硬岩巷道中深孔爆破掘进技术试验研究

硬岩巷道中深孔爆破掘进技术试验研究

颜成龙

山东辉泰矿业有限公司 山东枣庄 277300

摘要：中深孔爆破技术具有施工效率高、炸药单耗低、爆破成本低等优点，在巷道掘进中得到广泛应用。但中深孔爆破技术应用于硬岩巷道时，存在炮孔利用率低、“冲炮”现象严重、炸药单耗高等问题。为了克服上述问题，实现硬岩巷道的快速施工，许多学者分析了硬岩巷道的特点，优化了爆破参数，因地制宜地提出了爆破方案。

关键词：硬岩巷道；深孔爆破；掘进技术试验

引言

深孔爆破法成本为普通法的４０％，钻井法的３０％；而效率则为普通法的１４１％，钻井法的１２８％；另外在施工作业环境和技术操作方面，该方法也具有很大优势。深孔爆破法掘进研究始于２０世纪５０年代，研究人员对深孔爆破法成井技术进行了研究。深孔爆破技术的一次爆破高度可达８ｍ，深孔爆破掘进技术试验验证了此工艺技术的应用效果。深孔爆破技术安全可靠、技术可行，本研究为下一步开展深孔爆破掘进技术研究与实施奠定了基础。

1爆破方案设计

爆破方案设计巷道爆破时，仅有工作面一个自由面，岩石夹制作用大，首先起爆的掏槽为后续其他炮孔爆破提供了第二自由面和膨胀空间，因此，掏槽爆破直接决定整个断面爆破效果。目前，掏槽形式主要有直眼掏槽、楔形掏槽和混合掏槽，其中楔形掏槽又分为单式楔形掏槽和复式楔形掏槽。对于现有气腿式凿岩设备而言，硬岩巷道钻孔速度慢，而直眼掏槽比钻孔大，进一步增加爆破耗时。同时，对于中深孔爆破而言，直眼掏槽常常需要布设大直径中空孔，气腿式凿岩机无法完成，需要其他大型凿岩设备。因此，实际应用中更侧重于楔形掏槽。

2掏槽布置

中硬岩石巷道掘进时，采用斜眼掏槽的爆破效果较好，斜眼掏槽是岩巷爆破过程中常用的掏槽方法。斜眼掏槽包括楔形掏槽与锥形掏槽两种，根据以往经验，当围岩的坚固系数f在4～8之间时，斜眼楔形掏槽的效果相对较好。掏槽眼数由岩巷的断面面积大小及围岩的坚硬程度确定，通常情况下在6-8个。因此，根据下底板岩巷岩石的坚固性系数f≈7～8，设计断面面积12.9m2、掘进断面面积为13.3m2的工程实际情况，为保证试验巷道中深孔爆破的效果，掏槽布置选择斜眼楔形掏槽，掏槽的眼数为6个。

3辅助孔参数

辅助孔介于掏槽孔与周边孔之间，主要作用为扩大掏槽和为周边孔爆破成型创造条件。根据已有研究，邻近周边孔的辅助眼一般应比周边眼间距大100～200mm。本工程取值500mm。其他辅助孔间距为450～600mm。辅助孔起爆时，有掏槽创造出的第二自由面，故辅助孔单孔装药量小于掏槽孔，同时，辅助孔炮孔间距大于周边孔，其装药量又大于周边孔。

4周边孔参数

周围的孔决定了行车道的形状质量。外周孔的两个重要参数是外周孔之间的距离和光滑光束层的厚度。

1)周边孔间距

合理的外周眼距离旨在确保爆破孔之间的裂缝完全形成。外围孔间距e=(10~18)d，其中d是孔直径。硬岩巷道的价值很低。加农石钻头在工程中用作岩石钻具，孔直径为32mm，因此周边孔之间的间隙e为320~576mm。由于巷道围岩的platts系数f为10~12，根据以往施工经验，e值为350mm。

2)光爆层厚度

光滑光束层的厚度是外围孔的最小阻力线w。外周眼距离e与外周孔最小电阻线w的比值(I/w)称为外周眼密度系数k。k一般为0.7~1.0，硬岩巷道值较大。根据现有施工经验，如果围岩的platts系数f为10~12，则k值为0.85。为方便孔标记，工程光滑爆破层厚度为400mm。

