静态爆破技术在井巷工程标准化中的研究及应用

李林，刘海波，谢阳，杨铁江

(招远市阜山金矿有限公司， 山东 招远市 265400)

0 引言

近几年，在各项安全标准化检查中，本矿区原有巷道施工不规范的问题日益突出，如人行道预留宽度不足等问题，这些问题不仅给矿区改建工程验收带来负面影响，同时还严重威胁着职工安全，存在较大的安全隐患。面对这些问题，巷道必须进行整改并达到非金属地下矿山安全规程规定的人行道宽度要求。人行道宽度要符合安全规程要求是各项安全检查的重要项目之一，必须得到整改，但同时又不能耽误矿区生产任务。如何在不耽误各生产的情况下完成主运输巷人行道宽度整改成为问题的关键。

在进行主运输巷整改过程中，需要做到无振动、无冲击、无噪声、无粉尘以及对设备设施无破坏，既要安全高效，又不耽误生产运输。为达到以上目的，对阜山金矿的三个中段进行了静态爆破技术的应用研究[1]。静态爆破技术是一种使用静态破碎剂（也称静态膨胀剂）破岩方法，其不使用黑索金等常规炸药，利用灌装在钻孔中的静态破碎剂水化反应使晶体变形产生体积膨胀，将混凝土构筑物或岩石等坚硬物体破碎解体[2]。

静态爆破应用范围非常广泛，如地质条件较差的边坡开挖，混凝土构筑物的破碎、拆除[1]，岩石、矿石等开采及石料切割等[2]。汪庆桃等[1]以长沙市轨道交通地铁3号线长沙火车站基坑开挖的工程实例为背景，采用静态爆破技术并研发了大孔径静态爆破的专用堵孔装置，实现了既有地铁线路零距离处大孔径静态爆破施工，也保证了地铁线路的安全运营。白金朋[2]等在浑源蓄能电站岩体原位结构面直剪试验的开挖过程中采用了静态爆破技术，满足了软弱结构面直剪试验中不得对结构面扰动的要求。付虎成[3]将静态爆破技术应用到上海歌剧院深基坑围护结构拆除中，通过优化破碎剂水灰比、爆破孔设置方式等实现混凝土中隔墙在带配筋情况下的静态爆破拆除，取得了较好的效果，实现了安全无声拆除的目标，而且经济和技术指标明显优于常规人工凿除。赵怀忠等[4]在四平银矿的矿柱回采、窄小脉幅矿体回采等作业中应用了静态爆破技术，很好地解决了窄小脉幅、品位较高矿体贫化严重的问题。

由此可见，静态爆破技术已经取得了广泛应用，但并未应用到矿山运输巷整改中。本文以阜山金矿巷道整个工程为研究背景，在3个主要中段局部区域进行了膨胀剂静态爆破试验，经多次优化爆破技术参数，做到了无振动、无冲击、无噪声、无粉尘爆破。

1 爆破方案选择及参数优化

1.1 爆破方案

本矿区各主运输巷道多处于玲珑花岗岩中，岩石坚硬，必须使用爆破方式方能达到人行道劈帮整改的目的。对于坚硬岩石，在花岗岩巷道劈帮整改中使用的爆破方案，主要有以下三种[5]。

方案一：2#岩石乳化炸药光面爆破。沿巷道边界布置密集炮孔，采取不耦合（轴向）装药，分别装入同段数导爆管，同时起爆，以形成平整轮廓的爆破作业。

方案二：导爆索控制爆破。导爆索是用太安或黑索金等猛炸药作为连续的药芯，用棉线、塑料丝及防潮材料包缠或涂塑而成、能够传递爆轰波的索状起爆器材。当导爆索端部的猛炸药芯受到一定强度的爆炸冲能刺激时，即被引爆，爆轰以一定的速度沿着药芯传播，当到达末端时，爆轰完毕，输出一定强度的冲击波。由于导爆索使用灵活方便，因而广泛应用于深孔不耦合装药和硐室爆破中[6]。

