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光面爆破在掘进巷道中的应用

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摘要：如何提高爆破效率、改善爆破效果、增加进尺、保证成型，仍是岩巷掘进爆破工作中应解决的主要课题。本文对炮眼深度、掏槽爆破、光面爆破、定向爆破等技术问题进行了探讨。
关键词：光面爆破；炮眼深度；掏槽爆破；定向爆破

前言
目前，我国岩巷掘进爆破的特点是巷道宽度小，自由面少，岩石所受夹制作用强。而现场施工仍普遍存在少打眼、乱打眼、多装药、乱放炮的现象，造成的后果是炮眼利用率低，岩石碎块抛掷远，爆堆不集中，周边超挖量大，成型质量差，围岩松动破坏严重，在松软岩层中周边很难留下半边眼痕。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，也降低了巷道的稳定性和安全性。据相关资料统计，我国全煤炭行业岩巷掘进的平均月进尺仅为60m左右。特别是对于f>8～10的较为坚硬岩石，其炮眼利用率一般在60％～80％。
因此，如何提高爆破效率、改善爆破效果、增加进尺、保证成型，仍是岩巷掘进爆破工作中应解决的主要课题。作者力图从炮眼深度、掏槽爆破、光面爆破、定向断裂控制爆破等技术问题进行分析探讨，以期提出一些有益的参考。
1 炮眼深度
影响炮眼深度的因素主要有岩石性质、钻眼机械、循环作业方式、炸药威力等，在选择炮眼深度时应综合考虑。
1．1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(如常用的YT一27型)，在相同的凿岩条件下，采用同一根钎子钻眼，每增加1 m炮眼，其钻眼速度就下降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3.0m时，钻眼速度仅有眼深0.5m时的31％。由于钎子重量增加，使克服钎子弹性变形的冲击功增大，排粉难度也增大；其次钎杆与眼壁问摩擦阻力增大，能量消耗增加；再者人工拔钎也相当困难。因此，使用普通气腿式凿岩机，炮眼深度宜控制在2.5m以内。如果采用凿岩台车配备重型导轨凿岩机(如YGZ一70型)，因其有较大的轴推力和较强的扭矩，故能克服气腿式凿岩机的上述缺点，可不换钎子一次推进行程3.5－4.0m，对巷道掘进中深孔爆破非常有利。
1．2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或圆班完成整循环，保证实现正规循环作业，这样，每班工作任务明确，便于组织和管理，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。
1．3根据单位工时消耗确定
据长期现场经验，当炮眼深度变化时，各主要工序，如钻眼爆破(包括钻眼、装药、联线、放炮等)、装运岩石、临时支护和永久支护、铺设轨道等，其纯的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、工作面清整、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。除此以外，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。巷道断面小、岩石坚固性高、炮眼底部岩石夹制作用强，掏槽难度就大；装药直径大、爆炸威力高，就能获得较高的掏槽效果。
2 掏槽爆破
决定掘进进尺的关键是掏槽爆破。要提高炮眼利用率，就应首先选择合理的掏槽形式和掏槽参数。
2．1掏槽形式
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。直眼掏槽的形式有多种，较为常见的有菱形掏槽、角柱掏槽、螺旋掏槽等。各种掏槽形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问。
目前较为有效的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(多为两段)，不同掏槽眼的眼底位于不同的平面上，按由浅人深的顺序分阶段进行掏槽。后者则是在掏槽装药炮眼内实施上下两分段，分段装药问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(或上分段装药)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(或下分段装药)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。分段问装药微差起爆，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。研究结果表明这两种掏槽方式可增大槽腔体积，提高掏槽深度，抛掷作用小，爆堆集中，利于装岩。对于坚固性较高(f>8～10)的坚硬岩石，当巷道断面较大时，除采用以上两种分段直眼掏槽外，直眼和斜眼复合式掏槽(线形和垂直楔形、菱形和垂直楔形复合)也不失为一种较好的掏槽方式。
最近峻德煤矿暗井下山坚硬岩石巷道掘进爆破时就采用了这种双楔形掏槽，该巷道岩石为砾岩，整体性好，致密坚固，无层理，韧性高，极其坚硬难爆，使用单楔形掏槽或普通角柱形直眼掏槽，1．6 m的掏槽炮眼深度，爆破后炮眼利用率一般在63％以下，个别时仅有30％左右，而且大块较多，严重影响了掘进速度和巷道成型。改用双楔形掏槽，两阶槽眼梅花形布置，其中2对一阶掏槽，槽眼深度1.0 m，倾角65。；3对二阶掏槽，槽眼深度1．6m，倾角70。；另为增大槽腔内岩石的破碎程度和改善岩石破碎块度，在槽腔中心加打了1个与二阶槽眼同深的炮眼，取得了较高的掏槽效果。爆破效率基本上在80％以上，平均达86％左右，爆破块度也较为均匀。
2．2掏槽参数
炮眼间距、斜眼楔形掏槽参数多由经验确定。笔者认为，掏槽爆破主要是利用装药爆炸后岩石中产生的破碎破裂作用，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。
2．3炮眼装药量
据掏槽爆破要求，装药爆后要将槽腔内岩石充分破碎并抛出，因此，装药量较其它炮孔要大，且不同种类的岩石装药量有变化。
3 光面爆破
3．1炮眼间距
合理的炮眼间距应保证炮眼问贯通裂隙完全形成。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着一定的比例关系，即
K=E／W
式中 K一一炮眼密集系数，一般为0．6～1．0，岩石坚硬时取大值，较软时取小值；
E——周边眼间距，一般取钧0～600 mm；
W——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，而眼底应稍向轮廓线上偏斜，一般不超过100～150 mm，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。
3．2装药结构和装药集中度
较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，炮眼装药量对保持岩壁平整无明显裂隙，具有很大影响。装药量过多，岩壁破碎严重；装药量过少，周边眼不能贯通。经验表明，周边眼的装药量每米炮眼(装药集中度)为0.15-0.25 kg／m。
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缝，同时避免眼壁其他部位产生微裂缝，随后在爆炸应力波和爆生气体的共同作用下，径向裂缝持续发展，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。
3．3定向断裂使用爆破材料
鹤岗威盛化工有限责任公司研制出RH—MⅢ型聚能乳化炸药，对光面爆破效果很好。
(1)聚能乳化炸药适用于井下可燃气和(或)煤尘爆炸危险的爆破工程。
(2)药卷直径Φ(29±1)mm；药卷质量(188±9)g；药卷长度300mm。
(3)药卷技术陛能及主要安全|生能(见表1、表2)：
表1 药卷技术性能及参数
项目 药卷密度 炸药密度 爆速不小于 猛度不小于 殉爆距离
/g·cm-3 /g·cm-3 m·s-1 /mm 不小于/cm
指标 0.95－1.25 1.00－1.3 2.5×103 8 2

