井巷施工中的光面爆破技术研讨

2020-07-04唐亚男

中国金属通报 2020年4期

王寅，唐亚男，王健

（山东黄金集团青岛黄金有限公司，山东青岛 266100）

井巷工程光面爆破技术因自身的优势己经成为井巷掘进中一种主要施工工法和关键技术[1]。

1 地质概况

某矿山井下岩层断裂构造发育，因岩浆活动以及地质构造运动，造成脉岩频繁穿插，可见明显的石英化脉状断层，且在大理化灰岩中伴有溶洞现象，溶蚀裂隙发育较深，与断层相交后易形成较具规模的破碎带。岩层中破碎带的流质充填物与岩溶水相互作用，降低了岩层的整体稳固性。

2 井巷施工中的光面爆破技术

2.1 周边孔炮孔间距

根据工程地质情况可知，其IV级围岩属较软岩，局部较完整；III级围岩属较坚硬岩，因此，该周边孔间距宜取450mm～600mm。另一方面，考虑层理、节理等结构面对爆炸应力波的阻隔作用以及层理间距最小为几厘米的情况，周边孔布设宜为“长孔、短孔”交错布设方式[2]。

具体的，周边孔为长孔、短孔间隔布置，长孔纵向长度约4.0m，短孔纵向长度约2.0m；其炮孔间距拱顶至拱肩约为0.6m、拱肩至拱腰约为0.5m。

此外，周边孔外偏角设置不合理，从图中可以看到长孔成孔后孔底到设计开挖轮廓线外侧距离为150mm，该值超过边墙最大允许超挖规范值，孔底装药后爆破必然造成超挖。对此，周边孔长孔沿设计轮廓线内移量调整为15cm，外插角调整为3°；周边孔短孔沿设计轮廓线内移量调整为12cm，外插角调整为5°。调整后“长孔、短孔”布置剖面图如图1所示。

图1 长孔、短孔布置剖面图

2.2 增设空孔

空孔对于节理裂隙发育岩体矿山光面爆破成形具有重要作用。爆破初期，空孔附近的主应力差迅速增大，最大拉应力的方向垂直于炮孔和空孔连线的方向，岩体发生拉伸破坏，有利于爆破裂纹的产生。空孔的自由面效应，即爆炸应力波至空孔处被反射回的反射波对于破碎岩体具有重要作用。爆炸应力波在空孔处只发生反射不发生透射，反射后变为拉伸波作用于岩体，有利于岩体的破碎形成断裂面。

因此，为了削弱拱肩位置层理及节理结构面的影响，减小爆后其围岩错台高度及宽度，拱肩位置两周边孔连线中心处增设空孔。

2.3 光爆层厚度

矿山光面爆破中光爆层厚度是指周边孔到自由面的垂直距离，实际上是一个岩石拱。光爆层厚度大小直接影响光面爆破成型效果，若光爆层厚度过大，光爆层岩石阻抗炸药爆破的能力大，造成欠挖；若光爆层厚度过小，围岩开挖轮廓外侧将会产生裂隙区，造成超挖。如图2所示，从爆炸应力波在岩石中叠加和损伤的角度来看，光爆层厚度与炮孔间距相等时，爆破效果较好[3]。

光爆层厚度优化结果，III级围岩：拱顶至拱肩为0.65m，拱肩至拱腰为0.8m；IV级围岩：拱顶至拱肩为0.65m，拱肩至拱腰为0.7m。

图2 爆炸应力波在自由面的反射

2.4 装药集中度

当炮孔直径为42mm，且采用2号岩石乳化炸药进行矿山光面爆破时，岩石不同抗压强度与周边孔每延米单孔装药量的线性关系如图3所示。III～IV级围岩的抗压强度为33.8MPa～59.4MPa，依据图3可知，周边孔装药集中度宜取0.22kg/m～0.39kg/m。周边孔的装药集中度宜取普通爆破法的1/3～1/4，约0.15kg/m～0.25kg/m。

综合以上研究结果，周边孔单孔装药量取为0.15kg/m～0.25kg/m。

图3 不同岩石抗压强度下单孔装药量

2.5 装药结构

理论和数值计算研究结果表明，针对节理裂隙发育且包含软弱夹层的围岩，周边孔径向采用空气偏心不耦合装药较好。数值计算结果表明，对比周边孔轴向不同装药结构的岩体损伤分布结果，炸药两侧均有空气段时岩体损伤合理、爆破效果最为理想。研究表明，周边孔轴向采用不祸合装药结构，爆破扰动范围和孔口处破坏程度均比连续装药结构小。

因此，周边孔径向采用空气偏心不祸合装药，轴向采用空气均匀间隔装药。具体的，将300mm药卷长度切割为100mm和200mm，导爆索贯穿全孔引爆。周边孔长孔装药结构拱顶至拱肩位置的如图4（a）所示，拱肩至拱腰位置的如图4（b）所示。周边孔长孔用炮泥浸水堵塞，堵塞长度250mm～400mm。周边孔短孔装药长度150mm，位于炮孔中心偏内位置。