巷道光面爆破技术的应用与参数优化

孟清喜 卢海波 赵 越

(山东黄金集团西和县中宝矿业有限公司，甘肃 陇南 746000)

0 引言

四儿沟门金矿围岩主要为石英砂岩，夹板岩、粉晶灰岩，稳定性一般。由于部分掘进工程爆破参数选择不当，在多个地段顶板岩石掘进后出现三角形冒落区域，在两条垂直巷道的交叉口及周边小范围区域受到爆破振动的影响，岩石冒落或片帮更为频繁，原有的普通掘进爆破方式不能适应目前的围岩条件[1]，需根据围岩性质开展巷道光面爆破技术的研究与探索。

1 试验巷道条件

四儿沟门金矿床由1-1、1-2、2号矿体组成，采用浅孔留矿法回采，矿体产于破碎带中，以中厚急倾斜矿体为主，且矿体走向长度和延伸均较大，矿体严格受构造断裂带控制，断裂带内Ⅳ级结构面无序状发育，由断层角砾及少量断层泥等组成。近地表氧化呈散体状，由砂、砾及少量泥质组成。地下水富集于软弱带及其两侧岩石节理中，坑道揭露产生大面积冒顶、坍塌，工程地质问题较为突出。断裂构造及地下水的作用使矿体顶、底板岩体稳定性较差，开采时应采取防范措施。围岩：板岩、粉晶灰岩f=8～10、石英砂岩f=10～12、千枚岩f=4～6；脉外运输平巷和穿脉巷道均采用1/4三心拱断面，净宽2 500 mm，净断面5.93 m2。

2 矿山巷道爆破现状

大巷横截面积为2.5 m×2.5 m三心拱，凿岩设备采用YT-28手持式凿岩机进行，钻凿炮孔孔径40 mm，炮孔孔深2.5 m。原有的爆破设计和爆破效果如图1、图2所示。目前主要掘进的巷道中，存在超挖、欠挖现象严重，工程质量不佳，严重影响了光面爆破的效果和安全生产工作。为实现良好的光面爆破效果、保障安全生产，对原有的爆破方案进行了优化设计，在原有设计(见图1)的基础上，增加周边眼布置，减少辅助眼，并采用十段起爆。

图1 原有爆破参数设计

图2 巷道超挖欠挖现场图

3 巷道爆破参数优化总体思路

前文所述的普通爆破掘进法存在诸多缺点：炸药单耗较高(实际炸药单耗2.83 kg/m3)、爆破后巷道周边的平整度差、局部顶板冒落导致的支护量大[2]。尤其是在四儿沟门金矿矿体严格受构造断裂带控制的影响，断裂带内Ⅳ级结构面无序状发育，导致顶板岩石极为破碎，采用普通的钻爆方法导致巷道受到爆破振动的影响较大，常发生冒顶问题。原有的普通爆破掘进法已经不能够满足掘进安全生产。

目前，矿山井下巷道的掘进工作多采用光面爆破技术施工方案，该方案的优势较为明显。具备炮孔数少、火工单耗低、成巷标准美观等优势，并且与普通钻爆法施工相比较，该爆破方式能够有效控制巷道的超欠挖问题[3]，巷道成型规范有利于巷道矿岩运输和安全管理工作。为了改善四儿沟门金矿巷道掘进的爆破效果，同时提高其它相关联环节的作业效率，光面爆破作为一种十分有效的爆破方式，设计优化在分析研究理论计算数据的基础上，结该矿的矿岩条件制定光面爆破设计方案，并选取四儿沟门金矿试验采场进行现场试验研究，并进一步进行改进。

4 爆破方案优化设计

4.1 设计总体方案

设计方案中主要包括爆破器材的选取、起爆网络的选择、装药结构的布置以及具体的施工方法，包括：

1)掏槽布孔方式的选择：根据矿岩条件和每一循环的进尺要求，选用螺旋掏槽方式。

2)爆破器材的选择：根据矿山矿岩硬度、破碎条件，选用毫秒延期导爆管雷管串并联起爆方式，设计采用10段起爆[4]。炸药选用岩石改性铵油炸药，采用连续不耦合装药结构，人工装药法。