表2 主要安全性能及参数
项目 热感度 撞击感度 摩擦感度 可燃气安全度
指标 不燃烧不爆炸 爆炸概率≤8% 爆炸概率≤8% 合格

(4)使用方法：
①聚能乳化炸药经雷管起爆后，炸药在药卷内以一定爆速进行传播，直至药卷爆轰结束。
②使用8号电雷管起爆，并从药卷顶端插入。
③装药前必须将炮眼内的煤粉或岩粉掏净，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的、可塑性松散材料制成的炮泥封实。严禁用煤粉、块状材料或其他可燃性材料作炮眼封泥。
④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，药卷问不应有明显的间隙，保持对称的聚能槽与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。
⑤遇有水工作面时，可直接将聚能乳化炸药装入炮孔内使用，无需排水和安装防水袋。
4 结论
较好的光面爆破效果是保证巷道成型规整、减少周边围岩破坏的关键。岩巷掘进均应采取周边光面爆破技术。
光面爆破后的巷道轮廓平整，便于锚喷支护。同时由于巷道超挖量少，岩帮裂隙少，稳定性高，从而降低巷道的掘进和维护费用。

参考文献
［1］王刚主编，《煤矿地下开采》，中国矿业大学出版社，1990。
［2］王轶家，浅析如何提高岩巷掘进爆破质量［期刊论文］，中国科技博览2009（21）
［3］鲍仲庆主编，《煤矿开采与掘进》，煤炭工业出版社，1993.90万U豆体验卡
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