浅谈光面爆破施工方案

王上飞

(河南能源化工集团永煤公司城郊煤矿,河南永城 476600)

浅谈光面爆破施工方案

王上飞

(河南能源化工集团永煤公司城郊煤矿,河南永城 476600)

煤矿巷道光面爆破是支撑新奥法原理的重要技术之一,是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法,分区分段微差爆破,达到爆破后轮廓线符合设计要求,临空面平整规则的一种控制爆破技术。巷道应用光面爆破技术最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用,从而减少对围岩的扰动,保持围岩的稳定,充分发挥围岩的自承作用,确保施工安全,同时,又能减少超、欠挖,提高工程质量和效率,节约成本。

光面爆破 围岩 周边眼 最小抵抗线

光面爆破的实质，是在井巷掘进设计断面的轮廓线上布置间距较小、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药，同时起爆，使炸药作用刚好产生炮眼连线的贯穿裂缝，并沿炮眼的连线——井巷轮廓线，将岩石崩落下来。本文以河南能源化工集团城郊煤矿二十辅助采区轨道巷外段为例，总结出岩巷光面爆破的影响因素，得出了合理的爆破参数。

1 掏槽眼光面爆破参数理论分析

掏槽爆破时，爆破破碎岩石的条件十分困难，而且掏槽的好坏又在很大程度上决定了其它炮眼的爆破效果。因此，必须选择合理的掏槽形式并确定适当的装药量，使岩石完全破碎形成槽洞，达到较高的槽眼利用率。

水平楔形掏槽是斜眼掏槽的一种形式，通常由两排相对称的炮眼组成，爆破后形成楔形槽，这种掏槽适用于任何岩石钻眼且比较方便[1]。

掏槽深度受巷道掘进宽度限制，最大深度为：

式中： B——巷道掘进宽度，m；

α——掏槽眼与工作面夹角，通常为60°～75°。

掏槽眼数应根据巷道断面大小和岩石性质确定，一般为4～8个，中硬岩石可取6个。

根据掏槽爆破要求，装药起爆后要将槽腔内岩石充分破碎并抛出，因此，装药量较其它炮眼要大，且随岩石坚固性增大而增大。掏槽眼装药量可以按照以下经验公式估算：

式中： Q——每个掏槽眼装药量，kg；

D——炮眼直径，取36mm；

ρ——岩石密度，取2600～2750kg/m3(砂岩密度)；

C——应力波传播速度，取2500m/s。

从上式计算得出每个掏槽眼装药量为0.48～0.49kg，约为1.5个药卷，若岩石非常坚硬或难爆时，可适当增加1个药卷，二十辅助采区轨道巷外段取2个药卷。

2 周边眼光面爆破参数理论分析

周边眼间距：周边眼间距是指开挖轮廓线上相邻两个炮眼的距离，用表示，它是直接控制开挖轮廓面的平整程度和成型质量的重要因素。光面爆破需要确定合理的周边眼间距，才能有效地形成光面裂缝。如果眼距过大，不能形成贯穿裂缝；眼距过小，增加钻孔工作量，相应的炸药量增加，不仅不经济，而且使爆破轮廓不平整，达不到光面爆破的效果。

采用径向不耦合装药，炮眼壁上的峰值压力为：

式中：0ρ——炸药密度，取1300kg/m3；

D0——炸药爆速，2200～4000m/s，取2200m/s；

dc——药卷直径，27mm；

db——炮眼直径，36mm；

n——炮轰产物撞击炮眼壁压力增大系数，一般取8～11。

当相邻炮眼连线中点处产生的最大拉应力达到其动态抗拉强度时，即可形成贯通裂缝，此时炮眼间距为：

式中： σm——岩石动态抗拉强度，取10～15MPa，公式带入单位为pa；

μ取0.21；

α——衰减指数，取1.83；

p2——炮眼壁上的峰值压力。

通过以上公式和现场施工经验，周边眼间距为300～500mm，二十辅助采区轨道巷外段取300mm。

光爆层厚度：光面爆破炮眼的最小抵抗线是指周边眼至邻近辅助眼的垂直距离，也称为光爆层厚度。最小抵抗线过大，岩石抵抗炸药爆破的能力就大，不增加药量，光爆层无法爆落下来，若增加药量，虽然爆落了光爆层，同时也破坏了围岩；最小抵抗线过小，周边眼之间爆破裂隙尚未贯通，造成相邻炮眼各自形成爆破漏斗，达不到光面爆破的效果。

周边眼间距和最小抵抗线不是孤立的，要形成设计轮廓线，需对二者综合考虑，爆破工程中将周边眼间距 E和最小抵抗线 W的比值 m定义为周边眼密集系数， m值大小直接影响光面爆破效果。

