簡述光面爆破在普朗銅礦中的應用

曾曉昌，肖天勇，李志鈞，王晶，趙明亮

(云南迪慶有色金屬有限責任公司， 云南 香格里拉市 674400)

0 引 言

隨著普朗銅礦生產規模的不斷擴大，傳統的井下巷道爆破成型理論、設計規范已經不能滿足巷道成型的要求。尤其在穩定性較差的巷道施工過程中，應力集中、巖石條件復雜、出現斷層，裂隙，節理、巷道成型差與掘進速度慢成為巷道掘進和支護的一大難點。對巷道掘進施工提出了更高的設計要求。隨著爆破工藝及爆破技術的發展，光面爆破因自身的獨特優越性，成為越來越多巷道掘進爆破的首選技術方案。爆破后斷面成型規整基本能夠符合設計要求，能避免前期超欠挖附加給后期的工作量；爆破對巷道本身圍巖穩定性破壞少，施工作業安全可靠[1]；因巷道表面較平整光滑，可加快巷道成型速度、減少支護量、提高錨桿噴漿、噴射混凝土支護質量，創造良好條件、減少通風阻力和降低二次支護成本。

為此，本文以普朗銅礦3720 m水平N6穿脈[2]為例，在較松軟破碎巖體巷道中進行光面爆破技術研究，設計光面爆破方案，優化施工工藝流程，取得了較好的效果。

1 光面爆破方案設計

該條穿脈出露巖體為石英二長斑巖：呈淺灰—灰綠色，灰綠—灰黑色，斑狀結構，塊狀構造，斑晶發育完整，多呈顆粒狀，且以長石為主；巖體呈弱風化，對其強度影響較小，經定性測量巖體的普氏硬度系數f=8～10，屬堅硬巖；巖體構造較發育，見3條次級斷層（F1：破碎帶寬約0.5～1.5 cm，充填物主要為圍巖碎屑與角礫、白色斷層泥、石英；F2：破碎帶寬約 0.5～1.5 cm,充填物主要為圍巖碎屑與角礫、白色斷層泥；F3：破碎帶寬約5～20 cm，充填物主要為圍巖碎屑與角礫）和5組節理，而同組節理間距為0.2～0.4 m之間，節理密集度在10條/m以內，節理傾角絕大部分為65°～80°，大部分構造面由黃鐵礦或石英脈充填，其閉合性較好，斷層與節理以及節理之間相互穿插切割影響了巖體的完整性，巖體的完整性整體屬較破碎；巷道潮濕，偶見滴水現象，巖體屬裂隙透水，弱富水層；巖體質量整體屬Ⅱ-Ⅲ類，穩定性較差，需要及時進行臨時支護[3]。設計斷面為4.6×4.4 m三心拱斷面。

1.1 爆破參數的選擇和計算[4]

（1）炮孔直徑的確定。主要根據 Boomer281鑿巖臺車鑿巖型號和 2#巖石乳化炸藥的直徑所決定，本次采用φ45 mm 炮眼進行爆破。

（2）炮孔深度的確定。Boomer281鑿巖臺車最大的鑿眼深為4.0 m，為了最大限度地發揮設備性能，根據長期在該工程區域內施工得到的經驗及參照相關爆破規程，本次炮眼深度暫定為掏槽眼和掏槽空眼深度4.0 m[5]，其余炮眼深度暫定位3.8 m。

（3）單循環的炮孔數量。

式中，N為炮孔總數量；q為炸藥單耗，2.34 kg/m3；s為巷道斷面積=18.75 m2；γ為每米長度裝藥重量，0.75 kg/m；η為炮孔利用率，0.95。

經式（1）計算單循環的炮孔數量為62個。

1.2 炮孔布置

（1）掏槽眼。掏槽眼深L=L1+h，h為掏槽眼超鉆深度h=10～30 cm，此處取20 cm，所以掏槽眼深為4.0 m。炮孔間距a：根據a=10～40 cm，此處取30 cm。根據巖石普氏硬度系數f=8～10查表可得炸藥單耗q=2.34 kg/m3。單孔裝藥量Q=αLG/H，α裝藥系數暫定為0.8；G為單卷藥重量，查表可得G=0.3 kg/卷；H為單卷長度，0.3 m；計算可得Q為3.21 kg。

（2）輔助眼或崩落眼。孔間距a=0.4～0.8 m。根據巖石普氏硬度系數f=8～12查表可得炸藥單耗q=2.34 kg/m3。單孔裝藥量Q=αLG/H計算可得單孔裝藥量為3.01 kg。

（3）頂眼及側幫眼。孔間距a=0.4～0.6 m，共布置23個眼，計算可得a=0.484 m。根據巖石普氏硬度系數f=8～10查表可得炸藥單耗q=2.34 kg/m3。單孔裝藥Q=αLG/H計算可得單孔裝藥量為1.9 kg。頂眼和周邊眼裝藥集中度均取473 kg/m，炮泥堵塞長度不低于60 cm。

（4）底眼。炮孔長度L=3.8 m；炮孔間距a=0.4～0.8 cm，共布置7個眼，計算可得a=0.767 m。根據巖石普氏硬度系數f=8～10查表可得炸藥單耗q=2.34 kg/m3。

