光面爆破技术在沛城矿的应用

张茂会

摘要：岩巷工程采用普通的爆破方法，开挖线以外的围岩经常受到破坏，爆破后巷道轮廓线不平整，出现许多裂隙，甚至超挖、欠挖严重，不仅浪费大量的支护材料和时间，而且影响岩体的稳定性。根据沛城煤矿岩石性质，结合施工现场实际情况，采用光面爆破技术施工，减少了对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，为后续工序—锚杆支护提供有利条件，保证了施工质量和安全，加快施工进度，降低成本，取得较好的效果。

关键词：岩巷光面；爆破质量；岩体稳定性

中图分类号：TD235 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）32-0050-02

1 工程及地质概况

矿井可采煤层的顶、底板围岩性质为中细粒石英砂岩、砂质页岩、砂质泥岩、层状结构，矿床为一单斜构造，岩层倾角15°～55°。根据矿压观测和围岩变形特征，属Ⅰ-Ⅱ类围岩，沛城煤矿首先在三五采区-690探巷推广了光面爆破技术，取得了较好的经济效益，接着在三五下部及三二采区煤巷进行了推广。

2 光面爆破参数的选择

光面爆破参数的选择主要与地质条件有关，在不同的岩层中岩石的硬度、厚度、节理裂隙的发育、断面的形状、大小等都影响到光爆参数的选择，其次是炸药的性能、装药结构和起爆方法。沛城煤矿底板岩巷为Ⅰ-Ⅱ类围岩，开挖断面为拱形，断面面积为7.54m2，炸药选用二级煤矿许用乳化炸药。

装药结构对围岩的破坏直接影响光爆效果，由于沛城煤矿属于低瓦斯矿井，施工期间采取反向装药，因为反向装药的药包和雷管的聚能穴都指向自由面，爆破岩石的效果好。

周边眼最小抵抗线的选取，根据围岩软硬变化及爆破效果观察，取保护层厚度150～200mm为宜，厚度过大，则保护层不易剥落，光爆效果不好，厚度过小，则达不到对设计轮廓的保护作用。

周边眼布置光爆设计时，周边眼沿设计轮廓线布置，相邻孔距取孔径的8～12倍，即孔距为300～350mm。

爆破深度和循环进尺，根据巷道围岩性质和巷道断面，为便于爆破后及时支护，设计循环进尺为0.8m，掏槽眼深度为1.0m。

周边装药孔线装药密度，线装药密度影响光面爆破效果，线装药密度过大时，会破坏炮孔的孔壁，线装药密度过小，则可能形不成炮孔之间的裂缝，且破碎大块率较高。由于在Ⅰ-Ⅱ类围岩实施爆破，其抗压强度较低，炮孔壁易被压坏，因此，线装药密度应适当减少。实践证明，取0.1～0.12kg/m较为合适。

3 提高光面爆破质量要求

根据地质条件选择合理的爆破参数，及时调整周边孔的装药量和装药结构，其次加强掏槽，增大内圈眼与周边眼的段间隔时间，跳1～2段，分别使用毫秒延期雷管，以减轻爆破时围岩对周边孔的夹制作用，提高爆破效果，最后加强空口填塞质量，用炮泥堵塞400mm以上。

提高点眼划线的精度，做好放样布眼工作钻眼前，技术人员用巷道激光线准确定出巷道中、腰线，用红漆画出巷道轮廓线，标明炮眼位置，其误差不超过50mm。

钻孔布置方式：采用菱形掏槽，掏槽眼及底眼深1800mm，辅助及周边眼深1600mm左右，周边眼眼距≯300mm，顶眼与轮廓线垂直夹角在+3°左右，底眼与底板轮廓线垂直夹角在-5°左右，辅助眼眼距≯500mm，底眼眼距≯600mm，经过长期实践证明炮眼利用率为95%左右。

4 锚杆支护参数选择

4.1 根据普氏悬吊理论计算顶板压力

P=4/3×γ×a2/f=4/3×2.5×1.62/6=1.42（t/m2）

式中：

γ—岩石平均容重，2.5t/m3

f—岩石坚固系数，中等岩石取6

a—巷道宽的1/2，1600mm

4.2 锚杆长度计算

L=KH+L1+L2=2×400+300+50=1150（mm）

取L=1600mm>1150mm，满足要求。

式中：

K—安全系数，取2

H—软弱岩层（煤）厚度，取800mm

L1—锚杆锚入稳定岩层深度，取300mm

L2—锚杆的外露长度，取50mm

4.3 锚杆间距选择

D≤Q/（kγH）1/2=[6.12/（2×2.5×0.4）]1/2=1530mm

实际取间距850mm，满足要求。

式中：

Q—Φ18mm螺纹钢锚杆锚固力，Q>6.12t/根

4.4 支护强度验算

因锚杆间距为850mm，每平方米顶板有1/（0.85×0.85）=1.38根锚杆，抗拉力F=1.38×6.12=8.45t，大于顶板压力1.42t/m2的要求。

5 光面爆破施工技术措施

各类炮孔布置的顺序是：首先选择适当的掏槽方式和掏槽位置，其次是布置好周边孔，最后根据断面大小布置辅助孔。

掏槽孔的位置会影响岩石的抛掷距离和破碎块度，通常布置在断面的中央偏下，并考虑辅助孔的布置较均匀。

周边孔一般布置在断面轮廓线上，按光面爆破要求，各炮孔要互相平行，孔底落在同一平面上，底孔的最小抵抗线和炮孔间距通常与辅助孔相同。为保证爆破后在巷道底板不留“根底”，底孔孔底要超过底板轮廓线。

布置好周边孔和掏槽孔后，再布置辅助孔。辅助孔是以槽腔为自由面层层布置，均匀地分布在被爆岩体上，并根据断面大小和形状调整好最小抵抗线和炮孔密集系数。

所有参与作业人员必须熟练掌握操作流程，充分了解光面爆破的重要性和技术参数。

6 结语

经过长期的实践总结和技术改进，巷道实施光面爆破技术取得较好的巷道成型和较高的质量标准化水平。周边成型符合设计轮廓，超欠挖量仅为5%左右，巷道周边平均线下欠挖值小于100mm，炸药充分发挥效能；爆破后碎岩较均匀，利于装载和运输。

光爆施工减少了巷道超欠挖现象，节约了喷射混凝土超挖回填量。

光爆施工保证了巷道成型，加快了巷道施工进度，有效缓解矿井采掘接续的紧张局面。