王昌龍　韋性平　馬成俊

(西北有色地質(zhì)勘查局711總隊)

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光面爆破在陜西某銅礦巷道掘進中的應用

王昌龍韋性平馬成俊

(西北有色地質(zhì)勘查局711總隊)

摘要為了解決在極破碎巖石中巷道掘進爆破對圍巖的震動造成片幫冒頂現(xiàn)象以及作業(yè)勞動強度和掘進成本較大等突出問題，巷道掘進設計采用光面爆破，直眼桶形掏槽，孔外分段孔內(nèi)微差起爆方式。通過優(yōu)化爆破參數(shù)及試驗，爆破半孔率達到90%，無超挖欠挖現(xiàn)象，延長了開挖后巖石暴露時間。試驗表明，采用光面爆破掘進巷道，減少了圍巖的損傷和支護作業(yè)時間，降低勞動強度和巷道掘進成本，保證了施工安全。

關鍵詞光面爆破掏槽方式起爆網(wǎng)絡半孔率

陜西某銅礦生產(chǎn)能力為9萬t/a，屬與火山沉積巖有關的構造熱液型銅礦床，區(qū)內(nèi)地層、構造以及侵入巖特征均顯示為以銅廠為中心的復雜的古火山構造區(qū)。礦體和圍巖屬變質(zhì)整體片狀類巖石，穩(wěn)固性較差，施工困難，支護難度大。自建礦以來，一直未能實現(xiàn)大規(guī)模開采，特別近年開采至900 m標高以下礦體，礦巖越到深部越破碎，巖石物理性質(zhì)較差，片理裂隙發(fā)育，礦巖極不穩(wěn)固，普通法巷道掘進施工頻繁出現(xiàn)片幫冒頂現(xiàn)象，采用全巷鋼支架+噴漿支護，導致掘進成本增加，掘進速度緩慢，工期嚴重滯后，施工安全得不到有力保障，因此，有必要對爆破方法進行研究。

1爆破方法優(yōu)選

該銅礦采用斜井+平硐聯(lián)合開拓方式。前期由于近地表礦巖穩(wěn)固，開拓巷道基本采用普通爆破法掘進，安全狀況良好。但隨著開采深度的增加，礦巖破碎程度和礦山地壓成倍遞增，加之施工現(xiàn)場普遍存在少打眼、亂打眼、多裝藥、亂放炮的現(xiàn)象，造成巷道爆破后爆堆不集中，幫壁超挖量較大，巷道成型較差，對圍巖的松動破壞嚴重，不僅制約著成巷速度，還增加了出渣量和支護材料消耗，大大降低了巷道的穩(wěn)定性和安全性。對此，公司技術部討論決定采用光面爆破技術，優(yōu)化掘進爆破參數(shù)，最大程度減少爆破造成的片幫冒頂，降低施工勞動強度和生產(chǎn)成本[1]。

2光面爆破設計

2.1炮孔直徑

礦山使用YT28氣腿式鑿巖機，氣腿型號為FT160BC/BD。炮孔直徑為38～42 mm，取40 mm。

2.2炮孔深度

決定巖巷掘進循環(huán)深度的因素很多，包括工作面的地質(zhì)情況、施工裝備、勞動組織、工人的操作技術水平及管理水平等。結合礦山生產(chǎn)實際，根據(jù)爆破進尺要求及釬桿長度(3 m)，炮孔利用率達到90%以上，炮孔深度計算公式為

(1)

式中，d為炮孔直徑，40 mm。

計算得出炮孔深度L=1.6～2.8 m，取2.6 m。

2.3掏槽眼參數(shù)

巷道掘進的巖性主要為片理化細碧巖和局部滑鎂巖，巖石堅固性系數(shù)f=6～8，片理裂隙比較發(fā)育，破碎程度高，因此，選擇垂直桶形掏槽[2]。

掏槽眼直徑取40 mm，炮孔深度為

(2)

式中,Lt為掏槽孔深度，m；L為設計炮孔孔深，2.6 m；h為掏槽眼超鉆深度，10～30 cm，取0.2 m。

計算得出掏槽眼炮孔深度Lt=2.8 m。

炮孔間距a1=0.15 m;單孔裝藥Q1為

(3)

式中,Q1為單孔裝藥量，kg；α為平均裝藥系數(shù)，0.5～0.7，取0.7；Lt為掏槽眼深度，2.8 m；G為單個藥卷質(zhì)量，2#巖石乳化炸藥每卷重0.15 kg；h1為單個藥卷長度,0.2 m。

計算得出Q1=1.47 kg。

2.4輔助眼參數(shù)

炮孔直徑取40 mm;炮孔深度L=2.6 m;炮孔間距a2=0.4～0.8 m，取0.5 m;炮孔排距為

(4)

計算得出b2=0.4～0.45 m,取0.4 m。

單孔裝藥Q2為

(5)

式中,Q2為輔助眼單孔裝藥量，kg；α為平均裝藥系數(shù)，0.5～0.7，取0.65；L為炮孔深度,2.6 m；G為單個藥卷質(zhì)量，2#巖石乳化炸藥每卷重0.15 kg；h1為單個藥卷長度，0.2 m。

