矿山边坡光面爆破技术试验研究

周瑜

【摘要】改革开放以来，我国经济高速发展，矿企为我国发展做出了很大贡献。基于某矿山边坡工程地质情况，制定了间隔装药和预留光爆层法的爆破方案，预留2.5-3.0m的光爆层。采用底部加强装药、孔口减弱装药、其他段正常装药、光爆孔间距控制在1.2-1.4m、严格按设计爆破参数施工等措施，取得了较好的爆破效果。

【关键词】矿山;边坡光面;爆破技术;试验研究

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.074

光面爆破技术对于矿山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，光面爆破技术矿山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、理论基础

光面爆破作为矿山开采中较为常用的爆破技术之一，根据其工作方式的差异，大致可以分为普通光面爆破和预烈光面爆破两种。在普通光面爆破中，要求工作人员能够对预留光爆层进行分层爆破。在这一过程中，工作人员应当能够严格按照起爆顺序对雷管进行布置，从而确保相关工程能够顺利进行。另外，工作人员还应当能够在巷道周围设置周边眼和辅助眼，从而确保巷道结构的稳定性。在地质情况较为不稳定的部分，工作人员还应当能够对光爆层进行分次爆破，从而确保岩巷掘进能够顺利进行。除了普通光面爆破之外，在具体的施工中，预烈光面爆破技术也是当前矿山开采中较为常用的爆破技术之一。不同于普通光面爆破技术，预烈光面爆破技术往往是沿着巷道轮廓线进行布置。在布置中，工作人员还应当能够设置一圈密集的周边眼，从而有效确保爆破工程的顺利进行。在对炮眼进行排布时，工作人员还应当能够严格遵循相关密度定律，这样既可以降低光面爆破过程中对围岩稳定性的破坏，而且还可以提高矿山开采安全性。

2、光面爆破技术在矿山掘进中的应用问题

（1）没有做好地质勘探工作，光面爆破流程设计不合理。部分施工企业在确定爆破方案时并未结合实际地质情况。

（2）没有设计合理的爆破参数，没有结合钻孔间距比值、炮孔直径等参数进行设定，以致矿山内岩层出现凹凸不平问题。

（3）装药结构不合理，无法达到预期的爆破效果，包括岩体完整性较差、线装药密度较大等方面，均会严重破坏壁面，无法产生预期的爆破效果。比如爆破期间装药量过多，不但无法达到预期的爆破效果，甚至还会导致安全事故的发生。

（4）施工方法不合理，施工人员与设计人员没有进行有效沟通，施工方案存在较大的随意性，以致无法达到预期的装药结构要求。同时，部分施工人员的专业技术较差，打炮孔时很難做到平直准，甚至还会打通两个炮孔，以致爆破后出现碎块，影响整体的轮廓效果。

（5）起爆方案不合理，不能保证围岩的稳定性。实际爆破期间，施工人员没有合理设定爆破方案，如光爆孔与主爆孔同时起爆，不但会影响爆破效果，甚至还会破坏围岩的稳定性。

（6）存在超挖与欠挖问题，主要因装药结构设计不合类、爆破参数不科学等因素引起，会直接破坏岩体，导致超挖问题的产生。

3、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。

（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。

（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。

4、相关参数

在矿山开采过程中，工作人员需要对岩巷掘进光面爆破技术的相关参数有个全面了解和掌握，并结合实际情况对施工方案进行科学、合理安排，以此来提高岩巷掘进效率。在具体的矿山岩巷掘进光面爆破中，工作人员应当能够对最小抵抗线和炮眼密集系数有着一个较为详细的了解。所谓的最小抵抗线就是指在周边眼起爆的过程中，周边眼与邻近辅助眼之间的长度就是最小抵抗线。由于地质环境的不同，在具体施工中，工作人员应当能够合理设置最小抵抗线，从而确保岩巷掘进工程能够顺利进行。在岩石缝隙较大且结构不够稳定的情况下，最小抵抗线的取值应当尽可能的小，从而有效降低爆破技术对于岩层结构稳定性造成的影响，有效提高巷道的稳定性。除了对于最小抵抗线的合理设置，工作人员还应当注意对于炮眼密集参数的合理计算，从而尽量避免不必要的工程事故。炮眼密集参数较大时，必然导致矿山挖掘超出原有预期，不利于矿山开采工作的顺利进行，而数值较小，又会导致其挖掘深度不能满足施工要求，也会对后续的矿山开采造成一定的影响。这就要求工作人员在岩巷掘进光面爆破技术中能够对炮眼密集参数进行准确测算，从而有效实现巷道掘进效率的提高。

