光面爆破技術應用對提高巖巷掘進成形效率的影響研究

＊康文言

（廣豐礦業有限公司水井坑煤礦 福建 366100）

在我國礦山區域中，基本上都是非常堅硬的巖石組成，穩定系數非常高。在開發利用過程中，往往會使用巷道掘進爆破方式，但是巷道掘進爆破呈現出斷面非常小、自由面不足、夾制力強等特點[1]。為改變現有開采方式的弊端，應當對爆破技術進行調整優化，才能更好地提升爆破效率和效果，從而增強巷道掘進成形效率。光面爆破技術和以往使用的爆破技術相比，可以很好地解決當前存在的問題[2]。這種技術可以劃分為全斷面爆破和預留光面爆破。在具體使用中，基本上針對圍巖都會使用全斷面爆破，如果巷道存在很大斷面，會使用到預留光面爆破。其中，前者是使用光面爆破技術對巷道實施全斷面開挖的施工方法。與以往使用的爆破方式比較，其最大優勢是能夠對爆破所產生的損傷進行合理控制[3]。一般情況下，光面爆破技術主要是在隧道、地鐵等對周圍輪廓要求很高的施工項目中使用，所產生的施工效果非常顯著，能夠形成符合施工設計方案的輪廓。并且，圍巖擾動空間非常小，可以避免產生大面積坍塌，有利于保障圍巖穩定，從而保障地面建筑物體的安全，也降低施工成本[4]。在煤礦資源開采中，現階段大部分資源都存在于深部地質環境中，需要使用巷道掘進方式進行資源開采，更加應當對光面爆破技術進行使用，才能保障煤礦資源開采的效率和安全性。

1.光面爆破技術概述

（1）原理。光面爆破技術形成的原理是在周圍區域設置相應孔，安裝炸藥爆炸后，借助空氣柱傳播途徑產生拉應力，促使炮孔間產生裂縫，從而實現光爆效果。在具體使用中，巷道周邊應當科學合理設置孔，并且沿著礦產資源開挖輪廓線進行布置，也需要滿足斷面情況，確保所有孔都處于相同開挖平面上；裝藥區域應該使用大孔徑-小藥卷炸藥模式，其他炮孔使用徑向-軸向不耦合裝藥方式；起爆需要按照設置的炮徑實施引爆[5]。

（2）特點。光面爆破技術在使用中，可以讓巷道成型速度更快且規整，使開挖斷面和設計開挖輪廓滿足開采要求[6]，工程質量得到進一步提升。如果圍巖穩定性非常高，應該采用半徑成孔方式；如果圍巖穩定性非常差，光面爆破技術所形成的孔是不好的，優點是圍巖穩定、不會受振動破壞、能夠承受較大沖擊力，保持圍巖強度不變，松緊情況僅為常規方式的30%。對光面爆破技術應用過程分析如圖1所示，優點是可以減少頂板上的裝藥數量以降低施工成本、避免超挖少挖。開挖工作量可控且提高工作效率和質量；施工安全度高；降低頂板浮石處理數量，工作人員工作強度降低；降低頂板區域的支護次數，提升巷道掘進速度，避免使用過多混凝土。缺點是需要進行很多炮徑施工，對比分析施工作業量忽略不計，在節理和構造發育區產生的光爆效果不佳。

圖1 采用普通爆破與光面爆破對圍巖造成破裂情況對比

2.光面爆破技術在巷道掘進成形中的應用要點及影響因素

（1）孔徑確定。孔徑確定是巷道掘進成形的重要因素。需從以下三方面關注。第一，結合煤礦圍巖情況對直徑進行預測，確保可以讓穿孔更有效率，也可以便于爆破過程的開展，從而降低孔徑大小。第二，關注臺階高度，這與炮徑大小有著非常直接的關系，往往臺階越高，孔徑也需要越大，可以讓成孔更加簡單。第三，在選擇炸藥中，應當保障爆破效果達到預期目標，需要使用到工業炸藥，降低對定制炸藥的使用數量。

