光面爆破技術在煤礦井巷施工中的分析

劉露生

中鼎國際工程有限責任公司，江西南昌 330096

對于煤礦開采工作而言，在掘進過程中由于巷道開挖的年限比較長，因此會受到礦壓影響。此時，在選擇施工工藝時就需要綜合考慮到多方面因素，以確保施工質量與安全、施工進度、巷道使用的壽命等。采用光面爆破技術能夠使輔助作業時間有效減少，在施工安全與質量得以保障的前提下提升工作效率，從而提升企業經濟效益。

1 光面爆破技術巷施工原理

此項技術應用主要是利用巖石抗劈能力，通過合理設置爆破參數，應用合理的方法使爆破沿著周圍開裂。井巷周邊的巖體不會受到較大的影響。通過在開挖面預頂爆破線上設置周邊眼，選擇弱裝性炸藥結構，確保間距合理，炮孔眼之間需要留有一定的空隙，同時起爆。利用沖擊波使相鄰炮眼之間形成輪廓裂縫。炮眼孔掛壁炸藥壓力由于使用的是弱性裝藥，爆破后巖層會沿著周邊炮孔的連線掉落，圍巖固有的穩定性、整體性不會受到明顯影響，完整性得以最大程度保留。施工安全系數得到了提升，同時施工質量也能夠獲得保障。

隨著井巷施工應用規模擴大，此項技術應用的范圍也在擴大，在實際施工應用過程中，技術應用的優勢十分明顯。施工過程中存在的超挖與欠挖現象能夠有效避免，同時施工速度能夠提升，使整體施工周期縮短，成本得到了有效控制。應用此項技術，井巷周圍形成的邊壁平整光滑，井巷斷面輪廓能夠符合設計工作要求。圍巖自身不會受到損傷，因此其完整性與承載力能夠得到保障。避免采用其它的爆破方法對周邊巖體造成的振動，提升發井巷施工安全系數。

光面爆破的破巖機理是炸藥的起爆時，爆炸所產生的氣體膨脹對外做功。光面爆破是周邊眼同時起爆，不同炮眼產生的沖擊波會同時向周圍徑向傳播，相鄰炮眼沖擊波相遇時會生產管理應力疊加，并且受到切向拉力的作用。應力的最大值出現在炮眼中心連線的中點，如果巖體極限抗拉強度低于此拉力時，巖體就會出現裂隙。爆炸產生的氣體會存在持續膨脹的過程，此過程中巖體產生的裂縫也會持續擴大，從而形成光滑的爆破面。光面爆破首先需要通過爆破作業得到巷道主體部分，之后利用獲得的輪廓線，通過設置數量不等的炸藥包，爆炸后形成光滑開挖面。

光面爆破屬于施工快速掘進技術的一種，應用于實際工作中，可以將炮眼分為三個類別，即周邊眼、輔助眼、掏槽眼。應用此項技術時，通過對掘進巷涉及到的斷面輪廓布置周邊炮眼，利用小直徑炸藥包，消弱爆炸過程巖石應力強度以及沖擊波。小直徑炸藥包藥量小、密度低、爆速低，容易控制。此項技術應用時使用的是不耦合裝藥，爆炸后炮眼壁壓力會明顯降低，避免了巖石的抗壓強度大于炮孔自身壓力時出現壓碎現象。

2 光面爆破技術的特點

爆破后能夠達到設計工作要求，尤其是松軟巖體中應用效果更加明顯，能夠在新的壁面形成半邊孔壁痕跡。應用此項技術能夠使巷道挖掘工作量大幅度減少，從而使工作進度加快，施工質量也能夠獲得保障，節約混凝土澆注量。光面爆破技術對周邊巖體造成的破壞程度低，利用聲波技術進行探測，在應用此項技術進行爆破時，圍巖松馳帶的范圍只有常規方法的1/3左右，穩定性能夠有效提升，支護工作量大幅度降低。爆破工作結束后，開掘面平滑而光潔，巖體完整能夠給人以安全感，從而影響到作業人員心理，降低了安全事故發生的概率。在松軟巖體中應用此項技術，能夠避免超挖或者冒頂。

3 光面爆破方法

3.1 輪廓線光面爆破法

這種方法指的是周邊沿著巷道輪廓打密集空眼，內部不填充炸藥，爆破應力會在相鄰的裝藥爆眼爆破后沿裂縫進行傳遞，從而使巖石分開。

3.2 預裂光面爆破法

這種方法指的是周邊沿著巷道輪廓排爆眼，通常密度較大，裝藥量較少，爆破后使巖體分離，但需要注意的是周邊眼需要在爆破作業前進行爆破。

3.3 修邊光面爆破法

此方法指的是周邊眼依靠預留的光面及緩沖炸藥，將爆破與圍巖二者分開，周邊眼需要在其它眼爆破后再進行爆破作業，此種方法隨著技術日益成熟應用的范圍越來越廣泛。

4 光爆破技術應用于井巷施工

4.1 方案確定

方案確定需要結合到實際工作情況，依據施工要求、工程地質，決定是否應用此項技術進行爆破作業。光爆破技術可以將其分為兩種類型，即預留光爆層法、全斷面一次性開挖。實踐證明前者應用的效果要好于后者，而在實際施工過程中也大多也應用了此種方法。技術應用的原則是依據圍巖情況合理布置炮孔，優化爆破參數，提升整體效果，從而更好地控制開挖輪廓，提升速度，確保安全，縮短工期。

