礦山邊坡光面爆破技術(shù)試驗(yàn)研究

周瑜

【摘要】改革開放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，礦企為我國(guó)發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn)?；谀车V山邊坡工程地質(zhì)情況，制定了間隔裝藥和預(yù)留光爆層法的爆破方案，預(yù)留2.5-3.0m的光爆層。采用底部加強(qiáng)裝藥、孔口減弱裝藥、其他段正常裝藥、光爆孔間距控制在1.2-1.4m、嚴(yán)格按設(shè)計(jì)爆破參數(shù)施工等措施，取得了較好的爆破效果。

【關(guān)鍵詞】礦山;邊坡光面;爆破技術(shù);試驗(yàn)研究

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.074

光面爆破技術(shù)對(duì)于礦山巷道掘進(jìn)頂幫的維護(hù)作用至關(guān)重要，其根本是指通過(guò)合理布孔、科學(xué)裝藥、有效設(shè)置起爆順序使巷道爆破后形成規(guī)整的輪廓，達(dá)到減少巷道支護(hù)工作量，降低圍巖的破壞提高巷道穩(wěn)固性，保障安全生產(chǎn)的目的。目前，光面爆破技術(shù)礦山掘進(jìn)以及井巷工程施工過(guò)程中得到廣泛地應(yīng)用，并在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新。光面爆破技術(shù)不僅可以確保巷道工程的質(zhì)量、提升巷道的施工進(jìn)度，并且能夠有效地減少支護(hù)工作量，降低生產(chǎn)成本，更重要的光面爆破技術(shù)能夠極大地提高巷道的安全性能，延長(zhǎng)巷道的服務(wù)年限。

1、理論基礎(chǔ)

光面爆破作為礦山開采中較為常用的爆破技術(shù)之一，根據(jù)其工作方式的差異，大致可以分為普通光面爆破和預(yù)烈光面爆破兩種。在普通光面爆破中，要求工作人員能夠?qū)︻A(yù)留光爆層進(jìn)行分層爆破。在這一過(guò)程中，工作人員應(yīng)當(dāng)能夠嚴(yán)格按照起爆順序?qū)坠苓M(jìn)行布置，從而確保相關(guān)工程能夠順利進(jìn)行。另外，工作人員還應(yīng)當(dāng)能夠在巷道周圍設(shè)置周邊眼和輔助眼，從而確保巷道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在地質(zhì)情況較為不穩(wěn)定的部分，工作人員還應(yīng)當(dāng)能夠?qū)獗瑢舆M(jìn)行分次爆破，從而確保巖巷掘進(jìn)能夠順利進(jìn)行。除了普通光面爆破之外，在具體的施工中，預(yù)烈光面爆破技術(shù)也是當(dāng)前礦山開采中較為常用的爆破技術(shù)之一。不同于普通光面爆破技術(shù)，預(yù)烈光面爆破技術(shù)往往是沿著巷道輪廓線進(jìn)行布置。在布置中，工作人員還應(yīng)當(dāng)能夠設(shè)置一圈密集的周邊眼，從而有效確保爆破工程的順利進(jìn)行。在對(duì)炮眼進(jìn)行排布時(shí)，工作人員還應(yīng)當(dāng)能夠嚴(yán)格遵循相關(guān)密度定律，這樣既可以降低光面爆破過(guò)程中對(duì)圍巖穩(wěn)定性的破壞，而且還可以提高礦山開采安全性。

2、光面爆破技術(shù)在礦山掘進(jìn)中的應(yīng)用問(wèn)題

（1）沒(méi)有做好地質(zhì)勘探工作，光面爆破流程設(shè)計(jì)不合理。部分施工企業(yè)在確定爆破方案時(shí)并未結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況。

（2）沒(méi)有設(shè)計(jì)合理的爆破參數(shù)，沒(méi)有結(jié)合鉆孔間距比值、炮孔直徑等參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，以致礦山內(nèi)巖層出現(xiàn)凹凸不平問(wèn)題。

