淺談煤礦井巷施工中的光面爆破技術

摘要：本文介紹了光面爆破技術的優點及在煤礦井巷掘進中的應用條件，并介紹了為獲得良好的效果而應采取的具體措施。

關鍵詞：光面爆破 應用條件 措施

0 引言

自從上世紀50年代光面爆破技術應用以來，便很快就被應用在各種不同的巖層爆破中，并且隨著研究的不斷深入，在各種復雜地質條件下均能獲得理想的爆破效果。但由于我國目前施工和管理經驗發展的不夠成熟，部分掘進爆破施工均達不到理想的光面爆破的效果。雖然對光面爆破的各種研究還在不斷的進行著，但對于光面爆破施工方法的完善上面一直未能引起相關科技工作者地足夠重視。

1 煤礦井巷施工技術

煤礦巷道施工一般有兩種方法：一是一次成巷；二是分次成巷。一次成巷，是把巷道施工中的掘進、支護、水溝等三個分部工程視為一個整體，在一定距離內，按設計及質量標準要求，互相配合，前后連貫地最大限度地同時施工，一次做成巷道，不留收尾工程。

研究表明，一次成巷具有以下優點：

①成巷速度快。巷道斷面一次性全部施工，不僅簡化了施工工序，而且有利于提高施工機械的效率。

②節約材料，工程成本低。一次成巷所采用的臨時支護的距離一般小于40m，材料用量少；同時雷管、炸藥的消耗量也少。

③施工作業安全，工程質量高。一次成巷圍巖暴露時間短，風化、變形和破碎較輕，永久支護時作業安全，容易保證工程質量。

在井巷施工中，采用合理的光面爆破技術，對加強施工安全和提高工作效率都具有重要的意義。

2 光面爆破的定義及作用原理

光面爆破是在爆破開始時，先爆出開挖巷道的主體部分，然后再巷道周邊輪廓線上布置一定數量的藥包，通過這種炮眼的布置，在爆破完成后可形成一個表面相對光滑的開挖面，因此工程上將這種通過合理設計爆破參數，達到爆破完成后壁面規則平整、輪廓線符合設計要求的一種控制爆破技術稱為光面爆破技術。

關于光面爆破的破巖機理，目前仍處于研究之中。雖然在理論研究上不是很成熟，但在實際應用方面各方已達成一定的共識。一般認為，炸藥在開始起爆時，其產生的作用是由爆炸時產生的氣體膨脹對外做功所起的。光面爆破是周邊眼一起爆炸，各炮眼的沖擊波向其四周作徑向傳播，應力波的疊加發生在相鄰炮眼的沖擊波相遇時，并且伴隨著切向拉力，相鄰炮眼中心連線的中點產生拉應力的最大值，當此拉力大于巖體的極限抗拉強度時，巖體便會出現一定的裂隙，隨后，隨著爆炸氣體的進一步膨脹，裂縫也繼續擴大，便形成較為規則光滑的爆裂面。

3 光面爆破的優點及應用條件

3.1 相對于普通爆破技術，光面爆破具有以下優點

①可有效地減小巖面的危害，使井巷圍巖較為穩定，有利于施工和安全。

②形成的巷道表面較規則，因為它保持了圍巖的完整性，進而增加了圍巖的自身承載能力。

③由于圍巖較為平整，僅有少數圍巖表面存在凹凸不平，減少了通風阻力和避免了瓦斯積聚，有利于安全生產。

④降低了掘進巷道超挖量，減少了材料消耗同時降低成本、加快了施工掘進速度。

3.2 其應用條件為

①光面爆破可以采用施工巷道一次成巷，掘進和支護同時進行，施工工藝較簡單，但在節理較發育、圍巖裂隙較大的軟巖段施工效果不佳。因此，這種爆破技術僅可應用在圍巖硬度中等以上，巖石穩定性一般或者較好的條件下，能取得良好的爆破效果。

②由于預裂爆破技術常采用不耦合裝藥，故施工較復雜，但是在軟巖段施工的效果較好。因此井巷掘進中可在軟巖或者是圍巖節理、裂隙非常發育的條件下采用預裂爆破技術，并能取得較好的爆破效果。

