论文部分内容阅读
摘要：光面爆破前，需确定好爆破参数，以往针对光面爆破参数选取的研究颇多，取得了较好的效果，本文主要探讨巷道光面爆破施工技术。
关键词： 巷道 光面爆破 施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
前言
在巷道掘进中, 普通的光面爆破技术, 在巷道掘进中的应用已经十分成熟, 取得比较理想的爆破效果和经济效益。但是, 由于其自身原理方面的缺陷以及爆破参数、装药结构选择等方面还不够完善, 掘进过程中存在许多问题，影响了施工进度和周边围岩的稳定性。
一、光面爆破技术原理
光面爆破的实质是沿开挖轮廓线布置间距减小的平行炮眼，采用特殊的装药结构，在这些光面炮眼中进行减少药量的不耦合装药，然后同时起爆。随后在各炮眼的眼壁上产生细微径向裂隙，先爆炮眼的径向裂隙在相邻后爆眼的导向作用下，沿着炮眼连心线的径向裂隙在气体压力作用下迅速得到扩展，最终相互贯穿，在岩石内部形成发达的孔隙裂隙网络。岩石破裂后，体内应力大量释放，使得其它方向的裂隙因缺乏动力而得不到发展，同时又隔断了从自由面反射的应力波向围岩传播，因而爆破形成的壁面平整。
二、光面爆破和主要影响因素
1、光面爆破的优缺点
（1）巷道围岩很少产生炮震裂缝，保持了围岩完整性，从而增大了围岩自身的承载能力，这为采用锚喷支护创造了有利的条件。光面爆破技术和锚网喷支护技术相结合，进一步增强了锚网喷支护的作用，特别是在松软岩层中更能显示这一特点。
（2）在裂隙发育的地层中，避免裂隙扩大和产生新的裂缝，提高了围岩的稳定性，配合锚网喷支护技术，能基本杜绝落石伤人事故，为快速施工提供了有利条件。
（3）巷道成型规整，极大地减少了掘进超挖数量和出矸工作量，加快了掘进速度，节省了喷砌材料，加快了施工进度。
（4）由于巷道成型规整，凹凸很少，增强隧道本身稳定性，当巷道局部顶板来压时，也减少了巷道的维护量，且不易于产生瓦斯局部积聚，基本杜绝瓦斯超限事故。
（5）光面爆破的缺点是炮眼数较一般爆破法要多，钻眼的准确性要求较高，钻眼作业的单项工序时间较长。
2、影响光面爆破效果的主要因素
（1）地质因素:包括顶底板围岩特性、硬度、节理、层理发育程度。
（2）爆破断面的大小、形状及煤层在巷道中所处位置关系。
（3）光面爆破炮眼布置。
（4）作业人员对周边眼钻进操作水平。
（5）炸药装药量的选择，根据围岩特性进行适量调整。
三、光爆参数
1、炮眼深度：炮眼深度的确定取决于岩石的性质、钻眼机具、循环作业方式、炸药的类别等，在选择炮眼深度时应综合考虑。
（1）钻眼机具合理的炮眼深度应与钻眼机具相适应，即合理的炮眼深度要保证钻眼有较高的钻眼速度。研究表明：对于普通的气腿式凿岩机在相同的凿岩条件下，采用同一根钎子钻眼，每增加1m炮眼，其钻眼速度下降4%~10%，且随着深度的增加钻眼速度就下降得越快。特别当炮眼深度超过3.0m 时，钻眼速度仅有0.5m 的31%，由于钎子重量增加，使克服钎子弹性变形的冲击力增加，排岩粉难度也增加；其次钎杆与眼壁间摩擦阻力增大，并且人工拔钎也有相当大的难度，因此，使用普通气腿式凿岩机，炮眼深度宜控制在2.5m 以内；如果采用凿岩台车，可以克服上述缺点，炮眼深度可达3.5~4.0m，对于巷道掘进中深孔爆破非常有利。
（2）合理的炮眼深度应与循环作业方式相适应，即合理的炮眼深度应能保证每班或圆班完成完整循环，保证实施正规循环作业，这样，每班工作任务明确，便于组织和管理，配合锚网喷支护及其掘支作业方式，在合理的炮眼深度内，力争达到一班多循环或中深孔爆破一班一循环。
（3）其他因素巷道断面大小、巷道迎头岩性、地质构造等也对炮眼深度的确定有着很大的影响，甚至有着决定作用。断面太小，围岩对爆破的夹制太大，不适合用中深孔爆破，岩石不易被抛出并且对围岩损伤较大；迎头岩性差时宜采用小炮掘进；有地质构造时，宜用小炮，采取特殊方式爆破。
2 、不耦合系数：不耦合系數选取的原则是使作用在孔壁上的压力低于岩石的抗压强度，而高于抗拉强度。不耦合系数Kd
式中：ρ0和D———炸药的密度和爆速；
db 和 dc ———炮孔直径和装药直径；
Kb———体积应力状态下的岩石抗压强度增大系数
n———压力增大系数
不耦合系数的大小因炸药和岩性不同，一般取在1.5~2.5.