大量模拟试验和生产实践证明， m值在0.8～1之间，能形成较好的光面爆破效果，所以光爆层厚度为：

从上式可求得光爆层厚度为300～500mm。为了保证光面爆破效果，光爆层厚度尽量取上限，由于巷道实际尺寸限制，二十辅助采区轨道巷外段取400mm。

周边眼装药量：光面爆破周边眼装药量应比普通爆破法低，周边眼的装药量应该刚好能够克服岩石的抵抗阻力，同时不造成围岩的破坏，用装药集中度 q即每米炮眼的装药量来表示，由下面经验公式估算：

式中： m——周边眼密集系数，0.8～1；

W——光爆层厚度，300～500mm；

K1——与岩石性质有关的系数，一般软岩 K1= 0.5～0.7，中硬岩石 K1= 0.75～0.95，坚硬岩石 K1= 1～1.5，岩石越坚硬，取值越大；

K2——与炮眼深度有关的系数，一般 K2=0.5，并随眼深增加而加大，其加大值为0.2/m。

从上式可求得周边眼装药集中度为0.15kg/m。根据不同型号炸药，选用合适卷数，另外根据岩石实际坚硬破碎情况，可适当调整，周边装药量不易过多，周边眼装药量过多会导致周边以外的围岩结构遭到破坏，造成不同程度的超挖现象。

3 装药封孔规范

炮泥分为水炮泥和粘土炮泥，装填水炮泥时，紧靠药卷处应先装填0.03～0.04m的粘土炮泥，然后再装水炮泥，水炮泥外边剩余部分，使用粘土炮泥；装填炮泥时，要一手拉住雷管脚线，但不要拉得过紧，防止拉坏脚线或管口；另一手装填炮泥，最初填塞的炮泥应慢慢用力，轻捣压实；以后各段炮泥须依次用力一一捣实。装填炮泥时，要防止捣破水炮泥。同时注意雷管脚线应紧靠炮眼侧壁，避免脚线被炮棍捣破。其他注意事项如下：

(1)装药前停掉工作面施工电源，严格执行“一炮三检”，保证工作面瓦斯浓度符合要求，工作面积水深度不大于100mm，找净迎头活矸活石，做好敲帮问顶，工作面支护合格，迎头30m范围内设备保护到位。

(2)炮眼深度小于0.6m时，不得装药、爆破；特殊条件下，如拉底、刷帮、挑顶确需浅眼爆破时，必须制定安全措施，炮眼深度可以小于0.6m，但必须封满炮泥。

(3)炮眼深度为0.6～1m时，封泥长度不得小于炮眼深度的1/2，水炮泥用量不得少于1个；炮眼深度超过1m时，封泥长度不得小于0.5m，水炮泥用量不得少于2个；炮眼深度超过2.5m时，封泥长度不得小于1m，水炮泥用量不得少于3个[2]。

(4)光面爆破时，周边光爆炮眼应用炮泥封实，且封泥长度不得小于0.3m，封泥质量尤为重要，使用的炮泥必须柔软，随手一捏即重塑形状，且必须有黏度，保证封口封实，炮泥硬度和炸药硬度相似为宜。

(5)若岩性较软，岩石坚固系数小于等于6，周边眼需使用空气柱装药，周边眼装药时，必须将药卷送至眼底，使用炮泥封孔前，先用一根棉线绳拴住一卷充好水的水炮泥一端，将水炮泥送入孔内300mm即可，安装完水炮泥后，一手拉住棉线绳不动，一手再用粘土炮泥将眼孔封实，保证封泥长度不小于300mm。

4 光面爆破参数动态更改办法

井下巷道掘进是一个动态过程，随着巷道的掘进，巷道岩性也可能随之变化，其坚固程度和节理都在动态变化，一个光爆参数贯穿整个工程已不能保证较好的光爆效果，必须对工作面岩性进行动态跟踪，并对光爆参数进行动态修改，方可保证光面爆破的效果。出现以下几种情况则必须修改光爆参数。

(1)眼痕率硬岩不应小于70%、中硬岩不应小于40%，软岩炮后巷道成型差，超过或未达到设计轮廓。

(2)连续三个循环炮后出现超欠挖现象。

(3)工作面迎头岩性发生明显变化，岩石坚硬程度有较大变化。

(4)工作面连续三个循环都有大块矸石出现。

(5)工作面炮后底板标高或水沟尺轮廓不符合要求，需要另外采取拉底的。

[1]章兵,潘天林.坚硬岩石巷道合理掏槽形式的探讨[J].煤矿开采,2000,(4).

[2]田会礼,周茂普.大断面岩巷中深孔爆破实验研究[J].煤炭工程,2004,(9)：62-64.

王上飞(1991一),男,河南商丘人,助理工程师,2012年毕业于中国矿业大学(徐州),现从事煤矿技术管理工作。