（3）裝藥結(jié)構(gòu)不合理，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的爆破效果，包括巖體完整性較差、線裝藥密度較大等方面，均會(huì)嚴(yán)重破壞壁面，無(wú)法產(chǎn)生預(yù)期的爆破效果。比如爆破期間裝藥量過(guò)多，不但無(wú)法達(dá)到預(yù)期的爆破效果，甚至還會(huì)導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

（4）施工方法不合理，施工人員與設(shè)計(jì)人員沒(méi)有進(jìn)行有效溝通，施工方案存在較大的隨意性，以致無(wú)法達(dá)到預(yù)期的裝藥結(jié)構(gòu)要求。同時(shí)，部分施工人員的專業(yè)技術(shù)較差，打炮孔時(shí)很難做到平直準(zhǔn)，甚至還會(huì)打通兩個(gè)炮孔，以致爆破后出現(xiàn)碎塊，影響整體的輪廓效果。

（5）起爆方案不合理，不能保證圍巖的穩(wěn)定性。實(shí)際爆破期間，施工人員沒(méi)有合理設(shè)定爆破方案，如光爆孔與主爆孔同時(shí)起爆，不但會(huì)影響爆破效果，甚至還會(huì)破壞圍巖的穩(wěn)定性。

（6）存在超挖與欠挖問(wèn)題，主要因裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合類、爆破參數(shù)不科學(xué)等因素引起，會(huì)直接破壞巖體，導(dǎo)致超挖問(wèn)題的產(chǎn)生。

3、光面爆破的特點(diǎn)

光面爆破技術(shù)應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)巷道成型規(guī)整，開挖斷面與設(shè)計(jì)開挖輪廓高度符合，工程質(zhì)量顯著改善。在圍巖穩(wěn)固性較好區(qū)域，半孔成孔效果尤為明顯，能夠保持圍巖穩(wěn)定，巷道周邊幾乎無(wú)需支護(hù)即可滿足生產(chǎn)要求;在圍巖穩(wěn)固性較差區(qū)域，光面爆破成孔較差，但是能夠能保持圍巖不被爆破震動(dòng)破壞，有效避免爆破對(duì)圍巖的沖擊破壞作用，保證圍巖整體強(qiáng)度，圍巖松弛帶范圍是常規(guī)爆破的1/3，圍巖的整體穩(wěn)定性顯著提高。

（1）光面爆破的優(yōu)點(diǎn)：減少邊幫孔（或者頂板）的裝藥量，降低成本;減少工程超欠挖。光面爆破的應(yīng)用能夠極大地降低超欠挖工作量，有效地提升施工工程質(zhì)量和施工進(jìn)度;提高作業(yè)安全系數(shù)，光面爆破能夠減少爆破對(duì)周邊礦巖的震動(dòng)，有效降低大面積浮石的產(chǎn)生率，極大地提高作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的安全系數(shù);減少邊幫（或者頂板）的浮石處理量，光面爆破能夠減少頂幫浮石，降低井下生產(chǎn)作業(yè)人員的工作強(qiáng)度和勞動(dòng)量;減少邊幫（或者頂板）的支護(hù)量，減少支護(hù)對(duì)于采掘循環(huán)的影響，光面爆破在減少爆破支護(hù)工作量的同時(shí)，能夠顯著提高掘進(jìn)速度，破碎圍巖區(qū)域能夠有效減少混凝土襯砌澆筑量。

（2）光面爆破的缺點(diǎn)：多施工炮孔，一面積邊幫多施工4～5個(gè)炮孔，相對(duì)于以上優(yōu)點(diǎn)，多打幾個(gè)孔的缺點(diǎn)可以忽略不計(jì);節(jié)理和構(gòu)造發(fā)育的地方光爆效果可能不明顯。

4、相關(guān)參數(shù)

