙楔形掏槽，兩階槽眼梅花形布置，其中兩對一階掏槽，槽眼深度1.2m，傾角65°；三對二階掏槽，槽眼深度2.0m，傾角70°；另為增大槽腔內巖石的破碎程度和改善巖石破碎塊度，在槽腔中心加打了一個與二階槽眼同深的炮眼。取得了較高的掏槽效果，爆破效率基本上在80%以上，平均達86%左右，爆破塊度也較為均勻。

3.2 掏槽參數

（1）炮眼間距。斜眼楔形掏槽參數多由經驗確定。筆者認為，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，即a＜R k，a為槽孔間距，R、K為破裂區半徑。

（2）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。

4 光面爆破

較好的光面爆破效果是保證巷道成型規整、減少周邊圍巖破壞的關鍵。巖巷掘進均應采取周邊光面爆破技術。

（1）炮眼間距。合理的炮眼間距應保證炮眼間貫通裂隙完全形成。綜合考慮爆炸應力波和爆生氣體在貫通裂隙形成過程中的作用；（2）炮眼密集系數。根據經驗，光面爆破炮眼密集系數多取值為：m=0.8～1.0。我們通過雙孔雙自由面爆破模型試驗，在綜合分析炮眼斷裂面的平整程度、爆破漏斗體積、炮眼利用率等指標的基礎上，得出在曲率較小的拱頂部分，光爆炮眼密集系數可以適當增大，但也不宜超過1.2；（3）裝藥結構和裝藥集中度。較合理的光爆裝藥結構為徑向空氣間隙不偶合和軸向軟墊層不偶合裝藥。巷道周邊光面炮眼裝藥量通常用裝藥集中度來控制，所選裝藥集中度的大小要求爆破后在炮眼周圍的巖石中不產生粉碎性破壞，并能在巖壁上留有眼痕；（4）定向斷裂控制爆破。定向斷裂控制爆破是利用一些方法首先使炮眼眼壁某部位應力集中而產生徑向裂縫，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。

切縫藥包定向斷裂控制爆破法是將炸藥裝在特制的外殼（多為ABS工程塑料）中，通過外殼切縫的導壓作用控制眼壁上裂縫生成與擴展。一般切縫管外徑38～40mm，壁厚2～4mm，切縫寬度3～5mm，長度由炮眼深度和裝藥量來確定。

5 結束語

解決好巖巷中深孔光面爆破設計及施工中的若干技術問題，是保證有較高的炮眼利用率、較規整的周邊成型、較均勻的爆破塊度的技術關鍵。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.192