江飛飛，盛　佳，黃傳寶，周　輝，李向東，李　春

(1.中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室，湖北 武漢 430071；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司 國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410012；4.嵩縣前河礦業(yè)有限責(zé)任公司，河南 嵩縣471433)

數(shù)字出版日期： 2017-09-14

0　引言

在地下礦山開(kāi)采過(guò)程中，合理可靠的爆破技術(shù)對(duì)于巷道掘進(jìn)和采場(chǎng)回采的安全與穩(wěn)定性控制具有重要的意義，對(duì)于軟弱破碎巖體而言，其掘進(jìn)和回采控制爆破就顯得尤為重要。在過(guò)去數(shù)十年里，軟弱破碎巖體的爆破技術(shù)得到一定的發(fā)展，目前適合于軟弱破碎巖體的爆破方法主要包括光面爆破技術(shù)、松動(dòng)爆破技術(shù)、微差擠壓爆破技術(shù)、定向斷裂爆破技術(shù)和護(hù)壁爆破技術(shù)等[1-2]，其中光面爆破技術(shù)實(shí)際應(yīng)用相對(duì)最為普遍，文獻(xiàn)[3]基于理論計(jì)算和工程類(lèi)比等方法調(diào)整優(yōu)化破碎巖體光爆參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)，并在特定礦山現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中取得了較好的效果；文獻(xiàn)[4]基于光爆理論建立了軟巖掘進(jìn)時(shí)光爆參數(shù)理論計(jì)算模型，并結(jié)合工程實(shí)踐推薦了軟巖巷道掘進(jìn)時(shí)的光面爆破參數(shù)；文獻(xiàn)[5]在采場(chǎng)落礦時(shí)采用周邊眼控制爆破和微差爆破等多種控制技術(shù)手段，顯著改善了回采過(guò)程中頂板穩(wěn)固性差等安全狀況、減低了作業(yè)成本；文獻(xiàn)[6-8]分別采用切縫藥管、切縫藥包等實(shí)現(xiàn)了定向控制爆破，有效的控制了爆破工程邊界和對(duì)周邊巖體的破壞，改善了爆破效果；文獻(xiàn)[9-10]采用隔振材料控制爆破應(yīng)力釋放的方式，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)非爆破區(qū)域一側(cè)的巖體的功能。另外，隨著爆破理論和爆破器材的發(fā)展，在爆破的精準(zhǔn)控制上也得到了明顯的改善[11]。盡管近年來(lái)破碎巖體的相關(guān)爆破理論、炸藥性能、起爆材料等得到了提高和改善，但由于礦山地質(zhì)條件、礦巖物理力學(xué)特性、開(kāi)采技術(shù)條件等方面的差異性，不同礦山在具體的爆破工藝、參數(shù)等方面也因此存在較大的差異。

前河金礦為國(guó)內(nèi)典型的軟弱破碎巖型地下金屬礦山，礦山目前開(kāi)采的重點(diǎn)區(qū)域位于節(jié)理構(gòu)造非常發(fā)育的南礦帶，目前礦山所使用的采礦方法為下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法，在實(shí)際回采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，隨著礦山開(kāi)采深度的增加和南礦帶礦巖條件等方面的變化，礦脈呈現(xiàn)出典型的泥質(zhì)軟巖特性，按照原有的爆破工藝參數(shù)回采爆破后，時(shí)常出現(xiàn)超爆、上下盤(pán)圍巖大面積垮塌、采場(chǎng)支護(hù)作業(yè)困難等問(wèn)題。為了降低進(jìn)路采場(chǎng)回采爆破對(duì)頂板充填體及上下盤(pán)圍巖的不利影響，有效控制泥質(zhì)軟弱破碎薄礦脈采場(chǎng)回采邊界，為后續(xù)采場(chǎng)支護(hù)作業(yè)創(chuàng)造有利的作業(yè)時(shí)間和空間條件，降低支護(hù)難度和勞動(dòng)強(qiáng)度，因此十分有必要開(kāi)展有針對(duì)性的進(jìn)路回采控制爆破技術(shù)試驗(yàn)研究。