3)施工方法：采用YT28气腿式凿岩机钻孔(孔径40 mm)，机械挖装出碴。

4)施工流程图：根据迎头的矿岩条件制定详细的施工爆破方案设计→根据设计进行炮孔布孔→专业技术人员对成孔炮孔进行检查→爆破员按照设计进行装药、堵塞、敷设起爆网路→起爆→爆破后效果分析[5]。

4.2 爆破参数选取

根据该巷岩石坚固系数，采用螺旋掏槽，炮孔总计设计36个，空孔8个，掏槽孔6个，辅助孔5个，周边孔12个，底孔5个。掏槽眼宜尽量采取小间距，间距需满足≤15 cm，周边眼间距50～55 cm[6]。炮眼布置如图3所示。具体包括：

1)炮孔直径需根据YT28钻孔钎头进行确定，炮孔直径为40 mm。

2)炮孔深度在考虑YT28钻机最大打孔深度的基础上，综合考虑炮孔利用率为85%，炮孔深度取值为2.5 m。

3)掏槽眼：共布置14个掏槽眼，其中8个眼为空眼，采用螺旋式掏槽。设计掏槽眼间距150 mm，排距150 mm，均向中部炮眼倾斜，保证孔底距不少于20 mm。

4)辅助眼：共布置5个辅助眼，辅助眼均垂直于工作面。

5)周边眼：共布置17个周边眼，其中顶孔、底孔、帮孔分别为5、5、7个，孔眼口位于轮廓线内侧且与轮廓线间距须≤10 cm并向外倾斜5°，孔底超出轮廓线的距离10 cm左右；底孔高出底板标高15 cm并向下倾斜5°，孔底超出底部轮廓线10 cm。

(a)炮孔平面图 (b)炮孔剖面图图3 炮孔布置图

4.3 施工工艺

1)施工准备：现场安设掘进中腰线，并标明在规定位置[7]。

2)布孔：布孔应由专门的工程技术人员根据炮孔设计图进行严格备注，参照巷道断面的中线与腰线，先布掏槽眼和空眼(见图3所示1～14号)，再布设周边孔(见图3所示20～36号)，最后布设辅助眼(见图3所示15～19号)。

3)钻眼：按照设计要求的孔深、角度进行钻凿炮孔，掏槽眼与周边眼钻孔时一定要按照设计的角度进行施工，确保施工的准确性[8]。

4)炮孔验收后严格按照设计药量进行装药。设计采用反向不耦合装药。装药过程中，1号掏槽眼为防止哑火，布置两个导爆管与药卷连接；21、24、26、29号周边眼主要为提供自由面，布置药卷时在孔内只装一半药卷(一般为4卷药卷)[9]。具体装药结构见图4。

(a)炮孔装药结构(b)21、24、26、29号周边眼装药结构(c)1号掏槽眼装药结构图4 炮孔装药结构图

5)堵塞：堵塞长度须大于最小抵抗线长度，堵塞材料应选用黄泥。

5 应用效果

每一循环工程量的爆破工程量为14.54 m3，具体使用参数见表1。耗用炸药34.80 kg，实际单耗34.80/14.54=2.39 kg/m3，耗用导爆管雷管36发。实际爆破效果表明，该技术能够实现爆破单耗的降低，并有效改善爆破效果。

表1 炮孔装药参数

6 结语

四儿沟门金矿通过采取了增加周边眼布置、减少辅助眼、采用十段起爆等优化方式，解决巷道超挖、欠挖问题，光面爆破效果取得较大进步。并且实现单循环循环工程量14.54 m3，耗用炸药34.80 kg，实际单耗34.80/14.54=2.39 kg/m3，耗用导爆管雷管36发，有效降低了火工材料单耗问题，取得了较好的经济效益。