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        某金屬礦巷道掘進(jìn)光面爆破施工技術(shù)研究

        2022-05-31 14:54:48韓孟微尹曉玉羅世云李建功
        中國(guó)金屬通報(bào) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:鉆眼光面炮眼

        韓孟微,尹曉玉,羅世云,李建功

        我國(guó)金屬礦山巖石多為堅(jiān)硬的圍巖,穩(wěn)定性高。在實(shí)際采礦過程中,往往選擇掘進(jìn)爆破的方法。巷道掘進(jìn)開挖爆破具有斷面小、自由面少、夾制力強(qiáng)的特點(diǎn)。為了改善施工狀況,需要解決的是改進(jìn)爆破技術(shù),提高爆破效果。因此使用光面爆破技術(shù)可以很好的解決以上問題。

        光面爆破可分為全斷面爆破和預(yù)留光面爆破。一般情況下,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖斷面采用全斷面法,巷道斷面較大時(shí),常采用預(yù)留光滑層法。其中,全斷面光面爆破是利用光面爆破技術(shù)對(duì)巷道進(jìn)行全斷面開挖的施工方法。與傳統(tǒng)的爆破方式相比,最大的優(yōu)點(diǎn)是可以有效控制周圍的爆破損傷。光面爆破廣泛應(yīng)用于隧道、地鐵等對(duì)周邊輪廓要求較高的爆破施工中,效果更為明顯,可形成符合設(shè)計(jì)要求的規(guī)則、平滑的輪廓。同時(shí),圍巖擾動(dòng)范圍小,有效減少應(yīng)力集中引起的坍塌現(xiàn)象,利于圍巖的穩(wěn)定,從而保證建筑物的安全。大大降低了建設(shè)成本。本文結(jié)合滬某金屬礦巷道掘進(jìn)爆破工程,詳細(xì)論述了該工程光面爆破開挖技術(shù)施工工藝流程及操作要點(diǎn),證明了該技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際工程具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

        1 工程概況

        某金屬礦285 中段巖石及頂?shù)装鍑鷰r主要為大理巖,巖石普氏硬度系數(shù)f=8 ~10,巖石完整性好,為中度穩(wěn)定巖層。為加快巷道施工進(jìn)度,礦山引進(jìn)阿特拉斯鑿巖機(jī)進(jìn)行鑿巖施工。 最大鉆孔深度為3.4m,鉆孔直徑為42mm。 巷道斷面形狀為三芯拱的三分之一,尺寸為4.0m×3.8m,斷面面積為12.03m2。

        2 光面爆破理論

        光面爆破采取微震動(dòng)控制爆破技術(shù)。為控制超挖,周邊采用光面爆破方法。光面爆破要求周邊眼爆破既能將巖石爆落下來,又能形成規(guī)整的輪廓,盡可能保留半孔痕跡,減小爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng),減少超挖量。裝藥集中度(q)、最小抵抗線(W)直接影響周邊巖石的爆落效果;“規(guī)整輪廓”主要與炮眼間距(E)、炮眼密集系數(shù)(m=E/W)和最小抵抗線有關(guān)(W);半孔率主要與不耦合系數(shù)(D=d 炮眼/d 炸藥)有關(guān)。因此,影響光面爆破效果的主要參數(shù)應(yīng)是:炮眼間距(E)、炮眼密集系數(shù)(m)、裝藥集中度(q)、最小抵抗線(W)、不耦合系數(shù)(D)。而它們之間又是相互聯(lián)系的,只有這些參數(shù)整體上處在某一正確的范圍內(nèi),才能達(dá)到理想的光爆效果。

        3 工藝流程及操作要點(diǎn)