3、炮眼间距：合适的间距应使炮眼间形成贯通裂缝，综合考虑爆炸应力波和爆生气体在贯通裂隙形成过程中的作用，光爆周边眼间距与其最小抵抗线存在着如下比例关系：
K=E/W
式中：K———炮眼密集系数，一般为0.6~1.0 岩石坚硬时取大值，岩石软时取小值。
E———周边眼间距，一般去400~600mm。
W———最小抵抗线
4、起爆时差：周边眼同时起爆时，炮眼间的贯穿裂缝形成较早，一旦裂缝形成，使其周围岩体内的应力下降，从而抑制了其他方向的裂缝形成和扩展，若周边眼起爆时差超过0.1s，各炮眼就如同单独起爆一样炮眼周围将产生较多的裂缝，并形成凸凹不平的壁面。因此，在光面爆破中应尽可能减小周边眼爆破的起爆时差。周边眼与其相邻炮眼的起爆时差对爆破效果的影响也很大。如果起爆时差选择合理，可获得较好的光爆效果。理想的起爆时差应该使先发爆破的岩石应力作用尚未完全消失，且岩体刚开始断裂移动时，后发爆破立即起爆。在这种状态下，既为后发爆破创造了自由面，又能造成应力叠加，发挥微差爆破的优势。实践证明，起爆时差随炮眼深度的不同而不同，炮眼愈深，起爆的时差应愈大，一般在50ms~100ms。
四、工程应用
1、爆破参数的选择
某巷道断面5 m2 , 设计每循环炮眼深度为1. 6m, 进尺1. 3 m。主要爆破参数选取如下:
掏槽眼布置在掘进断面上半部, 采用垂直楔形掏槽, 设6 个掏槽眼, 排距0. 4~ 0. 45 m, 眼深1. 8 m, 孔距0. 9 m, 孔底距离约150 mm, 单眼装药量0. 8 kg, 总装药量4.8 kg。辅助眼总共设置8 个, 间距0. 4~ 0. 45m。上部5 个辅助眼, 单孔装药量0. 6 kg, 总装药量3kg; 下部3 个辅助眼略向下倾斜, 角度与底眼大致相当( 倾角5°左右) , 单孔装药量0. 5 kg, 共1.5 kg，辅助孔总装药量为4.5 kg。周边眼19 个, 帮眼间距400~450 mm, 顶眼间距450~ 500 mm, 帮眼和顶眼( 含底角眼) 15 个, 单孔装药量0. 2 kg, 其余4 个装药0. 6 kg, 共2.4 kg, 周边眼总装药量5.4 kg。
工作面上布置炮眼数为33 个, 每个工作循环装药量为14.7 kg。工作面炮眼布置如图1 所示。
掏槽眼、辅助眼采用Ф32 mm, 长200 mm 药卷,连续装药; 周边眼采用Ф25 mm, 长200 mm 药卷空气间隔装药( 底眼4 个抛掷炮孔填装药卷直径为32mm, 连续装药) , 药卷间距小于该炸药的瞬爆距离。
2、聚能切缝管的选取
聚能切缝管宽度直接影响着爆破的质量和效果,根据经验数据, 并通过在施工中的反复使用, 最后确定聚能管切缝宽度为0. 3 mm。利用均能切缝管同药卷组合, 形成聚能切缝药包, 聚能管结构如图2 所示。
聚能切缝管内径为28 mm, 长度根据周边的装药长度而定。在加工切缝过程中, 管壁切缝上留几处连接点( 视切缝长度而定, 一般每400 mm 留一个) ,以保持切缝宽度均匀不变, 连接点长度可控制在10~ 20 mm。在该巷道使用定向控制光面爆破与传统的光面爆破效果比较见表1。
由表1 可以看出, 采用该技术后, 工作面炮眼减少2 个, 周边半眼痕率达到75%, 出矸工程量平均减少0. 5 m3 / m, 巷道成型比较规整, 轮廓清楚, 基本无欠挖、超挖现象, 炸药消耗量稍微有所增加, 但爆破费用略有降低, 支护量明显降低, 且增强了巷道的稳定性。同时, 通过多次试验, 在该巷道中, 爆破后渣堆后抛掷4~ 8 m, 大大提高了装岩效率, 降低了工人的劳动强度。