1　開(kāi)采技術(shù)條件及回采爆破現(xiàn)狀分析

1.1　開(kāi)采技術(shù)條件

前河金礦為構(gòu)造蝕變巖型中低溫?zé)嵋航鸬V床，葚溝礦床賦存于近東西向的F4斷裂帶中，目前礦山開(kāi)采的重點(diǎn)區(qū)域主要位于南礦帶，南礦帶礦巖條件十分破碎，且礦巖蝕變嚴(yán)重，一經(jīng)揭露十分容易發(fā)生垮塌破壞等現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查和巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果[12]可知，礦巖f系數(shù)為6～8左右，礦體及上下盤(pán)圍巖中均發(fā)育有4～5組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面線密度均超過(guò)23條/m，且遇水容易出現(xiàn)顯著的泥化現(xiàn)象，礦巖總體上屬于Ⅳ～Ⅴ級(jí)，巖體質(zhì)量總體上屬于差～極差，回采作業(yè)環(huán)境惡劣，進(jìn)路式回采時(shí)巷道原巖區(qū)域自穩(wěn)能力差。

1.2　采場(chǎng)爆破回采作業(yè)現(xiàn)狀

礦山的采礦方法為下向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法，實(shí)際回采進(jìn)路一般為(類(lèi))矩形，進(jìn)路底板為(近)水平，進(jìn)路斷面規(guī)格為2.0 m×2.2 m，斷面積約為4.4 m2。根據(jù)礦山回采實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，目前進(jìn)路回采時(shí)單個(gè)爆破循環(huán)工作面炮眼數(shù)量一般為9～10個(gè)，其中頂眼和底眼各3個(gè)，不設(shè)置專(zhuān)門(mén)的掏槽眼，炮眼布置具體形式和參數(shù)如圖1所示，炮眼均為水平眼且與巷道斷面垂直，眼深1.8～2.0 m，炮眼直徑38 mm。炸藥選用巖石粉狀乳化炸藥柱狀藥包，原設(shè)計(jì)裝藥系數(shù)為0.6～0.8，單眼裝藥量約為0.90～1.35 kg，工作面單個(gè)循環(huán)總裝藥量一般約為9 kg，采用秒延期導(dǎo)爆管雷管反向眼底起爆。

圖1　回采爆破炮眼布置現(xiàn)狀示意Fig.1　Current schematic diagram of blast holes arrangement

在現(xiàn)場(chǎng)回采實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，采用上述爆破工藝和參數(shù)時(shí)，南礦帶部分采場(chǎng)爆破后，對(duì)頂板充填體保護(hù)效果較差，且礦巖上下盤(pán)交界處出現(xiàn)大面積的垮塌，導(dǎo)致后續(xù)支護(hù)作業(yè)困難且效果差，支護(hù)體與上下盤(pán)圍巖常出現(xiàn)較大的空洞，給實(shí)際回采帶來(lái)了一定的安全隱患。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)回采爆破實(shí)踐分析原因主要有3個(gè)方面：對(duì)泥質(zhì)軟弱破碎巖體的特性認(rèn)識(shí)不夠清楚，傳統(tǒng)的爆破工藝和參數(shù)與此類(lèi)巖體不夠匹配；炮眼布置及裝藥結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)致爆生氣體的力學(xué)作用和能量釋放方式不合理，直接影響爆破效果；現(xiàn)場(chǎng)炮眼鑿巖施工質(zhì)量差，實(shí)際作業(yè)過(guò)程中各工藝環(huán)節(jié)隨意性較強(qiáng)(如裝藥后沒(méi)有及時(shí)封堵炮眼等)，導(dǎo)致爆破能量沒(méi)有得到有效利用，爆破作業(yè)過(guò)程主觀控制程度較低。這些原因共同作用導(dǎo)致礦山目前的回采爆破效果差，因此有必要在充分認(rèn)識(shí)軟弱破碎巖體特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合采場(chǎng)回采工藝和控制爆破基本理論，尋求有針對(duì)性的更加符合礦山實(shí)際的控制爆破技術(shù)方案。

2　軟巖控制爆破基本理論

2.1　軟弱破碎巖體爆破特性分析

對(duì)于軟弱破碎巖體而言，其爆破特性主要受巖石物理力學(xué)特性、巖體結(jié)構(gòu)面、軟弱充填物含量及特性等方面影響，盡管對(duì)于不同軟弱破碎巖體工程而言，受各因素影響程度不同，但此類(lèi)巖體在爆破時(shí)往往會(huì)表現(xiàn)出如下相似特性：

