某金屬礦巷道掘進(jìn)光面爆破施工技術(shù)研究

韓孟微，尹曉玉，羅世云，李建功

我國金屬礦山巖石多為堅硬的圍巖，穩(wěn)定性高。在實際采礦過程中，往往選擇掘進(jìn)爆破的方法。巷道掘進(jìn)開挖爆破具有斷面小、自由面少、夾制力強的特點。為了改善施工狀況，需要解決的是改進(jìn)爆破技術(shù)，提高爆破效果。因此使用光面爆破技術(shù)可以很好的解決以上問題。

光面爆破可分為全斷面爆破和預(yù)留光面爆破。一般情況下，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖斷面采用全斷面法，巷道斷面較大時，常采用預(yù)留光滑層法。其中，全斷面光面爆破是利用光面爆破技術(shù)對巷道進(jìn)行全斷面開挖的施工方法。與傳統(tǒng)的爆破方式相比，最大的優(yōu)點是可以有效控制周圍的爆破損傷。光面爆破廣泛應(yīng)用于隧道、地鐵等對周邊輪廓要求較高的爆破施工中，效果更為明顯，可形成符合設(shè)計要求的規(guī)則、平滑的輪廓。同時，圍巖擾動范圍小，有效減少應(yīng)力集中引起的坍塌現(xiàn)象，利于圍巖的穩(wěn)定，從而保證建筑物的安全。大大降低了建設(shè)成本。本文結(jié)合滬某金屬礦巷道掘進(jìn)爆破工程，詳細(xì)論述了該工程光面爆破開挖技術(shù)施工工藝流程及操作要點，證明了該技術(shù)應(yīng)用于實際工程具有良好的經(jīng)濟和社會效益。

1 工程概況

某金屬礦285 中段巖石及頂?shù)装鍑鷰r主要為大理巖，巖石普氏硬度系數(shù)f=8 ～10，巖石完整性好，為中度穩(wěn)定巖層。為加快巷道施工進(jìn)度，礦山引進(jìn)阿特拉斯鑿巖機進(jìn)行鑿巖施工。 最大鉆孔深度為3.4m，鉆孔直徑為42mm。 巷道斷面形狀為三芯拱的三分之一，尺寸為4.0m×3.8m，斷面面積為12.03m2。

2 光面爆破理論

光面爆破采取微震動控制爆破技術(shù)。為控制超挖，周邊采用光面爆破方法。光面爆破要求周邊眼爆破既能將巖石爆落下來，又能形成規(guī)整的輪廓，盡可能保留半孔痕跡，減小爆破對圍巖的擾動，減少超挖量。裝藥集中度（q）、最小抵抗線（W）直接影響周邊巖石的爆落效果；“規(guī)整輪廓”主要與炮眼間距（E）、炮眼密集系數(shù)（m=E/W）和最小抵抗線有關(guān)（W）；半孔率主要與不耦合系數(shù)（D=d 炮眼/d 炸藥）有關(guān)。因此，影響光面爆破效果的主要參數(shù)應(yīng)是：炮眼間距（E）、炮眼密集系數(shù)（m）、裝藥集中度（q）、最小抵抗線（W）、不耦合系數(shù)（D）。而它們之間又是相互聯(lián)系的，只有這些參數(shù)整體上處在某一正確的范圍內(nèi)，才能達(dá)到理想的光爆效果。

3 工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

巷道掘進(jìn)施工采用鉆爆法開挖時，應(yīng)采用光面爆破或預(yù)裂爆破。拱部宜采用光面爆破，墻部宜采用預(yù)裂爆破，底板應(yīng)預(yù)留光爆層進(jìn)行光面爆破。爆破前應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、斷面尺寸、開挖方法、循環(huán)進(jìn)尺、鉆眼機具和爆破材料等進(jìn)行鉆爆設(shè)計，施工中應(yīng)根據(jù)爆破效果及時調(diào)整爆破參數(shù)，以達(dá)到最佳爆破效果。

鉆爆設(shè)計的內(nèi)容包括炮眼（掏槽眼、輔助眼、周邊眼）的布置、深度、斜率和數(shù)目；爆破器材、裝藥量和裝藥結(jié)構(gòu)；起爆方法和爆破順序；鉆眼機具和鉆眼要求等。