在礦山開采過(guò)程中，工作人員需要對(duì)巖巷掘進(jìn)光面爆破技術(shù)的相關(guān)參數(shù)有個(gè)全面了解和掌握，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)施工方案進(jìn)行科學(xué)、合理安排，以此來(lái)提高巖巷掘進(jìn)效率。在具體的礦山巖巷掘進(jìn)光面爆破中，工作人員應(yīng)當(dāng)能夠?qū)ψ钚〉挚咕€和炮眼密集系數(shù)有著一個(gè)較為詳細(xì)的了解。所謂的最小抵抗線就是指在周邊眼起爆的過(guò)程中，周邊眼與鄰近輔助眼之間的長(zhǎng)度就是最小抵抗線。由于地質(zhì)環(huán)境的不同，在具體施工中，工作人員應(yīng)當(dāng)能夠合理設(shè)置最小抵抗線，從而確保巖巷掘進(jìn)工程能夠順利進(jìn)行。在巖石縫隙較大且結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定的情況下，最小抵抗線的取值應(yīng)當(dāng)盡可能的小，從而有效降低爆破技術(shù)對(duì)于巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成的影響，有效提高巷道的穩(wěn)定性。除了對(duì)于最小抵抗線的合理設(shè)置，工作人員還應(yīng)當(dāng)注意對(duì)于炮眼密集參數(shù)的合理計(jì)算，從而盡量避免不必要的工程事故。炮眼密集參數(shù)較大時(shí)，必然導(dǎo)致礦山挖掘超出原有預(yù)期，不利于礦山開采工作的順利進(jìn)行，而數(shù)值較小，又會(huì)導(dǎo)致其挖掘深度不能滿足施工要求，也會(huì)對(duì)后續(xù)的礦山開采造成一定的影響。這就要求工作人員在巖巷掘進(jìn)光面爆破技術(shù)中能夠?qū)ε谘勖芗瘏?shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)算，從而有效實(shí)現(xiàn)巷道掘進(jìn)效率的提高。

5、礦山邊坡光面爆破技術(shù)試驗(yàn)

5.1選擇裝藥結(jié)構(gòu)

（1）在選擇裝藥結(jié)構(gòu)方面，施工人員應(yīng)采用小直徑藥卷，并采用不耦合裝藥方法，選擇2號(hào)巖石硝銨炸藥與直徑為25-32mm的藥卷，以保證不會(huì)直接轟炸巖壁，而是炸藥爆炸后的爆生氣體及沖擊波首先充滿炮孔內(nèi)，然后才作用于孔壁，減小爆炸后作用于圍巖沖擊波的峰值，避免破壞圍巖結(jié)構(gòu)。

施工技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合各種炮孔的爆破作用，合理選擇光面爆破的裝藥結(jié)構(gòu)，將低密度、威力小的炸藥使用于周邊眼;將高密度與威力高的炸藥使用于掏槽眼與輔助眼。

（2）采用氣柱間隔裝藥方式，為藥卷與藥卷保留一定空氣間隙，減小爆炸后作用于圍巖沖擊波的峰值，確保眼壁的爆破沖擊波壓力小于巖石的抗壓強(qiáng)度，并在炮眼連線方向產(chǎn)生裂隙，避免破壞圍巖。為了達(dá)到預(yù)期的爆破效果，施工人員在礦山掘進(jìn)期間，必須對(duì)炮眼填塞炮泥。

5.2周邊眼的眼距和最小抵抗線

在采用預(yù)留光面爆破中，爆破后巖面的平整程度與最小抵抗線W和周邊眼距E的比值K=E/W（密集系數(shù)）有關(guān)。周邊眼距E，一般取400～500毫米，在兩幫和跨度大的拱頂上，間距可增大到700毫米，在三心拱拱頂兩側(cè)曲率半徑小的地方，因夾制作用較大，眼距應(yīng)適當(dāng)縮小，可取300～400毫米，裂隙、節(jié)理發(fā)育、層里明顯的巖石中，眼距亦應(yīng)適當(dāng)縮小。有時(shí)也可在間距較大的周邊眼之間或當(dāng)工作面有軟夾層時(shí)，在軟巖中增加1～2個(gè)起導(dǎo)向作用的空眼，以保證成型規(guī)整。根據(jù)周邊眼距E和密集系數(shù)K，周邊眼的最小抵抗線W也就可以確定了。