1)爆破能量易耗散：節(jié)理裂隙和軟弱帶的存在，使得部分爆破能量容易被吸收與轉(zhuǎn)化，爆破能量利用率低，但從破碎巖體爆破減震控制的角度而言，適當(dāng)?shù)哪芰亢纳⒂欣诳刂票茖?duì)破碎巖體的不利影響和實(shí)現(xiàn)均勻爆破。

2)軟弱面優(yōu)先破壞：軟弱破碎巖體中的軟弱面包括構(gòu)造面和軟弱充填物，在爆破時(shí)盡管有部分爆破泄逸，但在有限的炮眼空間內(nèi)爆破瞬間依然會(huì)在軟弱面所在部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致爆破時(shí)軟弱面優(yōu)先發(fā)生破壞。

3)塑性剪切破壞為主：由于軟弱破碎巖體中巖石自身物理力學(xué)特性差、強(qiáng)度低，在爆破作用下易于遭到破壞，尤其是其中的軟弱充填物會(huì)在爆生氣體的壓力作用下出現(xiàn)壓縮塑性變形破壞，而對(duì)于其中的結(jié)構(gòu)面而言，則會(huì)出現(xiàn)沿著結(jié)構(gòu)面方向?yàn)橹鞯募羟衅茐摹?/p>

4)爆破塊度松散均勻：由于軟弱破碎巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面往往非常發(fā)育，在瞬間爆生氣體壓力作用下，其中的Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面(節(jié)理裂隙、層理、片理等)會(huì)直接破壞切割巖體，Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面(微小的節(jié)理劈裂、不發(fā)育的片理等)則會(huì)發(fā)育擴(kuò)展，同時(shí)爆破后在向外拋擲作用下巖石會(huì)進(jìn)一步破壞，導(dǎo)致最終爆破塊度松散均勻。

另外，根據(jù)現(xiàn)有研究成果可知，軟弱破碎巖體的可爆性則往往可根據(jù)節(jié)理裂隙的發(fā)育程度、巖石堅(jiān)固性等級(jí)、普氏系數(shù)、聲阻抗、大塊率和炸藥單耗等指標(biāo)來(lái)確定，具體可爆性等級(jí)可參考文獻(xiàn)[13]所總結(jié)的各類(lèi)方法和表1進(jìn)行確定。根據(jù)前河金礦南礦帶礦巖無(wú)力學(xué)特性、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況和開(kāi)采技術(shù)條件分析可知，研究范圍內(nèi)的礦脈可爆性等級(jí)為易爆級(jí)。

2.2　減震控制爆破基本理論

控制爆破技術(shù)一般是指根據(jù)工程要求和爆破現(xiàn)場(chǎng)條件，通過(guò)合理的技術(shù)手段來(lái)有效控制爆破能量的釋放過(guò)程和巖體的破碎過(guò)程，對(duì)于地下礦山掘進(jìn)和回采而言，既要達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)的爆破效果，同時(shí)又要將爆破范圍、破碎程度及爆破所產(chǎn)生的不利危害進(jìn)行有效地控制[1-2]。

表1　破碎巖體可爆性等級(jí)劃分

對(duì)于軟弱破碎巖體而言，爆破時(shí)爆炸區(qū)域內(nèi)同樣會(huì)形成壓碎區(qū)、裂隙區(qū)和震動(dòng)區(qū)，如何有效的控制震動(dòng)區(qū)的影響范圍，則是減震控制爆破技術(shù)的關(guān)鍵。根據(jù)目前現(xiàn)有的理論可知，影響軟弱破碎巖體減震控制爆破效果的因素主要包括自然因素和爆破工程因素2大類(lèi)，其中自然因素主要包括礦巖自身特性、結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況、應(yīng)力狀況等，爆破工程因素則主要包括爆破設(shè)計(jì)、施工作業(yè)方式、施工質(zhì)量及炸藥材料性能等，其中爆破設(shè)計(jì)作為達(dá)到預(yù)期爆破效果的重要控制手段，其具體內(nèi)容包括炮眼布置形式及參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆順序等。