方案三：膨胀剂静态爆破。膨胀剂炸药采用高效无声破碎剂，其主要成分是硅酸盐和氧化钙混合的粉状固体，沿巷道边界布置密集炮孔，把高效无声破碎剂配水混合，成泥状装袋，再放入钻孔中并填塞，发生水化反应[1]，固体硬化，温度升高，体积膨胀，把岩石涨破，此爆破过程无振动、无冲击、无噪声、无粉尘、效果明显、安全高效。

1.2 爆破方案选择

为了更好地选择爆破方案，遵循从“安全上可靠、经济上合理、技术性上可行”的原则，对三种爆破方式进行比较。

（1）普通光面爆破。爆破过程中产生的冲击波大，对管线、设备设施、人员伤害较大，岩石乳化炸药、导爆管的价格较高，施工技术人员必须技术熟练、专业的爆破人员，装药量难控制、危险程度高，需要防护、拆装管线，对生产影响大，且爆破后会产生较大粉尘。

（2）导爆索控制爆破。冲击波较大，对管线、设备设施、人员有一定伤害，导爆索价格高，施工需专业爆破人员，不易掌控爆破效果，危险程度高，需要对管线稍加防护，对生产有一定影响。

（3）静态爆破技术。爆破过程无冲击、无粉尘、无伤害，膨胀剂价格低廉，技术难度低、即学即用、易掌握，不需专业爆破人员，可操作性强，危险程度低，无需防护、拆装，对生产无影响。

通过上述三种爆破方案在安全性、经济性、技术性、可操作性、对生产影响方面的对比，只有静态爆破对设备设施、管线安全及生产运输影响最小，能够满足在已建设主运输巷中劈帮整改，扩宽人行道的要求，因此膨胀剂静态爆破方案为本次巷道标准化整改的最佳选择方案。

1.3 静态爆破设计

（1）静态爆破工艺流程设计。针对井下生产现状及其设备设施装备情况，设计了静态爆破施工工艺流程，包括爆破位置确定、钻孔、装药、清渣处理等步骤。具体施工流程如图1所示。

图1 静态爆破施工工艺流程

（2）静态爆破工艺参数配比优化试验。首先在阜山金矿三个主要中段局部地段进行膨胀剂静态爆破试验，调整爆破参数，并根据爆破效果对参数进行了优化，见表1。

表1 爆破试验方案及参数

通过对上述三组试验结果分析，可得出如下结论：由于膨胀剂作用力有限，钻孔深度不宜过深；水的配比加大，可导致爆破效率降低；作业地点温度过高，会加速膨胀剂凝固膨胀速度，降低爆破效率；孔距过大，影响爆破效率。

综合分析三组试验参数及爆破效果，得出最优爆破参数，确定劈帮整改项目采用的爆破参数见表2。

表2 最优爆破参数

在爆破作业操作过程中需注意以下事项：

（1）膨胀剂、水配比要严格按照设计值配比，水过少降低膨胀率，水过多影响爆破作业时间。

（2）装膨胀剂药卷过程中要装实、捣实、填塞充分。

（3）钻眼过程要控制好，眼深原则上不超过1.2 m，眼距不超过300 mm。

（4）在温度较高的作业地点进行爆破时，膨胀剂药卷的水配比从里到外要有梯度，防止爆破作用力不均匀，导致爆破失败。

2 静态爆破应用效果

从图2、图3可以看出，采用静态爆破后的巷道表面较平整，且未对巷道围岩造成严重损失，满足了无振动、无冲击等要求。

图2 四中段整改后

图3 三中段整改后

通过静态爆破技术在矿区各中段的应用情况来看，达到了预期的整改效果，保证了阜山金矿的生产任务，体现了膨胀剂爆破技术在地下矿山井巷工程中具有广阔的应用前景。

3 结论

本文以阜山金矿为工程背景，在三个主要中段局部区域进行了膨胀剂静态爆破试验，通过优化爆破技术参数，爆破效果良好，将静态爆破技术更好地运用于巷道标准化建设中。建议在其他金矿井巷采用静态爆破手段时，应结合各金矿井巷工程现状及井下环境情况，继续调整膨胀剂配比、钻孔间距以及构造节理与钻孔布设位置的关系，以进一步提高爆破半孔率。