光面爆破技术在煤矿巷道掘进中的应用

赵 剑

（山西潞安环保能源开发股份有限公司漳村煤矿，山西 长治046000）

光面爆破技术对于煤矿巷道掘进顶帮的维护作用至关重要，其根本是指通过合理布孔、科学装药、有效设置起爆顺序使巷道爆破后形成规整的轮廓，达到减少巷道支护工作量，降低围岩的破坏提高巷道稳固性，保障安全生产的目的。目前，光面爆破技术隧道掘进以及井巷工程施工过程中得到广泛地应用，并在实践中不断创新。光面爆破技术不仅可以确保巷道工程的质量、提升巷道的施工进度，并且能够有效地减少支护工作量，降低生产成本，更重要的光面爆破技术能够极大地提高巷道的安全性能，延长巷道的服务年限。

1 光面爆破技术的概述

1.1 光面爆破的原理

光面爆破的原理主要是通过周边孔炸药爆炸后，利用空气柱传播径向拉应力，使炮孔间形成裂缝贯通，达到光爆效果[1]。

基本要求：巷道周边孔需沿着开挖轮廓线布置，并与开挖轮廓线的的角度满足开挖断面要求，所有的周边孔需平行布置在一个开挖平面上；装药结构宜采用大孔径-小药卷炸药模式，这边炮孔采用径向-轴向不耦合装药方式；炮孔起爆顺序需根据炮孔布置进行合理的设定。

1.2 光面爆破的特点

光面爆破技术应用能够实现巷道成型规整，开挖断面与设计开挖轮廓高度符合，工程质量显著改善。在围岩稳固性较好区域，半孔成孔效果尤为明显，能够保持围岩稳定，巷道周边几乎无需支护即可满足生产要求；在围岩稳固性较差区域，光面爆破成孔较差，但是能够能保持围岩不被爆破震动破坏，有效避免爆破对围岩的冲击破坏作用，保证围岩整体强度，围岩松弛带范围是常规爆破的1/3，围岩的整体稳定性显著提高[2]。

1）光面爆破的优点：减少边帮孔（或者顶板）的装药量，降低成本；减少工程超欠挖。光面爆破的应用能够极大地降低超欠挖工作量，有效地提升施工工程质量和施工进度；提高作业安全系数，光面爆破能够减少爆破对周边矿岩的震动，有效降低大面积浮石的产生率，极大地提高作业现场的安全系数；减少边帮（或者顶板）的浮石处理量，光面爆破能够减少顶帮浮石，降低井下生产作业人员的工作强度和劳动量；减少边帮（或者顶板）的支护量，减少支护对于采掘循环的影响，光面爆破在减少爆破支护工作量的同时，能够显著提高掘进速度，破碎围岩区域能够有效减少混凝土衬砌浇筑量[3]。

2）光面爆破的缺点：多施工炮孔，一面积边帮多施工4～5个炮孔，相对于以上优点，多打几个孔的缺点可以忽略不计；节理和构造发育的地方光爆效果可能不明显。

2 煤矿光面爆破应用举例

2.1 应用条件概述

潞安矿业公司下属某矿井，地质条件分类为：Ⅲ-ⅢcⅡdⅢc，揭露的主要地质构造有断层、陷落柱、褶曲，标高850～680 m，井田松散层厚度平均399.89 m[4]。光面爆破应用巷道地点围岩主要由砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩和煤岩组成，岩性软易碎，地压大，岩石硬度系数为f=4～8，掘进净断面5.5 m2。

2.2 光面爆破技术参数

该巷道掘进采用YT-24气腿式凿岩机人工掘进，钻孔孔径为Φ40～Φ42 mm，掏槽孔、辅助控、周边孔孔径均为Φ40～Φ42 mm。

2.2.1 掏槽孔、辅助眼

掏槽布孔方式为组合掏槽方式，采用楔形掏槽与直眼掏槽组合掏槽形式，其中直眼孔4个，与巷道掘进方向平行，斜眼4个与工作面夹角75°～86°，炮孔间距根据工作面硬度系数f=8～12以及炮孔直径确定，控制直眼掏槽孔与斜眼掏槽孔间距15 cm，斜眼间距为0.4～0.45 m。辅助眼孔距取值为0.5～0.7 m，两圈之间的距离为0.7～0.9 m[5]。为保证爆破进尺，控制掏槽眼比辅助眼深20 cm。

掏槽孔2号岩石乳化炸药，药卷直径38 mm，药卷直径与炮孔直径长差不大，装药工作较为顺利，且该直径炮孔与38 mm药卷基本实现耦合装药[6]。

2.2.2 周边眼间距

光面爆破的核心技术参数为周边孔布孔、装药结构、堵塞方式。根据围岩性质和炮孔直径本次设计周边眼间距为0.45～0.6 mm，周边眼微角度斜插，孔底距离巷道轮廓线0.1～0.2 m。在两帮和跨度大的拱顶孔距设置0.6 m，在曲率半径小两侧拱底区域孔距取值0.4 m，以保证控制爆破曲面[7]。结合现场情况，本次试验周边孔孔深1.8 m。采用Φ32 mm×200 mm乳化炸药，间隔装药，孔口堵塞30 cm，孔口至炸药预留空气柱60 cm。

2.2.3 应用效果

1）爆破后巷道轮廓规整，轮廓整齐，周边围岩基本无剥落，表明此次光面爆破应用爆破震动效应明显减小。

2）掘进断面超欠挖量明显降低，经测量平均超挖量＜50 mm，最大超挖量＜100 mm。

3）掘进效率明显提高，掘进速度由原来的90 m/月提高到130 m/月。

4）全月支护量较小，极大地降低了支护成本，缩短了支护耗时费工。

3 结论

1）光面爆破技术的关键在于周边孔炮孔间距的选择、装药量的设计、装药堵塞方式的要求、炮孔起爆顺序的设置等几个方面。其中周边眼装药量和装药方式尤为关键，严格控制的基础上还需要根据岩石硬度的变化做出效应的调整。

2）试验表明破碎区域周边孔中间增加空孔，爆破后光面爆破效果更佳，空孔多呈现半孔状态，岩壁平整。

3）实践表明，光面爆破技术爆破效果明显改善，能够实现巷道断面轮廓的完整性，爆破后巷道周边半孔明显，围岩受到爆破振动破坏作用显著降低，极大地维持了围岩的整体稳定性，并且有效避免了巷道超欠挖问题，有效降低了支护成本，提高了作业效率。