五、主要技术要点
1、上部掏槽眼的布置必须保证爆破后形成一定的空间, 使定向控制爆破顺序完成。要根据岩石的物理力学性质, 合理地选择掏槽眼的位置和角度。
2、下部双排抛掷炮孔的角度和装药量影响到爆堆的位置和效果, 角度控制在5°左右, 第一排抛掷孔装药比其它辅助眼多25%, 底排抛掷炮眼装药量与第一排抛掷炮眼装药量基本相当。
3、正确加工聚能药包, 并严格沿巷道轮廓方向放置, 使药包送到孔底, 并填塞好炮孔。
结束语
在岩巷掘进中, 光面爆破能使巷道成形规整, 尺寸达到设计要求, 减少掘进过程中的超挖量, 减少岩石装运量, 加快了施工进度, 降低了通风阻力, 减少瓦斯聚集, 便于运输和行人; 实现了巷道平行作业, 提高了掘进速度, 经济效益较为明显。因而得到了广泛的应用。
参考文献
[1] 刘永胜,夏红兵,徐颖.软岩巷道掘进中的光面爆破控制参数研究[J]. 安徽建筑工业学院学报(自然科学版). 2007(03)
[2] 崔晓荣,罗勇.光面爆破与多面聚能切割爆破的比较[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2009(10)
[3] 徐颖,孙勇,傅菊根.软岩巷道掘进中光面爆破参数的初步探讨[J]. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2007(02)
作者簡介：程付印， 男， 1978年6月出生，毕业于河北工程大学矿建专业，助理工程师,现任中煤五建三十一处梗阳项目部技术员，主要从事矿井建设工作。
关键词： 巷道 光面爆破 施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
前言
在巷道掘进中, 普通的光面爆破技术, 在巷道掘进中的应用已经十分成熟, 取得比较理想的爆破效果和经济效益。但是, 由于其自身原理方面的缺陷以及爆破参数、装药结构选择等方面还不够完善, 掘进过程中存在许多问题，影响了施工进度和周边围岩的稳定性。
一、光面爆破技术原理
光面爆破的实质是沿开挖轮廓线布置间距减小的平行炮眼，采用特殊的装药结构，在这些光面炮眼中进行减少药量的不耦合装药，然后同时起爆。随后在各炮眼的眼壁上产生细微径向裂隙，先爆炮眼的径向裂隙在相邻后爆眼的导向作用下，沿着炮眼连心线的径向裂隙在气体压力作用下迅速得到扩展，最终相互贯穿，在岩石内部形成发达的孔隙裂隙网络。岩石破裂后，体内应力大量释放，使得其它方向的裂隙因缺乏动力而得不到发展，同时又隔断了从自由面反射的应力波向围岩传播，因而爆破形成的壁面平整。
二、光面爆破和主要影响因素
1、光面爆破的优缺点
（1）巷道围岩很少产生炮震裂缝，保持了围岩完整性，从而增大了围岩自身的承载能力，这为采用锚喷支护创造了有利的条件。光面爆破技术和锚网喷支护技术相结合，进一步增强了锚网喷支护的作用，特别是在松软岩层中更能显示这一特点。
（2）在裂隙发育的地层中，避免裂隙扩大和产生新的裂缝，提高了围岩的稳定性，配合锚网喷支护技术，能基本杜绝落石伤人事故，为快速施工提供了有利条件。
（3）巷道成型规整，极大地减少了掘进超挖数量和出矸工作量，加快了掘进速度，节省了喷砌材料，加快了施工进度。
（4）由于巷道成型规整，凹凸很少，增强隧道本身稳定性，当巷道局部顶板来压时，也减少了巷道的维护量，且不易于产生瓦斯局部积聚，基本杜绝瓦斯超限事故。
（5）光面爆破的缺点是炮眼数较一般爆破法要多，钻眼的准确性要求较高，钻眼作业的单项工序时间较长。
2、影响光面爆破效果的主要因素
（1）地质因素:包括顶底板围岩特性、硬度、节理、层理发育程度。
