光面爆破在金屬礦山巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用

張建英

摘要：西石門鐵礦巷道多布置在閃長(zhǎng)巖、灰?guī)r等圍巖中，巖石硬度f(wàn)在8～12之間，屬于堅(jiān)固巖石。采用7655型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，為了提高巷道成型，提高爆破效率、改善爆破效果、增加進(jìn)尺，通過(guò)對(duì)光面爆破孔間距、裝藥結(jié)構(gòu)等爆破參數(shù)進(jìn)行多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，獲得了合理的爆破參數(shù)，提高了掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺，降低了爆破成本。

關(guān)鍵詞：光面爆破；金屬礦山；巷道掘進(jìn)；炮眼深度；炮眼間距；起爆方法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD235 文章編號(hào)：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(jìn)爆破面臨一系列問(wèn)題，包括自由面積有限、巖石夾制力強(qiáng)、炮眼浪費(fèi)、爆堆不集中、成型質(zhì)量差等，因此巷道掘進(jìn)爆破工作中需要解決的主要難題是改良爆破技術(shù)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(xiě)，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(shí)沿炮孔聯(lián)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(guī)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(shè)計(jì)要求，平整不欠挖，超挖量應(yīng)小于設(shè)計(jì)規(guī)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(duì)圍巖的整體破壞要小，不損壞支架或設(shè)備，作業(yè)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(gè)掘進(jìn)循環(huán)延續(xù)的時(shí)間的指標(biāo)有關(guān)，可根據(jù)巷道斷面尺寸、巖石性質(zhì)、鑿巖機(jī)類型、裝藥結(jié)構(gòu)、勞動(dòng)組織和循環(huán)等因素確定。增大炮眼深度可使循環(huán)的進(jìn)尺增加，輔助作業(yè)時(shí)間減少，爆破材料單耗降低，但炮眼過(guò)深時(shí)，鑿巖速度下降，爆破質(zhì)量差，裝藥效率低，所以確定炮眼深度時(shí)要考慮各種因素。

3.1 根據(jù)單位工時(shí)消耗確定

參考長(zhǎng)期操作經(jīng)驗(yàn)，隨著炮眼深度的變化，鉆眼爆破中涉及到的各個(gè)工序、支護(hù)成本、裝運(yùn)巖石以及鋪設(shè)軌道等操作的單位工時(shí)也會(huì)隨之受到不同程度影響。即使純單位工時(shí)消耗量不受改變，但交接班、準(zhǔn)備工作、善后工作以及安檢、通風(fēng)等單位工時(shí)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(zhì)地以及炸藥威力還影響到炮眼深度。巷道斷面小，巖石質(zhì)地堅(jiān)硬，在形成炮眼時(shí)所遇到的阻礙會(huì)越大。

3.2 根據(jù)循環(huán)作業(yè)方式確定

炮眼加深可以使每個(gè)循環(huán)進(jìn)尺增加，相對(duì)減少了輔助作業(yè)時(shí)間，爆破材料的單位消耗量也相應(yīng)降低，但炮眼太深時(shí)，鑿巖速度就會(huì)明顯下降，而且爆破后的巖石的塊度不均勻，裝巖時(shí)間拖長(zhǎng)，導(dǎo)致掘進(jìn)速度減慢，因此要通過(guò)循環(huán)作業(yè)的方式來(lái)確定炮眼深度，使其保證每個(gè)班完成任務(wù)，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(yīng)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(guān)系，即：

K=E/W

式中：

K——炮眼密集度系數(shù)，一般為0.6～1.0，巖石堅(jiān)硬時(shí)取大值，軟時(shí)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(gè)不裝藥的空眼，提供爆破時(shí)的輔助自由面。以梅花形布置爆破效果最好，該布置有四個(gè)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(gè)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(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)的最小抵抗線，一般它應(yīng)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(shí)效果較好，現(xiàn)在井下一般取Wmin=500～600mm。本設(shè)計(jì)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(shù)m：

m=E/W

巖石較破碎時(shí)m=0.5，難爆巖石m取大于或等于1。由經(jīng)驗(yàn)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(gè)數(shù)計(jì)算：

巷道光爆層斷面與頂眼的長(zhǎng)度：

L=2h2+1.33B0

式中：

h2——墻高，2210mm

B0——巷道寬度，3000mm

通過(guò)計(jì)算長(zhǎng)度為8410mm，幫眼與頂眼之間的距離為336～630mm，E取整，為450mm、550mm、620mm。

現(xiàn)場(chǎng)采用幫眼間距為500mm，頂眼間距為550mm。光爆層上的周邊眼個(gè)數(shù)為n=L/E=8410/（336～630）mm=14個(gè)。

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

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，底板眼間距也可以取為600～750mm，底板眼個(gè)數(shù)為6個(gè)，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(kuò)大槽口提體積，最終接近開(kāi)挖斷面形狀，創(chuàng)造良好的爆破條件。根據(jù)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(gè)數(shù)的確定方法同周邊眼，23個(gè)輔助眼數(shù)，按兩圈布置如圖。

4.5 光面爆破的裝藥方法、裝藥量的計(jì)算

爆破成功的關(guān)鍵是合理確定每個(gè)炮眼的裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)。西石門鐵礦掘進(jìn)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(zhǎng)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(shù)：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(shí)為8.36+0.19=8.55kg

4.5.2 輔助眼裝藥量：

qf=qP=0.635kg

裝藥卷數(shù)：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(shù)：nb=0.5/0.15=4（卷）

裝藥總量=14×4×0.15=8.4kg

合計(jì)實(shí)際裝藥量Q總=8.55+17.48+8.4=34.43kg

裝藥時(shí)，用炮棍將緊密連接的藥卷推入周邊眼的炮孔內(nèi)，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(duì)著切割的巖石。遇到有水工作面時(shí)，乳化炸藥裝入炮孔內(nèi)使用，無(wú)需防水。

4.6 起爆方法與順序

掘進(jìn)爆破起爆采用非電起爆系統(tǒng)，6個(gè)段發(fā)半秒延期非電雷管。將爆炸包置于孔底的倒數(shù)第二個(gè)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(qū)起爆順序?yàn)椋海?）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(jié)語(yǔ)

通過(guò)西石門鐵礦巷道施工過(guò)程中開(kāi)展的光面爆破試驗(yàn)，取得的效果總體評(píng)價(jià)如下：（1）提高了巷道成型質(zhì)量，施工作業(yè)安全條件有較大改善。爆破后的巷道輪廓平整，超挖欠挖現(xiàn)象幾乎不存在，巖壁上半孔率可達(dá)80%以上，實(shí)現(xiàn)了爆破對(duì)周邊圍巖的弱擾動(dòng)；（2）掏槽孔進(jìn)尺達(dá)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(nèi)，不需要進(jìn)行二次放炮處理。

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