小断面平硐坚硬岩石爆破掘进技术实例

韩树海

（辽宁省第三地质大队，辽宁 朝阳122000）

辽宁某新建矿山矿设计垂直矿体掘进运输平巷，运输平巷的断面设计形状为：断面宽2.5m，高2.75m，其中拱高1.25m，巷道断面积6.45m2。 巷道主要穿过致密坚硬的石英斑岩岩体，严重影响了掘进进度，为了提高生产效率，加快运输巷道掘进速度，争取早见矿，早收益，特组织相关工程技术人员和生产人员共同研讨提高生产效率方案。

1 主平硐的爆破设计

依据矿山地质资料介绍， 矿体的围岩主要为坚硬的石英斑岩岩体。 岩体硬度系数f=8-12。

经多次试验和多方面分析，采取多种方案对比，最终确定如下方案。

1.1 设备和爆破器材的选择

采用YT-27 手持式凿岩机，2.5m 钎杆，42mm 一字形钎头，选用2号岩石炸药，1-8 段半秒导爆管雷管，并联非电导爆管网络。

1.2 爆破参数

爆破参数包括：炸药消耗量，炮眼直径，炮眼深度，炮眼数目，孔间距等。

炸药消耗量：根据岩体的结构和性质，巷道断面的尺寸核算为：q=2.34kg/m3。

炮眼深度：根据岩性和断面的大小定为掏槽眼2.5m、其余2.4m。

雷管消耗量为：根据爆破效率核算2.43 个/m3。

每循环炮眼的数目为：42 个。

1.3 炮眼布置

1.3.1 掏槽眼

小断面掘进掏槽效果直接影响爆破效率，是决定总体爆破效率的最关键的因素，如果掏槽失败，必将确定整体爆破失败，将影响整个断面的进尺。 有些爆破技术人员在掘进坚硬致密的岩石巷道，爆破效率不高时采取斜眼掏槽，浅打眼，多循环的方案，由于斜眼掏槽存在爆破效率低，抛碴远损坏设备和设施，又不可能实行多台风钻，平行作业等缺点；浅打眼多循环存在工序转换频繁，通风次数多，附属准备时间过多，从而影响整体生产进度等原因，并不是优化方案，因此根据多年来的实际经验，应该主要从解决掏槽效果方面采取措施，采用合理适用的掏槽方法才是解决小断面平硐爆破掘进坚硬致密岩体的根本有效的办法。 为了能尽快找到一种对于坚硬岩体爆破效果良好的掏槽方案，我们先后试用了龟裂掏槽、三角柱状掏槽、四角柱状掏槽、桶形掏槽、五星梅花掏槽等多种掏槽方法，但效率都不十分理想。工程技术人员结合直眼和筒形掏槽理论，依据爆破漏斗原理，深入研究探讨，结合现场实际情况，仔细分析实际岩体坚硬、碎胀系数大等特点，经过试爆数据分析，采用了直孔双心掏槽。

图1 双心掏槽眼布置图

直孔双心掏槽孔布置： 对称巷道中线距底板1.2m 高布置中间装药孔2 个，椭圆型排列空孔8 个，考虑到槽眼必须比其它眼超深所以取槽眼深l=2.5m，1#、2# 间距0.12m，3#-7# 间距为140mm，1#、2# 为双心掏槽孔，为装药孔，3#、7# 仅底部装药，4#、5#、6#、8#、9#、10# 为空孔。 如图1 所示。

1.3.2 辅助眼

根据已确定好的槽眼， 布置内外两层共9 个辅助眼， 间距均为:60-65cm。 深度2.4m。 预留光面层厚度为50-55cm。

1.3.3 周边眼与底眼

周边眼采用光面爆破，它的距离确定是直接关系巷道断面开挖轮廓面的平整光滑度和成形质量的重要因素。 相同直径的炮眼,其间距应视不同岩石强度作适当调整。 根据光面爆破的理论数据，取周边孔孔距E=(10-15)d，则炮眼间距E=(10-15)d=42-63cm，周边孔沿开挖边线均匀布置。装药集中度q=0.1-0.15(kg/m)；不耦合系数D=1.5-2.0。钻孔时，周边孔孔口边紧贴设计开挖边线，向外侧偏斜3-5°钻孔。 与周边孔紧邻的一排辅助眼决定了周边眼最小抵抗线(W)，一般要求W=1.2E=50-75cm。 因本巷道断面小，岩石坚硬致密，E、W 取低值偏小。

爆破参数的理论计算

周边孔平均炸药用量qp

根据公式：qp=aWLp(0.5-0.9)q

qp——周边孔平均炸药用量kg；

a——周边孔孔距cm；

W——周边孔最小抵抗线cm；

Lp——周边孔孔深；

q——单位岩体耗药量kg/m3；

取a=40cm；

W=55cm；

Lp=2.4m；

q=1.5kg/m3；

则qp=0.40-0.64kg。

本次光面眼共布置17 个其中帮眼间距为40cm，顶眼间距40cm，底眼共布置6 个，间距为50cm。 如图2 所示。

图2

1.4 装药参数及起爆顺序：见表1

1.5 装药结构及起爆网络

1#、2# 连续装药，3#、7# 底部装药，光爆孔不耦合装药，其余除预留空孔外都是连续装药。

除光爆孔外都采用半秒导爆管起爆雷管，光爆孔采用半秒导爆管连接导爆索。

总网络为并联非电导爆管网络。

表1

2 爆破效果总结分析

爆破方案在坚硬致密的岩体中取得了良好的爆破效果。炮孔的利用率达到了95%，有效提高了一次爆破循环掘进量，降低了爆破成本，从而降低掘进成本。 加快了工程进度，提高了生产效率。 每循环掘进2.2-2.3 米，月掘进超过200 米。

综合分析这种爆破方案成功的原因主要为以下几个方面：

2.1 由于采用直孔双心掏槽孔起爆， 双装药孔近距离排列有效的加强了局部装药量，双掏槽孔爆轰波相向形成叠加压缩拉伸波，合理的利用了叠加增强的爆破理论，炸药能量得到有效增强利用，在直线双心掏槽孔周围各布有8 个筒形空孔， 为双心掏槽孔创造较好的自由面，和碎胀补偿空间，同时采用半秒差导爆管雷管，起爆时间得到精确控制，舍弃了毫秒差雷管，使爆破岩体充分移动后再起爆下一个起爆段，充分保证了多个自由面的形成和岩石碎胀所需要的空间，消除了岩石阻力，掏槽深度得到有效提高，形成理想的深度和完整的槽腔，为辅助孔及周边孔扩展创造良好的自由面。

2.2 辅助孔位置和分段的合理布置，充分利用了标准爆破漏斗理论，使每一个药包都相对于槽腔形成合理角度的三角形爆破面，创造出双自由面的爆破条件，改善了爆破条件，增强了爆破效率。

2.3 周边光爆眼的布置通过严格计算、合理调整，爆破后的轮廓线平整光滑，提高了工程质量和安全性。