光面爆破在金屬礦山巷道掘進中的應用

張建英

摘要：西石門鐵礦巷道多布置在閃長巖、灰巖等圍巖中，巖石硬度f在8～12之間，屬于堅固巖石。采用7655型風動鑿巖機，為了提高巷道成型，提高爆破效率、改善爆破效果、增加進尺，通過對光面爆破孔間距、裝藥結構等爆破參數進行多次現場試驗，獲得了合理的爆破參數，提高了掘進循環進尺，降低了爆破成本。

關鍵詞：光面爆破；金屬礦山；巷道掘進；炮眼深度；炮眼間距；起爆方法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD235 文章編號：1009-2374（2016）31-0134-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.067

1 概述

目前，西石門鐵礦巷道掘進爆破面臨一系列問題，包括自由面積有限、巖石夾制力強、炮眼浪費、爆堆不集中、成型質量差等，因此巷道掘進爆破工作中需要解決的主要難題是改良爆破技術提高爆破率和爆破效果，故而本文著重爆破中涉及到的炮眼深度、定向斷裂控制爆破以及光面爆破等方面描寫，在分析中找出可以借鑒的方法。

2 光面爆破的含義及鑿巖爆破工作要求

光面爆破是在輪廓邊上鉆一圈的炮孔，使其密集程度造成的抵抗線大于孔距，爆破時沿炮孔聯線形成破裂帶而獲得較平整的破裂面。一般光面爆破是在主爆炮孔爆破后或清碴后再一次起爆。光面爆破后成型規整，巷道輪廓不受破壞，保證巷道成型。

巷道鑿巖爆破后巷道斷面符合設計要求，平整不欠挖，超挖量應小于設計規定的150mm，炮眼利用率高，爆破器材消耗量小，爆破后巖石塊度均勻，塊度小于300mm，爆堆集中，爆破對圍巖的整體破壞要小，不損壞支架或設備，作業安全可靠。

3 炮眼深度

炮眼深度是指眼底到工作面的平均垂直距離。炮眼深度直接與成巷速度、巷道成本、一個掘進循環延續的時間的指標有關，可根據巷道斷面尺寸、巖石性質、鑿巖機類型、裝藥結構、勞動組織和循環等因素確定。增大炮眼深度可使循環的進尺增加，輔助作業時間減少，爆破材料單耗降低，但炮眼過深時，鑿巖速度下降，爆破質量差，裝藥效率低，所以確定炮眼深度時要考慮各種因素。

3.1 根據單位工時消耗確定

參考長期操作經驗，隨著炮眼深度的變化，鉆眼爆破中涉及到的各個工序、支護成本、裝運巖石以及鋪設軌道等操作的單位工時也會隨之受到不同程度影響。即使純單位工時消耗量不受改變，但交接班、準備工作、善后工作以及安檢、通風等單位工時消耗量與炮眼深度成反比例。此外，炮眼深度海域巷道斷面大小、巖石質地以及炸藥威力還影響到炮眼深度。巷道斷面小，巖石質地堅硬，在形成炮眼時所遇到的阻礙會越大。

3.2 根據循環作業方式確定

炮眼加深可以使每個循環進尺增加，相對減少了輔助作業時間，爆破材料的單位消耗量也相應降低，但炮眼太深時，鑿巖速度就會明顯下降，而且爆破后的巖石的塊度不均勻，裝巖時間拖長，導致掘進速度減慢，因此要通過循環作業的方式來確定炮眼深度，使其保證每個班完成任務，這樣明確每班工作量，便于組織和管理。

4 光面爆破

4.1 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。光爆周邊眼的間距與其最小抵抗線存在一定的比例關系，即：

K=E/W

式中：

K——炮眼密集度系數，一般為0.6～1.0，巖石堅硬時取大值，軟時取小值

E——周邊眼間距，一般取400～600mm

W——最小抵抗線，一般為100～150mm

4.2 巷道掏槽眼的確定

圖1 垂直五梅花式掏槽方式

（圖中1、2、3為起爆順序）

采用直眼掏槽方式，就是平行空眼直線掏槽。所有掏槽眼均垂直于工作面，且相互平行，其中有幾個不裝藥的空眼，提供爆破時的輔助自由面。以梅花形布置爆破效果最好，該布置有四個空眼，呈正方形，間距為200mm。在巷道的中部掏槽眼，其位于巷道中心線上距底板1.0～1.3m處，共有9個掏槽眼。掏槽面積為1200×1200mm，如圖1所示：

4.3 周邊眼的確定

4.3.1 根據經驗可以確定光爆層厚度（即最小抵抗線W）的大小，光爆層是指周邊炮孔與最外層主爆孔之間的一圈巖石層，光爆層厚度或周邊眼到鄰近輔助眼間的距離，是光面眼起爆時的最小抵抗線，一般它應略大于光面眼間距。

