深孔爆破技术在岩巷硬岩弱化中的应用及效果

方 义

（安徽省地质矿产勘查局327地质队，安徽 合肥 230011）

我国地下矿山开采最早采用爆破的方式进行开，施工中常见乱打眼、少打眼、多装药、乱放炮等现象，造成炮眼利用率低，岩石抛掷远，爆堆不集中，周边超挖量大，围岩松动破坏严重等问题，不仅影响了巷道掘进的速度，增加了出矸量和支护材料消耗，也降低了巷道稳定性和安全性。

目前常用综合机械化掘进，主要是以掘进机械代替炮采进行开挖。但煤层在漫长的地质演变后，含有很多岩石断层。当岩石强度较低时，掘进机械可以直接破碎，但是对于坚硬岩石，掘进机械效率低，甚至对切割端磨损严重。

因此在掘进中采用掘进机械掘进与深孔爆破相结合，可以大大减小对围岩的破坏、增加安全性，并且提高掘进速度、降低成本。可以说是一种高效、安全、成本低、作业环境好、劳动强度低的岩巷掘进方法。该方法适用于各种岩巷掘进，尤其适用于具有较高硬度的岩石巷道的掘进。经实践表明，当岩石硬度大于8时，掘进机掘进速度慢，且磨损严重。当采用深孔松动爆破后，岩石弱化程度良好，机械掘进速度加快。本文结合某次爆破施工，采用深孔松动爆破，通过合理设置爆破参数，使爆破对象成为裂隙发育体，达到巷道工作面岩体弱化松动的目的。该方法通过装药结构、装药量的设计使得爆破能量比较合理的分布在整个孔深范围内，减少爆破对围岩的破坏作用，确保支护设备不受爆破抛掷岩石的击打而损坏。通过窥视孔窥视以及现场观察，弱化效果良好，大大提高了掘进机械的施工速度，达到预期爆破的效果，为同类施工提供参考。

1 深孔爆破弱化硬岩机理

爆破理论认为，埋入无限岩石的炸药爆炸后，在岩石中形成以装药为中心的由近及远的不同破坏区域，依次称为压裂区、裂隙区和弹性振动区[1]。炸药在炮孔中爆炸时，产生的冲击波作用于周围介质上，其产生的压应力强度远远高于周围介质的极限抗压强度，造成周围介质过度粉碎，形成压裂区。冲击波在介质内部以应力波形式传播，产生径向压塑和切向拉伸，形成裂隙区。当应力波继续向前传播，衰减到不足以使介质产生破坏，只能产生震动，则形成弹性振动区。

图1 炮孔周围裂隙扩展图

深孔爆破的目的是增加岩体中的裂隙长度和范围，以降低岩体的强度。因此，不仅要求在相邻的孔间连线方向上形成贯通裂缝，而且要求在其他方向尽可能多的产生裂隙，使岩体形成以炮孔为中心相互连通的裂隙网。

深孔爆破在岩巷硬岩中产生的压裂区和裂纹贯穿的裂隙区，有效降低岩体强度，保证掘进机械能够高效的作业。

2 工程实践

2.1 爆破方案的设计与工艺

2.1.1 爆破参数

在某水平轨道大巷中，岩石为细砂岩，硬度f=8～9，断面底宽5500mm，高4150mm，上部为半圆形。

由理论分析可知，爆破孔径越大，装药量越多，爆破能量越大，越有利于裂隙的形成和发展。但根据类似矿井的经验，随着爆破孔径的增大，裂隙的增长幅度随着爆破孔孔径的增大而减小，说明单纯增大爆破孔径来增加弱化效果是有限的，故本次采用直径90的孔，采用全断面爆破，布置5个孔，钻孔深度25m，直径90mm，封孔9m，装药16m。5个钻孔均作为爆破孔，平行巷道轴线方向钻进。

当岩体条件一定时，孔间距的大小应与孔径相匹配，在一个合适的范围内，有利于裂隙的形成和发展，根据经验，设计孔距为1.3m，上部两个孔，下部三个孔，编号分别为1#至5#[2]。

