光面爆破在平硐開(kāi)挖施工中的應(yīng)用

張志旭，任少峰，張亞文，馬春風(fēng)

（1.中國(guó)建筑材料工業(yè)建設(shè)西安工程有限公司， 陜西 西安 710000；2.山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司焦家金礦， 山東 煙臺(tái)市 261441）

1 工程概況

在某礦山修建過(guò)程中，需要開(kāi)挖平硐，該平硐設(shè)計(jì)斷面的寬為5.2m，凈高為4m，全斷面面積為17.9m2。該平硐地質(zhì)條件比較復(fù)雜，平硐穿過(guò)巖層以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，巖層中等穩(wěn)定，斷層、節(jié)理較發(fā)育，平硐圍巖等級(jí)以Ⅲ、Ⅳ為主。平硐范圍內(nèi)地下水發(fā)育，主要為基巖裂隙水。

2 爆破方案的確定

鉆爆作業(yè)是平硐開(kāi)挖的重要工序。由于本平硐圍巖中等穩(wěn)定，故采用全斷面開(kāi)挖方式，并且為了充分發(fā)揮圍巖的自承能力，減輕對(duì)圍巖的強(qiáng)振動(dòng)與破壞，防止超欠挖，主要采用光面爆破技術(shù)進(jìn)行施工，以形成整齊圓順的掘進(jìn)開(kāi)挖斷面，提高平硐施工安全程度，減少超挖，消除欠挖現(xiàn)象［1－2］。

3 光面爆破設(shè)計(jì)

3.1 炮孔直徑的選擇及爆破器材選用

炮孔直徑對(duì)鑿巖生產(chǎn)率、炮眼數(shù)目、炸藥單耗和硐壁的平整程度均有影響。加大炮孔直徑可以使炸藥能量相對(duì)集中，爆炸效果得以改善。但炮孔直徑過(guò)大將導(dǎo)致鑿巖速度顯著下降，并影響巖石破碎質(zhì)量、硐壁平整程度和圍巖穩(wěn)定性［3－4］。該平硐開(kāi)挖采用鉆頭直徑為38mm的風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，所有炮孔直徑以D＝40mm計(jì)算。

該平硐爆破開(kāi)挖采用非電毫秒微差雷管起爆系統(tǒng)，用電雷管引爆，炸藥規(guī)格為Φ32mm×200mm的2號(hào)巖石乳化炸藥卷。

3.2 光面爆破技術(shù)參數(shù)的確定

在光面爆破中，炮孔按照功能可以分為掏槽眼、輔助眼、周邊孔，光面爆破參數(shù)選擇主要與地質(zhì)條件有關(guān)，其次是炸藥品種與性能、平硐開(kāi)挖斷面形狀與尺寸、裝藥結(jié)構(gòu)與起爆方法［5］。

（1）炮孔數(shù)量N。在實(shí)際施工過(guò)程中，通常采用以下公式來(lái)計(jì)算炮孔的數(shù)量：

式中：N為炮孔數(shù)量；S為掘進(jìn)斷面積；f為巖石堅(jiān)固系數(shù)，在該爆破工程中取5。經(jīng)過(guò)計(jì)算，炮孔數(shù)量約為39個(gè)。但是根據(jù)實(shí)際情況，為了取得良好的爆破效果，減小周邊眼間距，增加炮孔個(gè)數(shù)，實(shí)際炮孔數(shù)目為56個(gè)。

（2）炮孔深度。炮孔深度不僅決定著爆破循環(huán)進(jìn)尺與掘進(jìn)速度，而且影響爆破效果。若炮孔深度過(guò)大，爆破夾制性大，炮孔利用率低，爆破地震效應(yīng)強(qiáng)，易破壞圍巖的完整性。在本次爆破過(guò)程中，炮孔的深度取2.5m，掏槽孔超深0.3m，取2.8m。

（3）每一循環(huán)裝藥量。根據(jù)炸藥供應(yīng)、開(kāi)挖面積和圍巖類別，借鑒實(shí)際開(kāi)挖經(jīng)驗(yàn)，選取炸藥單耗為q＝1.4kg／m3。則：

確定爆破開(kāi)挖的每一循環(huán)裝藥量為63kg。

（4）周邊眼間距。周邊眼通常布置在開(kāi)挖斷面輪廓線上，其間距大小與巖石的抗爆性、炸藥性能、炮孔直徑d和裝藥量有關(guān)，在實(shí)際工程中，通常采用下面公式估算：

