某銅礦巷道掘進面爆破試驗及相關參數研究

耿立鋒

(1.河北聯合大學礦業工程學院， 河北唐山市 063009;2.北京華夏建龍科技股份有限責任公司金地礦業， 北京 100070)

1 炮孔布置及爆破參數的確定原則

1.1 工作面炮眼布置

合理布置炮眼是取得良好爆破效果的前提。炮眼布置必須根據巖石的性質、巷道斷面形狀、所使用雷管和炸藥性質等，作出相應的設計。巷道掘進爆破的炮孔分為掏槽眼、輔助眼、周邊眼3種。

1.1.1 掏槽眼。

掏槽的作用是先在工作面上掏一個槽子，以形成第二個自由面，為輔助眼爆破創造有利條件。掏槽方式分為斜眼掏槽和直眼掏槽2種，裝藥系數在0.75 ～0.85 之間。

(1)斜眼掏槽。適用于各種巖石條件，其優點是:可以充分利用自由面，逐步擴大爆破范圍;適用于較大巷道斷面掘進;鑿巖技術要求不高，眼位易于掌握。其缺點是:炮眼深度受巷道斷面限制，不利于多臺鑿巖機同時作業。斜眼掏槽分為錐形掏槽和楔形掏槽2種形式，炮眼與工作面夾角為55°～70°;巖石越堅硬，夾角應越小;每對炮眼眼口間距取300～500 mm，堅硬巖石取小值。掏槽眼較其他眼深100～200 mm，孔底間距200 mm，兩眼不能貫通。掏槽眼一次起爆。

(2)直眼掏槽。在堅硬巖石中，這種掏槽方式效果較好。所有掏槽眼都垂直于工作面，且彼此間距較小，并且要求嚴格平行;這些直線眼有的裝藥，有的不裝藥作為第二自由面。掏槽眼深度不受斷面限制，爆破后對支架破壞較小，但炮眼數目較多。

1.1.2 輔助眼與周邊眼

輔助眼的作用是爆落主體巖石，繼續擴大掏槽形成的第二自由面;周邊眼用來爆落巷道周邊巖石，最后形成設計輪廓。

輔助眼間距為400～800 mm，最小抵抗線為400～800 mm。炮眼垂直于工作面，裝藥系數一般為 0.5 ～0.6，輔助眼也稱作崩落眼。

周邊眼間距為400～700 mm，裝藥系數為0.3～0.5。在柱窩和水溝部分多布置1～3個炮眼。一般周邊眼孔口距巖幫100～200 mm，眼底落在巷道輪廓線外100 mm左右。底眼向下傾斜5°～10°，以利于鋪軌。

1.2 爆破參數的確定

(1)炮眼深度。炮眼深度與鑿巖機具、巖石可爆性、巷道斷面、月進尺、作業循環方式等因素有關。

(2)炮眼直徑。炮眼直徑與藥卷直徑有關，我國礦山多用Φ32 mm，Φ35 mm兩種藥卷，故炮眼直徑取38～42 mm。

(3)裝藥量。按爆破每立方米巖石的炸藥消耗量計算。

(4)炮孔數目。炮孔數目由炮孔排列圖獲得。掏槽眼數要保證掏槽效果，周邊眼數要保證巷道輪廓形狀，輔助眼數由爆破巖石的體積和炸藥的單耗確定。

2 某銅礦21線掘進工作面爆破參數的確定

巖石硬度、礦物晶粒大小、巖石密度、孔隙性、碎脹性、彈性、塑性、脆性等物理力學性質對鑿巖效果具有重要影響，因此在進行掘進爆破作業時，針對不同的巖性確定爆破參數。不同長度釬桿對爆破參數的確定有著重要的影響，故在此對2.2 m和2.5 m兩種釬桿分別進行研究。

2.1 使用2.5 m釬桿掘進時爆破參數的確定

2.1.1 工作面炮眼布置

本課題以21線1045水平西沿運輸巷掘進工作面作為研究對象，設計巷道斷面為1/4三心拱，巷道設計寬度為2.6 m，高度為2.5 m，當該工作面掘進至17線時巖石物理力學性質較好(巖石硬度系數f＜8)，適合使用2.5 m釬桿進行掘進。該掘進面共布置30個炮眼:掏槽眼15個，輔助眼8個，周邊眼7個。

圖1 使用2.5 m釬桿掘進的炮眼布置

采用直眼掏槽方式，如圖1所示。在掏槽中心位置布置1個眼，在該眼周圍布置6個眼，每個眼的間距為4 cm，再在這7個眼的左右兩側10 cm處各布置1個眼，上下各布置3個眼。

