光面爆破在金属矿山巷道掘进中的应用

光面爆破在金属矿山巷道掘进中的应用山东华联矿业股份有限公司陈军成1前言我国金属矿山围岩大多数为较稳定的坚硬岩石，而巷道掘进爆破的特点是巷道断面小，自由面少，岩石所受夹制作用强。而现场施工中普遍存在少打眼，乱打眼，多装药现象，造成的后果是炮眼利用率低，岩石碎块抛掷远，爆堆不集中。不仅严重影响了巷道的掘进速度，增加了出岩量和支护材料消耗，降低了巷道的稳定性和安全性，同时对后期巷道通风增加了风险，巷道两侧及顶部固定风水管及电缆增加了困难和材料消耗。因此，如何提高爆破效率，改善爆破效果，增加进尺，保证成型，仍是巷道掘进爆破工作中应解决的主要课题。2炮眼深度影响炮眼深度的因数主要有钻眼机械，循环作业方式，炸药威力等，在选择炮眼深度时通常根据任务要求和循环作业综合考虑而确定。2.1根据钻眼机械确定合理的炮眼深度应与钻眼机械相适应，即合理的炮眼深度要保证钻眼时有较高的钻眼速度。有资料表明：对于普通的气腿式凿岩机，在相同的条件下，采用同一根钎子钻眼，每增加1米炮眼，其钻眼深度就下降4%~10%，且随着钻眼深度的增加，钻眼速度下降得越快。特别当炮眼深度超过3米时，钻眼速度仅有眼深0.5米时的31%。随着炮眼深度增加，钎子重量增加，排粉难度也增大，使克服钎子弹性变形的冲击功增大，能量消耗增大，人工拔钎的难度也相应增加。因此，使用普通气腿式凿岩机，炮眼深度宜控制在2.5米以内为宜。2.2根据循环作业方式确定合理的炮眼深度应与循环作业方式相适应，即合理的炮眼深度应能保证每班完成整循环，保证实现正规循环作业，这样每班工作任务明确，便于组织，管理和专业化作业的实施，配合锚喷支护及其掘支作业方式，在合理的炮眼深度内，力争达到一班多循环或中深孔爆破一班一循环。2.3根据单位工时消耗确定据现场经验，当炮眼深度变化时，各主要工序，如钻眼爆破，装运岩石，临时支护和永久支护，铺轨等，其纯单位工时消耗量基本保持不变，但各种转换工序和各种辅助工序，如交接班，钻眼准备，工作面清理，放炮前撤人撤物，通风排烟，安全检查等的单位工时消耗量却随着炮眼深度的增加而明显减少。在确定炮眼深度时，还需考虑巷道断面的大小，岩石的坚硬程度，所用炸药的爆炸威力等。3掏槽爆破决定巷道掘进爆破效果的关键是掏槽爆破。掏槽爆破时破碎岩石的条件十分困难，而掏槽爆破的好坏很大程度上决定了其他炮眼的爆破效果。因此要增大爆破效果，提高炮眼利用率，就应首先选择合理的掏槽型式和掏槽参数。3.1掏槽型式在目前浅眼多循环的巷道掘进爆破中，最常用的掏槽形式是垂直楔形掏槽。而中深孔爆破时垂直楔形掏槽的应用受到了巷道断面宽度的限制，多采用直眼掏槽。直眼掏槽的型式有多种，较为常见的是棱形掏槽，角柱掏槽，螺旋掏槽等。各种掏槽型式的共同特点是利用数量不等的平行空眼作为首爆装药眼的辅助自由面和破碎岩石的膨胀补偿空间。目前较为有效地中深孔爆破直眼掏槽方式是阶段直眼掏槽和孔内分段直眼掏槽。前者是将掏槽眼深度分成若干段，不同的掏槽眼的眼底位于不同的平面上，按由浅入深的顺序分阶段进行掏槽。后者是在掏槽装药炮眼内实施上下两分段，分段装药间以一定长度的炮泥相隔，由外向内顺序起爆。两种直眼掏槽方式的掏槽机理相同，前分段掏槽爆破后，在应力波和爆轰气体的综合作用下，槽腔内岩石被破碎并向工作面方向推移，形成漏斗形槽腔，为后分段掏槽创造了一个新自由面，并由此改变了深部岩石所受的夹制作用，使其强度降低，有利于岩石的爆破破碎和运动。