提高岩巷掘进爆破速度和质量的若干技术问题

摘要：文章从岩石爆破破碎理论以及影响岩巷掘进爆破速度和质量的若干因素，光面爆破、掏槽爆破以及炮眼深度等技术问题对岩巷掘进爆破速度和质量的影响，总结了大量工程实践的经验和教训，提出了掏槽参数、掏槽形式、光爆参数以及光爆装药形式等合理化的建议。

关键词：岩巷掘进；爆破速度；光面爆破；定向断裂

中图分类号：TD235 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）03-0101-03

常规的岩巷掘进爆破施工，导致炮眼利用效率较低、炸裂岩石碎块散乱、爆堆分布过远、成型质量不高以及周围岩层破坏严重等一系列问题；同时较小的巷道宽度、不多的自由面以及很强的受夹制作用等更在很大程度上影响了巷道掘进的安全程度和稳定程度。

一、影响岩巷掘进爆破速度和质量的若干因素

（一）光面爆破对岩巷掘进爆破速度和质量的影响

光面爆破质量水平的高低将直接影响巷道在爆破成型中的规整性以及周围岩层的破坏性，如果光面爆破质量水平较高，则巷道不仅成型比较规整，而且周边围岩的破坏程度也相对较小。影响光面爆破质量水平高低的因素主要包括：炮眼间距的大小、炮眼的密集系数、装药的结构以及装药的集中程度。

第一，光面爆破中炮眼间距的大小对其爆破质量的影响。炮眼的间距必须要科学合理，否则便无法保证炮眼间贯通裂隙成型的完全性。炮眼的间距可以通过有关的公式进行计算，但是在计算的过程中必须要综合考量贯通裂隙在形成过程中爆生气体以及爆炸应力波的影响。假设，表示周边炮眼间距、表示破裂区半径、表示岩石抗拉强度、表示炮眼充满爆生气体时的准静压力，则笔者建议公式如下，仅供

参考：

（1）

第二，光面爆破中炮眼的密集系数对其爆破质量的影响。诸多的工程经验显示，炮眼的密集系数（通常用m表示）的取值范围通常在0.8～1.0之间。利用双孔双自由面爆破模型，我们充分地研究了各种指标（例如炮眼利用率、爆破漏斗体积以及炮眼断裂面平整性等），所得结果说明，如果拱顶部分的曲率相对不大，建议适当地增加炮眼的密集系数，但是m（炮眼的密集系数）的最大取值最好也不能够大于1.2。

第三，光面爆破中装药的结构以及装药的集中程度对其爆破质量的影响。轴向软垫层不偶合装药结构以及径向空气间隙不偶合装药结构是公认的相对比较科学合理的光爆装药结构。在实际的光面爆破施工当中，我们通常利用装药的集中程度来控制巷道周边光面炮眼装药数量的大小。在如何确定装药的集中程度满足爆破标准方面，通常是参考以下要求，即可以在岩壁上留有眼痕但是不对周围岩石造成粉碎性破坏。我们假设，表示装药集中度、表示药卷直径、表示炸药密度、表示炮眼的装药长度，则笔者建议公式如下，仅供参考：

（2）

强度低塑性大的较松散软弱岩石虽然容易爆破成功，但是在爆破之后非常容易导致岩石的塌落和四处的迸溅，采用光面爆破具有重要的显示价值。在下表当中，笔者给出了巷道周边光面爆破参数，仅供

参考。

（二）掏槽爆破对岩巷掘进爆破速度和质量的影响

第一，掏槽爆破中掏槽形式对其爆破质量的影响。垂直楔形掏槽形式是目前浅眼多循环巷道掘进爆破施工当中最为常用的掏槽形式。但是如果将垂直楔形掏槽形式应用于中深孔爆破施工当中，则该掏槽形式在巷道断面宽度的制约下很难发挥良好作用，因此通常在中深孔爆破施工当中利用直眼掏槽形式。直眼掏槽形式的种类相对较多，例如比较常见的螺旋掏槽形式、角柱掏槽形式以及菱形掏槽形式。虽然形式不同，但是它们均利用了若干数量的平行空眼当作首爆装药眼的破碎岩石以及辅助自由面的膨胀补偿空间。

目前较为有效的中深孔爆破直眼掏槽方式是阶段直眼掏槽和孔内分段直眼掏槽。前者是将掏槽眼深度分成若干不同掏槽眼的眼底位于不同的平面上，按由浅入深的顺序分阶段进行掏槽。后者则是在掏槽装药炮眼内实施上下两分段，分段装药间以一定长度的炮泥相隔，由外向内顺序起爆。两种直眼掏槽方式的掏槽机理是一样的，前分段掏槽爆破后，在应力波和爆轰气体的综合作用下，槽腔内岩石被破碎并向工作面方向推移，形成漏斗形槽腔，为后分段掏槽创造了一个新自由面，并由此改变了深部岩石所受的夹制作用，使其强度降低，有利于岩石的爆破破碎和运动。同时还造成下分段岩石中的残余应力和大量的爆生裂隙以增强岩石的破碎。分段间装药微差起爆，也改善了炸药爆炸能量与岩石破碎的匹配关系，使更多的能量用于岩石破裂破碎和更少的能量用于碎块的抛掷。研究结果表明这两种掏槽方式可增大槽腔体积，提高掏槽深度，抛掷作用小，爆堆集中，利于装岩。