5.3控制鑿巖

施工技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)礦山掘進(jìn)中的不同地段采用不同的鑿巖方法，一般包括放線圖法、導(dǎo)向輥控制法以及坡度線控制法等，以有效保證鑿巖效果。

一是坡度線控制法，施工人員平行設(shè)置釬桿與坡度線，并合理控制鑿眼的豎直角度與巷道坡度，之后在平行釬桿與中線的基礎(chǔ)上，保證水平角度的合理性，避免腰線控制多次導(dǎo)點(diǎn)，減小誤差。

二是導(dǎo)向輥導(dǎo)向鑿巖法，施工人員根據(jù)中線水平角度，根據(jù)坡度線確定豎直面角度，并鑿導(dǎo)向眼。在檢驗(yàn)坡度線與導(dǎo)向輥吻合度時(shí)應(yīng)插上導(dǎo)向輥，在檢驗(yàn)合格后根據(jù)導(dǎo)向輥方位完成鑿巖，確保平直度，滿足光面爆破的鑿巖要求。

三是放線圖法，施工人員應(yīng)根據(jù)鑿巖礦山的實(shí)際情況設(shè)計(jì)斷面繪制圖，合理設(shè)定眼位，之后根據(jù)礦山掘進(jìn)坡度線與中線確定控制點(diǎn)，標(biāo)出礦山輪廓，嚴(yán)格根據(jù)設(shè)計(jì)圖完成鑿巖炮眼的施工。

5.4鉆孔

以炮眼布置圖為基準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上準(zhǔn)確布置炮眼;控制好掏槽眼眼口之間的間距，所產(chǎn)生的誤差應(yīng)控制在5cm以內(nèi)，同時(shí)眼底間距也需要遵循此標(biāo)準(zhǔn);由于眼口的排距與行距會(huì)存在誤差，此時(shí)需要將其控制在10cm以內(nèi);控制好內(nèi)圈炮眼與周邊眼的距離，其產(chǎn)生的誤差應(yīng)控制在5cm以內(nèi);對(duì)開挖面平整性進(jìn)行觀察，若凸凹現(xiàn)象較為明顯時(shí)，則需要適時(shí)改變炮眼深度，確保所有炮眼與炮底均在同一垂線上。裝藥深度為炮眼深度的1/3～1/2，以上各種參數(shù)在施工過(guò)程中，隨土質(zhì)軟硬、斷面形式進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到最佳的爆破效果。同時(shí)考慮第二排孔以后各排炮孔裝藥量較前一排增加。

5.5裝藥

整個(gè)裝藥過(guò)程均需要以人工作業(yè)的方式進(jìn)行，裝藥作業(yè)前，需要使用高壓風(fēng)對(duì)孔內(nèi)殘留的巖粉進(jìn)行深度清理。整個(gè)裝藥過(guò)程均需要分組進(jìn)行，并注重“對(duì)號(hào)入座”的基本原則。應(yīng)遵循先上后下的裝藥順序，同時(shí)宜從兩側(cè)進(jìn)行，最后延展至中間。當(dāng)結(jié)束某孔的裝藥作業(yè)后，需要使用炮泥進(jìn)行封堵，此過(guò)程應(yīng)將炮泥長(zhǎng)度控制在（20～30）cm范圍內(nèi)。首先對(duì)掌子面導(dǎo)爆管進(jìn)行劃分，以6束為宜，在此基礎(chǔ)上通過(guò)捆綁的方法將其固定在同段雷管上?；谔嵘踩缘哪康?，每束所配備的雷管數(shù)量以2個(gè)為宜，而后再將所有導(dǎo)爆管進(jìn)行匯總，形成一個(gè)整體并捆綁在某一雷管上?？紤]到區(qū)域內(nèi)頻發(fā)涌水現(xiàn)象，因此在使用普通炸藥的同時(shí)還應(yīng)針對(duì)性地引入抗水炸藥。

