王 明，譚 偉，康偉權(quán)

光面爆破技術(shù)在謙比希銅礦巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用

王 明1, 2，譚 偉2，康偉權(quán)1

(1.金誠(chéng)信礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100070；2.北京金誠(chéng)信礦山技術(shù)研究院有限公司，北京 101500)

為了解決謙比希銅礦層理裂隙發(fā)育巖石中巷道掘進(jìn)時(shí)爆破效果不理想的情況，提出采用光面爆破技術(shù)，通過(guò)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方式，改變頂眼和幫眼的裝藥結(jié)構(gòu)，以改善巷道掘進(jìn)中的爆破作業(yè)效果。試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，光面爆破技術(shù)能很好地控制巷道成型，超欠挖現(xiàn)象從15%降低至6%，平均炮效增加了11.1%，同時(shí)也減少了輔助作業(yè)時(shí)間，更有利于施工的安全。

巷道掘進(jìn);光面爆破;裝藥結(jié)構(gòu);爆破效果

0 引 言

自1960年代以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)行光面爆破的相關(guān)研究，目前在鐵路、交通、礦山、水利水電等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，取得了很多研究成果[1]。謙比希銅礦位于贊比亞銅礦帶，隸屬于中色非洲礦業(yè)有限公司(NFCA)，是中色集團(tuán)在國(guó)外最早經(jīng)營(yíng)的一座大型地下礦山[2]。掘進(jìn)巷道主要在下盤(pán)和礦體中進(jìn)行，礦體和圍巖層理裂隙發(fā)育[3-4]，使得普通鉆爆法作業(yè)時(shí)，巷道超欠挖現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，同時(shí)炮效也不太理想，給巷道的支護(hù)作業(yè)帶來(lái)較多不便。

為了改善巷道掘進(jìn)的爆破效果，同時(shí)提高其它相關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)的作業(yè)效率，光面爆破作為一種十分有效的爆破方式，在其它類(lèi)似工程中應(yīng)用較為廣 泛[5-7]。本研究在理論計(jì)算進(jìn)行光面爆破設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，繼而在謙比希全礦推廣應(yīng)用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

1 光面爆破方案設(shè)計(jì)

光面爆破是基于控制爆破的破壞作用，采用空氣柱間隔不耦合裝藥，在炸藥爆破后，切向拉應(yīng)力作用使炮孔產(chǎn)生徑向裂紋，加上相鄰炮孔之間產(chǎn)生的聚能效果，使得裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，進(jìn)而全部貫通，以形成光面爆破的效果[8]。

謙比希銅礦主礦體巷道斷面規(guī)格為3.8 m× 3.55 m三心拱斷面，面積為12.74 m2，使用阿特拉斯生產(chǎn)的Boomer281鑿巖臺(tái)車(chē)進(jìn)行巷道掘進(jìn)，孔徑45 mm，鉆桿長(zhǎng)度3.7 m，鉆孔最大深度3.5 m。

1.1 炮孔參數(shù)計(jì)算

謙比希圍巖主要為長(zhǎng)石石英巖和泥質(zhì)石英巖，普氏硬度系數(shù)在8~12之間，X型節(jié)理裂隙較為發(fā)育，采用直眼掏槽方式。掏槽空眼采用擴(kuò)孔鉆頭對(duì)掏槽眼擴(kuò)孔形成，直徑102 mm，不裝藥。

單孔裝藥量的計(jì)算公式為：

式中，為裝藥系數(shù)；為孔深，m；為單個(gè)藥卷的質(zhì)量，kg；為單個(gè)藥卷的長(zhǎng)度。

光面爆破設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，掘進(jìn)斷面的炮孔從中心到四周依次是：掏槽眼、擴(kuò)槽眼、輔助眼、周邊眼（頂眼、幫眼及底眼），每種類(lèi)型炮孔的裝藥系數(shù)、鑿巖孔深、所用卷裝藥的單卷質(zhì)量和長(zhǎng)度，以及根據(jù)式（1）計(jì)算的各類(lèi)型炮孔單孔裝藥量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 掘進(jìn)斷面炮孔布置中各類(lèi)型炮孔裝藥量計(jì)算參數(shù)及結(jié)果

1.2 炮孔布置

巷道采取一次性全斷面開(kāi)挖，2個(gè)大孔直眼掏槽，炮孔數(shù)目依據(jù)式（2）計(jì)算：

式中，為炮孔數(shù)目，個(gè)；為巖石硬度，8~12，取均值10；為巷道掘進(jìn)斷面，12.74 m2。

經(jīng)計(jì)算，巷道斷面需要布置41個(gè)炮孔，加上2個(gè)掏槽空孔，總共布置炮孔43個(gè)。其中包含掏槽眼8個(gè)（包含2個(gè)空孔），擴(kuò)槽孔4個(gè)，輔助眼10個(gè)，頂眼和幫眼15個(gè)，底眼6個(gè)。掘進(jìn)斷面炮孔布置圖見(jiàn)圖1，炮眼參數(shù)見(jiàn)表2。

圖1 掘進(jìn)斷面炮孔布置（單位：mm）

表2 炮眼參數(shù)