对于岩石性质为硬岩（f>8～10）的岩石，如果巷道断面的面积相对比较大时，除了采用阶段直眼掏槽形式以及孔内分段直眼掏槽形式等两种掏槽形式之外，通常还采用直眼与斜眼复合式掏槽形式。以HB某矿区的坚硬岩石巷道掘进爆破施工为例，在爆破施工中采用了直眼与斜眼复合式掏槽形式。虽然该巷道的岩石是粗砂岩具有很好的致密性、坚固性、整体性以及很高的韧性，但是由于采用了直眼与斜眼复合式掏槽形式，不仅槽腔内岩石破碎程度得到了有效提升，而且岩石破碎块度也得到了增强，爆破效率高于80%，掏槽效果优秀。

第二，掏槽爆破中掏槽参数对其爆破质量的影响。首先，炮眼间距。斜眼楔形掏槽参数多由经验确定。本文认为，掏槽爆破主要是利用装药爆炸后岩石中产生的破碎破裂作用，因此对于直眼掏槽，要保证槽腔内岩石充分破裂破坏，掏槽炮眼就应布置在破裂区内。其次，炮眼装药量。据掏槽爆破要求，装药爆后要将槽腔内岩石充分破碎并抛出，因此，装药量较其它炮孔要大，且不同种类的岩石装药量有变。

（三）炮眼深度对岩巷掘进爆破速度和质量的影响

第一，根据钻眼机械的型号确定。合理的炮眼深度应与钻眼机械相适应，即合理的炮眼深度要保证钻眼时有较高的钻眼速度。有资料表明：对于普通的气腿式凿岩机，在相同的凿岩条件下，采用同一根钎子钻眼，每增加1米炮眼，其钻眼速度就下降4%～10%，且随着钻眼深度的增加，钻眼速度就下降得越快。特别当炮眼深度超过3.0m时，由于钎子重量增加。使克服钎子弹性变形的冲击功增大，排粉难度也增大；其次钎杆与眼壁间摩擦阻力增大，能量消耗增加；再者人工拔钎也相当困难。当然，如若采用凿岩台车配备重型导轨式凿岩机，因其有较大的轴推力和较强的扭矩，所以能克服气腿式凿岩机的上述缺点，可不换钎子一次推进行程3.5～4.0m，对巷道掘进中深孔爆破非常有利。

第二，根据单位工时的消耗程度确定。笔者参阅了众多的相关资料，同时有效结合自己的现场经验和有关研究发现：如果爆破施工中炮眼的深度出现变化，爆破施工当中的各个主要工序的单位工时消耗程度基本上维持在一定的范围之内，变化范围非常小。我们举例来说，装运岩石、铺设轨道、永久支护、临时支护以及整个钻眼爆破环节的所消耗的工时基本不受炮眼深度变化的影响。但是各种类型的辅助工序和转换工序则要受到炮眼深度变化的影响。例如，钻眼准备、工作面清整、交接班、安全检查、通风排烟、放炮前撤人撤物等环节会随着炮眼深度的加大而出现单位工时消耗明显减少的趋势。

除了以上需要考虑的因素之外，需要在综合考量岩石坚硬程度、炸药破坏力以及巷道断面大小之后在确定具体的炮眼深度。具体而言，岩石坚硬程度越高，掏槽难度就越大；炸药破坏力越大，掏槽效果就越好，巷道断面越小，炮眼底部岩石夹制作用就

越强。

二、定向断裂控制爆破技术

定向断裂控制爆破技术的主要作用机理就是，让炮眼眼壁某个部位应力集中，进而产生径向裂缝，同时避免眼壁其他部位产生微裂缝，随后在爆炸应力波和爆生气体的共同作用下，径向裂缝持续发展，形成预期的断裂面。与普通光面爆破相比，其主要的技术特点有：巷道周边成型质量提高，围岩破坏程度降低；眼距加大，周边钻眼工作量减少。特别是在软岩巷道效果更为明显。

定向断裂控制爆破技术主要有两种常用的应用形式。第一种，沿着炮眼壁的纵向方向开挖V形槽，待爆破成功之后，切槽尖端是爆炸应力波首先攻击的对象，它会在应力波的作用下出现开裂现象，随后爆炸气体沿着裂缝向前贯冲，导致裂缝延伸，一直到相邻炮眼。第二种，药包被制作成特殊形状，待爆破成功之后，炮眼壁的某个位置会出现初始裂缝，随后爆炸气体沿着裂缝向前贯冲，在爆炸气体的作用下，初始裂缝会持续扩大，最终形成定向断裂面。

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作者简介：杜文华（1983-），男，首钢通钢集团建平深井矿业有限责任公司助理工程师，研究方向：工矿自动化。

（责任编辑：刘晶）