光面爆破技术在煤矿井巷施工中的分析

刘露生

中鼎国际工程有限责任公司，江西南昌 330096

对于煤矿开采工作而言，在掘进过程中由于巷道开挖的年限比较长，因此会受到矿压影响。此时，在选择施工工艺时就需要综合考虑到多方面因素，以确保施工质量与安全、施工进度、巷道使用的寿命等。采用光面爆破技术能够使辅助作业时间有效减少，在施工安全与质量得以保障的前提下提升工作效率，从而提升企业经济效益。

1 光面爆破技术巷施工原理

此项技术应用主要是利用岩石抗劈能力，通过合理设置爆破参数，应用合理的方法使爆破沿着周围开裂。井巷周边的岩体不会受到较大的影响。通过在开挖面预顶爆破线上设置周边眼，选择弱装性炸药结构，确保间距合理，炮孔眼之间需要留有一定的空隙，同时起爆。利用冲击波使相邻炮眼之间形成轮廓裂缝。炮眼孔挂壁炸药压力由于使用的是弱性装药，爆破后岩层会沿着周边炮孔的连线掉落，围岩固有的稳定性、整体性不会受到明显影响，完整性得以最大程度保留。施工安全系数得到了提升，同时施工质量也能够获得保障。

随着井巷施工应用规模扩大，此项技术应用的范围也在扩大，在实际施工应用过程中，技术应用的优势十分明显。施工过程中存在的超挖与欠挖现象能够有效避免，同时施工速度能够提升，使整体施工周期缩短，成本得到了有效控制。应用此项技术，井巷周围形成的边壁平整光滑，井巷断面轮廓能够符合设计工作要求。围岩自身不会受到损伤，因此其完整性与承载力能够得到保障。避免采用其它的爆破方法对周边岩体造成的振动，提升发井巷施工安全系数。

光面爆破的破岩机理是炸药的起爆时，爆炸所产生的气体膨胀对外做功。光面爆破是周边眼同时起爆，不同炮眼产生的冲击波会同时向周围径向传播，相邻炮眼冲击波相遇时会生产管理应力叠加，并且受到切向拉力的作用。应力的最大值出现在炮眼中心连线的中点，如果岩体极限抗拉强度低于此拉力时，岩体就会出现裂隙。爆炸产生的气体会存在持续膨胀的过程，此过程中岩体产生的裂缝也会持续扩大，从而形成光滑的爆破面。光面爆破首先需要通过爆破作业得到巷道主体部分，之后利用获得的轮廓线，通过设置数量不等的炸药包，爆炸后形成光滑开挖面。

光面爆破属于施工快速掘进技术的一种，应用于实际工作中，可以将炮眼分为三个类别，即周边眼、辅助眼、掏槽眼。应用此项技术时，通过对掘进巷涉及到的断面轮廓布置周边炮眼，利用小直径炸药包，消弱爆炸过程岩石应力强度以及冲击波。小直径炸药包药量小、密度低、爆速低，容易控制。此项技术应用时使用的是不耦合装药，爆炸后炮眼壁压力会明显降低，避免了岩石的抗压强度大于炮孔自身压力时出现压碎现象。

2 光面爆破技术的特点

爆破后能够达到设计工作要求，尤其是松软岩体中应用效果更加明显，能够在新的壁面形成半边孔壁痕迹。应用此项技术能够使巷道挖掘工作量大幅度减少，从而使工作进度加快，施工质量也能够获得保障，节约混凝土浇注量。光面爆破技术对周边岩体造成的破坏程度低，利用声波技术进行探测，在应用此项技术进行爆破时，围岩松驰带的范围只有常规方法的1/3左右，稳定性能够有效提升，支护工作量大幅度降低。爆破工作结束后，开掘面平滑而光洁，岩体完整能够给人以安全感，从而影响到作业人员心理，降低了安全事故发生的概率。在松软岩体中应用此项技术，能够避免超挖或者冒顶。

3 光面爆破方法

3.1 轮廓线光面爆破法

这种方法指的是周边沿着巷道轮廓打密集空眼，内部不填充炸药，爆破应力会在相邻的装药爆眼爆破后沿裂缝进行传递，从而使岩石分开。

3.2 预裂光面爆破法

这种方法指的是周边沿着巷道轮廓排爆眼，通常密度较大，装药量较少，爆破后使岩体分离，但需要注意的是周边眼需要在爆破作业前进行爆破。

3.3 修边光面爆破法

此方法指的是周边眼依靠预留的光面及缓冲炸药，将爆破与围岩二者分开，周边眼需要在其它眼爆破后再进行爆破作业，此种方法随着技术日益成熟应用的范围越来越广泛。

4 光爆破技术应用于井巷施工

4.1 方案确定

方案确定需要结合到实际工作情况，依据施工要求、工程地质，决定是否应用此项技术进行爆破作业。光爆破技术可以将其分为两种类型，即预留光爆层法、全断面一次性开挖。实践证明前者应用的效果要好于后者，而在实际施工过程中也大多也应用了此种方法。技术应用的原则是依据围岩情况合理布置炮孔，优化爆破参数，提升整体效果，从而更好地控制开挖轮廓，提升速度，确保安全，缩短工期。

