巷道爆破掘進(jìn)中掏槽孔優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

熊 亮 鄭文強(qiáng)

(宏大爆破有限公司巴基斯坦塔爾煤田項(xiàng)目部)

礦山巖巷掘進(jìn)工程中廣泛應(yīng)用爆破技術(shù)，巖巷爆破受掘進(jìn)斷面只存在一個(gè)自由面的制約，破碎巖石非常困難[1]。掏槽孔的作用是采用拋擲爆破為后續(xù)全斷面爆破提供自由面及巖石碎脹補(bǔ)償空間[2-3]，掏槽爆破關(guān)系到巷道全斷面爆破效果，科學(xué)合理的掏槽形式能保證形成理想的槽腔，從而為后續(xù)爆破提供自由面和補(bǔ)償空間，以確保炮孔有較高的利用率以及爆破成功[4-5]。

某礦區(qū)巷道掘進(jìn)中采用單裝藥孔菱形直眼掏槽，炮孔利用率低，循環(huán)進(jìn)尺小，掘進(jìn)速度慢。通過增加自由面和補(bǔ)償空間的方式對(duì)原掏槽方法進(jìn)行優(yōu)化，提出了雙孔裝藥矩形直眼掏槽技術(shù)，以期改善爆破效果。

1 工程概況

某礦區(qū)掘進(jìn)平巷位于-550 m水平，巷道圍巖多為鉀化花崗巖，致密堅(jiān)固，整體性好，韌性高，無層理，巖石密度為3 200 kg/m3，泊松比為0.22，動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度為5.23 MPa，動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度為163.1 MPa。該中段巷道獨(dú)頭掘進(jìn)，鉆孔速度慢，爆破作業(yè)面距離罐籠馬頭門530 m，通風(fēng)條件較差。巷道斷面設(shè)計(jì)為直墻三心拱，設(shè)計(jì)斷面尺寸為2.6 m×2.4 m。

礦山現(xiàn)用的掏槽方式為單孔裝藥菱形直眼掏槽，掏槽孔布置見圖1。根據(jù)中心線方向，確定好裝藥掏槽眼的位置，然后在四周垂直布置4個(gè)擴(kuò)槽眼(空眼)，為裝藥孔的爆破提供自由面和補(bǔ)償空間。爆破后，效果不理想，一是爆破時(shí)巖石只發(fā)生塑性變形而沒有破碎，出現(xiàn)“沖炮”現(xiàn)象；二是掏槽爆破后形成槽腔體積不足以滿足后續(xù)炮眼起爆所需要的巖石碎脹補(bǔ)償空間。

圖1 單孔裝藥菱形直眼掏槽

2 掏槽孔優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 裝藥孔與空孔的間距

此光面掏槽爆破技術(shù)中，主要是確定裝藥孔與空孔的間距。空孔的主要作用是為裝藥孔爆破提供自由面及補(bǔ)償空間，裝藥孔與空孔的距離通過炸藥爆炸后在空孔孔壁處形成的反射拉伸波強(qiáng)度大于巖石的抗拉強(qiáng)度來確定。根據(jù)文獻(xiàn)[3]，空孔附近的應(yīng)力最大值可表示為

(1)

滿足σθmax≥[σθ]是保證在拉應(yīng)力作用下，空孔孔壁處巖石破壞的基本條件，由此可得到

(2)

式中,[σθ]為巖石的抗拉強(qiáng)度，MPa；其他符號(hào)意義同上。

在本工程中，掏槽孔的炮孔直徑為42 mm，藥卷直徑為32 mm，炸藥密度為1 210 kg/m3，炸藥爆速為3 800 m/s，計(jì)算得到D≤308 mm。

2.2 雙孔裝藥矩形直眼掏槽的炮孔布置

在原掏槽方法的基礎(chǔ)上，為防止掏槽眼起爆后，巖石只產(chǎn)生塑性變形而出現(xiàn)“沖炮”現(xiàn)象，采用雙孔裝藥矩形直眼掏槽，裝藥孔由原來1個(gè)增加為2個(gè)；為防止沒有足夠的自由面導(dǎo)致掏槽爆破不理想而影響后續(xù)全斷面的爆破，并考慮實(shí)際設(shè)計(jì)巷道為直墻三心拱，將掏槽孔布置為矩形。