1.3 裝藥結(jié)構(gòu)及炮孔堵塞

掏槽眼、擴(kuò)槽眼、輔助眼及底眼采用連續(xù)不耦合裝藥；頂眼和幫眼的光爆孔采用空氣柱間隔不耦合裝藥，捆綁在竹坯子上，導(dǎo)爆索連接爆破，裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。所有炮孔均用炮泥機(jī)專(zhuān)門(mén)制作的炮泥堵塞，堵塞長(zhǎng)度不小于0.4 m。

圖2 光爆孔（頂眼和幫眼）裝藥結(jié)構(gòu)示意

1?炮孔；2?藥卷；3?導(dǎo)爆管雷管；4?導(dǎo)爆索；5?空氣柱間隔；6?炮泥堵塞物

1.4 起爆順序

采用孔底單向起爆，每個(gè)炮孔裝導(dǎo)爆管雷管一發(fā)，雷管聚能穴朝孔口方向，具體每個(gè)孔使用的雷管段號(hào)見(jiàn)圖3。采用簇連方式的起爆網(wǎng)路，每一簇不宜超過(guò)20發(fā)。

圖3 炮孔起爆順序

2 施工注意事項(xiàng)及爆破效果

2.1 施工注意事項(xiàng)

臺(tái)車(chē)鑿巖作業(yè)前，應(yīng)注意以下事宜：

（1）先根據(jù)掘進(jìn)斷面炮孔布置圖，用紅油漆畫(huà)出輪廓線及炮孔點(diǎn)；

（2）人工清底，以保證底眼的鑿巖效果；

（3）臺(tái)車(chē)鉆孔時(shí)，保證鉆桿平直，底眼向下3°左右；

（4）每個(gè)鉆孔施工到底后，應(yīng)進(jìn)行洗孔，清理孔內(nèi)驗(yàn)渣，保證裝藥效果；

（5）必須根據(jù)爆破設(shè)計(jì)，堵塞炮孔，連線起爆，以保證爆破效果。

2.2 爆破效果

自項(xiàng)目部推行光面爆破以來(lái)，采區(qū)安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)督促執(zhí)行，成效顯著，光面爆破技術(shù)的成功推廣應(yīng)用，能很好的控制巷道成型，超欠挖（±20 mm）現(xiàn)象從15%降低至6%，平均炮效由2.7 m增至3.0 m，提高了11.1%。同時(shí)也降低了撬毛、清底等輔助作業(yè)時(shí)間，更有利于施工的安全。采用光面爆破后，掘進(jìn)的光面爆破效果主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3，光爆效果圖見(jiàn)圖4。

表3 光面爆破效果主要技術(shù)指標(biāo)

圖4 光爆效果

3 結(jié) 論

針對(duì)謙比希礦巖層理裂隙發(fā)育的情況，項(xiàng)目部采用光面爆破的方式，通過(guò)理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的方式，總結(jié)出合理的炮孔布置方式，頂眼和幫眼采用空氣柱間隔裝藥，Φ25 mm的小藥卷用竹坯子捆綁，導(dǎo)爆索連接爆破。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，巷道超欠挖（±20 mm）現(xiàn)象從15%降低至6%，平均炮效由2.7 m增加至3.0 m，提高了11.1%，炮孔實(shí)際利用率達(dá)到91%，取得了很好的爆破效果。謙比希銅礦巷道掘進(jìn)光面爆破技術(shù)的成功推廣應(yīng)用，可為海外其它類(lèi)似礦山的光爆實(shí)施提供參考。

[1] 王建秀,鄒寶平,胡力繩.隧道及地下工程光面爆破技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2013,9(4):800-807.

[2] 王 明,康偉權(quán),高 忠.謙比希銅礦無(wú)底柱分段崩落法采場(chǎng)懸頂?shù)奶幚砑邦A(yù)防[J].采礦技術(shù),2018,18(1):6-8.

[3] 趙興國(guó).贊比亞謙比希銅礦床地質(zhì)特征[J].地質(zhì)與勘探,2010, 46(1):183-190.

[4] 張晉軍,施發(fā)伍,陳志敏,等.謙比希銅礦破碎礦巖巷道分類(lèi)分級(jí)支護(hù)技術(shù)[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013(7):74-76.

[5] 汪學(xué)清,單仁亮,黃寶龍.光面爆破技術(shù)在破碎的軟巖巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用研究[J].爆破,2008,25(3):12-16.

[6] 趙 勇,范文錄,廖九波.光面爆破在破碎礦體脈內(nèi)鑿巖巷道中的應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2012,12(5):73-75.

[7] 楊陸海,周 旭,林 強(qiáng),等.煎茶嶺鎳礦爆破參數(shù)的優(yōu)化[J].采礦技術(shù),2012,12(6):73-75.

[8] 劉殿書(shū),李勝林.爆破工程[M].北京:科學(xué)出版社,2011.

(2019-04-02)

王 明(1987—),男,安徽濉溪人,碩士，工程師,主要從事采礦工程方面的研究工作，Email:846426045@ qq.com。