光面爆破实践与应用研究

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摘要：光面爆破是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，在设计轮廓线内的岩石爆破崩落以后，再爆破轮廓炮孔，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。该技术20世纪50年代起源于瑞典，我国从20世纪60年代中期开始研究，它与传统的爆破法相比，最显著的优点是能有效地控制周边眼炸药的爆破作用，从而减少对围岩的扰动，保持围岩的稳定，减少超、欠挖，确保施工安全，提高工程质量和进度。

关键词：煤矿；岩巷；光面爆破；爆破参数设计

中图分类号：TB41文献标识码： A 文章编号：

0 概述

目前，我国岩巷掘进爆破现场施工仍普遍存在少打眼、乱打眼、多装药、乱放炮的现象，造成的后果是炮眼利用率低，岩石碎块抛掷远，爆堆不集中，周边超挖量大，成型质量差，围岩松动破坏严重，在松软岩层中周边很难留下半边眼痕。不仅影响了巷道掘进的速度，增加了出矸量和支护材料消耗，也降低了巷道的稳定性和安全性。

为此，笔者试图通过科学合理设计爆破参数。以期提高爆破效率、改善爆破效果、实现光面爆破，保证巷道施工安全和质量。

一、光面爆破参数设计

1、.掏槽孔参数确定

决定掘进进尺的关键是掏槽爆破。要提高炮眼利用率，就应首先选择合理的掏槽形式和掏槽参数。

（1）掏槽方式选择

根据永夏矿区开拓、准备巷道所布岩层特征，掏槽方式选择为垂直楔形掏槽。该掏槽方式爆破效果好，掏槽可靠性高，所需炮孔少。

（2）掏槽孔装药量

根据掏槽爆破要求，装药爆后要将槽腔内岩石充分破碎并抛出，因此，装药量较其它炮孔要大，且不同种类的岩石装药量有变。楔形掏槽每个掏槽孔的装药量按公式（2-1）计算。

（2-1）

式中-掏槽孔装药量，kg；-掏槽爆破岩石单位体积炸药消耗量，kg/m3，Ⅲ-Ⅳ类围岩1.5-1.75kg/m3；-槽腔体积，m3；-斜孔掏槽炮眼数。

（3）炮孔间距确定

垂直楔形掏槽炮孔间距，目前还没有较好的理论计算公式，大多依照经验参数取值。根据永夏矿区开拓、准备巷道所布岩层特征，楔形掏槽炮孔孔口间距按0.35～0.5m取值，炮孔与工作面夹角按60～75°取值，炮孔数目按4～6个取值。

2、辅助孔参数确定

（1）辅助孔布孔方式选择

掏槽爆破后，由于槽腔的存在，辅助眼爆破就有两个自由面。因永夏矿区岩巷断面均为拱型，周边眼采用密扇形布孔方式。

（2）最小抵抗线

按经验公式（2-2）计算最小抵抗线。

（2-2）

式中：-装药密度，kg/m3；-炸药相对做功能力，水胶炸药为110；-装药直径，m；-岩石抗爆性系数，砂岩0.3-1.2，与普氏系数关系为。

（3）辅助眼间距

（2-3）

（4）辅助眼装药量

（2-4）

3、周边孔参数确定

（1）炮孔装药量

装药线密度 （2-5）

装药系数按（2-6）

式中-体积应力状态下的岩石强度提高系数，取10；-岩石抗压强度，Mpa；-炸药密度，kg/m3；-爆速，m/s；-炮孔直径，m；-炸药直径，m；-装药不耦合系数，；-装药系数。

（2）炮孔间距

合理的炮眼间距应保证炮眼间贯通裂隙完全形成，可按应力波叠加理论求算。

其中-切向应力与径向应力之比，，为泊松比；

-炸药作用于炮孔壁的压力，Mpa，此处，为体积应力状态下的岩石强度提高系数，取10；为岩石抗压强度，Mpa。

-应力波衰减指数，；

-岩石抗拉强度，Mpa；

（3）最小抵抗线

二、工程应用情况

某矿采区轨道巷，标高-635m，巷道布置于二2煤层顶板5m处，该层岩性为砂岩及中砂岩，岩石抗压强度75Mpa，抗拉强度5.7Mpa，泊松比为0.27，巷道断面为直墙半圆拱型，设计毛宽3.4m（净宽3.2m），毛高3.3m（净高3.2m），掘进断面9.98m2，爆破使用煤矿许用二级水胶炸药，炸药密度为1000kg/m3，爆速为3600m/s，药卷直径为32mm，炮孔直径为42mm。

1、爆破参数设计情况

根据以上原理计算及结合井下实际情况，爆破参数在计算的基础上进行了局部调整，设计为正向装药结构，炮眼布置三视图见图2-1.

图2-1 炮眼布置三视图

2、不同情况下参数调整情况

（1）周边眼的眼距和最小抵抗线的距离

周边眼的眼距和最小抵抗线的变化直接影响光面爆破的效果，当岩石硬度 f=2～4时，周边眼间距为300mm，抵抗线为450mm；当岩石硬度 f=4～6时，周边眼间距为400mm，抵抗线为500mm。

（2）装药量

周边眼采用低爆速、低密度、低猛度、高感度、高爆力和爆轰稳定的低威力炸药。不同岩石应采用不同的装药量：当岩石硬度 f=2～4时，每m炮孔装药量为10～75g，周边眼深在 1.6～1.8m时装药150g；当岩石硬度f=4～6时，每 m炮孔装药量为75～100g，周边眼深在 1.6～1.8m时装药150～300g。

（3）光面爆破的眼位及眼深

周边眼要求打得平直，近似平行于巷道轴线。当岩石硬度 f=2～4时，眼口在轮廓线内50~100mm处，眼底落在轮廓线上。当岩石硬 f=4～6时，眼口在轮廓线上，眼底不超过轮廓线 50mm。

（4）辅助眼的装药量和间距

严格控制辅助眼的装药量和间距，沿轮廓线的眼距误差小于 50mm，炮眼外偏斜率不大于100mm，眼深误差不大于 100mm，且辅助眼与周边眼间距需根据岩性合理布置，一般控制在350~500mm范围内。

三、结论

1、影响井下岩巷炮掘施工实现光面爆破的主要因素是围岩性质、爆破参数及施工控制，而通过科学合理设计爆破参数、加强各工序施工作业管理、采取试炮的方法及时调整参数等措施，可大大降低爆破对围岩的破坏，保证巷道的成型。

2、理论计算法虽然不可能完全与施工现场情况吻合，但是通过理论计算可以确定不同条件、不同断面、不同支护形式巷道的基本爆破参数，通过初步设计及施工实践检验，及时调整各参数，如此经过几个循环可以有效的提高光面爆破效率。

3、通过多次修改完善爆破参数设计，用于现场施工，光面爆破效果显著提高，眼痕率由40～50%提高到60～70%；两炮衔接台阶尺寸由原来的100～200mm降为50～150mm；岩面爆震裂缝减少约30%，创造了良好的经济与社会效益。

作者简介：侯永强，男，本科学历，山西汾西正佳煤业有限公司工作，采矿工程专业。