根據(jù)各礦山實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)可知，減震控制爆破的總體思路是“短進(jìn)尺多循環(huán)、多打眼少裝藥、多段延期以及采用空孔或其他綜合減震措施”，以取得良好的減震爆破效果。具體措施[14-15]包括：合理控制炸藥的聲阻抗ρD與巖體介質(zhì)聲阻抗ρ0D0之間的關(guān)系，選用低爆速、低密度類(lèi)型炸藥，減小藥卷直徑；限制單次爆破最大用藥量，降低爆破震速；增加布藥的分散性，多采用不耦合裝藥；采用延期間隔起爆方式；增加空孔及藥卷單向控制與保護(hù)管具等針對(duì)性減震手段。

3　進(jìn)路回采控制爆破試驗(yàn)技術(shù)方案

3.1　回采進(jìn)路頂板充填體減震層形成工藝

采用下向進(jìn)路爆破回采時(shí)，下一分層采場(chǎng)位于上一分層采場(chǎng)充填體之下，因此采場(chǎng)頂板充填體的穩(wěn)定性對(duì)于回采過(guò)程的安全至關(guān)重要，除了有效控制充填體質(zhì)量外，對(duì)于采場(chǎng)的回采期間的多循環(huán)爆破過(guò)程控制也十分重要。為了加強(qiáng)對(duì)回采進(jìn)路頂板充填體的保護(hù)，減少爆破震動(dòng)對(duì)頂板充填體的破壞作用，在每一個(gè)分層進(jìn)路回采完畢后，在進(jìn)路巷道底板均勻預(yù)留200～300 mm厚的碎礦石減震層，然后在碎石層上鋪上一層網(wǎng)度200 mm×200 mm的金屬網(wǎng)，最后再進(jìn)行膠結(jié)充填。分析可知，預(yù)留的碎礦石層主要有3個(gè)方面的作用：一是在下一分層回采爆破時(shí)可起到對(duì)充填體的緩沖減震保護(hù)作用；二是預(yù)留的碎石層能夠?yàn)闊o(wú)掏槽爆破技術(shù)提供一定的擠壓補(bǔ)償空間，有利于各炮眼爆破的順利進(jìn)行；三是碎石層的存在還有便于充填后的泌水，在短期內(nèi)充填體質(zhì)量和強(qiáng)度即可達(dá)到要求，同時(shí)增加金屬網(wǎng)也有利于提高分層充填體的整體穩(wěn)定性?；夭蛇M(jìn)路頂板充填體減震層形成工藝流程如圖2所示。

圖2　頂板充填體減震層形成工藝流程Fig.2　Process flow chart of damping layer formation of roof filling body

3.2　爆破參數(shù)優(yōu)化計(jì)算

基于軟弱破碎巖體爆破特性和減震控制爆破基本理論，結(jié)合礦山實(shí)際情況可知，進(jìn)路回采時(shí)爆破與一般的淺眼回采爆破落礦不同，其爆破時(shí)一般只有一個(gè)自由面，爆破過(guò)程與作業(yè)方式實(shí)際上與巷道掘進(jìn)是一致的，目前礦山所使用的爆破參數(shù)以經(jīng)驗(yàn)為主，缺乏理論依據(jù)作為支撐，因此有必要針對(duì)礦山軟弱破碎巖體的爆破進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化計(jì)算。

3.2.1炮眼直徑與炮孔深度

對(duì)于軟弱破碎巖體而言，炮眼直徑大小直接影響鑿巖效率、炮眼數(shù)量、裝藥量和爆破效果等，炮眼直徑過(guò)大或過(guò)小都將直接影響爆破質(zhì)量和最終的效果，因此炮眼直徑必須根據(jù)鑿巖設(shè)備、炸藥性能及現(xiàn)場(chǎng)礦巖爆破條件等綜合分析決定。目前前河金礦所使用的淺眼鑿巖設(shè)備為YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)，炸藥為巖石粉狀乳化炸藥柱狀藥包，藥卷長(zhǎng)度為200 mm、直徑為32 mm，為了延長(zhǎng)炮轟氣體對(duì)眼壁的作用時(shí)間和作用均勻度，降低炸藥爆破對(duì)眼壁的爆炸破壞作用，結(jié)合礦山已有爆破材料情況，決定采用徑向非耦合裝藥，炮眼直徑由原來(lái)的38 mm增大到42 mm；且為了減少卡鉆概率，將目前鑿巖所用的“一字形”鉆頭改為“十字形”鉆頭。