5炮眼深度选择

爆破孔深度越浅，爆破效果越不理想，对港道效率的影响越大。反之，孔深越大，对钻井速度的影响越大，搬运粉末的难度越大。因此，选择合理的孔深提有重要意义。因此，根据顶推工程、现场爆破设施、岩爆设备等的推进方案，选择爆破孔计算公式如下:

式中:l为炮眼深度，m;L为月度掘进计划，m;N为月度工作时间，取27d;k为掘进循环率，取1;n为每天循环次数，取3;η为爆破炮眼利用率，取0．9。通过计算可知。

6掏槽孔间距与水平倾角

计算斜孔掏槽孔间距目前还没有较好的理论计算公式，大多依照经验参数取值。掏槽孔口间距应控制在250-400mm，否则孔底抵抗线太大难以崩落。在选取过程中也要考虑水平倾角问题，二者相互影响。楔形掏槽爆破时掏槽孔倾角对掏槽爆破炮孔利用率、槽腔深度和槽腔体积均有较大影响不同强度的岩石掏槽爆破时需要确定与之相适应的最佳炮孔倾角，才能有效调整炸药爆炸能量的分配形式和分配比例，使其与掏槽效果相匹配，提高炸药的有效能量利用率，确保良好的掏槽效果。倾角若过小，则后续炮孔孔底的抵抗线会很大，不利于底部岩石的破坏，将导致掏槽根部岩石爆破不充分，降低炮孔利用率，影响后续炮孔的爆破。

7爆破点的区域定位

深孔爆破技术的应用也需要定位爆破点的周边区域。第一，要全面考虑煤层周围岩层爆破能力，确保爆破作业能在不影响其他环境结构的情况下实现内部突破。当山区有煤矿港道工程时，在爆破分析过程中发现煤层上部岩体爆破承载压力为1500Pa，地面压力的最高承载值为2104Pa。在此基础上，根据爆破冲击压力标准约100Pa/g，港道施工项目深孔爆破段使用的炸药应不超过15g。为确保爆破安全，避免爆破对煤层的不利影响，本工程爆破等级定为100Pa，矿井中预留了足够的爆破调整空间。这样就能有效地避免深孔爆破中岩层废弃物的现象，保证煤矿港道运行的稳定发展。二是在应用深孔爆破技术时要考虑岩层表面开挖深度，适当调整爆破位置。本工程爆破面积定位时，充分考虑了表面涂层的厚度和结构，分析了爆破结果，确定了小断面爆破的方法。该爆破处理方法不仅能有效处理爆破地点和爆破空间，还能保证煤矿港道施工结构的合理性。

8装药

现场试验时没有专门定制炸药，采用２＃岩石乳化炸药，药卷直径为３２ｍｍ，长度为０．３ｍ，药卷质量为０．３ｋｇ。由于装药孔径为７５ｍｍ，所以将３节２＃岩石乳化炸药药卷用胶带缠绑后作为装药的单节药柱。装药时，随时测量孔底堵塞段、装药段、空气间隔段、上部堵塞段的高度，保证装药质量。

9针对爆破点的区域实施定位

一般来说，定位的目的是在保证辐射安全的同时提高辐射效果。事实上，光束点的区域定位是确定光束点时精度较高的定位模式和范围逐渐减小的定位模式。定位和筛选时必须承载力。此外，爆破效果也是定位时需要考虑的关键问题，目标应是确保每次定位都能达到有助于实现开挖断裂的效果。并应注重避免其他相关接合处的稳定性问题。

10起爆方式

科学选择起爆方法可以有效地保证深孔爆破的效果。当前港道施工后，常用的起爆方法是反向起爆，起爆器放入爆破孔中。从而可以有效延长应力波的作用，延缓爆炸气体的精细作用时间。为了进一步提高爆破效率，在反向起爆过程中，可以将起爆器设置在原爆药内，在原爆药内外来回充电。同时保持正负比例1:3，提高鼓的整体效果。

结束语

在硬岩掏槽爆破中，复楔形掏槽可以解决掏槽爆破困难的问题当岩石硬度较大时，使用加装药中心孔的复楔形掏槽方案，能增强槽腔底部岩石的破碎抛掷效果，有效克服残孔问题，可以取得较好的掏槽效果，炮孔利用率由先前的提高到，是一种有效的硬岩掏槽方案。

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