光面爆破在地下鋁土礦山采場(chǎng)的應(yīng)用

2021-06-02 00:58:56張涯胸饒運(yùn)章陶鐵軍

現(xiàn)代礦業(yè) 2021年3期

張涯胸饒運(yùn)章陶鐵軍

（江西理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院）

光面爆破是支撐新奧法原理的重要技術(shù)之一，是指在礦巖爆破工程實(shí)施過程中，通過選擇正確的爆破參數(shù)和合理的施工方法，分區(qū)分段微差爆破，達(dá)到爆破后礦巖輪廓線符合設(shè)計(jì)要求，臨空面平整規(guī)則的一種控制爆破技術(shù)。常用于煤礦、隧道、地鐵、地下空間等領(lǐng)域。

1 光面爆破

1.1 光面爆破的優(yōu)缺點(diǎn)

在麥壩鋁礦的采礦生產(chǎn)中，光面爆破表現(xiàn)出以下主要優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：①能減少超挖。②爆破后成型規(guī)則，提高了輪廓質(zhì)量。③爆破后圍巖很少產(chǎn)生裂縫，后期支護(hù)工作量小，材料消耗小。④降低成本，提高了掘進(jìn)速度，施工安全系數(shù)較高。

缺點(diǎn)：①鉆眼的準(zhǔn)確性要求較高，鉆爆作業(yè)的單項(xiàng)工序時(shí)間要多一些。②裝藥過程如炸藥和導(dǎo)爆索的捆綁，炸藥裝入炮孔的過程，技術(shù)要求較高。③光面爆破效果受地質(zhì)條件影響較大。

1.2 光面爆破的機(jī)理探討

（1）光面爆破的破巖機(jī)理十分復(fù)雜，其成因目前還沒有確切的定論。普遍認(rèn)為，炸藥起爆時(shí)，對(duì)巖體產(chǎn)生3 種效應(yīng)：一是應(yīng)力波反射拉伸破壞所起的作用；二是爆炸氣體膨脹做功所起的作用；三是二者共同作用所起的破壞作用。近幾十年的研究、實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐表明，第三種效應(yīng)和工程實(shí)際情況比較吻合。光面爆破是周邊眼同時(shí)起爆，各炮眼的沖擊波向其四周作徑向傳播，相鄰炮眼的沖擊波相遇，則產(chǎn)生應(yīng)力波的疊加，并產(chǎn)生切向拉力，拉力的最大值發(fā)生在相鄰炮眼中心連線的中點(diǎn)；當(dāng)巖體的極限抗拉強(qiáng)度小于此疊加的切向拉力時(shí)，巖體便被拉裂，在炮眼中心線上連線形成裂縫，隨后，爆炸產(chǎn)物的膨脹作用使裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，形成平整的爆裂面［1］。

（2）空氣間隔不耦合裝藥的特征是藥卷與藥卷間有柱狀空氣間隔層、藥卷和孔壁間有環(huán)狀空氣間隔層，空氣間隔層的存在有力地削弱了作用在孔壁上的爆炸壓力及其峰值。實(shí)踐證明，巖石的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，空氣間隔層可以削弱爆破后的爆壓破壞效應(yīng)，使爆破后的孔壁不至于產(chǎn)生明顯的壓縮破壞；同時(shí)切向拉應(yīng)力卻能使炮孔四周產(chǎn)生明顯的徑向裂縫。由于空間應(yīng)力和高壓氣體的作用，使周邊孔間連線上的裂紋全部貫通成縫［1］。

2 麥壩鋁礦現(xiàn)狀

麥壩鋁礦含礦巖系為石炭系大塘組，鋁土礦的直接頂板為鋁土巖和碳質(zhì)頁(yè)巖，暴露在空氣中容易風(fēng)化和溶蝕，主要的采切工程都布置在大塘組的礦層中［2］。在采場(chǎng)礦石回采過程中，普通微差爆破容易出現(xiàn)頂板破碎情況；采場(chǎng)頂板在爆破過程中不可避免會(huì)受到炸藥爆炸的沖擊力，常常造成采場(chǎng)頂板失穩(wěn)，表現(xiàn)在頂板冒落、頂板有裂隙和頂板較破碎等方面；這就增加了爆破后采場(chǎng)礦石耙運(yùn)的不安全性［3］。麥壩鋁礦爆破人員學(xué)習(xí)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、不斷實(shí)踐，將光面爆破成功地應(yīng)用于井下采場(chǎng)爆破施工，有效地改善了井下采場(chǎng)頂板不穩(wěn)的現(xiàn)狀。