炮眼深度是決定每班回采作業(yè)循環(huán)次數(shù)的主要因素，從提高效率的角度而言，應(yīng)加大眼深和增加循環(huán)次數(shù)，但是對(duì)于軟弱破碎巖體而言，具有其特殊性，尤其是對(duì)周邊穩(wěn)定性控制要求較高的進(jìn)路采場(chǎng)回采爆破，應(yīng)遵循“小藥量、短掘進(jìn)、快支護(hù)、多循環(huán)”的基本原則，結(jié)合礦山已有的回采爆破實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)路回采炮孔深度控制在1.8～2.0 m之間是合理的。

3.2.2單位炸藥消耗量

單位炸藥消耗量與巖石本身特性、巷道斷面尺寸、炮眼直徑設(shè)深度等因素有關(guān)，由于各因素關(guān)系復(fù)雜，目前還無(wú)法精確計(jì)算，但對(duì)平巷而言，當(dāng)眼深在1～2.5 m之間時(shí)可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式(1)進(jìn)行估算：

(1)

式中:K為常系數(shù)，對(duì)于平巷可取0.25～0.35，本次優(yōu)化計(jì)算考慮到軟巖特點(diǎn)取0.25；f為巖石堅(jiān)固性系數(shù)，前河金礦南礦帶取6；Sx為巷道斷面系數(shù)，Sx=S/5，S為回采進(jìn)路斷面積4.4 m2；dx為藥徑影響系數(shù)，dx=d/32，d為藥卷直徑32 mm；ex為炸藥爆力影響系數(shù)，ex=320/e，e為炸藥爆力，根據(jù)礦山所使用的炸藥類(lèi)型取值為300 ml。

計(jì)算可得前河金礦軟弱破碎礦脈回采爆破單位炸藥消耗量q=1.07 kg/m3。

3.2.3單個(gè)循環(huán)所需裝藥量

單個(gè)循環(huán)所需裝藥量與每個(gè)循環(huán)爆破的原巖體積有關(guān)，其具體數(shù)值可根據(jù)公式(2)進(jìn)行計(jì)算：

Q=qV=q·SLη

(2)

式中:Q為每一掘進(jìn)循環(huán)所需總裝藥量，kg；q為單位炸藥消耗量，kg/m3；V為單個(gè)循環(huán)爆破的原巖體積，且V=SLη，m3；其中L為炮眼平均深度1.8 m，η為炮眼利用率，根據(jù)前河金礦實(shí)際情況取80%。

將各數(shù)值帶入公式計(jì)算可得單個(gè)循環(huán)所需總裝藥量Q=6.78 kg。

3.2.4炮眼數(shù)量

炮眼的數(shù)量也與巖石本身特性、巷道斷面尺寸、炸藥性能和炮眼直徑等多因素有關(guān)，確定炮眼數(shù)目應(yīng)遵循的基本原則是在保證爆破效果的前提下盡可能的減少炮眼，一般可根據(jù)各炮眼平均分配炸藥的原則來(lái)計(jì)算炮眼個(gè)數(shù)，具體可參照公式(3)進(jìn)行計(jì)算：

(3)

式中:Q0為每個(gè)炮孔的裝藥量，kg；ψ為裝藥系數(shù)，當(dāng)f系數(shù)3～9、藥卷直徑為32 mm時(shí)，參數(shù)一般取值0.30～0.60，結(jié)合前河金礦南礦帶邊界減震爆破需要和礦巖實(shí)際條件，設(shè)計(jì)邊界眼的裝藥系數(shù)為0.4，中間眼和底眼的裝藥系數(shù)為0.6，設(shè)計(jì)綜合裝藥系數(shù)為0.55；h為單個(gè)藥卷的長(zhǎng)度0.20 m；G為單個(gè)藥卷的重量0.15 kg。

將各參數(shù)帶入計(jì)算可得炮眼數(shù)量N=9個(gè)。

上述單位炸藥消耗量、單個(gè)循環(huán)所需裝藥量和炮眼數(shù)量計(jì)算結(jié)果是基于一般礦巖條件下計(jì)算得出的結(jié)果，具體到現(xiàn)場(chǎng)還應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正。

