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提高岩巷掘进成形效率光面爆破技术应用的影响研究

2023-09-06 16 上传者：管理员

摘要：光面爆破技术是矿山巷道掘进施工中的主要技术之一，针对矿山巷道掘进中施工难度、工程量的问题。本文通过对光面爆破技术概述，分析了光面爆破技术在岩巷掘进成形中的应用要点及影响因素，对最小抵抗线、孔距、不耦合系数、线装药密度等参数优化，制定施工控制标准，在实际应用中效果明显，降低施工成本26%，以此为光面爆破技术应用对提高巷道掘进成形提供参考。

关键词：
光面爆破技术
巷道掘进
开采方式
成形效率
矿山巷道
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在我国矿山区域中，基本上都是非常坚硬的岩石组成，稳定系数非常高。在开发利用过程中，往往会使用巷道掘进爆破方式，但是巷道掘进爆破呈现出断面非常小、自由面不足、夹制力强等特点[1]。为改变现有开采方式的弊端，应当对爆破技术进行调整优化，才能更好地提升爆破效率和效果，从而增强巷道掘进成形效率。光面爆破技术和以往使用的爆破技术相比，可以很好地解决当前存在的问题[2]。这种技术可以划分为全断面爆破和预留光面爆破。在具体使用中，基本上针对围岩都会使用全断面爆破，如果巷道存在很大断面，会使用到预留光面爆破。其中，前者是使用光面爆破技术对巷道实施全断面开挖的施工方法。与以往使用的爆破方式比较，其最大优势是能够对爆破所产生的损伤进行合理控制[3]。一般情况下，光面爆破技术主要是在隧道、地铁等对周围轮廓要求很高的施工项目中使用，所产生的施工效果非常显著，能够形成符合施工设计方案的轮廓。并且，围岩扰动空间非常小，可以避免产生大面积坍塌，有利于保障围岩稳定，从而保障地面建筑物体的安全，也降低施工成本[4]。在煤矿资源开采中，现阶段大部分资源都存在于深部地质环境中，需要使用巷道掘进方式进行资源开采，更加应当对光面爆破技术进行使用，才能保障煤矿资源开采的效率和安全性。

1、光面爆破技术概述

(1）原理。光面爆破技术形成的原理是在周围区域设置相应孔，安装炸药爆炸后，借助空气柱传播途径产生拉应力，促使炮孔间产生裂缝，从而实现光爆效果。在具体使用中，巷道周边应当科学合理设置孔，并且沿着矿产资源开挖轮廓线进行布置，也需要满足断面情况，确保所有孔都处于相同开挖平面上；装药区域应该使用大孔径-小药卷炸药模式，其他炮孔使用径向-轴向不耦合装药方式；起爆需要按照设置的炮径实施引爆[5]。

(2）特点。光面爆破技术在使用中，可以让巷道成型速度更快且规整，使开挖断面和设计开挖轮廓满足开采要求[6]，工程质量得到进一步提升。如果围岩稳定性非常高，应该采用半径成孔方式；如果围岩稳定性非常差，光面爆破技术所形成的孔是不好的，优点是围岩稳定、不会受振动破坏、能够承受较大冲击力，保持围岩强度不变，松紧情况仅为常规方式的30%。对光面爆破技术应用过程分析如图1所示，优点是可以减少顶板上的装药数量以降低施工成本、避免超挖少挖。开挖工作量可控且提高工作效率和质量；施工安全度高；降低顶板浮石处理数量，工作人员工作强度降低；降低顶板区域的支护次数，提升巷道掘进速度，避免使用过多混凝土。缺点是需要进行很多炮径施工，对比分析施工作业量忽略不计，在节理和构造发育区产生的光爆效果不佳。

图1采用普通爆破与光面爆破对围岩造成破裂情况对比

2、光面爆破技术在巷道掘进成形中的应用要点及影响因素

（1）孔径确定。孔径确定是巷道掘进成形的重要因素。需从以下三方面关注。第一，结合煤矿围岩情况对直径进行预测，确保可以让穿孔更有效率，也可以便于爆破过程的开展，从而降低孔径大小。第二，关注台阶高度，这与炮径大小有着非常直接的关系，往往台阶越高，孔径也需要越大，可以让成孔更加简单。第三，在选择炸药中，应当保障爆破效果达到预期目标，需要使用到工业炸药，降低对定制炸药的使用数量。