2.1.2 爆破裝藥量及爆破順序

在所有的炮眼中，除了中心眼周圍6個眼不裝藥作為第二個自由面外，其他24個眼全部裝藥，根據爆破順序及裝藥量不同，將這24個眼進行排序、編號，如圖 1 所示。按照 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 的順序使用半秒延期雷管進行爆破。由于掏槽眼與輔助眼、周邊眼重要性不同，所以其裝藥量也不同，21線各中段均使用巖石乳化炸藥，每條炸藥長度不超過0.18 m，單個掘進面使用的炸藥量見表1。

表1 單工作面爆破所用炸藥量(2.5 m釬桿)

2.1.3 爆破效果檢驗

每排炮的實際進尺量見表2。

表2 使用2.5 m釬桿鑿巖的實際掘進進尺

從表2可知，平均每排炮進尺超過2 m，偶爾出現2.1 m的進尺量，爆破所形成的巷道斷面尺寸基本達到設計要求。

2.2 使用2.2 m釬桿掘進時爆破參數的確定

21線1045水平西沿運輸巷掘進工作面掘進至17線前方20 m后，巖石硬度變大(巖石硬度系數f＞8)，物理力學性質復雜，巖性不穩定，使用2.5 m釬桿鑿巖，時間較長，影響出渣，拔釬困難，因此決定使用2.2 m釬桿進行掘進。

2.2.1 工作面炮眼布置

因掏槽眼是掘進爆破的關鍵，所以在巖石物理力學性質復雜的情況下設計3種掏槽眼的布置方式，根據掘進面實際情況予以確定，如圖2所示。

圖2 使用2.2 m釬桿掘進的炮眼布置

2.2.2 爆破裝藥量及爆破順序

在所有的炮眼中，除了中心眼周圍6～8個眼不裝藥作為第2個自由面外，其他24個眼全部裝藥，根據爆破順序及裝藥量不同，將這24個眼進行排序、編號。按照 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 的順序使用半秒延期雷管進行爆破。

由于掏槽眼與輔助眼、周邊眼重要性不同，所以其裝藥量也不同。21線各中段均使用巖乳炸藥，一條炸藥長度不超過0.18 m，單個掘進面使用的炸藥量見表3。

表3 單工作面爆破所用炸藥量(2.2 m釬桿)

2.2.3 爆破效果檢驗

每排炮的實際進尺量見表4。

從表4可知，平均每排炮進尺為1.7 m，爆破所形成的巷道斷面尺寸基本達到設計要求。

3 結論及建議

(1)由于條件有限，通過簡單實驗(不同性質巖塊之間相互劃割)估計巖石硬度系數f小于8、巖石性質穩定時，使用2.5 m釬桿鑿巖，掘進效率高。

(2)當巖石硬度系數f大于8，巖石性質不穩定時，使用2.2 m釬桿鑿巖，掘進效率高，同時根據實際巖石物理力學性質確定掏槽眼的布置方式。使用2.5 m釬桿鑿巖時，單工作面所需炸藥量39.45 kg，換算成每掘進1 m所需炸藥量為19.725 kg。使用2.2 m釬桿鑿巖時，單工作面所需炸藥量28.65 kg，換算成每掘進1 m所需炸藥量為16.85 kg，使用2.2 m釬桿鑿巖單位炸藥消耗量更低。

(3)通過實際觀察，對于硬度系數較大的掌子面，鑿巖時間(包括裝藥和爆破時間)累計超過10 h，工人抱怨現象較多，抵觸心理較大，故不宜使工人鑿巖時間太長。

(4)通過一段時間的強制推行2.5 m長釬桿，工人并未因此而認為鑿巖效率提高，可見每次的爆破效果應該是重要影響因素，故研究不同巖石性質和硬度系數下的鉆孔和裝藥參數，應該是下一步研究的重點內容之一。

表4 使用2.2 m釬桿鑿巖的實際掘進

［1］陸愛珍，辛金生，富利娥.堅硬巖體巷道掘進爆破技術方案設計與試驗［J］.黃金科學技術，2001，9(5):39-41.

［2］張夢麟.采礦設計手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，1987.

［3］尤維祺.鉆巖爆破［M］.北京:高等教育出版社，1984.

［4］熊 偉，高清東.提高巷道掘進爆破效率的試驗研究［J］.化工礦物與加工，2002(9):21-23.

［5］齊景岳.隧道爆破現代技術［M］.北京:中國鐵道出版社，1995.

［6］戴 俊.爆破工程［M］.北京:機械工業出版社，2005，1.

［7］羅 勇，沈兆武.炮孔合理堵塞長度的研究［J］.巖土工程技術，2006，20(1):25-28.

［8］劉殿中.工程爆破實用手冊［M］.北京:冶金工業出版社，1999.