井巷施工中的光面爆破技術研討

王 寅，唐亞男，王 健

（山東黃金集團青島黃金有限公司，山東 青島 266100）

井巷工程光面爆破技術因自身的優勢己經成為井巷掘進中一種主要施工工法和關鍵技術[1]。

1 地質概況

某礦山井下巖層斷裂構造發育，因巖漿活動以及地質構造運動，造成脈巖頻繁穿插，可見明顯的石英化脈狀斷層，且在大理化灰巖中伴有溶洞現象，溶蝕裂隙發育較深，與斷層相交后易形成較具規模的破碎帶。巖層中破碎帶的流質充填物與巖溶水相互作用，降低了巖層的整體穩固性。

2 井巷施工中的光面爆破技術

2.1 周邊孔炮孔間距

根據工程地質情況可知，其IV級圍巖屬較軟巖，局部較完整；III級圍巖屬較堅硬巖，因此，該周邊孔間距宜取450mm～600mm。另一方面，考慮層理、節理等結構面對爆炸應力波的阻隔作用以及層理間距最小為幾厘米的情況，周邊孔布設宜為“長孔、短孔”交錯布設方式[2]。

具體的，周邊孔為長孔、短孔間隔布置，長孔縱向長度約4.0m，短孔縱向長度約2.0m；其炮孔間距拱頂至拱肩約為0.6m、拱肩至拱腰約為0.5m。

此外，周邊孔外偏角設置不合理，從圖中可以看到長孔成孔后孔底到設計開挖輪廓線外側距離為150mm，該值超過邊墻最大允許超挖規范值，孔底裝藥后爆破必然造成超挖。對此，周邊孔長孔沿設計輪廓線內移量調整為15cm，外插角調整為3°；周邊孔短孔沿設計輪廓線內移量調整為12cm，外插角調整為5°。調整后“長孔、短孔”布置剖面圖如圖1所示。

圖1 長孔、短孔布置剖面圖

2.2 增設空孔

空孔對于節理裂隙發育巖體礦山光面爆破成形具有重要作用。爆破初期，空孔附近的主應力差迅速增大，最大拉應力的方向垂直于炮孔和空孔連線的方向，巖體發生拉伸破壞，有利于爆破裂紋的產生。空孔的自由面效應，即爆炸應力波至空孔處被反射回的反射波對于破碎巖體具有重要作用。爆炸應力波在空孔處只發生反射不發生透射，反射后變為拉伸波作用于巖體，有利于巖體的破碎形成斷裂面。

因此，為了削弱拱肩位置層理及節理結構面的影響，減小爆后其圍巖錯臺高度及寬度，拱肩位置兩周邊孔連線中心處增設空孔。

2.3 光爆層厚度

礦山光面爆破中光爆層厚度是指周邊孔到自由面的垂直距離，實際上是一個巖石拱。光爆層厚度大小直接影響光面爆破成型效果，若光爆層厚度過大，光爆層巖石阻抗炸藥爆破的能力大，造成欠挖；若光爆層厚度過小，圍巖開挖輪廓外側將會產生裂隙區，造成超挖。如圖2所示，從爆炸應力波在巖石中疊加和損傷的角度來看，光爆層厚度與炮孔間距相等時，爆破效果較好[3]。

光爆層厚度優化結果，III級圍巖：拱頂至拱肩為0.65m，拱肩至拱腰為0.8m；IV級圍巖：拱頂至拱肩為0.65m，拱肩至拱腰為0.7m。

圖2 爆炸應力波在自由面的反射

2.4 裝藥集中度

當炮孔直徑為42mm，且采用2號巖石乳化炸藥進行礦山光面爆破時，巖石不同抗壓強度與周邊孔每延米單孔裝藥量的線性關系如圖3所示。III～IV級圍巖的抗壓強度為33.8MPa～59.4MPa，依據圖3可知，周邊孔裝藥集中度宜取0.22kg/m～0.39kg/m。周邊孔的裝藥集中度宜取普通爆破法的1/3～1/4，約0.15kg/m～0.25kg/m。

綜合以上研究結果，周邊孔單孔裝藥量取為0.15kg/m～0.25kg/m。

圖3 不同巖石抗壓強度下單孔裝藥量

2.5 裝藥結構

理論和數值計算研究結果表明，針對節理裂隙發育且包含軟弱夾層的圍巖，周邊孔徑向采用空氣偏心不耦合裝藥較好。數值計算結果表明，對比周邊孔軸向不同裝藥結構的巖體損傷分布結果，炸藥兩側均有空氣段時巖體損傷合理、爆破效果最為理想。研究表明，周邊孔軸向采用不禍合裝藥結構，爆破擾動范圍和孔口處破壞程度均比連續裝藥結構小。

因此，周邊孔徑向采用空氣偏心不禍合裝藥，軸向采用空氣均勻間隔裝藥。具體的，將300mm藥卷長度切割為100mm和200mm，導爆索貫穿全孔引爆。周邊孔長孔裝藥結構拱頂至拱肩位置的如圖4（a）所示，拱肩至拱腰位置的如圖4（b）所示。周邊孔長孔用炮泥浸水堵塞，堵塞長度250mm～400mm。周邊孔短孔裝藥長度150mm，位于炮孔中心偏內位置。

圖4 周邊孔裝藥結構圖（單位：m）

3 結語

綜上，在巷道掘進中，要結合具體的情況，合理的應用光面爆破技術，從而最大限度的提升爆破效率及經濟效益。