Wmin=（10～20）d

式中：

Wmin——最小抵抗線（mm）

d——炮孔直徑（mm）

一般厚度為420～840mm時效果較好，現在井下一般取Wmin=500～600mm。本設計取Wmin=550mm（拱部），Wmin=500mm（邊墻）。

4.3.2 周邊眼距與最小抵抗線的比值為炮孔密集系數m：

m=E/W

巖石較破碎時m=0.5，難爆巖石m取大于或等于1。由經驗可取m=0.8～1，彎曲處可取m=1。

4.3.3 光面爆破周邊眼間距：

E=（8～15）d

E=mW

式中：

d——炮眼直徑，故E=336～630mm

4.3.4 周邊眼的個數計算：

巷道光爆層斷面與頂眼的長度：

L=2h2+1.33B0

式中：

h2——墻高，2210mm

B0——巷道寬度，3000mm

通過計算長度為8410mm，幫眼與頂眼之間的距離為336～630mm，E取整，為450mm、550mm、620mm。

現場采用幫眼間距為500mm，頂眼間距為550mm。光爆層上的周邊眼個數為n=L/E=8410/（336～630）mm=14個。

底板眼間距為：3000/（336～630），E取整，取610mm。底板眼個數為：3000/610+1=6個。

現場實際應用時，底板眼間距也可以取為600～750mm，底板眼個數為6個，為消除底板礦巖夾制作用，藥量同掏槽眼。

4.4 確定輔助眼

之所以確定輔助眼，是為了擴大槽口提體積，最終接近開挖斷面形狀，創造良好的爆破條件。根據炮眼間距和最小抵抗線W確定輔助眼位置。輔助眼均勻地分布在掏槽眼與光爆層之間，炮眼間距E=mW，m取0.9，最小抵抗線W=500～800mm，故E=450～720mm。輔助眼個數的確定方法同周邊眼，23個輔助眼數，按兩圈布置如圖。

4.5 光面爆破的裝藥方法、裝藥量的計算

爆破成功的關鍵是合理確定每個炮眼的裝藥量和裝藥結構。西石門鐵礦掘進采用2#巖石炸藥，掏槽眼、輔助眼和底眼藥卷直徑35mm，每支0.19kg；周邊眼藥卷直徑32mm，每支0.15kg，長都是200mm。

各炮眼的裝藥量：

4.5.1 掏槽眼、底板眼裝藥量：

qt=1.3qP=1.3×0.635=0.826kg

裝藥卷數：nt=0.826/0.19=4（卷）

裝藥總量=（5+6）×4×0.19=8.36kg

第一掏槽眼加一卷藥則裝藥量實為8.36+0.19=8.55kg

4.5.2 輔助眼裝藥量：

qf=qP=0.635kg

裝藥卷數：nf=0.635/0.19=4（卷）

裝藥總量=23×4×0.19=17.48kg

4.5.3 幫眼和頂眼裝藥量qb

qb=（Q-Qt-Qf）/nb=（33.03-8.55-17.48）/14=0.5kg

裝藥卷數：nb=0.5/0.15=4（卷）

裝藥總量=14×4×0.15=8.4kg

合計實際裝藥量Q總=8.55+17.48+8.4=34.43kg

裝藥時，用炮棍將緊密連接的藥卷推入周邊眼的炮孔內，聚能槽和切割方向在一條直線上，第三條聚能槽與切割線保持垂直，對著切割的巖石。遇到有水工作面時，乳化炸藥裝入炮孔內使用，無需防水。

4.6 起爆方法與順序

掘進爆破起爆采用非電起爆系統，6個段發半秒延期非電雷管。將爆炸包置于孔底的倒數第二個藥包，全斷面一次起爆成型巷道，這種方法叫做孔底起爆。

分區起爆順序為：（1）掏槽眼；（2）輔助眼；（3）周邊眼；（4）底板眼。周邊眼同段起爆，底板眼最后起爆。

5 結語

通過西石門鐵礦巷道施工過程中開展的光面爆破試驗，取得的效果總體評價如下：（1）提高了巷道成型質量，施工作業安全條件有較大改善。爆破后的巷道輪廓平整，超挖欠挖現象幾乎不存在，巖壁上半孔率可達80%以上，實現了爆破對周邊圍巖的弱擾動；（2）掏槽孔進尺達到1.5m，炮孔利用率為93.5%，炸藥單耗為2.3kg/m3；（3）爆破后巖碴大小基本在30cm以內，不需要進行二次放炮處理。

參考文獻

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