(2）开挖面分区。开挖面分区是巷道掘进成形的重要因素。在煤矿岩巷掘进中，应当按照“全过程保持洞身拱效应”原则，为降低每一次炸药使用量，应该设计科学合理的开挖形状和支护设计要求，设计断面需要使用到区域开挖方式。在爆破分区中，应当针对一二三类围岩条件相对完整的区域，实施全断面爆破；针对大断面及特大断面区域，需要使用分区爆破方式；针对地质条件没有办法实施全断面爆破方式的，应该对断面区域进行整体分析，按照台阶开挖爆破方式。如果分区过程中，所涉及的爆破质量很高，应该按照光面爆破使用要求对其进行控制。在初期爆破过程中，应该使用机械设备开挖作业，对于存在爆破没有达到效果的区域，技术人员应该按照巷道掘进要求对爆破点位进行再次设计；分离区域所形成的临空面，应当在初期支护过程中进行健全，从而保障掘进作业安全。

(3）装药参数选择。装药参数选择是巷道掘进成形的重要因素。在光面爆破技术使用中，装药量是非常重要的影响因素，也是实现岩巷掘进的基础部分。一方面，装药数量不足，很大程度上产生的爆炸效果就很弱，针对其中存在的坚硬岩石是无法起到很好的作用的，也难以科学合理完成爆破工作。另一方面，如果装药数量非常多，往往产生的爆炸效果非常强，既会对岩石进行炸碎，也会对岩石周围其他物质产生重大影响，直接对支护结构带来严重破坏，最终将施工人员全部活埋。因此，在使用光面爆破技术时，需要对装药数量进行精确计算，才能更好地产生光面爆破效果，在矿山预列爆破中，不同矿山有着很大的不同，岩石特点及地质结构是不同的。加上预列爆破效果也会受到诸多因素的影响，使用经验性的公式无法得到合理的数据，仅仅只能发挥参考作用。从实际工作过程中，应当对矿山地质环境进行全面分析，从而可以得到更为精确性的炮径参数。

(4）掏槽效果。掏槽效果是巷道掘进成形的重要因素。在光面爆破技术应用中，掏槽效果对爆破效果产生的影响是基础性的。这源于光面爆破也是针对岩石区域的，而岩石表面非常光滑，无法对炸药进行有效安装。并且，如果使用表面固定方式，难以产生很好的爆破效果。基于这种情况，只有对岩石掏槽，让岩石表面区域形成不同的孔洞，才可以对炸药进行放置。如果掏槽问题处理后，就可以开展爆破，对岩石进行有效处理。但是，掏槽往往是有着很多要求的，应当对爆破威力进行计算，也需要对炸裂方向进行明确，才能确保岩石区域全面炸碎。该项工作也是非常专业性的，如果计算出现任何问题，都会造成无法估量的情况。

(5）填塞施工。填塞施工是巷道掘进成形的重要因素。在填塞施工作业中，应当在其中装入岩渣，并且确保填塞质量达标。从具体使用中，用测量绳将编织袋放置在距孔口约3.5m处，将测量绳的另一端系在木杆上，然后将木杆夹在孔口处并固定。为防止预裂爆破导致的孔口岩石过度破碎，在填筑施工中必须使用岩渣，并确保施工期间的填筑质量，无冲孔情况存在，避免因冲孔为爆破效果带来不良影响。

3、光面爆破技术应用对提高巷道掘进成形的应用分析

(1）工艺流程。在矿山巷道掘进施工中，钻爆法开挖和光面爆破相结合可以产生较好的巷道成型效果，一般情况下，在拱部区域中使用光面爆破技术；在墙面区域中选择使用预列爆破技术；在底板和顶板施工中使用光面爆破技术，设计科学合理的钻爆施工方案，施工作业中也需要结合爆破效果对爆破参数进行合理调整，从而产生更好的爆破效果。在钻爆过程中，涉及炮眼布置、深度设置、数量设置、炸药数量等，也需要对起爆方式、爆破顺序进行明确，才能达到预期效果。在实际使用中，应该选择使用孔内微差起爆网络，将不同区域存在的炮眼，利用雷管将其进行全部连接，并且使用外部网络雷管的脚线对引爆雷管连接。各个区域的雷管脚线需要将其放置于中央悬挂，采用电雷管起爆，可以产生很好的起爆效果。在孔内微差低段雷管跳段使用，确保每个间隔区域时间超过40s。周围涉及的大段雷管应当选择雷管引爆，以此起到光爆效果。如图2所示，在起爆顺序中，掏槽眼→扩孔眼→内圈眼→底板眼→周边眼→扩孔眼，整个按照此顺序一层一层引爆，从而达到光爆效果。

