孟小瑞

(河南省水利水电学校,河南省周口市,466001)

硬岩斜巷掘进中深孔光爆参数优化研究

孟小瑞

(河南省水利水电学校,河南省周口市,466001)

为提高硬岩斜巷成型质量和施工效率,以桃园煤矿人行上山爆破施工为背景,分析了造成炮眼利用率较低、巷道超欠挖严重及施工效率较低的原因,结合理论计算和工程前期施工经验对各爆破参数进行优化.结果表明:优化后的爆破方案采用全断面一次起爆,掏槽选用三级楔形掏槽,周边眼炮眼密集系数取0.89,底板眼呈双排梅花型布置,可使炮眼利用率提高到90.5%,巷道成型质量显著提高,每爆破循环节约用时1 h.

硬岩 斜巷掘进 光面爆破 中深孔 爆破参数 楔形掏槽

中深孔光面爆破技术加快了岩巷掘进速度,故在硬岩巷道爆破掘进中广泛应用.当前,学者对中深孔光爆参数的研究多集中在缓斜巷道或平巷,对倾角20°斜巷爆破参数研究较少.本文以桃园煤矿人行上山为背景,对硬岩斜巷掘进的中深孔光爆参数进行优化研究.

1 施工概况

桃园煤矿人行上山巷道埋深-491.5～-791.2 m,倾角20°,全长870.5 m.巷道开挖断面为直墙三心拱形,断面面积17.3 m2.巷道下行施工,主要岩性为砂岩,普氏系数f＝8～10,无淋水,无瓦斯.采用雷管Ⅰ～Ⅴ段毫秒延期电雷管、PT473水胶炸药,药卷直径27 mm,长度400 mm,重量335 g.

采用双楔形掏槽,所有炮眼的炮泥封堵长度均大于0.5 m.每爆破循环共用雷管82发,炸药52.60 kg,爆破分两次起爆.炮眼布置见图1,爆破参数见表1.经过10个循环的爆破施工,爆破效果不理想,炮眼利用率低,平均为70%;巷道成型为锯齿形,底高现象严重;施工进度缓慢,分次爆破用时2 h.

图1 原方案炮眼布置

表1 原方案爆破参数

2 爆破参数优化

2.1 掏槽参数优化

2.1.1 原爆破方案掏槽参数存在的问题

(1)采用双楔形掏槽,虽然较单式楔形掏槽能更好地克服岩石夹制作用,但是由于巷道倾角大且下行施工,岩石夹制作用进一步加大,仅凭10个掏槽眼难以将槽腔岩石顺利抛出.

(2)二掏眼眼底间距过大,达750 mm,炸药爆破形成的裂隙区难以叠加.

(3)由于二掏眼与首排辅助眼间距过大,导致首排辅助眼的最小抵抗线过大,达1120 mm.

(4)掏槽眼装药量根据经验式计算:

式中:Q——单个槽孔装药量,kg;

S——槽腔平均横断面积,原方案为1.06 m2;

Lb——炮眼长度,原方案为2.2 m;

N——装药掏槽眼数,原方案10个;

q——炸药单耗,kg/m3,楔形掏槽经验取值为6～10 kg/m3,本工程取6.5 kg/m3.

将相应参数代入式(1),计算得原方案槽孔装药量为1.5 kg/孔,而实际一掏眼为0.5 kg/孔,二掏眼1.0 kg/孔,远小于理论计算值.

2.1.2 掏槽参数优化措施

(1)将双楔形掏槽优化为三级楔形掏槽,槽腔逐步成型,更有利于克服岩石夹制作用.

(2)缩小二掏眼眼底间距至405 mm.

(3)由于增加三级掏槽,使得首排辅助眼最小抵抗线缩小至868 mm.

(4)增加掏槽眼个数,同时缩小掏槽眼间排距.一掏眼增加至6个,间距1100 mm,单孔装药量1.5卷;二掏眼增加至8个,间距1800 mm,排距400 mm,单孔装药量3.5卷;三掏眼8个,单孔装药量3卷.

2.2 光爆参数优化

2.2.1 原爆破方案参数存在的问题

光爆参数主要包含周边眼间距、周边眼密集系数、光爆层厚度、二圈眼间距等.光爆参数直接决定了巷道成型质量.原爆破方案中主要存在问题.

(1)周边眼间距过大.合理的周边眼间距应保证炮眼间贯通裂隙完全形成.周边眼间距、周边眼密集系数和光爆层厚度三者符合下列关系:

式中:E——周边眼间距,m;

K——周边眼密集系数;

W——光爆层厚度,m.