設(shè)計采用起爆網(wǎng)絡(luò)為孔內(nèi)微差起爆網(wǎng)絡(luò)：把不同區(qū)域炮眼中伸出的非電毫秒雷管導(dǎo)爆管腳線（10 ～20 根）用1 段雷管連接起來后，把外部網(wǎng)絡(luò)雷管的腳線用引爆雷管連接起來。各段毫秒雷管腳線集束于掌子面中央懸掛，用電雷管起爆，瓦斯段采用磁電管起爆。孔內(nèi)微差低段雷管跳段使用，使各相鄰段間隔時間大于40ms。周邊眼采用大段別雷管引爆，最后起爆，保證光爆效果。

起爆順序：掏槽眼、擴孔眼、內(nèi)圈眼、底板眼、周邊眼，擴孔眼一層一層地往外進(jìn)行起爆，最后周邊眼爆破達(dá)到光爆效果。

3.2 鉆爆設(shè)計

3.2.1 全斷面法開挖鉆爆設(shè)計

全斷面法采用光面爆破開挖，嚴(yán)格控制裝藥量及按照光面爆破設(shè)計施工，減少炮轟波對圍巖的擾動，達(dá)到愛護(hù)圍巖的目的。

周邊眼采用φ25mm 小直徑藥卷不耦合裝藥方式，其余炮眼采用連續(xù)裝藥，富水地段采用乳化防水炸藥，掏槽眼采用復(fù)式楔形掏槽。爆破材料采用1 ～15 段非電毫秒雷管和塑料導(dǎo)爆管起爆，周邊眼采用低爆速、低密度、高爆力、傳爆性好的小直徑2號巖石硝銨炸藥（φ25mm 直徑），富水地段采用乳化炸藥，炮泥堵塞，導(dǎo)爆管復(fù)式網(wǎng)路聯(lián)接，各部一次起爆。光面爆破受多種因素影響，包括圍巖強度、整體性、節(jié)理、層理等地質(zhì)因素，爆破參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)計動態(tài)調(diào)整。同一類圍巖經(jīng)試爆取得的技術(shù)參數(shù)，做為初步依據(jù)，每一循環(huán)爆破作業(yè)都要根據(jù)上一循環(huán)爆破效果，以及本循環(huán)圍巖特征進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，選擇一組最佳技術(shù)參數(shù)。上一循環(huán)是下一循環(huán)的預(yù)設(shè)計和試爆破。

施工順序：測量放樣→標(biāo)出孔位→鉆正頂孔→鉆孔→裝藥連線→起爆。

鉆爆作業(yè)整個鉆孔過程，可分為準(zhǔn)備、定位、開口、拔桿、移位五步。

（1）準(zhǔn)備

開工前準(zhǔn)備工作做到“四查”，即：查風(fēng)槍的運轉(zhuǎn)；查風(fēng)水管路連接部位是否牢固；查鉆頭鉆桿等配件是否備全；查易耗材料、器材是否有充分的備用量。

（2）定位

在掌子面畫出各炮孔位置及中線和高程十字線，確定鉆孔范圍，并明確鉆孔先后次序。

（3）開口

風(fēng)槍開口時緩慢推進(jìn)，并特別注意鉆桿方向與斷面中線的夾角是否符合設(shè)計外插角。

（4）拔桿

在整體性好的石質(zhì)可中速較慢拔出；如遇破碎巖石卡釬時，應(yīng)慢慢來回推進(jìn)，使之拔出；如拔桿困難，再靠近該鉆位重新鉆眼，使之拔出。

（5）移位鉆孔

鉆好一個炮孔進(jìn)行下一炮孔鉆進(jìn)時，要做到“準(zhǔn)、順、平、齊”。

準(zhǔn)：按周邊孔參數(shù)要求，孔位要選準(zhǔn)；

順：側(cè)墻孔孔口要順開挖輪廓線布置，使孔底均位于開挖允許的超欠范圍內(nèi)；

平：各炮眼相互平行（孔口和孔底距相等）；

齊：孔底要落在同一平面上，爆出的斷面要整齊，便于下一循環(huán)作業(yè)。

按各斷面炮孔爆破設(shè)計裝藥量裝藥聯(lián)線，塑料導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)連接采用復(fù)式聯(lián)接網(wǎng)路。炮孔孔口采用炮泥堵塞。

圍巖光面爆破通過不斷的進(jìn)尺，不斷調(diào)整、優(yōu)化。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，周邊眼間距宜控制在60 ～65cm、底板眼間距宜控制在65 ～70cm 之間、抵抗線控制在75cm 左右；上臺階內(nèi)圈眼間距為70 ～90cm，每環(huán)間距控制在75 ～100cm 之間根據(jù)，中、下臺階內(nèi)圈眼間距可根據(jù)出碴能力靈活控制，一般為110 ～130cm之間，每層之間為70 ～110cm。