        3.1 工藝流程

        巷道掘進(jìn)施工采用鉆爆法開挖時(shí),應(yīng)采用光面爆破或預(yù)裂爆破。拱部宜采用光面爆破,墻部宜采用預(yù)裂爆破,底板應(yīng)預(yù)留光爆層進(jìn)行光面爆破。爆破前應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、斷面尺寸、開挖方法、循環(huán)進(jìn)尺、鉆眼機(jī)具和爆破材料等進(jìn)行鉆爆設(shè)計(jì),施工中應(yīng)根據(jù)爆破效果及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù),以達(dá)到最佳爆破效果。

        鉆爆設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括炮眼(掏槽眼、輔助眼、周邊眼)的布置、深度、斜率和數(shù)目;爆破器材、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu);起爆方法和爆破順序;鉆眼機(jī)具和鉆眼要求等。

        設(shè)計(jì)采用起爆網(wǎng)絡(luò)為孔內(nèi)微差起爆網(wǎng)絡(luò):把不同區(qū)域炮眼中伸出的非電毫秒雷管導(dǎo)爆管腳線(10 ~20 根)用1 段雷管連接起來后,把外部網(wǎng)絡(luò)雷管的腳線用引爆雷管連接起來。各段毫秒雷管腳線集束于掌子面中央懸掛,用電雷管起爆,瓦斯段采用磁電管起爆??變?nèi)微差低段雷管跳段使用,使各相鄰段間隔時(shí)間大于40ms。周邊眼采用大段別雷管引爆,最后起爆,保證光爆效果。

        起爆順序:掏槽眼、擴(kuò)孔眼、內(nèi)圈眼、底板眼、周邊眼,擴(kuò)孔眼一層一層地往外進(jìn)行起爆,最后周邊眼爆破達(dá)到光爆效果。

        3.2 鉆爆設(shè)計(jì)

        3.2.1 全斷面法開挖鉆爆設(shè)計(jì)

        全斷面法采用光面爆破開挖,嚴(yán)格控制裝藥量及按照光面爆破設(shè)計(jì)施工,減少炮轟波對(duì)圍巖的擾動(dòng),達(dá)到愛護(hù)圍巖的目的。

        周邊眼采用φ25mm 小直徑藥卷不耦合裝藥方式,其余炮眼采用連續(xù)裝藥,富水地段采用乳化防水炸藥,掏槽眼采用復(fù)式楔形掏槽。爆破材料采用1 ~15 段非電毫秒雷管和塑料導(dǎo)爆管起爆,周邊眼采用低爆速、低密度、高爆力、傳爆性好的小直徑2號(hào)巖石硝銨炸藥(φ25mm 直徑),富水地段采用乳化炸藥,炮泥堵塞,導(dǎo)爆管復(fù)式網(wǎng)路聯(lián)接,各部一次起爆。光面爆破受多種因素影響,包括圍巖強(qiáng)度、整體性、節(jié)理、層理等地質(zhì)因素,爆破參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)調(diào)整。同一類圍巖經(jīng)試爆取得的技術(shù)參數(shù),做為初步依據(jù),每一循環(huán)爆破作業(yè)都要根據(jù)上一循環(huán)爆破效果,以及本循環(huán)圍巖特征進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,選擇一組最佳技術(shù)參數(shù)。上一循環(huán)是下一循環(huán)的預(yù)設(shè)計(jì)和試爆破。

        施工順序:測(cè)量放樣→標(biāo)出孔位→鉆正頂孔→鉆孔→裝藥連線→起爆。

        鉆爆作業(yè)整個(gè)鉆孔過程,可分為準(zhǔn)備、定位、開口、拔桿、移位五步。

        (1)準(zhǔn)備

        開工前準(zhǔn)備工作做到“四查”,即:查風(fēng)槍的運(yùn)轉(zhuǎn);查風(fēng)水管路連接部位是否牢固;查鉆頭鉆桿等配件是否備全;查易耗材料、器材是否有充分的備用量。