單孔裝藥量Q=αLG/H，計算可得單孔裝藥量為1.9 kg。

總裝藥量為144.9 kg。炮眼布置圖如圖1所示，炮孔參數見表1。

圖1 N6炮眼布置（單位：mm）

（5）裝藥結構及爆破連線如圖2所示。

圖2 裝藥結構及爆破連線示意

裝藥完成后用炮泥進行孔口封堵，封堵長度不低于60 cm，封堵完成后將所有雷管尾部連接器卡住爆破母線，連接方式采用串聯或并聯皆可。爆破母線長度距離爆破點彎道距離不低于150 m，直巷距離不低于200 m。

1.3 起爆順序

巷道掘進施工采用數碼雷管起爆網路[6]，全斷面一次爆破。起爆順序為首先起爆掏槽眼，其次起爆輔助眼，最后起爆周邊眼（見表1）。

表1 爆破參數

2 光面爆破施工工藝

2.1 測量、定孔

掘進施工前由井建技術人員對施工班組進行技術安全交底，測量技術員施工前按圖紙設計要求把中線和腰線放至掘進工作面，并對施工班組進行交底。施工班組進入現場首先對現場進行安全風險辨識，將中線和腰線投至掌子面，然后按照施工設計要求畫出輪廓線和炮孔位置。

2.2 鉆孔

設備使用Boomer281鑿巖臺車進行打孔，要求臺車司機熟悉光面爆破布孔圖，嚴格要求按照測定的孔位進行鉆孔作業，打孔深度、角度、孔徑須符合須設計要求。炮眼施工要求做到平、直、齊、準[7]。根據每個炮孔位置及巖石不同的凹陷程度，及時調整炮眼程度。保證掘進斷面的炮眼眼底平齊同一水平面。臺車司機在施工完當班工作任務后要及時向區隊或者施工員匯報當班鑿巖情況，例如有無斷層巖石破碎、增眼或者減少孔眼情況等，以便為施工員或者區隊長在裝藥安排的過程中采取合理的控制措施。

2.3 清孔、裝藥、連線

嚴格按照爆破設計參數進行裝藥量、裝藥結構的控制；掃碼進行雷管延時參數設置；將藥包開口插入雷管并綁扎牢固；將帶有雷管的藥包采用竹棍（木棍）輕輕推至孔底，并根據裝參數將剩余的藥包數量輕輕推至第一個藥包位置，使其接觸而不產生擠壓[8]；裝藥時先裝底眼，底眼裝好后需將雷管腳線卷起放入孔口5～10 cm處，以免裝上部眼時有碎石掉落砸壞腳線；所有炮孔裝完后需進行連線檢查，確保裝藥數量及裝藥結構無誤；將所有數碼雷管腳線進行串聯在同一根專用爆破母線上；采用炮泥進行孔口封堵；采用專用起爆器進行線路檢查。

2.4 警戒工作及爆破后處理

裝藥完成后需對本巷道口處掛設安全警示牌并對該條巷道進行封閉，同時對周邊有影響區域進行安全警示。檢查無誤并確保所有人撤離至警戒區域外后，由安全員監督爆破員在指定地點實施爆破作業。爆破完成后待通風檢測合格，檢測爆破作業面，若發現有盲炮、瞎炮，應及時查明原因，并嚴格按照相關規定處理；若檢測未發現異常情況，則正常組織出渣作業，并查看爆破效果。

2.5 光面爆破效果

普朗銅礦3720 m水平N6穿脈經過多次光面爆破試驗，試驗結果（見表1）表明：巷道側幫間距范圍總體為4.4～4.7 m， 巷道底部到頂部的間距總體為 4.2～4.5 m，巷道爆破后成形效果較好，炮眼利用率在90%以上，眼痕率為 63.3%～80%，巖面平整且無明顯超欠挖現象。

在使用光面爆破前，一條約500 m巷道爆破掘進出渣量平均約 1000～1050 車，出渣費用為1100～1150 元/車；采用光面爆破試驗后，出渣量在900～950 車之間，出渣費用為 1000～1025 元，與試驗之前相比，節省出渣費用 100～150 元，充分證明巷道成型效果較好，成型質量得到有效控制。

通過爆破效果分析可得，使用光面爆破技術能使巷道成型更加規整、光滑，更能接近于設計要求，減小巷道圍巖的擾動影響，有利于爆破后巷道圍巖的穩定，提高了井下巷道掘進施工的防護能力。光面爆破的成功應用，對普朗銅礦的開采和掘進具有重大意義。

表2 光面爆破部分效果分析

3 結論

（1）使用光面爆破前，掘進一條巷道大概需要8個月時間，施工成本約60～70萬；使用光面爆破后僅用6個月、施工成本約50萬。降低了施工成本、縮短了施工周期、提高了巷道掘進效率。

（2）部分巷道支護成形后，會出現巷道垮塌、冒頂片幫、涌水等安全隱患，因光面爆破對圍巖擾動較少、巷道成型更接近設計要求。

（3）使用光面爆破，能確保井下巷道完整性，巷道成型更規整、平滑，更能接近設計要求，減小巷道圍巖的擾動影響，

對比施工成本、施工周期、二次支護成本、巷道成型質量等分析可得：有效的光面爆破技術能確保井下巷道完整性，巷道成形更規整、平滑，更能接近設計要求，減小巷道圍巖的擾動影響，有利于爆破后巷道圍巖的穩定；提高了井下巷道掘進施工的防護能力，提升施工安全系數；縮短工期、降低巷道掘進成本。