鉆爆設(shè)計及周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、圖2。

圖1 斷面炮孔布置圖

圖2 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

Ⅱ級圍巖全斷面爆破開挖設(shè)計參數(shù)及綜合爆破參數(shù)分別如表1、表2。

表1 Ⅱ級圍巖全斷面爆破開挖設(shè)計參數(shù)表

表2 綜合爆破參數(shù)表

3.2.2 臺階法開挖鉆爆設(shè)計

采用臺階法開挖時，爆破器材選用乳膠炸藥、塑料導(dǎo)爆管非電起爆系統(tǒng)，毫秒微差有序起爆。上臺階周邊眼采用Φ25mm 小直徑藥卷，光面爆破，其它炮眼采用Φ32mm 藥卷；下臺階周邊眼采用Φ25mm（長200mm，200g／卷）藥卷，預(yù)裂爆破，其它炮眼采用Φ32mm 藥卷。Ⅲ、Ⅳ級圍巖臺階法施工典型斷面爆破設(shè)計、裝藥結(jié)構(gòu)如圖3、圖4。

圖3 臺階法施工典型爆破設(shè)計示意圖

圖4 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

爆破藥量分配見表3 所示，主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)見表4 和表5所示。

表3 圍巖正臺階開挖光面、預(yù)裂爆破裝藥參數(shù)表

表4 臺階光面爆破主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)

表5 臺階預(yù)裂爆破主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)

掏槽是掘進(jìn)爆破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，掏槽效果的好壞直接關(guān)系到炮孔利用率和對圍巖的擾動。根據(jù)本段地質(zhì)情況，采用復(fù)式楔形掏槽。

炮眼深度：掏槽眼眼深2.6m，其它炮眼深2.5m。起爆方式為孔內(nèi)微差起爆。

周邊眼采用Φ25mm 小直徑藥卷間隔裝藥，其它炮眼采用Φ32mm 藥卷連續(xù)裝藥。

4 操作要點

4.1 定位鉆眼

人工鉆眼開始前，測量人員用紅油漆準(zhǔn)確繪出開挖面的中線和輪廓線，標(biāo)出炮眼位置，其誤差不超過5cm。

鉆孔時，鉆桿與斷面軸線保持平行。按炮眼布置圖正確鉆孔。對于掏槽眼和周邊眼的鉆眼精度要求比其它眼高，開眼誤差要控制在3cm 和5cm 以內(nèi)。

人工鉆眼，利用自制鑿巖臺架、YT—28 風(fēng)動鑿巖機施工，鉆工首先熟悉炮眼布置圖，熟練地操縱鑿巖機械，特別是鉆周邊眼，有專人指揮，以確保周邊眼有準(zhǔn)確的外插角。同時，根據(jù)眼口位置及掌子面巖石的凹凸程度調(diào)整炮眼深度，以保證炮眼底在同一平面上。

鉆眼作業(yè)應(yīng)符合下列要求：

（1）炮眼的深度和斜率應(yīng)符合鉆爆設(shè)計。掏槽眼眼口間距誤差不大于3cm、眼底間距誤差不得大于5cm；輔助眼眼口排距、行距誤差均不得大于5cm；周邊眼眼口位置誤差不得大于3cm，眼底不得超出開挖斷面輪廓線3 ～5cm/m（深眼取大值，淺眼取小值）。

（2）當(dāng)采用鑿巖機鉆眼時，掏槽眼眼口間距誤差和眼底間距誤差不得大于5cm；眼底不得超出開挖斷面輪廓線15cm。

（3）當(dāng)開挖面凹凸較大時，應(yīng)按實際情況調(diào)整炮眼深度，使周邊眼和輔助眼眼底在同一垂直面上。

（4）鉆眼完畢，按炮眼布置圖進(jìn)行檢查并做好記錄，對不符合要求的炮眼應(yīng)重鉆，經(jīng)檢查合格后方可裝藥。

（5）采用鑿巖機鑿孔，當(dāng)鑿孔高度超過2.0m，都應(yīng)配備與開挖斷面相適應(yīng)的作業(yè)臺架進(jìn)行鑿孔；鉆孔作業(yè)應(yīng)定人定崗，尤其是左右側(cè)周邊眼鉆工不宜變動。