5、矿山边坡光面爆破技术试验

5.1选择装药结构

（1）在选择装药结构方面，施工人员应采用小直径药卷，并采用不耦合装药方法，选择2号岩石硝铵炸药与直径为25-32mm的药卷，以保证不会直接轰炸岩壁，而是炸药爆炸后的爆生气体及冲击波首先充满炮孔内，然后才作用于孔壁，减小爆炸后作用于围岩冲击波的峰值，避免破坏围岩结构。

施工技术人员应结合各种炮孔的爆破作用，合理选择光面爆破的装药结构，将低密度、威力小的炸药使用于周边眼;将高密度与威力高的炸药使用于掏槽眼与辅助眼。

（2）采用气柱间隔装药方式，为药卷与药卷保留一定空气间隙，减小爆炸后作用于围岩冲击波的峰值，确保眼壁的爆破冲击波压力小于岩石的抗压强度，并在炮眼连线方向产生裂隙，避免破坏围岩。为了达到预期的爆破效果，施工人员在矿山掘进期间，必须对炮眼填塞炮泥。

5.2周边眼的眼距和最小抵抗线

在采用预留光面爆破中，爆破后岩面的平整程度与最小抵抗线W和周边眼距E的比值K=E/W（密集系数）有关。周边眼距E，一般取400～500毫米，在两帮和跨度大的拱顶上，间距可增大到700毫米，在三心拱拱顶两侧曲率半径小的地方，因夹制作用较大，眼距应适当缩小，可取300～400毫米，裂隙、节理发育、层里明显的岩石中，眼距亦应适当缩小。有时也可在间距较大的周边眼之间或当工作面有软夹层时，在软岩中增加1～2个起导向作用的空眼，以保证成型规整。根据周边眼距E和密集系数K，周边眼的最小抵抗线W也就可以确定了。

5.3控制凿岩

施工技术人员应根据矿山掘进中的不同地段采用不同的凿岩方法，一般包括放线图法、导向辊控制法以及坡度線控制法等，以有效保证凿岩效果。

一是坡度线控制法，施工人员平行设置钎杆与坡度线，并合理控制凿眼的竖直角度与巷道坡度，之后在平行钎杆与中线的基础上，保证水平角度的合理性，避免腰线控制多次导点，减小误差。

二是导向辊导向凿岩法，施工人员根据中线水平角度，根据坡度线确定竖直面角度，并凿导向眼。在检验坡度线与导向辊吻合度时应插上导向辊，在检验合格后根据导向辊方位完成凿岩，确保平直度，满足光面爆破的凿岩要求。

三是放线图法，施工人员应根据凿岩矿山的实际情况设计断面绘制图，合理设定眼位，之后根据矿山掘进坡度线与中线确定控制点，标出矿山轮廓，严格根据设计图完成凿岩炮眼的施工。

5.4钻孔

以炮眼布置图为基准，在此基础上准确布置炮眼;控制好掏槽眼眼口之间的间距，所产生的误差应控制在5cm以内，同时眼底间距也需要遵循此标准;由于眼口的排距与行距会存在误差，此时需要将其控制在10cm以内;控制好内圈炮眼与周边眼的距离，其产生的误差应控制在5cm以内;对开挖面平整性进行观察，若凸凹现象较为明显时，则需要适时改变炮眼深度，确保所有炮眼与炮底均在同一垂线上。装药深度为炮眼深度的1/3～1/2，以上各种参数在施工过程中，随土质软硬、断面形式进行调整，使其达到最佳的爆破效果。同时考虑第二排孔以后各排炮孔装药量较前一排增加。

