光面爆破技術在煤礦巷道掘進中的應用

趙 劍

（山西潞安環保能源開發股份有限公司漳村煤礦，山西 長治046000）

光面爆破技術對于煤礦巷道掘進頂幫的維護作用至關重要，其根本是指通過合理布孔、科學裝藥、有效設置起爆順序使巷道爆破后形成規整的輪廓，達到減少巷道支護工作量，降低圍巖的破壞提高巷道穩固性，保障安全生產的目的。目前，光面爆破技術隧道掘進以及井巷工程施工過程中得到廣泛地應用，并在實踐中不斷創新。光面爆破技術不僅可以確保巷道工程的質量、提升巷道的施工進度，并且能夠有效地減少支護工作量，降低生產成本，更重要的光面爆破技術能夠極大地提高巷道的安全性能，延長巷道的服務年限。

1 光面爆破技術的概述

1.1 光面爆破的原理

光面爆破的原理主要是通過周邊孔炸藥爆炸后，利用空氣柱傳播徑向拉應力，使炮孔間形成裂縫貫通，達到光爆效果[1]。

基本要求：巷道周邊孔需沿著開挖輪廓線布置，并與開挖輪廓線的的角度滿足開挖斷面要求，所有的周邊孔需平行布置在一個開挖平面上；裝藥結構宜采用大孔徑-小藥卷炸藥模式，這邊炮孔采用徑向-軸向不耦合裝藥方式；炮孔起爆順序需根據炮孔布置進行合理的設定。

1.2 光面爆破的特點

光面爆破技術應用能夠實現巷道成型規整，開挖斷面與設計開挖輪廓高度符合，工程質量顯著改善。在圍巖穩固性較好區域，半孔成孔效果尤為明顯，能夠保持圍巖穩定，巷道周邊幾乎無需支護即可滿足生產要求；在圍巖穩固性較差區域，光面爆破成孔較差，但是能夠能保持圍巖不被爆破震動破壞，有效避免爆破對圍巖的沖擊破壞作用，保證圍巖整體強度，圍巖松弛帶范圍是常規爆破的1/3，圍巖的整體穩定性顯著提高[2]。

1）光面爆破的優點：減少邊幫孔（或者頂板）的裝藥量，降低成本；減少工程超欠挖。光面爆破的應用能夠極大地降低超欠挖工作量，有效地提升施工工程質量和施工進度；提高作業安全系數，光面爆破能夠減少爆破對周邊礦巖的震動，有效降低大面積浮石的產生率，極大地提高作業現場的安全系數；減少邊幫（或者頂板）的浮石處理量，光面爆破能夠減少頂幫浮石，降低井下生產作業人員的工作強度和勞動量；減少邊幫（或者頂板）的支護量，減少支護對于采掘循環的影響，光面爆破在減少爆破支護工作量的同時，能夠顯著提高掘進速度，破碎圍巖區域能夠有效減少混凝土襯砌澆筑量[3]。

2）光面爆破的缺點：多施工炮孔，一面積邊幫多施工4～5個炮孔，相對于以上優點，多打幾個孔的缺點可以忽略不計；節理和構造發育的地方光爆效果可能不明顯。

2 煤礦光面爆破應用舉例

2.1 應用條件概述

潞安礦業公司下屬某礦井，地質條件分類為：Ⅲ-ⅢcⅡdⅢc，揭露的主要地質構造有斷層、陷落柱、褶曲，標高850～680 m，井田松散層厚度平均399.89 m[4]。光面爆破應用巷道地點圍巖主要由砂質泥巖、泥巖、炭質泥巖和煤巖組成，巖性軟易碎，地壓大，巖石硬度系數為f=4～8，掘進凈斷面5.5 m2。

2.2 光面爆破技術參數

該巷道掘進采用YT-24氣腿式鑿巖機人工掘進，鉆孔孔徑為Φ40～Φ42 mm，掏槽孔、輔助控、周邊孔孔徑均為Φ40～Φ42 mm。

2.2.1 掏槽孔、輔助眼

掏槽布孔方式為組合掏槽方式，采用楔形掏槽與直眼掏槽組合掏槽形式，其中直眼孔4個，與巷道掘進方向平行，斜眼4個與工作面夾角75°～86°，炮孔間距根據工作面硬度系數f=8～12以及炮孔直徑確定，控制直眼掏槽孔與斜眼掏槽孔間距15 cm，斜眼間距為0.4～0.45 m。輔助眼孔距取值為0.5～0.7 m，兩圈之間的距離為0.7～0.9 m[5]。為保證爆破進尺，控制掏槽眼比輔助眼深20 cm。

掏槽孔2號巖石乳化炸藥，藥卷直徑38 mm，藥卷直徑與炮孔直徑長差不大，裝藥工作較為順利，且該直徑炮孔與38 mm藥卷基本實現耦合裝藥[6]。

2.2.2 周邊眼間距

光面爆破的核心技術參數為周邊孔布孔、裝藥結構、堵塞方式。根據圍巖性質和炮孔直徑本次設計周邊眼間距為0.45～0.6 mm，周邊眼微角度斜插，孔底距離巷道輪廓線0.1～0.2 m。在兩幫和跨度大的拱頂孔距設置0.6 m，在曲率半徑小兩側拱底區域孔距取值0.4 m，以保證控制爆破曲面[7]。結合現場情況，本次試驗周邊孔孔深1.8 m。采用Φ32 mm×200 mm乳化炸藥，間隔裝藥，孔口堵塞30 cm，孔口至炸藥預留空氣柱60 cm。

2.2.3 應用效果

1）爆破后巷道輪廓規整，輪廓整齊，周邊圍巖基本無剝落，表明此次光面爆破應用爆破震動效應明顯減小。

2）掘進斷面超欠挖量明顯降低，經測量平均超挖量＜50 mm，最大超挖量＜100 mm。

3）掘進效率明顯提高，掘進速度由原來的90 m/月提高到130 m/月。

4）全月支護量較小，極大地降低了支護成本，縮短了支護耗時費工。

3 結論

1）光面爆破技術的關鍵在于周邊孔炮孔間距的選擇、裝藥量的設計、裝藥堵塞方式的要求、炮孔起爆順序的設置等幾個方面。其中周邊眼裝藥量和裝藥方式尤為關鍵，嚴格控制的基礎上還需要根據巖石硬度的變化做出效應的調整。

2）試驗表明破碎區域周邊孔中間增加空孔，爆破后光面爆破效果更佳，空孔多呈現半孔狀態，巖壁平整。

3）實踐表明，光面爆破技術爆破效果明顯改善，能夠實現巷道斷面輪廓的完整性，爆破后巷道周邊半孔明顯，圍巖受到爆破振動破壞作用顯著降低，極大地維持了圍巖的整體穩定性，并且有效避免了巷道超欠挖問題，有效降低了支護成本，提高了作業效率。