5.6起爆

在使用礦山施工中，使用光面爆破技術(shù)需要按照之前工程設(shè)計(jì)為依據(jù)，設(shè)計(jì)中有確保需要遵循的原則與順序，了解爆炸間隔時(shí)間，施工人員可以使用含有復(fù)式結(jié)構(gòu)起爆網(wǎng)絡(luò)。而在使用光面爆破技術(shù)之前，需要對(duì)導(dǎo)爆管連接的方式進(jìn)行詳細(xì)檢查，保障所有檢查合格之后再進(jìn)行起爆。所有順序完成之后還需保障每一根起爆管的爆炸安全，將即發(fā)雷管與雙雷管進(jìn)行有效連接。在導(dǎo)爆管的某一段管子上運(yùn)用絕緣物體纏上具有引爆作用的雷管。經(jīng)過(guò)檢查都合格之后，然后，工程相關(guān)人員需要安排所有施工現(xiàn)場(chǎng)人員迅速撤離，撤離的距離需要與施工現(xiàn)場(chǎng)保持三百多米，并且撤離的地方需要保障絕對(duì)的安全。

6、爆破控制的措施

現(xiàn)場(chǎng)的施工人員需要按照之前的設(shè)計(jì)要求來(lái)對(duì)炮孔位置進(jìn)行設(shè)置，將掏槽的角度進(jìn)行合理控制，一般會(huì)將其控制在十度與十五度范圍內(nèi)，眼底需要落在一個(gè)垂直面，需要將其周圍的眼外插腳的范圍控制在三度以內(nèi)。在光面爆破的附近一般會(huì)使用間隔裝藥的方式進(jìn)行施工，施工人員會(huì)使用小藥卷，可以將藥卷運(yùn)用膠布將其綁扎在竹片之上，然后將其送入孔的內(nèi)部，在藥卷之間需要用導(dǎo)爆索進(jìn)行連接，而掏槽眼需要使用連續(xù)裝藥的結(jié)構(gòu)，保障爆破的順利進(jìn)行。而炮眼需要利用炮泥將其堵塞住，長(zhǎng)度需要保持在20cm以上，施工人員在對(duì)其進(jìn)行裝藥之前，需要將炮眼內(nèi)進(jìn)行清潔，保障施工的順利。而爆破的專業(yè)技術(shù)人員需要對(duì)施工的具體情況進(jìn)行追蹤調(diào)查，對(duì)于一些圍巖的變化需要將之前設(shè)計(jì)好的爆破參數(shù)進(jìn)行及時(shí)修正，進(jìn)而保證礦山工程爆破工作的順利進(jìn)行。

結(jié)語(yǔ)：

爆破后取得了預(yù)期的爆破效果，邊坡圍巖穩(wěn)定，無(wú)超挖、欠挖現(xiàn)象，綜合殘孔率達(dá)到85%以上，但局部巖石裂隙區(qū)域表面不夠平滑，有待進(jìn)一步優(yōu)化爆破作業(yè)方案，總體效果上大大減小了爆破對(duì)邊坡周邊圍巖的破壞，保證礦區(qū)邊坡的穩(wěn)定性及下一臺(tái)階的作業(yè)安全。

影響光面爆破效果的因素主要有地質(zhì)條件、穿孔質(zhì)量、爆破參數(shù)選擇、裝藥結(jié)構(gòu)及炸藥種類等，要想得到良好的光爆效果，應(yīng)選擇合理的爆破參數(shù)，規(guī)范進(jìn)行工程操作，細(xì)致裝藥與網(wǎng)路連接，并且經(jīng)過(guò)不斷地工程實(shí)踐，才能保證光面爆破的成功。

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