光面爆破技術在謙比希銅礦巷道掘進中的應用

王 明，譚 偉，康偉權

光面爆破技術在謙比希銅礦巷道掘進中的應用

王 明1, 2，譚 偉2，康偉權1

(1.金誠信礦業管理股份有限公司，北京 100070；2.北京金誠信礦山技術研究院有限公司，北京 101500)

為了解決謙比希銅礦層理裂隙發育巖石中巷道掘進時爆破效果不理想的情況，提出采用光面爆破技術，通過理論計算和現場試驗相結合的方式，改變頂眼和幫眼的裝藥結構，以改善巷道掘進中的爆破作業效果。試驗及現場應用結果表明，光面爆破技術能很好地控制巷道成型，超欠挖現象從15%降低至6%，平均炮效增加了11.1%，同時也減少了輔助作業時間，更有利于施工的安全。

巷道掘進;光面爆破;裝藥結構;爆破效果

0 引 言

自1960年代以來，我國開始進行光面爆破的相關研究，目前在鐵路、交通、礦山、水利水電等領域應用較為廣泛，取得了很多研究成果[1]。謙比希銅礦位于贊比亞銅礦帶，隸屬于中色非洲礦業有限公司(NFCA)，是中色集團在國外最早經營的一座大型地下礦山[2]。掘進巷道主要在下盤和礦體中進行，礦體和圍巖層理裂隙發育[3-4]，使得普通鉆爆法作業時，巷道超欠挖現象時有發生，同時炮效也不太理想，給巷道的支護作業帶來較多不便。

為了改善巷道掘進的爆破效果，同時提高其它相關聯環節的作業效率，光面爆破作為一種十分有效的爆破方式，在其它類似工程中應用較為廣 泛[5-7]。本研究在理論計算進行光面爆破設計的基礎上，進行現場試驗研究，繼而在謙比希全礦推廣應用，取得了很好的經濟社會效益。

1 光面爆破方案設計

光面爆破是基于控制爆破的破壞作用，采用空氣柱間隔不耦合裝藥，在炸藥爆破后，切向拉應力作用使炮孔產生徑向裂紋，加上相鄰炮孔之間產生的聚能效果，使得裂紋進一步擴展，進而全部貫通，以形成光面爆破的效果[8]。

謙比希銅礦主礦體巷道斷面規格為3.8 m× 3.55 m三心拱斷面，面積為12.74 m2，使用阿特拉斯生產的Boomer281鑿巖臺車進行巷道掘進，孔徑45 mm，鉆桿長度3.7 m，鉆孔最大深度3.5 m。

1.1 炮孔參數計算

謙比希圍巖主要為長石石英巖和泥質石英巖，普氏硬度系數在8~12之間，X型節理裂隙較為發育，采用直眼掏槽方式。掏槽空眼采用擴孔鉆頭對掏槽眼擴孔形成，直徑102 mm，不裝藥。

單孔裝藥量的計算公式為：

式中，為裝藥系數；為孔深，m；為單個藥卷的質量，kg；為單個藥卷的長度。

光面爆破設計計算時，掘進斷面的炮孔從中心到四周依次是：掏槽眼、擴槽眼、輔助眼、周邊眼（頂眼、幫眼及底眼），每種類型炮孔的裝藥系數、鑿巖孔深、所用卷裝藥的單卷質量和長度，以及根據式（1）計算的各類型炮孔單孔裝藥量計算結果見表1。

表1 掘進斷面炮孔布置中各類型炮孔裝藥量計算參數及結果

1.2 炮孔布置

巷道采取一次性全斷面開挖，2個大孔直眼掏槽，炮孔數目依據式（2）計算：

式中，為炮孔數目，個；為巖石硬度，8~12，取均值10；為巷道掘進斷面，12.74 m2。

經計算，巷道斷面需要布置41個炮孔，加上2個掏槽空孔，總共布置炮孔43個。其中包含掏槽眼8個（包含2個空孔），擴槽孔4個，輔助眼10個，頂眼和幫眼15個，底眼6個。掘進斷面炮孔布置圖見圖1，炮眼參數見表2。