根據(jù)理論計(jì)算，裝藥孔與空孔的最大間距為308 mm。炮孔在縱向布置3列，列間距150 mm，左右兩列分別布置3個(gè)空眼，孔距為250 mm，在中間列布置4個(gè)炮孔，孔距為170 mm，共布置10個(gè)掏槽眼，其中8個(gè)空孔增加了8個(gè)初始爆破自由面。炮孔堵塞長度為0.8 m，為保證掏槽炮孔爆破到孔底，確定掏槽孔超深為0.2 m，掏槽孔增大了掏槽的破碎自由面和碎脹空間，為后續(xù)炮孔繼續(xù)爆破提供了更多的自由面以及補(bǔ)償空間，從而形成更深的槽腔，為輔助眼創(chuàng)造最大限度自由面。掏槽炮孔布置見圖2。

圖2 雙孔裝藥矩形直眼掏槽

3 雙孔裝藥矩形直眼掏槽技術(shù)的應(yīng)用

工作面采用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)鉆孔，配備3 m長釬鋼和φ42 mm柱齒釬頭。一次爆破循環(huán)進(jìn)尺2.8 m，掏槽孔深度為3 m，輔助眼、周邊眼及頂幫光面爆破眼深度為2.8 m。鑿巖時(shí)，掏槽眼、輔助眼必須垂直爆破工作面，周邊眼和頂幫光面爆破眼向外偏5°。采用矩形遞增式規(guī)格逐步擴(kuò)大，炮眼布置平面見圖3。

采用2#巖石乳化炸藥，規(guī)格為φ32 mm×200 mm，200 g，采用1～11段毫秒非電導(dǎo)爆管雷管一次孔底起爆。炮孔起爆順序?yàn)樘筒垩邸o助眼1→輔助眼2→周邊眼→頂板光爆眼。掏槽孔和輔助孔采用不耦合連續(xù)裝藥，掏槽孔每個(gè)炮孔22卷炸藥，輔助孔每個(gè)炮孔20卷炸藥；周邊孔采用空氣不耦合間隔裝藥，每個(gè)炮孔18卷炸藥，頂幫光面爆破眼每個(gè)炮孔裝12卷炸藥；填塞長度為0.8 m。爆破參數(shù)見表1。

圖3 巷道掘進(jìn)炮眼布置

4 爆破效果

爆破后，巷道輪廓成型規(guī)整，無超欠挖現(xiàn)象，在巷道壁上可以看見清晰的半孔眼痕，基本無大塊，巖石塊度均勻，炮孔利用率高達(dá)82.6%。采用雙孔裝藥矩形直眼掏槽爆破進(jìn)行4個(gè)爆破循環(huán)進(jìn)尺，期間平均炮孔利用率為92.1%，個(gè)別炮孔利用率為93.4%，有效提高爆破炮孔利用效率，明顯改善爆破效果。

表1 爆破參數(shù)

5 結(jié) 語

雙孔裝藥矩形直眼掏槽技術(shù)在某礦區(qū)巷道開挖工程中成功應(yīng)用，完全適合于花崗巖等硬巖巷道爆破掘進(jìn)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。通過理論計(jì)算空孔與裝藥孔的間距，根據(jù)設(shè)計(jì)的巷道斷面尺寸，掏槽孔布置為矩形，垂直于自由面，操作方便，容易施工，實(shí)用性較強(qiáng)。爆破后巷道斷面平整，基本無超欠挖，減少了巷道的維護(hù)工作量。該技術(shù)為巖巷爆破掘進(jìn)提供了新的途徑。

[1] 王文龍.鉆眼爆破[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1984.

[2] 劉優(yōu)平,黎劍華,林大能,等.掏槽爆破中空孔效應(yīng)的理論與試驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2007,27(5):75-77.

[3] 劉優(yōu)平,周正義,黎劍華.井巷掏槽爆破中空孔效應(yīng)的理論與試驗(yàn)分析[J].金屬礦山,2007(2):12-14.

[4] 李夕兵.鑿巖爆破工程[M].長沙：中南大學(xué)出版社,2011.

[5] 黃寶龍.準(zhǔn)直孔掏槽爆破技術(shù)在正興礦的應(yīng)用[J].中國礦業(yè)，2016，25(1)：101-102.

[6] GEGLIO M.Spherical vessel subjected to explosive detonation loading[J].International Journal of Pressure Vessels and Piping,1997,74(2):83-85.