        (2)定位

        在掌子面畫出各炮孔位置及中線和高程十字線,確定鉆孔范圍,并明確鉆孔先后次序。

        (3)開口

        風(fēng)槍開口時(shí)緩慢推進(jìn),并特別注意鉆桿方向與斷面中線的夾角是否符合設(shè)計(jì)外插角。

        (4)拔桿

        在整體性好的石質(zhì)可中速較慢拔出;如遇破碎巖石卡釬時(shí),應(yīng)慢慢來回推進(jìn),使之拔出;如拔桿困難,再靠近該鉆位重新鉆眼,使之拔出。

        (5)移位鉆孔

        鉆好一個(gè)炮孔進(jìn)行下一炮孔鉆進(jìn)時(shí),要做到“準(zhǔn)、順、平、齊”。

        準(zhǔn):按周邊孔參數(shù)要求,孔位要選準(zhǔn);

        順:側(cè)墻孔孔口要順開挖輪廓線布置,使孔底均位于開挖允許的超欠范圍內(nèi);

        平:各炮眼相互平行(孔口和孔底距相等);

        齊:孔底要落在同一平面上,爆出的斷面要整齊,便于下一循環(huán)作業(yè)。

        按各斷面炮孔爆破設(shè)計(jì)裝藥量裝藥聯(lián)線,塑料導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)連接采用復(fù)式聯(lián)接網(wǎng)路。炮孔孔口采用炮泥堵塞。

        圍巖光面爆破通過不斷的進(jìn)尺,不斷調(diào)整、優(yōu)化。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn),周邊眼間距宜控制在60 ~65cm、底板眼間距宜控制在65 ~70cm 之間、抵抗線控制在75cm 左右;上臺(tái)階內(nèi)圈眼間距為70 ~90cm,每環(huán)間距控制在75 ~100cm 之間根據(jù),中、下臺(tái)階內(nèi)圈眼間距可根據(jù)出碴能力靈活控制,一般為110 ~130cm之間,每層之間為70 ~110cm。

        鉆爆設(shè)計(jì)及周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、圖2。

        圖1 斷面炮孔布置圖

        圖2 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

        Ⅱ級(jí)圍巖全斷面爆破開挖設(shè)計(jì)參數(shù)及綜合爆破參數(shù)分別如表1、表2。

        表1 Ⅱ級(jí)圍巖全斷面爆破開挖設(shè)計(jì)參數(shù)表

        表2 綜合爆破參數(shù)表

        3.2.2 臺(tái)階法開挖鉆爆設(shè)計(jì)

        采用臺(tái)階法開挖時(shí),爆破器材選用乳膠炸藥、塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng),毫秒微差有序起爆。上臺(tái)階周邊眼采用Φ25mm 小直徑藥卷,光面爆破,其它炮眼采用Φ32mm 藥卷;下臺(tái)階周邊眼采用Φ25mm(長(zhǎng)200mm,200g/卷)藥卷,預(yù)裂爆破,其它炮眼采用Φ32mm 藥卷。Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖臺(tái)階法施工典型斷面爆破設(shè)計(jì)、裝藥結(jié)構(gòu)如圖3、圖4。

        圖3 臺(tái)階法施工典型爆破設(shè)計(jì)示意圖

        圖4 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

        爆破藥量分配見表3 所示,主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表4 和表5所示。

        表3 圍巖正臺(tái)階開挖光面、預(yù)裂爆破裝藥參數(shù)表

        表4 臺(tái)階光面爆破主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

        表5 臺(tái)階預(yù)裂爆破主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

        掏槽是掘進(jìn)爆破的關(guān)鍵環(huán)節(jié),掏槽效果的好壞直接關(guān)系到炮孔利用率和對(duì)圍巖的擾動(dòng)。根據(jù)本段地質(zhì)情況,采用復(fù)式楔形掏槽。

        炮眼深度:掏槽眼眼深2.6m,其它炮眼深2.5m。起爆方式為孔內(nèi)微差起爆。

        周邊眼采用Φ25mm 小直徑藥卷間隔裝藥,其它炮眼采用Φ32mm 藥卷連續(xù)裝藥。

        4 操作要點(diǎn)

