光面爆破技术应用对提高岩巷掘进成形效率的影响研究

2023-08-31 06:47康文言
当代化工研究 2023年17期
关键词:光面装药炸药

*康文言

(广丰矿业有限公司水井坑煤矿 福建 366100)

在我国矿山区域中,基本上都是非常坚硬的岩石组成,稳定系数非常高。在开发利用过程中,往往会使用巷道掘进爆破方式,但是巷道掘进爆破呈现出断面非常小、自由面不足、夹制力强等特点[1]。为改变现有开采方式的弊端,应当对爆破技术进行调整优化,才能更好地提升爆破效率和效果,从而增强巷道掘进成形效率。光面爆破技术和以往使用的爆破技术相比,可以很好地解决当前存在的问题[2]。这种技术可以划分为全断面爆破和预留光面爆破。在具体使用中,基本上针对围岩都会使用全断面爆破,如果巷道存在很大断面,会使用到预留光面爆破。其中,前者是使用光面爆破技术对巷道实施全断面开挖的施工方法。与以往使用的爆破方式比较,其最大优势是能够对爆破所产生的损伤进行合理控制[3]。一般情况下,光面爆破技术主要是在隧道、地铁等对周围轮廓要求很高的施工项目中使用,所产生的施工效果非常显著,能够形成符合施工设计方案的轮廓。并且,围岩扰动空间非常小,可以避免产生大面积坍塌,有利于保障围岩稳定,从而保障地面建筑物体的安全,也降低施工成本[4]。在煤矿资源开采中,现阶段大部分资源都存在于深部地质环境中,需要使用巷道掘进方式进行资源开采,更加应当对光面爆破技术进行使用,才能保障煤矿资源开采的效率和安全性。

1.光面爆破技术概述

(1)原理。光面爆破技术形成的原理是在周围区域设置相应孔,安装炸药爆炸后,借助空气柱传播途径产生拉应力,促使炮孔间产生裂缝,从而实现光爆效果。在具体使用中,巷道周边应当科学合理设置孔,并且沿着矿产资源开挖轮廓线进行布置,也需要满足断面情况,确保所有孔都处于相同开挖平面上;装药区域应该使用大孔径-小药卷炸药模式,其他炮孔使用径向-轴向不耦合装药方式;起爆需要按照设置的炮径实施引爆[5]。

(2)特点。光面爆破技术在使用中,可以让巷道成型速度更快且规整,使开挖断面和设计开挖轮廓满足开采要求[6],工程质量得到进一步提升。如果围岩稳定性非常高,应该采用半径成孔方式;如果围岩稳定性非常差,光面爆破技术所形成的孔是不好的,优点是围岩稳定、不会受振动破坏、能够承受较大冲击力,保持围岩强度不变,松紧情况仅为常规方式的30%。对光面爆破技术应用过程分析如图1所示,优点是可以减少顶板上的装药数量以降低施工成本、避免超挖少挖。开挖工作量可控且提高工作效率和质量;施工安全度高;降低顶板浮石处理数量,工作人员工作强度降低;降低顶板区域的支护次数,提升巷道掘进速度,避免使用过多混凝土。缺点是需要进行很多炮径施工,对比分析施工作业量忽略不计,在节理和构造发育区产生的光爆效果不佳。

图1 采用普通爆破与光面爆破对围岩造成破裂情况对比

2.光面爆破技术在巷道掘进成形中的应用要点及影响因素

(1)孔径确定。孔径确定是巷道掘进成形的重要因素。需从以下三方面关注。第一,结合煤矿围岩情况对直径进行预测,确保可以让穿孔更有效率,也可以便于爆破过程的开展,从而降低孔径大小。第二,关注台阶高度,这与炮径大小有着非常直接的关系,往往台阶越高,孔径也需要越大,可以让成孔更加简单。第三,在选择炸药中,应当保障爆破效果达到预期目标,需要使用到工业炸药,降低对定制炸药的使用数量。