3.3　回采控制爆破試驗(yàn)技術(shù)方案

針對(duì)前河金礦南礦帶泥質(zhì)軟弱破碎礦脈爆破回采過(guò)程中存在的問(wèn)題，在形成回采進(jìn)路頂板充填體碎石減震層和爆破參數(shù)優(yōu)化計(jì)算的基礎(chǔ)上，現(xiàn)針對(duì)進(jìn)路采場(chǎng)回采過(guò)程中的具體鑿巖爆破工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化，優(yōu)化內(nèi)容主要包括回采工作面炮眼布置形式、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆順序等，據(jù)此針對(duì)Ⅳ類(lèi)破碎巖體提出了方案1(倒梯形斷面秒差邊界減震控制爆破技術(shù)方案)，針對(duì)Ⅴ類(lèi)破碎巖體提出了方案2(矩形小斷面邊界控制爆破+人工風(fēng)鎬聯(lián)合回采技術(shù)方案)，各方案如圖3所示。

圖3　2種回采控制爆破技術(shù)方案Fig.3　Two controlled blasting technical schemes of mining

3.3.12方案具體工藝和參數(shù)

1)炮眼布置形式：方案1設(shè)計(jì)工作面炮眼數(shù)量為9個(gè)，斷面形狀總體上為倒梯形，方案2設(shè)計(jì)工作面炮眼數(shù)量為7個(gè)，各方案具體炮眼布置位置與參數(shù)如圖3所示。2方案均采用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)鑿巖，炮眼深度為1.8～2.0 m，均不設(shè)置專(zhuān)門(mén)的掏槽眼，但頂眼需比其他眼超深200 mm左右。

2)裝藥結(jié)構(gòu)及參數(shù)：由于設(shè)計(jì)炮眼直徑為42 mm，藥卷為32 mm，因此兩方案均為徑向不耦合裝藥，且為了有效控制進(jìn)路采場(chǎng)周邊邊界，必須有效控制各炮眼的裝藥參數(shù)，尤其是邊眼的裝藥量必須嚴(yán)格控制。根據(jù)爆破參數(shù)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)方案1邊眼裝藥系數(shù)為0.4(裝填4個(gè)藥卷)，中間眼和底眼裝藥系數(shù)為0.6(裝填6個(gè)藥卷)，裝藥量共計(jì)6.90 kg；方案2由于為小斷面爆破，其各炮眼裝藥系數(shù)均為0.6(裝填6個(gè)藥卷)，裝藥量共計(jì)6.30 kg。

3)連線及起爆：鑿巖完畢后需采用高壓風(fēng)清除眼內(nèi)的巖粉、小石子等雜質(zhì)。按照裝藥參數(shù)和導(dǎo)爆管雷管設(shè)計(jì)段別進(jìn)行裝藥作業(yè)，裝藥完畢后，及時(shí)填堵眼口，封堵長(zhǎng)度為0.5 m左右，隨后即可按照礦山現(xiàn)有的作業(yè)方式進(jìn)行連線與起爆，起爆總體順序?yàn)橹虚g眼需超前起爆、靠近下盤(pán)炮眼次之、靠近上盤(pán)炮眼最后起爆。

4)通風(fēng)、支護(hù)和出礦：爆破完畢后，加強(qiáng)采場(chǎng)局扇通風(fēng)，待達(dá)到安全要求后，便可進(jìn)行人工出礦和支護(hù)作業(yè)。支護(hù)的總體要求是需保證采場(chǎng)上下盤(pán)圍巖能夠與支護(hù)結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，避免大體積空洞的形成，其中方案1由于采用倒梯形斷面，因而在支護(hù)實(shí)施過(guò)程中應(yīng)根據(jù)作業(yè)空間需要對(duì)底角位置進(jìn)行適當(dāng)刷擴(kuò)；方案2則待爆破礦石出至一定程度后，需要采用風(fēng)鎬對(duì)進(jìn)路采場(chǎng)兩側(cè)進(jìn)行擴(kuò)幫回采，期間應(yīng)同時(shí)對(duì)采場(chǎng)頂板及上下盤(pán)圍巖進(jìn)行支護(hù)加固。

3.3.2方案比較分析

根據(jù)所提出的2方案具體工藝參數(shù)，結(jié)合原方案實(shí)際回采爆破經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)對(duì)各方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行初步比較分析，其結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　各方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