4 光面爆破施工的特殊性

與普通爆破相比，光面爆破可減少巷道的超挖量，進而節省了支護與維修費用，顯示出了巨大的經濟效益。然而，相對于普通爆破，光面爆破在施工方面有著特殊的要求：

4.1 炮眼數目多

光面爆破要求在爆破完成后，巷道形成較為完整的輪廓，應使周邊眼大約50％以上的表面的超挖量不大于150mm。而理論及實踐均已證明，以目前施工條件和工藝要想增大周邊孔距是十分困難的．即使采取一些特殊措施也會有大的突破。這就決定了光面爆破的周邊眼數目要大于普通爆破的周邊眼數目。

4.2 周邊眼裝藥量及裝藥結構要求嚴格

從某種概念上分析，周邊眼裝藥量及裝藥結構決定著光面爆破的成敗。目前在井巷爆破中．這些裝藥結構，例如空氣柱裝藥、按一定不耦合系數裝藥、間隔緩沖裝藥以及其他特殊結構的裝藥在施工中都有著其相對應的施工工藝要求。

4.3 爆破參數要求嚴格

為了克服周邊抵抗，光面爆破要求周邊孔密集系數取0.8-1.0最合適，周邊眼的起爆要求有較好的一致性，起爆時差不得大于0.1s；根據不同的圍巖選取不同的值，但是特殊情況不在該范圍內。

5 炮眼布置與裝藥系數對光爆的影響

5.1 掏槽眼

掏槽眼的布置方式是由巖體的巖性、施工組織、炸藥品種、巷道斷面等因素來確定的。直眼爆破效果取決于裝藥炮眼的間距(即最小抵抗線)、空孔數目、空眼直徑，空孔直徑愈大，空孔數目越多，掏槽效果愈好。直眼掏槽分螺旋式、角柱形、菱形掏槽等。實際施工中，菱形掏槽各炮眼間距可以是一定數，在現場易于布設，而角拄式和螺旋式直眼掏槽炮眼間距是一變數，很難掌握。

5.2 輔助眼(擴槽眼)

輔助眼起到進一步擴大自由面的作用，故我們常根據巷道斷面、巷道寬度來布置輔助眼。巷道寬度在3.5m以上常需要布置三圈輔助眼，巷寬在3.5m以下根據經驗僅需布置一到二圈。

5.3 周邊眼

周邊眼是直接保護圍巖的，因此，其參數設置的好壞，直接決定著光爆效果。

5.3.1 在軟巖層或裂隙較發育的地方，為了加強導向作用應打一定的空眼，炮眼間距也應相應縮小。

5.3.2 應遵循M=E/W原則來確定周邊眼眼距和其抵抗值；

5.3.3 周邊眼的裝藥的數量應隨其間距和抵抗值的減少應盡量降低；

6 光面爆破的技術措施

為了取得較好的光面爆破效果，可采取以下措施：

6.1 炸藥選擇方面使用低爆速、低猛度、低密度、傳爆性能好、爆炸威力大的炸藥，炸藥的選擇對巷道斷面的形成具有最直接的影響。

6.2 采用不偶合裝藥結構。由光面爆破作用原理，炸藥在炮眼中爆炸，對巖石的破壞，主要來自爆炸沖擊波和爆炸氣體共同起作用。周邊眼起爆時，爆炸沖擊波不但破壞巷道內側的巖石，而且對巷道外側的巖壁也起較大的破壞作用，為此必須設法避免周邊眼爆破對巷道周邊巖壁的破壞作用，方能起到光面爆破的效果。光面爆破的不偶合系數最好不超過2，且該炸藥的臨界直徑應大于藥卷直徑，以保證穩定傳爆。

6.3 周邊眼應盡量做到同時起爆，在起爆時，也要嚴格掌握與周邊眼相鄰的內圈炮眼的爆破效果。

6.4 嚴格控制炸藥布置的集中度，為了克服眼底巖石的夾制作用，通常在眼底加強裝藥量。

7 總結

在今后10年中，我國能源結構煤炭仍占60％～70％，隨著開采深度的增加，礦井施工正向深井過渡，深部礦井巷道施工將遇到更為復雜的問題，充分發揮一次成巷和光面爆破的優點，尤其是加強深部礦井巷道爆破施工的研究，是目前煤礦科技工作者尤其需要解決的問題。

總之，只要根據圍巖條件的類型在施工中選用光面爆破技術，通過合理的技術參數就會取得較好的爆破效果，不但提高了井巷施工的安全性，而且降低了掘進施工的成本，給企業帶來較好的經濟效益和社會效益。

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