5.5装药

整个装药过程均需要以人工作业的方式进行，装药作业前，需要使用高压风对孔内残留的岩粉进行深度清理。整个装药过程均需要分组进行，并注重“对号入座”的基本原则。应遵循先上后下的装药顺序，同时宜从两侧进行，最后延展至中间。当结束某孔的装药作业后，需要使用炮泥进行封堵，此过程应将炮泥长度控制在（20～30）cm范围内。首先对掌子面导爆管进行划分，以6束为宜，在此基础上通过捆绑的方法将其固定在同段雷管上。基于提升安全性的目的，每束所配备的雷管数量以2个为宜，而后再将所有导爆管进行汇总，形成一个整体并捆绑在某一雷管上。考虑到区域内频发涌水现象，因此在使用普通炸药的同时还应针对性地引入抗水炸药。

5.6起爆

在使用矿山施工中，使用光面爆破技术需要按照之前工程设计为依据，设计中有确保需要遵循的原则与顺序，了解爆炸间隔时间，施工人员可以使用含有复式结构起爆网络。而在使用光面爆破技术之前，需要对导爆管连接的方式进行详细检查，保障所有检查合格之后再进行起爆。所有顺序完成之后还需保障每一根起爆管的爆炸安全，将即发雷管与双雷管进行有效连接。在导爆管的某一段管子上运用绝缘物体缠上具有引爆作用的雷管。经过检查都合格之后，然后，工程相关人员需要安排所有施工现场人员迅速撤离，撤离的距离需要与施工现场保持三百多米，并且撤离的地方需要保障绝对的安全。

6、爆破控制的措施

现场的施工人员需要按照之前的设计要求来对炮孔位置进行设置，将掏槽的角度进行合理控制，一般会将其控制在十度与十五度范围内，眼底需要落在一个垂直面，需要将其周围的眼外插脚的范围控制在三度以内。在光面爆破的附近一般会使用间隔装药的方式进行施工，施工人员会使用小药卷，可以将药卷运用胶布将其绑扎在竹片之上，然后将其送入孔的内部，在药卷之间需要用导爆索进行连接，而掏槽眼需要使用连续装药的结构，保障爆破的顺利进行。而炮眼需要利用炮泥将其堵塞住，长度需要保持在20cm以上，施工人员在对其进行装药之前，需要将炮眼内进行清洁，保障施工的顺利。而爆破的专业技术人员需要对施工的具体情况进行追踪调查，对于一些围岩的变化需要将之前设计好的爆破参数进行及时修正，进而保证矿山工程爆破工作的顺利进行。

结语：

爆破后取得了预期的爆破效果，边坡围岩稳定，无超挖、欠挖现象，综合残孔率达到85%以上，但局部岩石裂隙区域表面不够平滑，有待进一步优化爆破作业方案，总体效果上大大减小了爆破对边坡周边围岩的破坏，保证矿区边坡的稳定性及下一台阶的作业安全。

影响光面爆破效果的因素主要有地质条件、穿孔质量、爆破参数选择、装药结构及炸药种类等，要想得到良好的光爆效果，应选择合理的爆破参数，规范进行工程操作，细致装药与网路连接，并且经过不断地工程实践，才能保证光面爆破的成功。

参考文献：

[1]徐颖，孟益平，程玉生.装药不耦合系数对爆破裂纹控制的试验研究[J].岩石力学与工程学报，2002（12）：1843-1847.

[2]宗琦，孟德君.炮孔不同装药结构对爆破能量影响的理论探讨[J].岩石力学与工程学报，2003（04）：641-645.

[3]杜俊林，周胜兵，宗琦.不耦合装药时孔壁压力的理论分析和求算[J].西安科技大学学报，2007（03）：347-351.

[4]闫国斌，于亚伦.空气与水介质不耦合装药爆破数值模拟[J].工程爆破，2009，15（04）：13-19+65.

[5]邹飞，王长柏，汪海波.非水平层状岩体路堑边坡光面爆破技术试验研究[J].矿山，2016，61（08）：38-41.

[6]曹锋.光面爆破技术在矿山边坡开挖中的应用[J].现代矿业，2016，32（06）：284-285+287.