式中：d為炮孔直徑，經(jīng)過(guò)計(jì)算周邊眼間距為0.4～0.6m，根據(jù)工程實(shí)際情況，本項(xiàng)目的光面爆破取拱部周邊眼間距為0.5m，邊幫周邊眼間距為0.6m。

（5）最小抵抗線W。最小抵抗線為光面層厚度或周邊眼到鄰近輔助眼間的距離，與巖石堅(jiān)硬強(qiáng)度、開(kāi)挖面積的大小有關(guān)，其經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為：

式中：E為周邊眼間距，計(jì)算得頂幫最小抵抗線為0.63m，邊幫最小抵抗線為0.75m，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)W＝E／0.8時(shí)，開(kāi)挖輪廓表面圓順光滑，與設(shè)計(jì)輪廓基本一致。

（6）裝藥不耦合系數(shù)D。炮孔直徑為40mm，周邊眼藥卷直徑為32mm，則D＝1.25。

（7）裝藥集中度q1。光面爆破的裝藥量的計(jì)算，主要是確定周邊眼光爆層炮孔裝藥集中度，其計(jì)算公式為：

式中：Rb為巖石單軸抗壓強(qiáng)度，MPa。經(jīng)過(guò)計(jì)算，q1＝0.23kg／m。

（8）單孔裝藥量Q。平硐掘進(jìn)爆破單孔裝藥量按下式計(jì)算：

式中，k為裝藥系數(shù)，通常情況下掏槽眼為0.65～0.7，輔助眼為0.5～0.55；L 為炮孔長(zhǎng)度；γ為單位長(zhǎng)度藥卷質(zhì)量。經(jīng)過(guò)計(jì)算，掏槽眼裝藥量為2.4kg，輔助眼裝藥量為1.6kg，周邊眼裝藥量為0.5kg。

（9）裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式。光面爆破采用不耦合裝藥，本項(xiàng)目爆破周邊眼不耦合系數(shù)為1.25，炮孔裝藥按照裝藥集中度計(jì)算出的藥量均勻裝入炮孔內(nèi)，為克服炮孔底部的阻力，在炮孔底部放半個(gè)標(biāo)準(zhǔn)藥卷，使光爆層易于脫離巖體［6－8］。各炮孔采用導(dǎo)爆索并聯(lián)連接。周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用多段微差由內(nèi)向外順序，光面爆破起爆順序?yàn)椋浩鸨筒垩邸o助眼→周邊眼。采用螺旋掏槽方式，炮孔布置和起爆順序如圖2所示。

4 光面爆破效果

光面爆破在本次平硐開(kāi)挖中取得了良好的效果，炮眼半孔率達(dá)到80%，超、欠挖量不超過(guò)10～15 cm，不僅控制了超、欠挖，而且還保證了工程的循環(huán)進(jìn)尺，巖碴塊度較小且比較均勻，利于裝碴，節(jié)省裝運(yùn)時(shí)間。斷面輪廓按照設(shè)計(jì)得以控制，相應(yīng)減少了二次修正投入，降低工程造價(jià)。

圖1 周邊眼裝藥示意

圖2 炮孔布置和起爆順序

［1］ 劉舍寧.國(guó)外光面和預(yù)裂爆破技術(shù)［C］.光面預(yù)裂爆破論文匯編，2007.

［2］ 曲慶峰，張志遠(yuǎn).光面爆破與錨噴支護(hù)在斷層破碎帶巷道施工中的應(yīng)用［J］.采礦技術(shù)，2011，11（4）：91－92.

［3］ 徐 冬.包家山隧道控制爆破技術(shù)研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.

［4］ 申佃友.隧道工程控制爆破技術(shù)探討與應(yīng)用［D］.成都：西南交通大學(xué)，2004.

［5］ 李 萍，王玉杰，柯 波.漸進(jìn)螺旋掏槽孔間距的理論計(jì)算［J］.爆破，2011，28（4）：20－22.

［6］ 向 軍.光面爆破技術(shù)在凡口鉛鋅礦的應(yīng)用［J］.采礦技術(shù)，2010，10（3）：98－99.

［7］ 王占武，王 江.光面爆破技術(shù)在毛壩隧道的應(yīng)用［J］.遼寧省交通高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011，13（4）：27－29.

［8］ 張志呈，羅堯東，熊 文，等.深孔爆破孔底空氣間隔層長(zhǎng)度的實(shí)驗(yàn)研究與工業(yè)試驗(yàn)［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2011，31（4）：100－103.