4　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)所提出的2種控制爆破試驗(yàn)技術(shù)方案，結(jié)合前河金礦南礦帶礦巖條件和礦山實(shí)際生產(chǎn)需要，分別在160m中段75#采場(chǎng)(Ⅳ級(jí)泥質(zhì)軟弱破碎礦脈)、240m中段78#采場(chǎng)(Ⅴ級(jí)泥質(zhì)軟弱破碎礦脈)進(jìn)行了方案1和方案2的現(xiàn)場(chǎng)回采爆破試驗(yàn)，對(duì)爆破效果進(jìn)行了觀察、描述、實(shí)測(cè)和分析。兩方案爆破邊界控制效果如圖4所示，相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

其中方案1有效的控制回采作業(yè)面的爆破邊界和影響范圍，頂板充填體完整，上下盤(pán)圍巖無(wú)垮塌，為后續(xù)出礦、即時(shí)支護(hù)創(chuàng)造了有利的作業(yè)時(shí)間和空間，爆破效果良好，適合于Ⅳ級(jí)軟弱破碎礦脈的回采；方案2小斷面爆破后達(dá)到了預(yù)期的斷面控制要求，能夠滿(mǎn)足人工風(fēng)鎬刷擴(kuò)回采的需要，同時(shí)也為采場(chǎng)的后續(xù)作業(yè)創(chuàng)造了合適的條件，一般適合于Ⅴ級(jí)的極破碎礦脈或頂板充填體質(zhì)量較差時(shí)的進(jìn)路回采，但此方案的人工勞動(dòng)強(qiáng)度較大，實(shí)際應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要靈活選擇應(yīng)用。2方案較原方案對(duì)進(jìn)路采場(chǎng)回采爆破控制效果均有明顯改善，進(jìn)路斷面尺寸均得到了有效控制，頂板充填體和上下盤(pán)圍巖均未遭到破壞，同時(shí)爆破塊度均勻(大塊率均小于5%)，炸藥單耗較原方案降低了0.11～0.26 kg/m3，降低了回采爆破成本。

圖4　各方案爆破后采場(chǎng)邊界控制現(xiàn)場(chǎng)效果Fig.4　Stope boundary control effect of each scheme after blasting

名稱(chēng)方案1方案2原方案巷道斷面邊界控制情況邊界有效控制、斷面規(guī)整邊界有效控制、斷面符合要求邊界控制一般、偶爾出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象頂板充填體保護(hù)情況基本無(wú)破壞基本無(wú)破壞偶爾局部破壞上下盤(pán)保護(hù)情況基本無(wú)垮塌基本無(wú)垮塌明顯破壞巷道底腳保護(hù)情況底腳基本完整底腳完整底腳破壞嚴(yán)重爆破塊度基本無(wú)大塊偶爾出現(xiàn)大塊偶爾出現(xiàn)大塊爆破斷面尺寸/m217×2014×1918×20爆破進(jìn)尺/m18018516～18單個(gè)循環(huán)爆破礦石體積/m3612492576～648礦石體重/(t·m-3)268268268單個(gè)循環(huán)爆破礦量/t164132154～174實(shí)際單位炸藥消耗量/(kg·m-3)113128156～139最佳適用巖體質(zhì)量范圍Ⅳ級(jí)Ⅴ級(jí)Ⅲ～Ⅳ級(jí)

5　結(jié)論

1)基于爆破和控制爆破相關(guān)理論，對(duì)軟弱破碎巖體的爆破特性進(jìn)行了分析和總結(jié)，得出了符合軟巖一般特點(diǎn)的減震控制爆破基本理論，并據(jù)此提出了“預(yù)留頂板充填體減震層、徑向不耦合裝藥、控制邊眼裝藥量、秒延期多段別控制起爆”等系列綜合減震控制手段，為礦山的回采控制爆破提供了較為可靠的理論依據(jù)。

2)分別針對(duì)礦山Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)泥質(zhì)軟弱破碎礦脈提出了相應(yīng)的回采控制爆破試驗(yàn)技術(shù)方案，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明所提出的2種方案較原方案爆破效果均有明顯的改善，采場(chǎng)邊界得到了有效的控制，進(jìn)路頂板充填體和上下盤(pán)圍巖完整性良好，為后續(xù)出礦、支護(hù)等作業(yè)創(chuàng)造了有利的時(shí)空條件，有利于回采各工藝環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)與匹配，同時(shí)爆破塊度均勻，炸藥單耗均有所降低，研究成果可分別在礦區(qū)范圍內(nèi)類(lèi)似條件下推廣應(yīng)用。

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