2.1 采場(chǎng)頂板實(shí)施光面爆破前后效果對(duì)比

采場(chǎng)頂板未實(shí)施光面爆破，常常出采場(chǎng)頂板局部冒落（圖1）、采場(chǎng)頂板比較破碎（圖2）的情況。

正確實(shí)施光面爆破后，采場(chǎng)頂板比較穩(wěn)定，如圖3、圖4。

采場(chǎng)爆破時(shí)，頂板控制難度較大，預(yù)留護(hù)頂?shù)V如果受到爆破擾動(dòng)過大，會(huì)局部冒落（如圖1），后期有可能出現(xiàn)大面積冒頂；有時(shí)即使爆破后頂板沒有立即冒落，但是頂板也會(huì)出現(xiàn)裂隙或比較破碎的情況（如圖2），一旦暴露時(shí)間較長(zhǎng)或者受到其它擾動(dòng)因素（如鄰近采場(chǎng)的爆破），頂板也會(huì)冒落［3］。采用光面爆破則有效地解決了這一難題；由于實(shí)施光面爆破，減弱了對(duì)頂板的擾動(dòng)，減少了超挖，使得頂板完整度達(dá)到設(shè)計(jì)要求（圖3）；圖4所示頂板雖然有一些節(jié)理，屬于不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但是因?yàn)楣饷姹茮]有破壞節(jié)理的穩(wěn)定性，爆破后頂板光滑平整、穩(wěn)定程度大為提高。

3 光面爆破設(shè)計(jì)

3.1 施工方法及機(jī)具

利用配FT170氣腿的YTP-28型鑿巖機(jī)采用中空六角形釬桿人工打眼，釬頭直徑為φ38 mm，炮孔直徑為40～42 mm；人工裝藥，非電毫秒雷管引爆，必要的地方（如遇斷層、溶洞等）及時(shí)支護(hù)，電耙、耙渣機(jī)耙裝礦巖，無(wú)軌和有軌運(yùn)輸配合。

3.2 爆破器材的選擇

（1）主爆藥采用規(guī)格為φ32 mm×300 mm 的2#巖石乳化炸藥，其爆炸性能、抗水性能、安全性能均較好。

（2）周邊眼藥卷用導(dǎo)爆索進(jìn)行綁扎，進(jìn)行空氣間隔不耦合裝藥。

（3））采用非電導(dǎo)爆管雷管引爆、導(dǎo)爆索起爆。

3.3 光面爆破參數(shù)

根據(jù)研究，光面爆破參數(shù)合理范圍：光面眼（頂眼）間距E為（8～18）d，d為炮眼直徑；最小抵抗線W為（15～22）d（以略大于光面眼間距為宜）；周邊眼密集系數(shù)m（m=E/W）為0.7～1.0；不耦合系數(shù)D（炮孔直徑與藥卷直徑之比）為1.2～1.5；裝藥集中度q為0.15～0.45 kg/m。

以上參數(shù)是影響光面爆破效果的主要因素，單一的參數(shù)合理并不能達(dá)成良好的效果，必須當(dāng)這些參數(shù)值都確定在一個(gè)合理范圍內(nèi)時(shí)，才能達(dá)到理想的爆破效果。

3.4 爆破參數(shù)的確定

（1）炮眼布置（圖5，圖6）。綜合考慮各方面因素，采場(chǎng)炮眼深度為3.5 m，先布置頂眼，再布置其它炮眼［4］。

（2））頂眼單孔裝藥量。采場(chǎng)頂板眼單孔裝藥1.5 kg；采場(chǎng)頂板眼之外炮眼裝藥3.0 kg。采場(chǎng)頂眼采用空氣

間隔不耦合裝藥，使用的藥卷直徑為32 mm，裝藥不耦合系數(shù)為1.2～1.5；其余炮眼采用同種藥卷連續(xù)裝藥［1］。起爆方式采用導(dǎo)爆索傳爆，并聯(lián)方式連接，使用非電毫秒雷管引爆，眼口用長(zhǎng)度不小于50 cm的廢渣或黃泥堵塞。

