靜態爆破技術在井巷工程標準化中的研究及應用

李林，劉海波，謝陽，楊鐵江

(招遠市阜山金礦有限公司， 山東 招遠市 265400)

0 引言

近幾年，在各項安全標準化檢查中，本礦區原有巷道施工不規范的問題日益突出，如人行道預留寬度不足等問題，這些問題不僅給礦區改建工程驗收帶來負面影響，同時還嚴重威脅著職工安全，存在較大的安全隱患。面對這些問題，巷道必須進行整改并達到非金屬地下礦山安全規程規定的人行道寬度要求。人行道寬度要符合安全規程要求是各項安全檢查的重要項目之一，必須得到整改，但同時又不能耽誤礦區生產任務。如何在不耽誤各生產的情況下完成主運輸巷人行道寬度整改成為問題的關鍵。

在進行主運輸巷整改過程中，需要做到無振動、無沖擊、無噪聲、無粉塵以及對設備設施無破壞，既要安全高效，又不耽誤生產運輸。為達到以上目的，對阜山金礦的三個中段進行了靜態爆破技術的應用研究[1]。靜態爆破技術是一種使用靜態破碎劑（也稱靜態膨脹劑）破巖方法，其不使用黑索金等常規炸藥，利用灌裝在鉆孔中的靜態破碎劑水化反應使晶體變形產生體積膨脹，將混凝土構筑物或巖石等堅硬物體破碎解體[2]。

靜態爆破應用范圍非常廣泛，如地質條件較差的邊坡開挖，混凝土構筑物的破碎、拆除[1]，巖石、礦石等開采及石料切割等[2]。汪慶桃等[1]以長沙市軌道交通地鐵3號線長沙火車站基坑開挖的工程實例為背景，采用靜態爆破技術并研發了大孔徑靜態爆破的專用堵孔裝置，實現了既有地鐵線路零距離處大孔徑靜態爆破施工，也保證了地鐵線路的安全運營。白金朋[2]等在渾源蓄能電站巖體原位結構面直剪試驗的開挖過程中采用了靜態爆破技術，滿足了軟弱結構面直剪試驗中不得對結構面擾動的要求。付虎成[3]將靜態爆破技術應用到上海歌劇院深基坑圍護結構拆除中，通過優化破碎劑水灰比、爆破孔設置方式等實現混凝土中隔墻在帶配筋情況下的靜態爆破拆除，取得了較好的效果，實現了安全無聲拆除的目標，而且經濟和技術指標明顯優于常規人工鑿除。趙懷忠等[4]在四平銀礦的礦柱回采、窄小脈幅礦體回采等作業中應用了靜態爆破技術，很好地解決了窄小脈幅、品位較高礦體貧化嚴重的問題。

由此可見，靜態爆破技術已經取得了廣泛應用，但并未應用到礦山運輸巷整改中。本文以阜山金礦巷道整個工程為研究背景，在3個主要中段局部區域進行了膨脹劑靜態爆破試驗，經多次優化爆破技術參數，做到了無振動、無沖擊、無噪聲、無粉塵爆破。

1 爆破方案選擇及參數優化

1.1 爆破方案

本礦區各主運輸巷道多處于玲瓏花崗巖中，巖石堅硬，必須使用爆破方式方能達到人行道劈幫整改的目的。對于堅硬巖石，在花崗巖巷道劈幫整改中使用的爆破方案，主要有以下三種[5]。

方案一：2#巖石乳化炸藥光面爆破。沿巷道邊界布置密集炮孔，采取不耦合（軸向）裝藥，分別裝入同段數導爆管，同時起爆，以形成平整輪廓的爆破作業。

方案二：導爆索控制爆破。導爆索是用太安或黑索金等猛炸藥作為連續的藥芯，用棉線、塑料絲及防潮材料包纏或涂塑而成、能夠傳遞爆轟波的索狀起爆器材。當導爆索端部的猛炸藥芯受到一定強度的爆炸沖能刺激時，即被引爆，爆轟以一定的速度沿著藥芯傳播，當到達末端時，爆轟完畢，輸出一定強度的沖擊波。由于導爆索使用靈活方便，因而廣泛應用于深孔不耦合裝藥和硐室爆破中[6]。