4.2 确定参数

多项因素会对爆破结果产生影响，比如炮眼直径、炮孔间距、最小抵抗线、爆破的角度、爆破浓度、光爆层厚度、装药结构。如炮眼直径会对施工成本与效率造成影响，因此需要考虑到设备情况、炸药性能、工程具体要求、岩石特性，综合考虑，最终确定合适的参数。结合到不同光面爆破理论，计算炮眼间距也会存在一定差异，但是需要遵循的基本原则是炮眼边性叠加应力需要大于岩石的抗拉强度。对炮眼间距产生影响的因素包括炸药的性质、围岩的性质、不耦合系数、光爆层的厚度等。一般情况下，完整坚硬的围岩抗拉强度比较低，因此，需要增大炮眼间距。实践也已经证明，炮眼间距保持在炮眼直径的10倍到20倍之间最为合理。从炮眼的密集系数与最小抵抗线方面来考虑，炮眼密集系数也可以将其称之为临近系数，具体计算是两炮眼之间距离与最低抵抗线的比值。最小抵抗线则是指临近崩落眼与周边炮眼二者之间的垂直距离，如果炮眼密集系数较大则可能会出现欠挖现象，如果系数过小则可能会导致超挖问题出现。通常情况下炮眼密集系数保持在0.8～1。此时爆破后能够形成较好的爆破漏斗，确保爆破工作效果。

从装药结构方面来考虑，易于操作并且容易掌握的是空气柱装药结构，此种结构应用于实际工作，炮眼的深度通常控制在1.5～2m范围内。如果炮眼的深度大于此数值范围，就需要采用空气间隔分节式结构。应用此种结构需要考虑的内容包括，相邻药包间距需要等于或者是小于炸药在爆破眼内殉爆距离，某些情况下需要利用水泥设置间隔，避免药包出现串动。

4.3 爆破施工

井巷施工过程中，如果岩石类别变化比较大，比如某新建的矿井施工，爆破参数在确定时利用了工程技术类比的方法，之后通过现场试验对参数进行优化与调整，从而确保爆破工作能够达到最佳效果。周边孔装药结构可以分为两类，其中不耦合结构，需要对不耦合系数进行合理控制，使围岩受到爆破的破坏最大程度降低。而对于围岩比较破碎的地区而言，通常应用的是双传爆线形式。也可以考虑在三、四级围岩应用间隔装药结构，用炮堵塞炸药相相接位置，而实践也证明了，堵塞方法应用的效果更好。煤矿井巷施工爆破，为确保光爆效果，炸药在选择方面需要注意到低密度，低密度，低爆速，爆破威力大，低爆性，不耦合系数通常低于2，炸药的卷直径要小于炸药的临界直径，使传爆稳定性能够得到保证。周边眼需要保障同时起爆，起爆时差控制在0.1秒以内，确保贯穿裂缝平整性，新壁面能够保持平整，掏槽形式需要合理恰当，裂缝控制主要考虑到装药结构、爆孔密度等方面因素，同时还需要控制炸药的集中度。

确保爆破工作效果，需要确保钻眼平、直、齐、准，炮眼作业环节需要考虑的内容包括相互平行的周边眼。周边眼的深度需要低于其它的炮眼，工作面则需要和炮眼保持垂直。而在实践过程中炮眼与工作面通常是无法保持垂直的，因此需要结合到炮眼角度合理的选择倾斜角度。工作面不齐，需要参考到实际工作情况，对炮眼的深度进行调整，同时调整装药量，最大程度确保所有的炮眼底都能够保持在同一横断面。确保开眼位置，并将偏差控制在合理范围内，周边眼开眼可以考虑井巷断面轮廓线，避免井眼位置偏向于轮廓线里面。采用此种方法作业时，可以考虑两种作业方案，全断面一次性爆破或者是分层次爆破，而依据起爆的顺序又可以将其划分为毫秒电雷管系统起爆或者是非塑料导管起爆，起爆作业的顺序是掏槽眼、辅助眼、崩落眼、周边眼，此种方法通常应用于地小断面巷道掘进工作。而硐室掘进或者是大断面巷道挖掘进作业则需要采用分层次爆破方法。

5 结语

采用光面爆破方面，对于提升巷道施工安全与效率有着重要影响，在实际应用的过程中需要考虑到各方面因素，结合到实际工程地质条件，施工要求确定爆破的各项参数，对爆破裂缝与钻眼质量进行控制，以此来确保爆破工作质量。使技术应用于施工的优势能够充分发挥，为煤矿生产工作提供保障。

[1] 杨光. 光面爆破技术在煤矿井巷施工中的分析[J].能源与节能，2015（9）.

[2] 吴文云.煤矿井巷施工中的光面爆破技术分析探讨[J].建筑工程技术与设计，2017（5） .

[3] 王义勇.光面爆破技术在煤矿井巷施工中的应用研究[J].中国化工贸易，2013（8） .