4 起爆注意事項(xiàng)

（1）爆破順序，按順序起爆。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人工裝藥的方便及非電毫秒雷管的延時(shí)誤差，確定合理的起爆時(shí)間。

（3）引爆雷管須采用同類同批次導(dǎo)爆管雷管，不得混用不同的導(dǎo)爆管雷管。

（4）為確保傳爆正常，傳爆導(dǎo)管須使用雙線加強(qiáng)。

起爆網(wǎng)絡(luò)采用導(dǎo)爆索并聯(lián)起爆。

5 鉆爆效果

采場(chǎng)實(shí)際炮眼深度3.5 m，平均循環(huán)進(jìn)尺3.15 m；平均炮眼利用率90%，拱部炮眼痕跡率50%～60%。爆炸后渣石塊度合適，符合電耙及耙渣機(jī)裝渣要求。

6 安全生產(chǎn)效益

未正確實(shí)施光面爆破的工作面，頂板容易松動(dòng)甚至冒落（見圖1、圖2）；在出礦前必須維護(hù)好頂板，才可以安排人員去出礦。維護(hù)頂板的方法有錨桿支護(hù)、錨網(wǎng)支護(hù)等方式，在采取這些支護(hù)方式護(hù)頂?shù)倪^程中，應(yīng)加強(qiáng)①需要資金的投入，②需要人員的投入，③需要時(shí)間的投入。一次頂板維護(hù)較好的爆破施工后的工作就是出礦，而現(xiàn)在變成了支護(hù)—出礦，多了一道支護(hù)工序，這就造成①增加了生產(chǎn)成本和時(shí)間；②同時(shí)因?yàn)轫敯宀环€(wěn)，也增加了安全風(fēng)險(xiǎn)［5］。

光面爆破削減了爆破對(duì)頂板的擾動(dòng)，形成了光滑、平整、規(guī)則的頂板爆破工作面，維護(hù)了頂板的穩(wěn)定性（見圖3、圖4），減少了維護(hù)頂板帶來(lái)的不安全因素和經(jīng)濟(jì)上的消耗，使后續(xù)工作得以順利進(jìn)行。

6.1 安全效益

光面爆破產(chǎn)生的安全效益體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：一是經(jīng)濟(jì)效益，但是不能用簡(jiǎn)單的量來(lái)計(jì)算（可以把普通微差爆破后，頂板需要支護(hù)以確保穩(wěn)定，這個(gè)過程消耗的人力物力折算成經(jīng)濟(jì)價(jià)值，與光面爆破后不需要護(hù)頂進(jìn)行對(duì)比）；二是安全效益，因?yàn)轫敯宓姆€(wěn)定性提高了，減少了事故發(fā)生率，有效維護(hù)了井下作業(yè)人員的生命安全。

6.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

光面爆破主要是通過空氣間隔不耦合裝藥，導(dǎo)爆索起爆來(lái)實(shí)現(xiàn)（圖7）；雖然炸藥消耗降低了，但是爆破效果卻更好了。

3.5 m 長(zhǎng)的采場(chǎng)炮眼，去掉0.5 m 用于填塞，按照一般微差爆破，剩余3.0 m需要裝0.3 m長(zhǎng)的乳化炸藥10 節(jié)；而采取空氣間隔裝藥，只需要約一半的乳化炸藥即5節(jié)乳化炸藥，既能達(dá)到破碎頂板礦石的目的［5］。同時(shí)，因?yàn)檎ㄋ幍臏p少減輕了爆破對(duì)頂板的沖擊力度，超挖現(xiàn)象大為減少，頂板的成形也比較規(guī)則、平整，進(jìn)而增加了頂板的穩(wěn)定程度（圖8）。

每天每個(gè)采礦工作面，節(jié)約的炸藥量雖然不多，但是1 a下來(lái)，就是一個(gè)巨大的數(shù)字。以1個(gè)采礦工作面為例，統(tǒng)計(jì)其節(jié)約的炸藥如表1所示。