圖1 掘進斷面炮孔布置（單位：mm）

表2 炮眼參數

1.3 裝藥結構及炮孔堵塞

掏槽眼、擴槽眼、輔助眼及底眼采用連續不耦合裝藥；頂眼和幫眼的光爆孔采用空氣柱間隔不耦合裝藥，捆綁在竹坯子上，導爆索連接爆破，裝藥結構見圖2。所有炮孔均用炮泥機專門制作的炮泥堵塞，堵塞長度不小于0.4 m。

圖2 光爆孔（頂眼和幫眼）裝藥結構示意

1?炮孔；2?藥卷；3?導爆管雷管；4?導爆索；5?空氣柱間隔；6?炮泥堵塞物

1.4 起爆順序

采用孔底單向起爆，每個炮孔裝導爆管雷管一發，雷管聚能穴朝孔口方向，具體每個孔使用的雷管段號見圖3。采用簇連方式的起爆網路，每一簇不宜超過20發。

圖3 炮孔起爆順序

2 施工注意事項及爆破效果

2.1 施工注意事項

臺車鑿巖作業前，應注意以下事宜：

（1）先根據掘進斷面炮孔布置圖，用紅油漆畫出輪廓線及炮孔點；

（2）人工清底，以保證底眼的鑿巖效果；

（3）臺車鉆孔時，保證鉆桿平直，底眼向下3°左右；

（4）每個鉆孔施工到底后，應進行洗孔，清理孔內驗渣，保證裝藥效果；

（5）必須根據爆破設計，堵塞炮孔，連線起爆，以保證爆破效果。

2.2 爆破效果

自項目部推行光面爆破以來，采區安排專人負責督促執行，成效顯著，光面爆破技術的成功推廣應用，能很好的控制巷道成型，超欠挖（±20 mm）現象從15%降低至6%，平均炮效由2.7 m增至3.0 m，提高了11.1%。同時也降低了撬毛、清底等輔助作業時間，更有利于施工的安全。采用光面爆破后，掘進的光面爆破效果主要技術指標見表3，光爆效果圖見圖4。

表3 光面爆破效果主要技術指標

圖4 光爆效果

3 結 論

針對謙比希礦巖層理裂隙發育的情況，項目部采用光面爆破的方式，通過理論計算和現場試驗相結合的方式，總結出合理的炮孔布置方式，頂眼和幫眼采用空氣柱間隔裝藥，Φ25 mm的小藥卷用竹坯子捆綁，導爆索連接爆破。經統計，巷道超欠挖（±20 mm）現象從15%降低至6%，平均炮效由2.7 m增加至3.0 m，提高了11.1%，炮孔實際利用率達到91%，取得了很好的爆破效果。謙比希銅礦巷道掘進光面爆破技術的成功推廣應用，可為海外其它類似礦山的光爆實施提供參考。

[1] 王建秀,鄒寶平,胡力繩.隧道及地下工程光面爆破技術研究現狀與展望[J].地下空間與工程學報,2013,9(4):800-807.

[2] 王 明,康偉權,高 忠.謙比希銅礦無底柱分段崩落法采場懸頂的處理及預防[J].采礦技術,2018,18(1):6-8.

[3] 趙興國.贊比亞謙比希銅礦床地質特征[J].地質與勘探,2010, 46(1):183-190.

[4] 張晉軍,施發伍,陳志敏,等.謙比希銅礦破碎礦巖巷道分類分級支護技術[J].現代礦業,2013(7):74-76.

[5] 汪學清,單仁亮,黃寶龍.光面爆破技術在破碎的軟巖巷道掘進中的應用研究[J].爆破,2008,25(3):12-16.

[6] 趙 勇,范文錄,廖九波.光面爆破在破碎礦體脈內鑿巖巷道中的應用[J].采礦技術,2012,12(5):73-75.

[7] 楊陸海,周 旭,林 強,等.煎茶嶺鎳礦爆破參數的優化[J].采礦技術,2012,12(6):73-75.

[8] 劉殿書,李勝林.爆破工程[M].北京:科學出版社,2011.

(2019-04-02)

王 明(1987—),男,安徽濉溪人,碩士，工程師,主要從事采礦工程方面的研究工作，Email:846426045@ qq.com。