硬巖斜巷掘進中深孔光爆參數優化研究

孟小瑞

(河南省水利水電學校,河南省周口市,466001)

硬巖斜巷掘進中深孔光爆參數優化研究

孟小瑞

(河南省水利水電學校,河南省周口市,466001)

為提高硬巖斜巷成型質量和施工效率,以桃園煤礦人行上山爆破施工為背景,分析了造成炮眼利用率較低、巷道超欠挖嚴重及施工效率較低的原因,結合理論計算和工程前期施工經驗對各爆破參數進行優化.結果表明:優化后的爆破方案采用全斷面一次起爆,掏槽選用三級楔形掏槽,周邊眼炮眼密集系數取0.89,底板眼呈雙排梅花型布置,可使炮眼利用率提高到90.5%,巷道成型質量顯著提高,每爆破循環節約用時1 h.

硬巖 斜巷掘進 光面爆破 中深孔 爆破參數 楔形掏槽

中深孔光面爆破技術加快了巖巷掘進速度,故在硬巖巷道爆破掘進中廣泛應用.當前,學者對中深孔光爆參數的研究多集中在緩斜巷道或平巷,對傾角20°斜巷爆破參數研究較少.本文以桃園煤礦人行上山為背景,對硬巖斜巷掘進的中深孔光爆參數進行優化研究.

1 施工概況

桃園煤礦人行上山巷道埋深-491.5～-791.2 m,傾角20°,全長870.5 m.巷道開挖斷面為直墻三心拱形,斷面面積17.3 m2.巷道下行施工,主要巖性為砂巖,普氏系數f＝8～10,無淋水,無瓦斯.采用雷管Ⅰ～Ⅴ段毫秒延期電雷管、PT473水膠炸藥,藥卷直徑27 mm,長度400 mm,重量335 g.

采用雙楔形掏槽,所有炮眼的炮泥封堵長度均大于0.5 m.每爆破循環共用雷管82發,炸藥52.60 kg,爆破分兩次起爆.炮眼布置見圖1,爆破參數見表1.經過10個循環的爆破施工,爆破效果不理想,炮眼利用率低,平均為70%;巷道成型為鋸齒形,底高現象嚴重;施工進度緩慢,分次爆破用時2 h.

圖1 原方案炮眼布置

表1 原方案爆破參數

2 爆破參數優化

2.1 掏槽參數優化

2.1.1 原爆破方案掏槽參數存在的問題

(1)采用雙楔形掏槽,雖然較單式楔形掏槽能更好地克服巖石夾制作用,但是由于巷道傾角大且下行施工,巖石夾制作用進一步加大,僅憑10個掏槽眼難以將槽腔巖石順利拋出.

(2)二掏眼眼底間距過大,達750 mm,炸藥爆破形成的裂隙區難以疊加.

(3)由于二掏眼與首排輔助眼間距過大,導致首排輔助眼的最小抵抗線過大,達1120 mm.

(4)掏槽眼裝藥量根據經驗式計算:

式中:Q——單個槽孔裝藥量,kg;

S——槽腔平均橫斷面積,原方案為1.06 m2;

Lb——炮眼長度,原方案為2.2 m;

N——裝藥掏槽眼數,原方案10個;

q——炸藥單耗,kg/m3,楔形掏槽經驗取值為6～10 kg/m3,本工程取6.5 kg/m3.

將相應參數代入式(1),計算得原方案槽孔裝藥量為1.5 kg/孔,而實際一掏眼為0.5 kg/孔,二掏眼1.0 kg/孔,遠小于理論計算值.

2.1.2 掏槽參數優化措施

(1)將雙楔形掏槽優化為三級楔形掏槽,槽腔逐步成型,更有利于克服巖石夾制作用.

(2)縮小二掏眼眼底間距至405 mm.

(3)由于增加三級掏槽,使得首排輔助眼最小抵抗線縮小至868 mm.

(4)增加掏槽眼個數,同時縮小掏槽眼間排距.一掏眼增加至6個,間距1100 mm,單孔裝藥量1.5卷;二掏眼增加至8個,間距1800 mm,排距400 mm,單孔裝藥量3.5卷;三掏眼8個,單孔裝藥量3卷.

2.2 光爆參數優化

2.2.1 原爆破方案參數存在的問題

光爆參數主要包含周邊眼間距、周邊眼密集系數、光爆層厚度、二圈眼間距等.光爆參數直接決定了巷道成型質量.原爆破方案中主要存在問題.

(1)周邊眼間距過大.合理的周邊眼間距應保證炮眼間貫通裂隙完全形成.周邊眼間距、周邊眼密集系數和光爆層厚度三者符合下列關系:

式中:E——周邊眼間距,m;

K——周邊眼密集系數;

W——光爆層厚度,m.