同时还造成下分段岩石中的残余应力和大量的爆生裂隙以增强岩石的破碎。分段间装药微差起爆，也改善了炸药爆炸能量与岩石破碎的匹配关系，使更多的能量用于岩石破裂破碎和更少的能量用于碎块的抛掷。3.2掏槽参数掏槽眼间距、个数、炮眼直径、楔形掏槽炮眼与工作面的夹角、直眼掏槽空眼个数等掏槽参数多由经验确定。掏槽爆破的主要目的是利用装药爆炸后使岩石完全碎裂形成槽洞，因此对于直眼掏槽，要保证槽腔内岩石充分破裂破坏，掏槽炮眼应布置在破裂区内。3.3炮眼装药量根据掏槽爆破的要求，装药爆后要将槽腔内岩石充分破碎并抛出，因此，装药量较其他炮孔要大，且不同种类的岩石装药量有变化。4光面爆破4.1炮眼间距合理的炮眼间距应保证炮眼间贯通裂隙完全形成。综合考虑爆炸应力波和爆生气体在贯通裂隙形成过程中的作用，光爆周边眼的间距与其最小抵抗线存在一定的比例关系，即K=E/W式中K：炮眼密集度系数，一般为0.6-1.0，岩石坚硬时取大值，软时取小值E：周边眼间距，一般取400-600mmW：最小抵抗线按照光面爆破的要求，周边眼的中心都应布置在巷道设计掘进断面的轮廓线上，且眼底应稍向轮廓线外偏斜，一般为100-150mm，这样可使下一循环打眼时凿岩机有足够的工作空间，同时要尽量减少超挖量。4.2装药结构和装药集中度合理的光爆装药结构为径向空气间隙不偶合和轴向软垫层不偶合装药。巷道周边光面炮眼装药量通常用装药集中度来控制，所选装药集中度的大小要求爆破后在炮眼周围的岩石中不产生粉碎性破坏，并能在岩壁上留有眼痕。定向断裂控制爆破是利用一些方法首先使炮眼壁某部位应力集中而产生径向裂隙，同时避免岩壁其他部位产生微裂隙，随后在爆炸应力波和爆生气体的共同作用下，径向裂隙持续发展，形成预期的断裂面。与普通光面爆破相比，其主要的技术特点有巷道周边成型质量提高，围岩破坏程度降低，眼距加大，周边钻眼工作量减少。特别是在软岩巷道效果常用的断裂控制爆破方法有两种，一是在炮眼壁沿纵向V形槽，当柱状装药爆炸后产生的应力波首先在切槽尖端引起应力集中而开裂，尔后爆炸气体作用使裂缝沿切槽方向延伸，直到相邻炮眼贯通，二是利用特殊形状的药包爆炸后首先在炮眼壁的某一部位产生初始裂缝，然后在爆生气体作用下裂缝持续发展，形成定向断裂面。在巷道爆破中使用最多是切缝药包。4.3光面爆破的装药方法（1）装药前必须将炮眼内的岩粉吹净，以避免爆炸不良或残留药等现象。炮眼封泥采用粘土炮泥或用不燃性松散材料制成的炮泥封实。（2）装药时，用专用炮棍的顶部楔形放在药卷底部槽内轻轻将药卷推入周边眼的炮孔内，药卷间不应有明显的间隙，保持对称的聚能槽和切割方向在一条直线上，第三条聚能槽对着切割的岩石，并与切割线垂直。（3）遇到有水工作面时，可直接将乳化炸药装入炮孔内使用，无需排水和安装防水袋。5结束语好的光面爆破是保证巷道成型规整，减少周边围岩破坏的关键。巷道掘进均应采用周边光面爆破技术。光面爆破后的巷道轮廓平整，岩壁光滑，大大减少了通风阻力，由于巷道轮廓外裂隙区范围小，对围岩强度破坏不大，提高了巷道的稳定性，保证了施工安全，同时光面爆破减少了巷道的超挖量和出岩量，从而加快了巷道的掘进速度，降低了掘进成本和巷道使用中的维护费用。