方案三：膨脹劑靜態爆破。膨脹劑炸藥采用高效無聲破碎劑，其主要成分是硅酸鹽和氧化鈣混合的粉狀固體，沿巷道邊界布置密集炮孔，把高效無聲破碎劑配水混合，成泥狀裝袋，再放入鉆孔中并填塞，發生水化反應[1]，固體硬化，溫度升高，體積膨脹，把巖石漲破，此爆破過程無振動、無沖擊、無噪聲、無粉塵、效果明顯、安全高效。

1.2 爆破方案選擇

為了更好地選擇爆破方案，遵循從“安全上可靠、經濟上合理、技術性上可行”的原則，對三種爆破方式進行比較。

（1）普通光面爆破。爆破過程中產生的沖擊波大，對管線、設備設施、人員傷害較大，巖石乳化炸藥、導爆管的價格較高，施工技術人員必須技術熟練、專業的爆破人員，裝藥量難控制、危險程度高，需要防護、拆裝管線，對生產影響大，且爆破后會產生較大粉塵。

（2）導爆索控制爆破。沖擊波較大，對管線、設備設施、人員有一定傷害，導爆索價格高，施工需專業爆破人員，不易掌控爆破效果，危險程度高，需要對管線稍加防護，對生產有一定影響。

（3）靜態爆破技術。爆破過程無沖擊、無粉塵、無傷害，膨脹劑價格低廉，技術難度低、即學即用、易掌握，不需專業爆破人員，可操作性強，危險程度低，無需防護、拆裝，對生產無影響。

通過上述三種爆破方案在安全性、經濟性、技術性、可操作性、對生產影響方面的對比，只有靜態爆破對設備設施、管線安全及生產運輸影響最小，能夠滿足在已建設主運輸巷中劈幫整改，擴寬人行道的要求，因此膨脹劑靜態爆破方案為本次巷道標準化整改的最佳選擇方案。

1.3 靜態爆破設計

（1）靜態爆破工藝流程設計。針對井下生產現狀及其設備設施裝備情況，設計了靜態爆破施工工藝流程，包括爆破位置確定、鉆孔、裝藥、清渣處理等步驟。具體施工流程如圖1所示。

圖1 靜態爆破施工工藝流程

（2）靜態爆破工藝參數配比優化試驗。首先在阜山金礦三個主要中段局部地段進行膨脹劑靜態爆破試驗，調整爆破參數，并根據爆破效果對參數進行了優化，見表1。

表1 爆破試驗方案及參數

通過對上述三組試驗結果分析，可得出如下結論：由于膨脹劑作用力有限，鉆孔深度不宜過深；水的配比加大，可導致爆破效率降低；作業地點溫度過高，會加速膨脹劑凝固膨脹速度，降低爆破效率；孔距過大，影響爆破效率。

綜合分析三組試驗參數及爆破效果，得出最優爆破參數，確定劈幫整改項目采用的爆破參數見表2。

表2 最優爆破參數

在爆破作業操作過程中需注意以下事項：

（1）膨脹劑、水配比要嚴格按照設計值配比，水過少降低膨脹率，水過多影響爆破作業時間。

（2）裝膨脹劑藥卷過程中要裝實、搗實、填塞充分。

（3）鉆眼過程要控制好，眼深原則上不超過1.2 m，眼距不超過300 mm。

（4）在溫度較高的作業地點進行爆破時，膨脹劑藥卷的水配比從里到外要有梯度，防止爆破作用力不均勻，導致爆破失敗。

2 靜態爆破應用效果

從圖2、圖3可以看出，采用靜態爆破后的巷道表面較平整，且未對巷道圍巖造成嚴重損失，滿足了無振動、無沖擊等要求。

圖2 四中段整改后

圖3 三中段整改后

通過靜態爆破技術在礦區各中段的應用情況來看，達到了預期的整改效果，保證了阜山金礦的生產任務，體現了膨脹劑爆破技術在地下礦山井巷工程中具有廣闊的應用前景。

3 結論

本文以阜山金礦為工程背景，在三個主要中段局部區域進行了膨脹劑靜態爆破試驗，通過優化爆破技術參數，爆破效果良好，將靜態爆破技術更好地運用于巷道標準化建設中。建議在其他金礦井巷采用靜態爆破手段時，應結合各金礦井巷工程現狀及井下環境情況，繼續調整膨脹劑配比、鉆孔間距以及構造節理與鉆孔布設位置的關系，以進一步提高爆破半孔率。