(2)开挖面分区。开挖面分区是巷道掘进成形的重要因素。在煤矿岩巷掘进中,应当按照“全过程保持洞身拱效应”原则,为降低每一次炸药使用量,应该设计科学合理的开挖形状和支护设计要求,设计断面需要使用到区域开挖方式。在爆破分区中,应当针对一二三类围岩条件相对完整的区域,实施全断面爆破;针对大断面及特大断面区域,需要使用分区爆破方式;针对地质条件没有办法实施全断面爆破方式的,应该对断面区域进行整体分析,按照台阶开挖爆破方式。如果分区过程中,所涉及的爆破质量很高,应该按照光面爆破使用要求对其进行控制。在初期爆破过程中,应该使用机械设备开挖作业,对于存在爆破没有达到效果的区域,技术人员应该按照巷道掘进要求对爆破点位进行再次设计;分离区域所形成的临空面,应当在初期支护过程中进行健全,从而保障掘进作业安全。

(3)装药参数选择。装药参数选择是巷道掘进成形的重要因素。在光面爆破技术使用中,装药量是非常重要的影响因素,也是实现岩巷掘进的基础部分。一方面,装药数量不足,很大程度上产生的爆炸效果就很弱,针对其中存在的坚硬岩石是无法起到很好的作用的,也难以科学合理完成爆破工作。另一方面,如果装药数量非常多,往往产生的爆炸效果非常强,既会对岩石进行炸碎,也会对岩石周围其他物质产生重大影响,直接对支护结构带来严重破坏,最终将施工人员全部活埋。因此,在使用光面爆破技术时,需要对装药数量进行精确计算,才能更好地产生光面爆破效果,在矿山预列爆破中,不同矿山有着很大的不同,岩石特点及地质结构是不同的。加上预列爆破效果也会受到诸多因素的影响,使用经验性的公式无法得到合理的数据,仅仅只能发挥参考作用。从实际工作过程中,应当对矿山地质环境进行全面分析,从而可以得到更为精确性的炮径参数。

(4)掏槽效果。掏槽效果是巷道掘进成形的重要因素。在光面爆破技术应用中,掏槽效果对爆破效果产生的影响是基础性的。这源于光面爆破也是针对岩石区域的,而岩石表面非常光滑,无法对炸药进行有效安装。并且,如果使用表面固定方式,难以产生很好的爆破效果。基于这种情况,只有对岩石掏槽,让岩石表面区域形成不同的孔洞,才可以对炸药进行放置。如果掏槽问题处理后,就可以开展爆破,对岩石进行有效处理。但是,掏槽往往是有着很多要求的,应当对爆破威力进行计算,也需要对炸裂方向进行明确,才能确保岩石区域全面炸碎。该项工作也是非常专业性的,如果计算出现任何问题,都会造成无法估量的情况。

(5)填塞施工。填塞施工是巷道掘进成形的重要因素。在填塞施工作业中,应当在其中装入岩渣,并且确保填塞质量达标。从具体使用中,用测量绳将编织袋放置在距孔口约3.5m处,将测量绳的另一端系在木杆上,然后将木杆夹在孔口处并固定。为防止预裂爆破导致的孔口岩石过度破碎,在填筑施工中必须使用岩渣,并确保施工期间的填筑质量,无冲孔情况存在,避免因冲孔为爆破效果带来不良影响。