（2）開挖面分區。開挖面分區是巷道掘進成形的重要因素。在煤礦巖巷掘進中，應當按照“全過程保持洞身拱效應”原則，為降低每一次炸藥使用量，應該設計科學合理的開挖形狀和支護設計要求，設計斷面需要使用到區域開挖方式。在爆破分區中，應當針對一二三類圍巖條件相對完整的區域，實施全斷面爆破；針對大斷面及特大斷面區域，需要使用分區爆破方式；針對地質條件沒有辦法實施全斷面爆破方式的，應該對斷面區域進行整體分析，按照臺階開挖爆破方式。如果分區過程中，所涉及的爆破質量很高，應該按照光面爆破使用要求對其進行控制。在初期爆破過程中，應該使用機械設備開挖作業，對于存在爆破沒有達到效果的區域，技術人員應該按照巷道掘進要求對爆破點位進行再次設計；分離區域所形成的臨空面，應當在初期支護過程中進行健全，從而保障掘進作業安全。

（3）裝藥參數選擇。裝藥參數選擇是巷道掘進成形的重要因素。在光面爆破技術使用中，裝藥量是非常重要的影響因素，也是實現巖巷掘進的基礎部分。一方面，裝藥數量不足，很大程度上產生的爆炸效果就很弱，針對其中存在的堅硬巖石是無法起到很好的作用的，也難以科學合理完成爆破工作。另一方面，如果裝藥數量非常多，往往產生的爆炸效果非常強，既會對巖石進行炸碎，也會對巖石周圍其他物質產生重大影響，直接對支護結構帶來嚴重破壞，最終將施工人員全部活埋。因此，在使用光面爆破技術時，需要對裝藥數量進行精確計算，才能更好地產生光面爆破效果，在礦山預列爆破中，不同礦山有著很大的不同，巖石特點及地質結構是不同的。加上預列爆破效果也會受到諸多因素的影響，使用經驗性的公式無法得到合理的數據，僅僅只能發揮參考作用。從實際工作過程中，應當對礦山地質環境進行全面分析，從而可以得到更為精確性的炮徑參數。

（4）掏槽效果。掏槽效果是巷道掘進成形的重要因素。在光面爆破技術應用中，掏槽效果對爆破效果產生的影響是基礎性的。這源于光面爆破也是針對巖石區域的，而巖石表面非常光滑，無法對炸藥進行有效安裝。并且，如果使用表面固定方式，難以產生很好的爆破效果。基于這種情況，只有對巖石掏槽，讓巖石表面區域形成不同的孔洞，才可以對炸藥進行放置。如果掏槽問題處理后，就可以開展爆破，對巖石進行有效處理。但是，掏槽往往是有著很多要求的，應當對爆破威力進行計算，也需要對炸裂方向進行明確，才能確保巖石區域全面炸碎。該項工作也是非常專業性的，如果計算出現任何問題，都會造成無法估量的情況。

（5）填塞施工。填塞施工是巷道掘進成形的重要因素。在填塞施工作業中，應當在其中裝入巖渣，并且確保填塞質量達標。從具體使用中，用測量繩將編織袋放置在距孔口約3.5m處，將測量繩的另一端系在木桿上，然后將木桿夾在孔口處并固定。為防止預裂爆破導致的孔口巖石過度破碎，在填筑施工中必須使用巖渣，并確保施工期間的填筑質量，無沖孔情況存在，避免因沖孔為爆破效果帶來不良影響。

