光面爆破在金属矿山巷道掘进中的应用

张建英

摘要：西石门铁矿巷道多布置在闪长岩、灰岩等围岩中，岩石硬度f在8～12之间，属于坚固岩石。采用7655型风动凿岩机，为了提高巷道成型，提高爆破效率、改善爆破效果、增加进尺，通过对光面爆破孔间距、装药结构等爆破参数进行多次现场试验，获得了合理的爆破参数，提高了掘进循环进尺，降低了爆破成本。

关键词：光面爆破；金属矿山；巷道掘进；炮眼深度；炮眼间距；起爆方法 文献标识码：A

中图分类号：TD235 文章编号：1009-2374（2016）31-0134-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.067

1 概述

目前，西石门铁矿巷道掘进爆破面临一系列问题，包括自由面积有限、岩石夹制力强、炮眼浪费、爆堆不集中、成型质量差等，因此巷道掘进爆破工作中需要解决的主要难题是改良爆破技术提高爆破率和爆破效果，故而本文着重爆破中涉及到的炮眼深度、定向断裂控制爆破以及光面爆破等方面描写，在分析中找出可以借鉴的方法。

2 光面爆破的含义及凿岩爆破工作要求

光面爆破是在轮廓边上钻一圈的炮孔，使其密集程度造成的抵抗线大于孔距，爆破时沿炮孔联线形成破裂带而获得较平整的破裂面。一般光面爆破是在主爆炮孔爆破后或清碴后再一次起爆。光面爆破后成型规整，巷道轮廓不受破坏，保证巷道成型。

巷道凿岩爆破后巷道断面符合设计要求，平整不欠挖，超挖量应小于设计规定的150mm，炮眼利用率高，爆破器材消耗量小，爆破后岩石块度均匀，块度小于300mm，爆堆集中，爆破对围岩的整体破坏要小，不损坏支架或设备，作业安全可靠。

3 炮眼深度

炮眼深度是指眼底到工作面的平均垂直距离。炮眼深度直接与成巷速度、巷道成本、一个掘进循环延续的时间的指标有关，可根据巷道断面尺寸、岩石性质、凿岩机类型、装药结构、劳动组织和循环等因素确定。增大炮眼深度可使循环的进尺增加，辅助作业时间减少，爆破材料单耗降低，但炮眼过深时，凿岩速度下降，爆破质量差，装药效率低，所以确定炮眼深度时要考虑各种因素。

3.1 根据单位工时消耗确定

参考长期操作经验，随着炮眼深度的变化，钻眼爆破中涉及到的各个工序、支护成本、装运岩石以及铺设轨道等操作的单位工时也会随之受到不同程度影响。即使纯单位工时消耗量不受改变，但交接班、准备工作、善后工作以及安检、通风等单位工时消耗量与炮眼深度成反比例。此外，炮眼深度海域巷道断面大小、岩石质地以及炸药威力还影响到炮眼深度。巷道断面小，岩石质地坚硬，在形成炮眼时所遇到的阻碍会越大。

3.2 根据循环作业方式确定

炮眼加深可以使每个循环进尺增加，相对减少了辅助作业时间，爆破材料的单位消耗量也相应降低，但炮眼太深时，凿岩速度就会明显下降，而且爆破后的岩石的块度不均匀，装岩时间拖长，导致掘进速度减慢，因此要通过循环作业的方式来确定炮眼深度，使其保证每个班完成任务，这样明确每班工作量，便于组织和管理。

4 光面爆破

4.1 炮眼间距

合理的炮眼间距应保证炮眼间贯通裂隙完全形成。光爆周边眼的间距与其最小抵抗线存在一定的比例关系，即：

K=E/W

式中：

K——炮眼密集度系数，一般为0.6～1.0，岩石坚硬时取大值，软时取小值

E——周边眼间距，一般取400～600mm

W——最小抵抗线，一般为100～150mm

4.2 巷道掏槽眼的确定

图1 垂直五梅花式掏槽方式

（图中1、2、3为起爆顺序）

采用直眼掏槽方式，就是平行空眼直线掏槽。所有掏槽眼均垂直于工作面，且相互平行，其中有几个不装药的空眼，提供爆破时的辅助自由面。以梅花形布置爆破效果最好，该布置有四个空眼，呈正方形，间距为200mm。在巷道的中部掏槽眼，其位于巷道中心线上距底板1.0～1.3m处，共有9个掏槽眼。掏槽面积为1200×1200mm，如图1所示：