3.光面爆破技术应用对提高巷道掘进成形的应用分析

(1)工艺流程。在矿山巷道掘进施工中,钻爆法开挖和光面爆破相结合可以产生较好的巷道成型效果,一般情况下,在拱部区域中使用光面爆破技术;在墙面区域中选择使用预列爆破技术;在底板和顶板施工中使用光面爆破技术,设计科学合理的钻爆施工方案,施工作业中也需要结合爆破效果对爆破参数进行合理调整,从而产生更好的爆破效果。在钻爆过程中,涉及炮眼布置、深度设置、数量设置、炸药数量等,也需要对起爆方式、爆破顺序进行明确,才能达到预期效果。在实际使用中,应该选择使用孔内微差起爆网络,将不同区域存在的炮眼,利用雷管将其进行全部连接,并且使用外部网络雷管的脚线对引爆雷管连接。各个区域的雷管脚线需要将其放置于中央悬挂,采用电雷管起爆,可以产生很好的起爆效果。在孔内微差低段雷管跳段使用,确保每个间隔区域时间超过40s。周围涉及的大段雷管应当选择雷管引爆,以此起到光爆效果。如图2所示,在起爆顺序中,掏槽眼→扩孔眼→内圈眼→底板眼→周边眼→扩孔眼,整个按照此顺序一层一层引爆,从而达到光爆效果。

图2 光面爆破炮眼布置图

(2)钻爆设计。在水井坑煤矿项目的钻爆设计中,按照规定的装药数量及光面爆破设计开始施工作业,降低对周围岩层的振动,有效保障围岩稳定性。需要使用不超过20mm直径的炸药卷,采用不耦合装药方式,其余炮眼使用连续装药方式,存在地下水非常丰富的区域需要使用乳化防水炸药,掏槽眼也应当使用复式掏槽。在这种施工中,所使用的爆破材料应当是非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆,周围存在的孔眼需要使用低速度、低密度、高爆破力、传爆性高的岩石硝铵炸药,存在地下水非常丰富的区域需要使用乳化防水炸药,使用炮泥堵塞,导爆管也需要使用网络连接,有利于起爆。

确定煤矿岩巷掘进施工时,要综合考虑水井坑煤矿巷道的地质条件、钻孔设备、爆破器材、支护方法和技术水平等因素,应特别强调的是施工方案和爆破方法之间有密切的关系,按照图3的流程图进行施工,明确按照炮眼布置图进行正确钻孔,钻孔前必须严格按照钻爆设计标识出孔位和编号;必须保证钻孔质量,防止漏钻和多钻,施工步骤应当是测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线一起爆。施工过程可分为准备、定位、开口、拔杆、移位五步。第一,检查所有设备、管线、各类耗材储量,保障施工作业顺利开展。第二,应当使用掌子面对各个炮径区域进行明确,也要对打孔顺序标记。第三,将风枪慢慢推进,并且关注到钻杆移动方向直至与断面形成合理夹角,从而保障钻孔的合理性。第四,针对岩石区域完整性好的区域可以缓慢拔出,当岩石区域出现破碎情况,拔出需缓慢进行且施工难度大,此时需要对钻孔位置进行调整将其拔出。按照上述方式,对炮孔位置进行打出,并且按照要求装入相应的炸药数量,从而可以产生好的效果。

图3 钻爆设计流程图

4.结束语

在水井坑煤矿的岩巷掘进作业中,使用钻头方式,会造成大量钻头损坏,难以让矿山资源进行有效开采。基于这种情况,就需要对爆破技术进行调整,使用炸开方式才能进行矿井掘进工作。就诸多爆破技术而言,产生爆破效果最好的是光面爆破技术。在水井坑煤矿巷道掘进需要对爆破技术进行改进,结合施工区域地质情况选择科学合理的爆破技术,优化各工艺参数并合理使用,结合巷道施工具体情况,对爆破技术进行使用,从而有利于保障围岩安全,确保矿产资源顺利开采,同时降低了施工成本26%。因此,在煤矿开采中,应当科学合理使用光面爆破技术,才能更好地实现矿产资源顺利开采,也可以推动矿产资源开采行业稳定发展。

猜你喜欢
光面装药炸药
“炸药”惊魂
《混合炸药及装药专刊》序言
议论火炸药数字化制造
孔内爆炸填塞效应的数值模拟与分析
隧道光面爆破施工关键技术
某发射装药结构改进设计的新思路
光面爆破在卡鲁玛尾水隧洞开挖中的改进与应用
深孔不耦合装药爆破技术卸压效果验证
浅析光面爆破技术在煤矿井巷中的应用
Al粉对炸药爆炸加速能力的影响