使用炸药为水胶炸药，爆速3800m/s，装药密度为1100kg/m3。

5个孔一次性起爆，为减小爆破对围岩的震动，孔间分别用1、2、3三个段别起爆。封孔长度大于9m。具体见表1。

表1 装药参数表

2.1.2 爆破操作的注意事项[3]

（1）打钻：准确确定钻孔的位置，钻孔确保直、齐、平。孔打好后，要求孔内粉渣必须完全排出；避免出现下山孔及孔内出现台阶，致使无法装药。当钻杆拨后，用探孔管探孔验正孔深，以确定装药的长度。

（2）装药方式：每个炮孔装药用两发电雷管分别用放炮母线引出孔外。装药采用正向装药方式。炮头的加工是将雷管脚线剪掉只留15cm长接胶质线，其接头用绝缘胶布裹紧，防止断路和短路。

（3）装药注意事项：在装药最前端用11号铁丝把药管固定住，以便卡药时能顺利拉出。装药前要对雷管进行导通检查，保证导通电阻符合要求，封孔后再对雷管进行导通检查。

（4）封孔方式：一遍装药完毕，随即采用专用封孔器封孔，封堵要紧，防止穿孔。采用专用炮泥和专用封孔器封孔。封孔时，先对每个炮孔进行润湿，以提高炮泥与孔内壁之间的粘结力。炮泥用人工加适量的水以提高炮泥的粘性。用封孔管送入炮孔进行封泥，人工退封孔管要把握住退管的速度，以便封炮泥的牢固性。

（5）起爆方式：为确保每个起爆点可靠起爆，防止孔内雷管的短路或断路，孔内的起爆药包各用两发同段雷管分别用胶质线引出孔外，在检杳各起爆网路导通时，孔外全部采用串联电起爆网路。

（6）放炮方法：按地下矿井深孔爆破有关安全规程放炮。

（7）放炮20分钟后，进行安全检查。

2.2 窥视孔设计与实施

为观察本次爆破对硬岩的弱化程度及范围，从旁边巷道钻6#孔穿过1#孔上方，作为观察1#孔的窥视孔。窥视孔位置如图2。

图2 水平巷道深孔爆破钻孔布置图

图3 窥视孔钻孔位置图

爆破前对6号孔通过岩层窥视仪进行了观测。6#孔11米位置图片如下：

图4 爆破前6号孔窥视图

爆破后，现场发现有炮烟从6号孔溢出，说明1号孔爆破所产生的裂隙已与6号孔相连通。通过岩层窥视仪对6号孔进行窥视，当镜头深入11.5m时，孔壁破碎，并有大量矸石，无法再进一步测量。

图5 爆破后6号孔窥视图

3 施工结果

通过现场观察，爆破钻孔周边0.5m～0.7m范围内岩石均已破碎，人工即可使岩石脱落。炮孔周边岩石被震酥，遇水后呈泥砂混合状。

通过对窥视孔6#孔进行窥视，孔口前段孔壁保持完整状态。从10.5米开始，发现碎屑及裂痕，到11.5米位置，孔内塌落岩块过多，镜头无法进入。通过现场6#钻孔位置关系判断，6#孔11.5m位置其下部正对应1号钻孔，距1#孔约1.7m，故判断1号孔爆破松动范围达1.7m。

通过在大巷掘进期间对其进行现场观测，巷道出现卡钎现象，推测1#孔爆破松动半径在1.5m～2.5m之间。

4 结论

深孔爆破参数合理时，其单孔装药直径大，单位长度的装药量大，爆炸产生冲击波和爆生气体共同作用的岩石上，岩石的裂纹迅速扩展，部分岩石松动破碎，使岩石的整体性降低，大大提高掘进机械的破岩速度。

通过该次深孔爆破，对于f=8的岩石，爆破松动半径为1.5m～2.5m之间，在该范围内岩石弱化效果较好。