一般认为,周边眼间距等于10～18倍炮眼直径,当岩石较硬时,周边眼间距取值较小.本工程炮眼直径为32 mm,且普氏系数为8～10,故合理的周边眼间距应为350～400 mm,而原方案为450 mm.

(2)周边眼密集系数过大.周边眼密集系数一般取0.7～1.0,而原方案周边眼密集系数值为1.125.由于周边眼间距和周边眼密集系数选取不合理,导致光爆层厚度值也不合理.

2.2.2 光爆参数优化措施

(1)将周边眼间距缩小至400 mm.

(2)光爆层厚度取值450 mm,此时周边眼密集系数为0.89,符合要求.

(3)根据已有研究,二圈眼间距一般应比周边眼间距大100～200 mm,故二圈眼间距取600 mm.

2.3 底板眼参数优化

2.3.1 原底板眼设计问题

下行施工的巷道,底板岩石夹制作用较平巷大.当底板眼个数较少时,底板难以爆破至设计标高,出现底高.若缩小底板眼间距,增加底板眼个数,则打底眼困难且容易打穿炮孔.若增大底板眼单孔装药量,则对底板围岩造成较大破坏,对日后支护不利.

2.3.2 底板眼优化措施

增加一排底板眼,且两排底板眼呈梅花型布置,同时增大下层底板眼间距.上层底板眼的外插角为5°,下层底板眼的外插角增大到7°.两排底板眼承担了原来单排底板眼需要爆破的岩石方量,爆破更容易完成,有利于消除底高现象.

2.4 辅助眼爆破参数

2.4.1 原辅助眼设计问题

第二炮区域的辅助眼爆破时,最小抵抗线竖直向下,可借助重力作用完成岩石的抛掷.而原爆破方案第二炮的辅助眼无论是炮孔间距还是单孔装药量均与第一炮的辅助眼相似,不仅增加了钻凿工作量和炸药雷管用量,也对控制施工效率和爆破成本不利.

2.4.2 辅助眼优化措施

在保持单孔装药量不变的条件下,增大第二炮区域的辅助眼间排距.

优化后爆破方案的炮眼布置见图2,爆破参数见表2.

图2 优化后方案炮眼布置

表2 优化后方案爆破参数

2.5 爆破次数优化

原爆破方案采用分次起爆,增加了通风、瓦斯监测、敲帮问顶、联管装药、警戒等时间,延长了爆破用时.而本工程巷道断面面积17.3 m2,可以实现全断面一次起爆.

3 优化后爆破效果

使用优化后的爆破方案进行了20个循环的爆破施工.与原方案爆破效果对比结果见表3.

表3 爆破效果对比

由表3可知,同原方案相比,优化后方案的爆破进尺增大0.41 m,增长率达29.3%;炮眼利用率增大20.5%,增长率达29.3%;爆破用时减少1 h,降低率达25%;炸药和雷管单耗分别减少0.32 kg/ m3、0.71发/m3,降低率分别为14.7%、20.9%.

优化后的爆破方案较好地解决了在硬岩斜巷下行爆破施工中存在的炮孔利用率低、巷道断面成型质量差等突出问题.

4 结论

(1)三级楔形掏槽更适合于下行施工的硬岩斜巷.

(2)底板眼双排梅花型布置有利于消除底高现象.

(3)全断面一次起爆较分次起爆可节约爆破用时,条件允许时,尽量采用全断面一次起爆.

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(责任编辑 张毅玲)

Study on smooth blasting parameter optimization of medium-length hole in hard rock inclined roadway drivage

Meng Xiaorui
(Water Conservancy and Hydropower College of Henan Province,Zhoukou,Henan 466001,China)

To improve the forming quality and construction efficiency of hard rock inclined roadway,taking the blasting construction of walkway rise in Taoyuan Coal Mine as the background,the reasons for low use ratio of blast hole,serious back break of roadway and low construction efficiency were analyzed,and the blasting parameters was optimized by combining with theoretical calculation and previous construction experience.The results showed that the optimized blasting scheme with full section one-time blasting method,three-level wedge cut,intensive coefficient of periphery hole adopting 0.89 and double-row quincunx type distributed floor hole could increase the use ratio of blast hole to 90.5%.The roadway forming quality improved significantly and the time of each blasting cycle decreased to 1 h.

hard rock,inclined roadway drivage,smooth blasting,middle-length hole,blasting parameter,wedge cut

TD235.3

A

孟小瑞(1967-),女,河南省舞阳县人,高级讲师,河南省教育厅学术技术带头人,主要研究方向为土木工程新型建筑材料特性及施工质量控制。