        4.1 定位鉆眼

        人工鉆眼開始前,測(cè)量人員用紅油漆準(zhǔn)確繪出開挖面的中線和輪廓線,標(biāo)出炮眼位置,其誤差不超過5cm。

        鉆孔時(shí),鉆桿與斷面軸線保持平行。按炮眼布置圖正確鉆孔。對(duì)于掏槽眼和周邊眼的鉆眼精度要求比其它眼高,開眼誤差要控制在3cm 和5cm 以內(nèi)。

        人工鉆眼,利用自制鑿巖臺(tái)架、YT—28 風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)施工,鉆工首先熟悉炮眼布置圖,熟練地操縱鑿巖機(jī)械,特別是鉆周邊眼,有專人指揮,以確保周邊眼有準(zhǔn)確的外插角。同時(shí),根據(jù)眼口位置及掌子面巖石的凹凸程度調(diào)整炮眼深度,以保證炮眼底在同一平面上。

        鉆眼作業(yè)應(yīng)符合下列要求:

        (1)炮眼的深度和斜率應(yīng)符合鉆爆設(shè)計(jì)。掏槽眼眼口間距誤差不大于3cm、眼底間距誤差不得大于5cm;輔助眼眼口排距、行距誤差均不得大于5cm;周邊眼眼口位置誤差不得大于3cm,眼底不得超出開挖斷面輪廓線3 ~5cm/m(深眼取大值,淺眼取小值)。

        (2)當(dāng)采用鑿巖機(jī)鉆眼時(shí),掏槽眼眼口間距誤差和眼底間距誤差不得大于5cm;眼底不得超出開挖斷面輪廓線15cm。

        (3)當(dāng)開挖面凹凸較大時(shí),應(yīng)按實(shí)際情況調(diào)整炮眼深度,使周邊眼和輔助眼眼底在同一垂直面上。

        (4)鉆眼完畢,按炮眼布置圖進(jìn)行檢查并做好記錄,對(duì)不符合要求的炮眼應(yīng)重鉆,經(jīng)檢查合格后方可裝藥。

        (5)采用鑿巖機(jī)鑿孔,當(dāng)鑿孔高度超過2.0m,都應(yīng)配備與開挖斷面相適應(yīng)的作業(yè)臺(tái)架進(jìn)行鑿孔;鉆孔作業(yè)應(yīng)定人定崗,尤其是左右側(cè)周邊眼鉆工不宜變動(dòng)。

        4.2 裝藥起爆

        裝藥前,用由木制的炮鉤和小于炮眼直徑的高壓風(fēng)管輸入高壓風(fēng)將炮眼石屑刮出和吹凈。

        裝藥方式除周邊眼采用間隔裝藥外其余采用正向連續(xù)裝藥。

        裝藥前,首先認(rèn)真檢查毫秒雷管的外觀質(zhì)量與批次,外觀質(zhì)量不合格的雷管嚴(yán)禁使用,同排炮所使用的雷管必須是同一批次的。

        裝藥分片分組并按炮眼設(shè)計(jì)圖確定的裝藥量自上而下進(jìn)行,雷管“對(duì)號(hào)入座”。炮眼以炮泥堵塞,堵塞長(zhǎng)度不小于40cm。所有炮眼的剩余部分采用水炮泥和黏土炮泥封堵,必須填滿,以減少爆破中的明火出現(xiàn)。

        安全注意事項(xiàng):起爆器必須有專人看管,嚴(yán)禁亂丟亂放;起爆器的看管人員攜帶起爆器在掌子面人員未全部撤離之前,不準(zhǔn)離開掌子面;母線的敷設(shè)距離高壓線的距離不小于5 米;在連接起爆網(wǎng)絡(luò)之前,雷管的腳線與母線必須短路;爆破現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有專人統(tǒng)一指揮;起爆地點(diǎn)必須在洞外右側(cè)10 米處,不準(zhǔn)起爆人員面向洞口。