計算得出Q2=1.27 kg。

2.5頂眼與幫眼參數(shù)

炮孔直徑取40 mm;炮孔深度L=2.6 m;炮孔間距a3=0.4～0.8 m，取0.54 m;邊眼與輔助眼的距離w1根據(jù)炮孔密度系數(shù)a3/w1≤0.8，取w1=0.6 m;單孔裝藥Q3為

(6)

計算得出Q3=0.59～0.88 kg，取0.59 kg。

2.6底板眼參數(shù)

炮孔直徑取40 mm；炮孔深度為

(7)

式中，L為設計炮孔深度，2.6 m；h為底板眼超鉆深度，取0.2 m。

計算得出Ld=2.8 m。

炮孔間距a4=0.4～0.6 m，取0.6 m;底眼距離w2根據(jù)炮孔密度系數(shù)a4/w2≤0.8，取w2=0.75 m;單孔裝藥Q4為

(8)

式中,Q4為底眼單孔裝藥量，kg；α為平均裝藥系數(shù)，0.5～0.7，取α=0.6；Ld為底眼深度，2.8 m；G為單個藥卷質(zhì)量，2#巖石乳化炸藥每卷重0.15 kg；h1為單個藥卷長度，0.2 m。

計算得出Q4=1.26 kg。

2.7炮孔布置

炮孔數(shù)目根據(jù)經(jīng)驗公式

(9)

式中，N為設計炮孔個數(shù)，個；q為單位炸藥消耗量，根據(jù)圍巖性質(zhì)，經(jīng)查表取2.15 kg/m3；s為巷道掘進斷面面積，5.66 m2；γ為線裝藥密度，0.55 kg/m；η為炮孔利用系數(shù)，0.80～0.95，取0.80。

計算得出N=28個。

根據(jù)巖石爆破性[3]，掏槽孔間距為0.15 m，輔助孔間距為0.5 m，周邊孔間距為0.54～0.75 m，周邊孔口距巷道輪廓線為0.2 m。巷道斷面炮孔布置見圖1。先布1#掏槽孔和空眼，再布設9#～23#周邊孔和2#～8#輔助孔，共布孔29個。炮眼參數(shù)見表1。

圖1　巷道斷面炮孔布置(單位：mm)

編號炮眼名稱炮眼個數(shù)/個炮眼深度/m裝藥量卷/眼小計/卷傾角/(°)爆破順序1#掏槽眼32.81133直眼Ⅰ2#～8#輔助眼72.6963直眼Ⅱ9#、10#底眼22.81122直眼Ⅲ11#～13#、21#～23#幫眼62.6848直眼Ⅳ14#～20#頂眼72.6535直眼Ⅴ

2.8裝藥結構及堵塞

掏槽孔、輔助孔采用連續(xù)不耦合裝藥結構，孔底起爆。起爆藥包雷管聚能穴朝向炮孔方向。周邊光爆孔采用不耦合間隔裝藥，孔底反向起爆。堵塞材料選用黃泥或炮紙。炮孔裝藥結構見圖2。

圖2　炮孔裝藥結構(單位：m)

2.9起爆網(wǎng)絡

采用φ32 mm×200 mm2#巖石乳化炸藥，毫秒延期非電導爆管起爆網(wǎng)路，孔內(nèi)延期。掏槽孔一段起爆(MS1)，輔助孔選用2個段位起爆(MS2、MS3)，底孔選用1個段位起爆(MS4)，幫孔選用2個段位起爆(MS5、MS6)，周邊光爆孔同段起爆(MS7)，孔外采用導爆管一段起爆。起爆網(wǎng)路采用簇連方式，導爆管按相同區(qū)域分片束把(根據(jù)安全要求，每把導爆管雷管以不超過20發(fā)為宜)，雷管聚能穴方向朝向導爆管傳爆方向，起爆器激發(fā)起爆。起爆網(wǎng)絡見圖3。

圖3　起爆網(wǎng)絡(單位：ms)

3爆破效果

本次爆破效果理想，殘痕率達到90%，巖壁面的爆生裂隙很少，光爆層壁面不平整度不超過±20 cm，對圍巖破壞較小，提高了巷道的穩(wěn)固性，加快了巷道的掘進速度。光面爆破主要技術指標見表2。

表2　光面爆破主要技術指標

4結語

通過采用光面控制爆破技術，使得巷道掘進爆破后整體輪廓平整，減小圍巖擾動，大大提高了巷道的穩(wěn)定性，及時解決了巷道片幫、底鼓，鋼支護變形嚴重等問題，減輕工人的勞動強度，加快了施工進度，減少掘進和支護成本，效果理想。為達到更好的爆破效果，建議采用小直徑藥卷，干燥竹子節(jié)間隔裝藥。爆破施工中針對不同巖性,可根據(jù)情況對藥量作出合理調(diào)整。

參考文獻

[1]解世俊.金屬礦床地下開采[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1986.

[2]周昌達.井巷工程[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1994.

[3]張繼春.工程控制爆破[M].成都:西南交通大學出版社，2001.

(收稿日期2015-12-10)

王昌龍(1981—)，男，副總工程師，工程師，723000 陜西省漢中市東一環(huán)路160號。