一般認為,周邊眼間距等于10～18倍炮眼直徑,當巖石較硬時,周邊眼間距取值較小.本工程炮眼直徑為32 mm,且普氏系數為8～10,故合理的周邊眼間距應為350～400 mm,而原方案為450 mm.

(2)周邊眼密集系數過大.周邊眼密集系數一般取0.7～1.0,而原方案周邊眼密集系數值為1.125.由于周邊眼間距和周邊眼密集系數選取不合理,導致光爆層厚度值也不合理.

2.2.2 光爆參數優化措施

(1)將周邊眼間距縮小至400 mm.

(2)光爆層厚度取值450 mm,此時周邊眼密集系數為0.89,符合要求.

(3)根據已有研究,二圈眼間距一般應比周邊眼間距大100～200 mm,故二圈眼間距取600 mm.

2.3 底板眼參數優化

2.3.1 原底板眼設計問題

下行施工的巷道,底板巖石夾制作用較平巷大.當底板眼個數較少時,底板難以爆破至設計標高,出現底高.若縮小底板眼間距,增加底板眼個數,則打底眼困難且容易打穿炮孔.若增大底板眼單孔裝藥量,則對底板圍巖造成較大破壞,對日后支護不利.

2.3.2 底板眼優化措施

增加一排底板眼,且兩排底板眼呈梅花型布置,同時增大下層底板眼間距.上層底板眼的外插角為5°,下層底板眼的外插角增大到7°.兩排底板眼承擔了原來單排底板眼需要爆破的巖石方量,爆破更容易完成,有利于消除底高現象.

2.4 輔助眼爆破參數

2.4.1 原輔助眼設計問題

第二炮區域的輔助眼爆破時,最小抵抗線豎直向下,可借助重力作用完成巖石的拋擲.而原爆破方案第二炮的輔助眼無論是炮孔間距還是單孔裝藥量均與第一炮的輔助眼相似,不僅增加了鉆鑿工作量和炸藥雷管用量,也對控制施工效率和爆破成本不利.

2.4.2 輔助眼優化措施

在保持單孔裝藥量不變的條件下,增大第二炮區域的輔助眼間排距.

優化后爆破方案的炮眼布置見圖2,爆破參數見表2.

圖2 優化后方案炮眼布置

表2 優化后方案爆破參數

2.5 爆破次數優化

原爆破方案采用分次起爆,增加了通風、瓦斯監測、敲幫問頂、聯管裝藥、警戒等時間,延長了爆破用時.而本工程巷道斷面面積17.3 m2,可以實現全斷面一次起爆.

3 優化后爆破效果

使用優化后的爆破方案進行了20個循環的爆破施工.與原方案爆破效果對比結果見表3.

表3 爆破效果對比

由表3可知,同原方案相比,優化后方案的爆破進尺增大0.41 m,增長率達29.3%;炮眼利用率增大20.5%,增長率達29.3%;爆破用時減少1 h,降低率達25%;炸藥和雷管單耗分別減少0.32 kg/ m3、0.71發/m3,降低率分別為14.7%、20.9%.

優化后的爆破方案較好地解決了在硬巖斜巷下行爆破施工中存在的炮孔利用率低、巷道斷面成型質量差等突出問題.

4 結論

(1)三級楔形掏槽更適合于下行施工的硬巖斜巷.

(2)底板眼雙排梅花型布置有利于消除底高現象.

(3)全斷面一次起爆較分次起爆可節約爆破用時,條件允許時,盡量采用全斷面一次起爆.

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(責任編輯 張毅玲)

Study on smooth blasting parameter optimization of medium-length hole in hard rock inclined roadway drivage

Meng Xiaorui
(Water Conservancy and Hydropower College of Henan Province,Zhoukou,Henan 466001,China)

To improve the forming quality and construction efficiency of hard rock inclined roadway,taking the blasting construction of walkway rise in Taoyuan Coal Mine as the background,the reasons for low use ratio of blast hole,serious back break of roadway and low construction efficiency were analyzed,and the blasting parameters was optimized by combining with theoretical calculation and previous construction experience.The results showed that the optimized blasting scheme with full section one-time blasting method,three-level wedge cut,intensive coefficient of periphery hole adopting 0.89 and double-row quincunx type distributed floor hole could increase the use ratio of blast hole to 90.5%.The roadway forming quality improved significantly and the time of each blasting cycle decreased to 1 h.

hard rock,inclined roadway drivage,smooth blasting,middle-length hole,blasting parameter,wedge cut

TD235.3

A

孟小瑞(1967-),女,河南省舞陽縣人,高級講師,河南省教育廳學術技術帶頭人,主要研究方向為土木工程新型建筑材料特性及施工質量控制。