图2光面爆破炮眼布置图

(2）钻爆设计。在水井坑煤矿项目的钻爆设计中，按照规定的装药数量及光面爆破设计开始施工作业，降低对周围岩层的振动，有效保障围岩稳定性。需要使用不超过20mm直径的炸药卷，采用不耦合装药方式，其余炮眼使用连续装药方式，存在地下水非常丰富的区域需要使用乳化防水炸药，掏槽眼也应当使用复式掏槽。在这种施工中，所使用的爆破材料应当是非电毫秒雷管和塑料导爆管起爆，周围存在的孔眼需要使用低速度、低密度、高爆破力、传爆性高的岩石硝铵炸药，存在地下水非常丰富的区域需要使用乳化防水炸药，使用炮泥堵塞，导爆管也需要使用网络连接，有利于起爆。

图3钻爆设计流程图

确定煤矿岩巷掘进施工时，要综合考虑水井坑煤矿巷道的地质条件、钻孔设备、爆破器材、支护方法和技术水平等因素，应特别强调的是施工方案和爆破方法之间有密切的关系，按照图3的流程图进行施工，明确按照炮眼布置图进行正确钻孔，钻孔前必须严格按照钻爆设计标识出孔位和编号；必须保证钻孔质量，防止漏钻和多钻，施工步骤应当是测量放样→标出孔位→钻正顶孔→钻孔→装药连线一起爆。施工过程可分为准备、定位、开口、拔杆、移位五步。第一，检查所有设备、管线、各类耗材储量，保障施工作业顺利开展。第二，应当使用掌子面对各个炮径区域进行明确，也要对打孔顺序标记。第三，将风枪慢慢推进，并且关注到钻杆移动方向直至与断面形成合理夹角，从而保障钻孔的合理性。第四，针对岩石区域完整性好的区域可以缓慢拔出，当岩石区域出现破碎情况，拔出需缓慢进行且施工难度大，此时需要对钻孔位置进行调整将其拔出。按照上述方式，对炮孔位置进行打出，并且按照要求装入相应的炸药数量，从而可以产生好的效果。

4、结束语

在水井坑煤矿的岩巷掘进作业中，使用钻头方式，会造成大量钻头损坏，难以让矿山资源进行有效开采。基于这种情况，就需要对爆破技术进行调整，使用炸开方式才能进行矿井掘进工作。就诸多爆破技术而言，产生爆破效果最好的是光面爆破技术。在水井坑煤矿巷道掘进需要对爆破技术进行改进，结合施工区域地质情况选择科学合理的爆破技术，优化各工艺参数并合理使用，结合巷道施工具体情况，对爆破技术进行使用，从而有利于保障围岩安全，确保矿产资源顺利开采，同时降低了施工成本26%。因此，在煤矿开采中，应当科学合理使用光面爆破技术，才能更好地实现矿产资源顺利开采，也可以推动矿产资源开采行业稳定发展。

参考文献:

[1]姜家明,杨翎,马朝阳,原鹏鹏韩兴旺,戎西伟PVC间隔装药光面爆破技术在掘进爆破中的应用[J]采技术2023,23(02)-:80-84.

[2]李继业,张剑兴何兴贵赵明生周桂松叶海旺水垫封光面爆破技术在隧道掘进中的应用研究[J]爆破2020,37(01):74-80.

[4]杨伟韦黎平超埋深高应力硬岩条件下如何通过光面爆破实现快速掘进技术研究[J]中国石油和化工标准与质量,2020, 40(16):228-229.

[5]张国旗光面爆破的机理及其在边坡中的应用J]新疆有色金属,2010,33(06):1-2.

[6]陈必港楼晓明,伍恩,等基于ALE算法的隧道光面爆破空气间隔作用机理研究[J]有色金属(矿山部分),2016,68(05):87-92.

文章来源:康文言.光面爆破技术应用对提高岩巷掘进成形效率的影响研究[J].当代化工研究,2023,(17):32-34.