4.3 周边眼的确定

4.3.1 根据经验可以确定光爆层厚度（即最小抵抗线W）的大小，光爆层是指周边炮孔与最外层主爆孔之间的一圈岩石层，光爆层厚度或周边眼到邻近辅助眼间的距离，是光面眼起爆时的最小抵抗线，一般它应略大于光面眼间距。

Wmin=（10～20）d

式中：

Wmin——最小抵抗线（mm）

d——炮孔直径（mm）

一般厚度为420～840mm时效果较好，现在井下一般取Wmin=500～600mm。本设计取Wmin=550mm（拱部），Wmin=500mm（边墙）。

4.3.2 周边眼距与最小抵抗线的比值为炮孔密集系数m：

m=E/W

岩石较破碎时m=0.5，难爆岩石m取大于或等于1。由经验可取m=0.8～1，弯曲处可取m=1。

4.3.3 光面爆破周边眼间距：

E=（8～15）d

E=mW

式中：

d——炮眼直径，故E=336～630mm

4.3.4 周边眼的个数计算：

巷道光爆层断面与顶眼的长度：

L=2h2+1.33B0

式中：

h2——墙高，2210mm

B0——巷道宽度，3000mm

通过计算长度为8410mm，帮眼与顶眼之间的距离为336～630mm，E取整，为450mm、550mm、620mm。

现场采用帮眼间距为500mm，顶眼间距为550mm。光爆层上的周边眼个数为n=L/E=8410/（336～630）mm=14个。

底板眼间距为：3000/（336～630），E取整，取610mm。底板眼个数为：3000/610+1=6个。

现场实际应用时，底板眼间距也可以取为600～750mm，底板眼个数为6个，为消除底板矿岩夹制作用，药量同掏槽眼。

4.4 确定辅助眼

之所以确定辅助眼，是为了扩大槽口提体积，最终接近开挖断面形状，创造良好的爆破条件。根据炮眼间距和最小抵抗线W确定辅助眼位置。辅助眼均匀地分布在掏槽眼与光爆层之间，炮眼间距E=mW，m取0.9，最小抵抗线W=500～800mm，故E=450～720mm。辅助眼个数的确定方法同周边眼，23个辅助眼数，按两圈布置如图。

4.5 光面爆破的装药方法、装药量的计算

爆破成功的关键是合理确定每个炮眼的装药量和装药结构。西石门铁矿掘进采用2#岩石炸药，掏槽眼、辅助眼和底眼药卷直径35mm，每支0.19kg；周边眼药卷直径32mm，每支0.15kg，长都是200mm。

各炮眼的装药量：

4.5.1 掏槽眼、底板眼装药量：

qt=1.3qP=1.3×0.635=0.826kg

装药卷数：nt=0.826/0.19=4（卷）

装药总量=（5+6）×4×0.19=8.36kg

第一掏槽眼加一卷药则装药量实为8.36+0.19=8.55kg

4.5.2 辅助眼装药量：

qf=qP=0.635kg

装药卷数：nf=0.635/0.19=4（卷）

装药总量=23×4×0.19=17.48kg

4.5.3 帮眼和顶眼装药量qb

qb=（Q-Qt-Qf）/nb=（33.03-8.55-17.48）/14=0.5kg

装药卷数：nb=0.5/0.15=4（卷）

装药总量=14×4×0.15=8.4kg

合计实际装药量Q总=8.55+17.48+8.4=34.43kg

装药时，用炮棍将紧密连接的药卷推入周边眼的炮孔内，聚能槽和切割方向在一条直线上，第三条聚能槽与切割线保持垂直，对着切割的岩石。遇到有水工作面时，乳化炸药装入炮孔内使用，无需防水。

4.6 起爆方法与顺序

掘进爆破起爆采用非电起爆系统，6个段发半秒延期非电雷管。将爆炸包置于孔底的倒数第二个药包，全断面一次起爆成型巷道，这种方法叫做孔底起爆。

分区起爆顺序为：（1）掏槽眼；（2）辅助眼；（3）周边眼；（4）底板眼。周边眼同段起爆，底板眼最后起爆。

5 结语

通过西石门铁矿巷道施工过程中开展的光面爆破试验，取得的效果总体评价如下：（1）提高了巷道成型质量，施工作业安全条件有较大改善。爆破后的巷道轮廓平整，超挖欠挖现象几乎不存在，岩壁上半孔率可达80%以上，实现了爆破对周边围岩的弱扰动；（2）掏槽孔进尺达到1.5m，炮孔利用率为93.5%，炸药单耗为2.3kg/m3；（3）爆破后岩碴大小基本在30cm以内，不需要进行二次放炮处理。

参考文献

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