4.2 確定參數

多項因素會對爆破結果產生影響，比如炮眼直徑、炮孔間距、最小抵抗線、爆破的角度、爆破濃度、光爆層厚度、裝藥結構。如炮眼直徑會對施工成本與效率造成影響，因此需要考慮到設備情況、炸藥性能、工程具體要求、巖石特性，綜合考慮，最終確定合適的參數。結合到不同光面爆破理論，計算炮眼間距也會存在一定差異，但是需要遵循的基本原則是炮眼邊性疊加應力需要大于巖石的抗拉強度。對炮眼間距產生影響的因素包括炸藥的性質、圍巖的性質、不耦合系數、光爆層的厚度等。一般情況下，完整堅硬的圍巖抗拉強度比較低，因此，需要增大炮眼間距。實踐也已經證明，炮眼間距保持在炮眼直徑的10倍到20倍之間最為合理。從炮眼的密集系數與最小抵抗線方面來考慮，炮眼密集系數也可以將其稱之為臨近系數，具體計算是兩炮眼之間距離與最低抵抗線的比值。最小抵抗線則是指臨近崩落眼與周邊炮眼二者之間的垂直距離，如果炮眼密集系數較大則可能會出現欠挖現象，如果系數過小則可能會導致超挖問題出現。通常情況下炮眼密集系數保持在0.8～1。此時爆破后能夠形成較好的爆破漏斗，確保爆破工作效果。

從裝藥結構方面來考慮，易于操作并且容易掌握的是空氣柱裝藥結構，此種結構應用于實際工作，炮眼的深度通常控制在1.5～2m范圍內。如果炮眼的深度大于此數值范圍，就需要采用空氣間隔分節式結構。應用此種結構需要考慮的內容包括，相鄰藥包間距需要等于或者是小于炸藥在爆破眼內殉爆距離，某些情況下需要利用水泥設置間隔，避免藥包出現串動。

4.3 爆破施工

井巷施工過程中，如果巖石類別變化比較大，比如某新建的礦井施工，爆破參數在確定時利用了工程技術類比的方法，之后通過現場試驗對參數進行優化與調整，從而確保爆破工作能夠達到最佳效果。周邊孔裝藥結構可以分為兩類，其中不耦合結構，需要對不耦合系數進行合理控制，使圍巖受到爆破的破壞最大程度降低。而對于圍巖比較破碎的地區而言，通常應用的是雙傳爆線形式。也可以考慮在三、四級圍巖應用間隔裝藥結構，用炮堵塞炸藥相相接位置，而實踐也證明了，堵塞方法應用的效果更好。煤礦井巷施工爆破，為確保光爆效果，炸藥在選擇方面需要注意到低密度，低密度，低爆速，爆破威力大，低爆性，不耦合系數通常低于2，炸藥的卷直徑要小于炸藥的臨界直徑，使傳爆穩定性能夠得到保證。周邊眼需要保障同時起爆，起爆時差控制在0.1秒以內，確保貫穿裂縫平整性，新壁面能夠保持平整，掏槽形式需要合理恰當，裂縫控制主要考慮到裝藥結構、爆孔密度等方面因素，同時還需要控制炸藥的集中度。

確保爆破工作效果，需要確保鉆眼平、直、齊、準，炮眼作業環節需要考慮的內容包括相互平行的周邊眼。周邊眼的深度需要低于其它的炮眼，工作面則需要和炮眼保持垂直。而在實踐過程中炮眼與工作面通常是無法保持垂直的，因此需要結合到炮眼角度合理的選擇傾斜角度。工作面不齊，需要參考到實際工作情況，對炮眼的深度進行調整，同時調整裝藥量，最大程度確保所有的炮眼底都能夠保持在同一橫斷面。確保開眼位置，并將偏差控制在合理范圍內，周邊眼開眼可以考慮井巷斷面輪廓線，避免井眼位置偏向于輪廓線里面。采用此種方法作業時，可以考慮兩種作業方案，全斷面一次性爆破或者是分層次爆破，而依據起爆的順序又可以將其劃分為毫秒電雷管系統起爆或者是非塑料導管起爆，起爆作業的順序是掏槽眼、輔助眼、崩落眼、周邊眼，此種方法通常應用于地小斷面巷道掘進工作。而硐室掘進或者是大斷面巷道挖掘進作業則需要采用分層次爆破方法。

5 結語

采用光面爆破方面，對于提升巷道施工安全與效率有著重要影響，在實際應用的過程中需要考慮到各方面因素，結合到實際工程地質條件，施工要求確定爆破的各項參數，對爆破裂縫與鉆眼質量進行控制，以此來確保爆破工作質量。使技術應用于施工的優勢能夠充分發揮，為煤礦生產工作提供保障。

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