4.2 裝藥起爆

裝藥前，用由木制的炮鉤和小于炮眼直徑的高壓風(fēng)管輸入高壓風(fēng)將炮眼石屑刮出和吹凈。

裝藥方式除周邊眼采用間隔裝藥外其余采用正向連續(xù)裝藥。

裝藥前，首先認(rèn)真檢查毫秒雷管的外觀質(zhì)量與批次，外觀質(zhì)量不合格的雷管嚴(yán)禁使用，同排炮所使用的雷管必須是同一批次的。

裝藥分片分組并按炮眼設(shè)計圖確定的裝藥量自上而下進(jìn)行，雷管“對號入座”。炮眼以炮泥堵塞，堵塞長度不小于40cm。所有炮眼的剩余部分采用水炮泥和黏土炮泥封堵，必須填滿，以減少爆破中的明火出現(xiàn)。

安全注意事項：起爆器必須有專人看管，嚴(yán)禁亂丟亂放；起爆器的看管人員攜帶起爆器在掌子面人員未全部撤離之前，不準(zhǔn)離開掌子面；母線的敷設(shè)距離高壓線的距離不小于5 米；在連接起爆網(wǎng)絡(luò)之前，雷管的腳線與母線必須短路；爆破現(xiàn)場應(yīng)有專人統(tǒng)一指揮；起爆地點必須在洞外右側(cè)10 米處，不準(zhǔn)起爆人員面向洞口。

4.3 盲炮的處理

當(dāng)遇到盲炮后，及時查明盲炮的原因。

發(fā)現(xiàn)盲炮或懷疑有盲炮，應(yīng)立即報告并及時處理。若不能及時處理，應(yīng)在附近設(shè)明顯標(biāo)志，并采取相應(yīng)的安全措施。

難處理的盲炮，應(yīng)請示爆破工作領(lǐng)導(dǎo)人，派有經(jīng)驗的爆破員處理。

處理盲炮時，無關(guān)人員不準(zhǔn)在場，應(yīng)在危險區(qū)邊界外設(shè)警戒，危險區(qū)內(nèi)禁止進(jìn)行其他作業(yè)。

禁止拉出或掏出起爆藥包。

盲炮處理后，應(yīng)仔細(xì)檢查爆堆，將殘余的爆破器材收集起來，未判明爆堆有無殘留的爆破器材前，應(yīng)采取預(yù)防措施。

經(jīng)檢查確認(rèn)炮孔的起爆線路完好時，可重新起爆。

處理淺眼盲炮時，可用木制、竹制或其它不發(fā)生火星的材料制成的工具，輕輕將炮眼內(nèi)大部分填塞物掏出，用聚能藥包誘爆。

處理深孔盲炮時，可取出部分填塞物，向孔內(nèi)灌水，使之失效，然后進(jìn)行下一步處理。

盲炮處理應(yīng)在當(dāng)班處理，不移交下一班組。

4.4 超欠挖控制

爆破后的圍巖面保證圓順平整無欠挖，巷道允許超挖值見表6。

表6 巷道允許超挖值（cm）

3、最大超挖值是指最大超挖處至設(shè)計開挖輪廓切線的垂直距離。

4、表列數(shù)值不包括測量貫通誤差、施工誤差。如采用預(yù)留支撐沉落量時，不應(yīng)再計超挖值。

5、測量方法采用巷道斷面儀或全站儀配反光片進(jìn)行。

6、超過本表所列數(shù)值的部分按局部坍塌或塌落處理。

巷道超欠挖的測定采用直接尺量的方法，用二次襯砌輪廓鋼架做基準(zhǔn)，當(dāng)防水板鋪設(shè)專用臺車移動時，用直尺量取需測定點至輪廓剛架的最小距離，并考慮噴射混凝土的厚度，以確定超欠挖值。

采用風(fēng)鉆打眼，炮眼深度在3m 以內(nèi)時，兩茬炮銜接處的臺階不得大于15cm；采用臺車打眼，接茬處的臺階高度應(yīng)按機型而定，但不得大于25cm。

巷道開挖不得欠挖，當(dāng)圍巖完整、石質(zhì)堅硬時，允許巖石個別突出部分侵入襯砌（每1m2不大于0.1m2、高度不大于5cm）。拱腳和墻腳以上1m 范圍內(nèi)嚴(yán)禁欠挖。

5 結(jié)論

光面爆破技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了研究，并在多個工程中得到應(yīng)用，可以有效解決爆破開挖問題，節(jié)省人力物力。 本文采取的光面爆破開挖技術(shù)，詳細(xì)介紹了該技術(shù)的施工過程和施工過程中的重要操作點 施工過程安全可靠，現(xiàn)場施工速度快，現(xiàn)場施工環(huán)境好。 施工環(huán)境得到有效保護(hù)，為今后類似項目提供參考。