（2）爆破断面的大小、形状及煤层在巷道中所处位置关系。
（3）光面爆破炮眼布置。
（4）作业人员对周边眼钻进操作水平。
（5）炸药装药量的选择，根据围岩特性进行适量调整。
三、光爆参数
1、炮眼深度：炮眼深度的确定取决于岩石的性质、钻眼机具、循环作业方式、炸药的类别等，在选择炮眼深度时应综合考虑。
（1）钻眼机具合理的炮眼深度应与钻眼机具相适应，即合理的炮眼深度要保证钻眼有较高的钻眼速度。研究表明：对于普通的气腿式凿岩机在相同的凿岩条件下，采用同一根钎子钻眼，每增加1m炮眼，其钻眼速度下降4%~10%，且随着深度的增加钻眼速度就下降得越快。特别当炮眼深度超过3.0m 时，钻眼速度仅有0.5m 的31%，由于钎子重量增加，使克服钎子弹性变形的冲击力增加，排岩粉难度也增加；其次钎杆与眼壁间摩擦阻力增大，并且人工拔钎也有相当大的难度，因此，使用普通气腿式凿岩机，炮眼深度宜控制在2.5m 以内；如果采用凿岩台车，可以克服上述缺点，炮眼深度可达3.5~4.0m，对于巷道掘进中深孔爆破非常有利。
（2）合理的炮眼深度应与循环作业方式相适应，即合理的炮眼深度应能保证每班或圆班完成完整循环，保证实施正规循环作业，这样，每班工作任务明确，便于组织和管理，配合锚网喷支护及其掘支作业方式，在合理的炮眼深度内，力争达到一班多循环或中深孔爆破一班一循环。
（3）其他因素巷道断面大小、巷道迎头岩性、地质构造等也对炮眼深度的确定有着很大的影响，甚至有着决定作用。断面太小，围岩对爆破的夹制太大，不适合用中深孔爆破，岩石不易被抛出并且对围岩损伤较大；迎头岩性差时宜采用小炮掘进；有地质构造时，宜用小炮，采取特殊方式爆破。
2 、不耦合系数：不耦合系數选取的原则是使作用在孔壁上的压力低于岩石的抗压强度，而高于抗拉强度。不耦合系数Kd
式中：ρ0和D———炸药的密度和爆速；
db 和 dc ———炮孔直径和装药直径；
Kb———体积应力状态下的岩石抗压强度增大系数
n———压力增大系数
不耦合系数的大小因炸药和岩性不同，一般取在1.5~2.5.
3、炮眼间距：合适的间距应使炮眼间形成贯通裂缝，综合考虑爆炸应力波和爆生气体在贯通裂隙形成过程中的作用，光爆周边眼间距与其最小抵抗线存在着如下比例关系：
K=E/W
式中：K———炮眼密集系数，一般为0.6~1.0 岩石坚硬时取大值，岩石软时取小值。
E———周边眼间距，一般去400~600mm。
W———最小抵抗线
4、起爆时差：周边眼同时起爆时，炮眼间的贯穿裂缝形成较早，一旦裂缝形成，使其周围岩体内的应力下降，从而抑制了其他方向的裂缝形成和扩展，若周边眼起爆时差超过0.1s，各炮眼就如同单独起爆一样炮眼周围将产生较多的裂缝，并形成凸凹不平的壁面。因此，在光面爆破中应尽可能减小周边眼爆破的起爆时差。周边眼与其相邻炮眼的起爆时差对爆破效果的影响也很大。如果起爆时差选择合理，可获得较好的光爆效果。理想的起爆时差应该使先发爆破的岩石应力作用尚未完全消失，且岩体刚开始断裂移动时，后发爆破立即起爆。在这种状态下，既为后发爆破创造了自由面，又能造成应力叠加，发挥微差爆破的优势。实践证明，起爆时差随炮眼深度的不同而不同，炮眼愈深，起爆的时差应愈大，一般在50ms~100ms。
四、工程应用
1、爆破参数的选择
某巷道断面5 m2 , 设计每循环炮眼深度为1. 6m, 进尺1. 3 m。主要爆破参数选取如下:
掏槽眼布置在掘进断面上半部, 采用垂直楔形掏槽, 设6 个掏槽眼, 排距0. 4~ 0. 45 m, 眼深1. 8 m, 孔距0. 9 m, 孔底距离约150 mm, 单眼装药量0. 8 kg, 总装药量4.8 kg。辅助眼总共设置8 个, 间距0. 4~ 0. 45m。上部5 个辅助眼, 单孔装药量0. 6 kg, 总装药量3kg; 下部3 个辅助眼略向下倾斜, 角度与底眼大致相当( 倾角5°左右) , 单孔装药量0. 5 kg, 共1.5 kg，辅助孔总装药量为4.5 kg。周边眼19 个, 帮眼间距400~450 mm, 顶眼间距450~ 500 mm, 帮眼和顶眼( 含底角眼) 15 个, 单孔装药量0. 2 kg, 其余4 个装药0. 6 kg, 共2.4 kg, 周边眼总装药量5.4 kg。
工作面上布置炮眼数为33 个, 每个工作循环装药量为14.7 kg。工作面炮眼布置如图1 所示。
掏槽眼、辅助眼采用Ф32 mm, 长200 mm 药卷,连续装药; 周边眼采用Ф25 mm, 长200 mm 药卷空气间隔装药( 底眼4 个抛掷炮孔填装药卷直径为32mm, 连续装药) , 药卷间距小于该炸药的瞬爆距离。
2、聚能切缝管的选取
聚能切缝管宽度直接影响着爆破的质量和效果,根据经验数据, 并通过在施工中的反复使用, 最后确定聚能管切缝宽度为0. 3 mm。利用均能切缝管同药卷组合, 形成聚能切缝药包, 聚能管结构如图2 所示。
聚能切缝管内径为28 mm, 长度根据周边的装药长度而定。在加工切缝过程中, 管壁切缝上留几处连接点( 视切缝长度而定, 一般每400 mm 留一个) ,以保持切缝宽度均匀不变, 连接点长度可控制在10~ 20 mm。在该巷道使用定向控制光面爆破与传统的光面爆破效果比较见表1。
由表1 可以看出, 采用该技术后, 工作面炮眼减少2 个, 周边半眼痕率达到75%, 出矸工程量平均减少0. 5 m3 / m, 巷道成型比较规整, 轮廓清楚, 基本无欠挖、超挖现象, 炸药消耗量稍微有所增加, 但爆破费用略有降低, 支护量明显降低, 且增强了巷道的稳定性。同时, 通过多次试验, 在该巷道中, 爆破后渣堆后抛掷4~ 8 m, 大大提高了装岩效率, 降低了工人的劳动强度。
五、主要技术要点
1、上部掏槽眼的布置必须保证爆破后形成一定的空间, 使定向控制爆破顺序完成。要根据岩石的物理力学性质, 合理地选择掏槽眼的位置和角度。
2、下部双排抛掷炮孔的角度和装药量影响到爆堆的位置和效果, 角度控制在5°左右, 第一排抛掷孔装药比其它辅助眼多25%, 底排抛掷炮眼装药量与第一排抛掷炮眼装药量基本相当。
3、正确加工聚能药包, 并严格沿巷道轮廓方向放置, 使药包送到孔底, 并填塞好炮孔。
结束语
在岩巷掘进中, 光面爆破能使巷道成形规整, 尺寸达到设计要求, 减少掘进过程中的超挖量, 减少岩石装运量, 加快了施工进度, 降低了通风阻力, 减少瓦斯聚集, 便于运输和行人; 实现了巷道平行作业, 提高了掘进速度, 经济效益较为明显。因而得到了广泛的应用。
参考文献
[1] 刘永胜,夏红兵,徐颖.软岩巷道掘进中的光面爆破控制参数研究[J]. 安徽建筑工业学院学报(自然科学版). 2007(03)
[2] 崔晓荣,罗勇.光面爆破与多面聚能切割爆破的比较[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2009(10)
[3] 徐颖,孙勇,傅菊根.软岩巷道掘进中光面爆破参数的初步探讨[J]. 安徽理工大学学报(自然科学版). 2007(02)
作者簡介：程付印， 男， 1978年6月出生，毕业于河北工程大学矿建专业，助理工程师,现任中煤五建三十一处梗阳项目部技术员，主要从事矿井建设工作。