3.光面爆破技術應用對提高巷道掘進成形的應用分析

（1）工藝流程。在礦山巷道掘進施工中，鉆爆法開挖和光面爆破相結合可以產生較好的巷道成型效果，一般情況下，在拱部區域中使用光面爆破技術；在墻面區域中選擇使用預列爆破技術；在底板和頂板施工中使用光面爆破技術，設計科學合理的鉆爆施工方案，施工作業中也需要結合爆破效果對爆破參數進行合理調整，從而產生更好的爆破效果。在鉆爆過程中，涉及炮眼布置、深度設置、數量設置、炸藥數量等，也需要對起爆方式、爆破順序進行明確，才能達到預期效果。在實際使用中，應該選擇使用孔內微差起爆網絡，將不同區域存在的炮眼，利用雷管將其進行全部連接，并且使用外部網絡雷管的腳線對引爆雷管連接。各個區域的雷管腳線需要將其放置于中央懸掛，采用電雷管起爆，可以產生很好的起爆效果。在孔內微差低段雷管跳段使用，確保每個間隔區域時間超過40s。周圍涉及的大段雷管應當選擇雷管引爆，以此起到光爆效果。如圖2所示，在起爆順序中，掏槽眼→擴孔眼→內圈眼→底板眼→周邊眼→擴孔眼，整個按照此順序一層一層引爆，從而達到光爆效果。

圖2 光面爆破炮眼布置圖

（2）鉆爆設計。在水井坑煤礦項目的鉆爆設計中，按照規定的裝藥數量及光面爆破設計開始施工作業，降低對周圍巖層的振動，有效保障圍巖穩定性。需要使用不超過20mm直徑的炸藥卷，采用不耦合裝藥方式，其余炮眼使用連續裝藥方式，存在地下水非常豐富的區域需要使用乳化防水炸藥，掏槽眼也應當使用復式掏槽。在這種施工中，所使用的爆破材料應當是非電毫秒雷管和塑料導爆管起爆，周圍存在的孔眼需要使用低速度、低密度、高爆破力、傳爆性高的巖石硝銨炸藥，存在地下水非常豐富的區域需要使用乳化防水炸藥，使用炮泥堵塞，導爆管也需要使用網絡連接，有利于起爆。

確定煤礦巖巷掘進施工時，要綜合考慮水井坑煤礦巷道的地質條件、鉆孔設備、爆破器材、支護方法和技術水平等因素，應特別強調的是施工方案和爆破方法之間有密切的關系，按照圖3的流程圖進行施工，明確按照炮眼布置圖進行正確鉆孔，鉆孔前必須嚴格按照鉆爆設計標識出孔位和編號；必須保證鉆孔質量，防止漏鉆和多鉆，施工步驟應當是測量放樣→標出孔位→鉆正頂孔→鉆孔→裝藥連線一起爆。施工過程可分為準備、定位、開口、拔桿、移位五步。第一，檢查所有設備、管線、各類耗材儲量，保障施工作業順利開展。第二，應當使用掌子面對各個炮徑區域進行明確，也要對打孔順序標記。第三，將風槍慢慢推進，并且關注到鉆桿移動方向直至與斷面形成合理夾角，從而保障鉆孔的合理性。第四，針對巖石區域完整性好的區域可以緩慢拔出，當巖石區域出現破碎情況，拔出需緩慢進行且施工難度大，此時需要對鉆孔位置進行調整將其拔出。按照上述方式，對炮孔位置進行打出，并且按照要求裝入相應的炸藥數量，從而可以產生好的效果。

圖3 鉆爆設計流程圖

4.結束語

在水井坑煤礦的巖巷掘進作業中，使用鉆頭方式，會造成大量鉆頭損壞，難以讓礦山資源進行有效開采。基于這種情況，就需要對爆破技術進行調整，使用炸開方式才能進行礦井掘進工作。就諸多爆破技術而言，產生爆破效果最好的是光面爆破技術。在水井坑煤礦巷道掘進需要對爆破技術進行改進，結合施工區域地質情況選擇科學合理的爆破技術，優化各工藝參數并合理使用，結合巷道施工具體情況，對爆破技術進行使用，從而有利于保障圍巖安全，確保礦產資源順利開采，同時降低了施工成本26%。因此，在煤礦開采中，應當科學合理使用光面爆破技術，才能更好地實現礦產資源順利開采，也可以推動礦產資源開采行業穩定發展。