        4.3 盲炮的處理

        當(dāng)遇到盲炮后,及時(shí)查明盲炮的原因。

        發(fā)現(xiàn)盲炮或懷疑有盲炮,應(yīng)立即報(bào)告并及時(shí)處理。若不能及時(shí)處理,應(yīng)在附近設(shè)明顯標(biāo)志,并采取相應(yīng)的安全措施。

        難處理的盲炮,應(yīng)請(qǐng)示爆破工作領(lǐng)導(dǎo)人,派有經(jīng)驗(yàn)的爆破員處理。

        處理盲炮時(shí),無關(guān)人員不準(zhǔn)在場(chǎng),應(yīng)在危險(xiǎn)區(qū)邊界外設(shè)警戒,危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)禁止進(jìn)行其他作業(yè)。

        禁止拉出或掏出起爆藥包。

        盲炮處理后,應(yīng)仔細(xì)檢查爆堆,將殘余的爆破器材收集起來,未判明爆堆有無殘留的爆破器材前,應(yīng)采取預(yù)防措施。

        經(jīng)檢查確認(rèn)炮孔的起爆線路完好時(shí),可重新起爆。

        處理淺眼盲炮時(shí),可用木制、竹制或其它不發(fā)生火星的材料制成的工具,輕輕將炮眼內(nèi)大部分填塞物掏出,用聚能藥包誘爆。

        處理深孔盲炮時(shí),可取出部分填塞物,向孔內(nèi)灌水,使之失效,然后進(jìn)行下一步處理。

        盲炮處理應(yīng)在當(dāng)班處理,不移交下一班組。

        4.4 超欠挖控制

        爆破后的圍巖面保證圓順平整無欠挖,巷道允許超挖值見表6。

        表6 巷道允許超挖值(cm)

        3、最大超挖值是指最大超挖處至設(shè)計(jì)開挖輪廓切線的垂直距離。

        4、表列數(shù)值不包括測(cè)量貫通誤差、施工誤差。如采用預(yù)留支撐沉落量時(shí),不應(yīng)再計(jì)超挖值。

        5、測(cè)量方法采用巷道斷面儀或全站儀配反光片進(jìn)行。

        6、超過本表所列數(shù)值的部分按局部坍塌或塌落處理。

        巷道超欠挖的測(cè)定采用直接尺量的方法,用二次襯砌輪廓鋼架做基準(zhǔn),當(dāng)防水板鋪設(shè)專用臺(tái)車移動(dòng)時(shí),用直尺量取需測(cè)定點(diǎn)至輪廓?jiǎng)偧艿淖钚【嚯x,并考慮噴射混凝土的厚度,以確定超欠挖值。

        采用風(fēng)鉆打眼,炮眼深度在3m 以內(nèi)時(shí),兩茬炮銜接處的臺(tái)階不得大于15cm;采用臺(tái)車打眼,接茬處的臺(tái)階高度應(yīng)按機(jī)型而定,但不得大于25cm。

        巷道開挖不得欠挖,當(dāng)圍巖完整、石質(zhì)堅(jiān)硬時(shí),允許巖石個(gè)別突出部分侵入襯砌(每1m2不大于0.1m2、高度不大于5cm)。拱腳和墻腳以上1m 范圍內(nèi)嚴(yán)禁欠挖。

        5 結(jié)論

        光面爆破技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了研究,并在多個(gè)工程中得到應(yīng)用,可以有效解決爆破開挖問題,節(jié)省人力物力。 本文采取的光面爆破開挖技術(shù),詳細(xì)介紹了該技術(shù)的施工過程和施工過程中的重要操作點(diǎn) 施工過程安全可靠,現(xiàn)場(chǎng)施工速度快,現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境好。 施工環(huán)境得到有效保護(hù),為今后類似項(xiàng)目提供參考。

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