光面爆破技术在井巷工程中的应用.pdf

第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集 1 0 1 9 光面爆破技术在井巷工程中的应用 王敏周瑞涛庞骏杰任怀全 通钢集团板石矿业有限责任公司吉林1 3 4 3 0 4 捕蔓本文分析了光面爆破技术在井巷掘进中应用的结果和作用；计算了光面爆破的各项参数；以及利用光面爆 破技术所得到的良好经济效益。 关■词光面爆破，井巷掘进，光爆参数，炸药单耗 分类号O3 1 9 ．5 6文献标识码A文章螭号 T H E T E C H N I Q U E o FS M o o T HB L A S T I N GA P P L I E SI NT H EW E L L L A N EE N G I N E E R I N G W a n g m i nZ h o uR u i - t a o P a n gJ u n k i e R e n H u a l - - q u a r t T o n g H u aI r o n ＆S t e e I G r o u p B a n s h iI r o nO r eC O ．L T D J i l i n1 3 4 3 0 4C h i n a A b s t r a c tT h i sa r t i c l ea n a l y z e dt h a tt h et e c h n i q u eo fs m o o t hb l a s t i n ga p p l i e si nt h er o a d w a yd r i v a g ew i t ht h e r e s u l ta n d f u n c t i o n ；c o m p u t e dv a r i o u sp a r a m e t e r s i nt h es m o o t hb l a s t i n g ；a n dm a k eu s eo f t h es m o o t h b l a s t i n gw i t h t h ep e r f o r m a n c ee c o n o m i c g o o d ， K e y w o r d st h es m o o t h b l a s t i n g ，r o a d w a yd r i v a g e ，t h es m o o t hb l a s t i n gp a r a m e t e r ；t h ee x p l o s i v eu n i t c o n s u m p t i o n 目前，大多矿山在井巷掘进时仍采用普通法掘 进爆破，特别是我矿只在部分工程 如6 3 0 水平开 拓、3 8 7 水平开拓 施工中局部采用光面爆破技术 并取得了良好的效果。普通法掘进在施工过程中对 围岩造成明显的破坏作用，对岩体构成严重损伤， 致使巷道规格不整，超挖或欠挖现象严重。尤其在 井巷通过破碎带时，经常导致岩体大面积自然冒落 或片帮。从而导致增加支护工作量，工程成本上升， 也给正常生产和安全管理带来困难。 光面爆破是相对于普通爆破而言的。在井巷掘 进施工中应用光面爆破技术能达到按设计轮廓线爆 裂岩石，使巷道周壁保持平整，最大限度地减少对 围岩的破坏。总结光面爆破技术相对于普通法爆破 技术具有以下特点； 1 采用光面爆破技术施工，井巷轮廓好，岩 壁平整，一船成巷后周边轮廓符合设计要求，对围 岩无明显破坏，方便工程维护，提高使用安全性。 2 减少了超挖，节省了挖掘回填支护的工作 量和材料，生产成本降低，生产效率提高，劳动强 度降低，是一种快、好、省的掘进方法。 3 炸药单耗降低。单位炸药消耗量为普通爆破 法的8 0 ％一8 5 ％。 1 普通法掘进 板石矿区内矿体围岩一般为角闪片岩，坚固性 系数户8 1 0 _ 乒1 2 1 4 ，属中硬以上岩石；矿体为 磁铁矿，矿石坚固性系数卢1 5 - 2 0 。 1 ．1 普通法掘进炸药单耗计算如下 q 咐”5 嘲s x x o d 。h k g ／m 3 其中k 常数，对于平巷k 0 ．2 5 0 ．3 5 。 ，．岩石坚固性系数，我矿岩石户8 1 0 ，或 户1 4 - 1 6 。 如断面影响系数s x s ／5 9 为巷道掘进断面。 喀药卷直径影响系数d x d d 3 2 ，d e 为药卷直径 作者王敏简介；男，3 0 萝．采矿工程师，毕业于包头钢铁学院，现任通钢集团扳石矿业有限责任公司井下矿副矿长 1 0 2 0 第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集 m m 。 炮孔数目 Ⅳ 岛炸药爆力影响系数e x 3 2 0 ／e ，e 为所用炸药 矿石中 k q s h ／ a G 口 2 ．0 8 9 爆力。 O ．2 ／ o ．6 0 ．1 5 X O ．8 3 3 ．2 8 ≈3 4 在矿石中和在岩石中巷道断面均为s _ - 9 m 2 ，所 用炸药为拂岩石炸药，药卷直径为d 。3 2 m m ，炸药 密度为0 ．9 ～0 ．9 5 9 ／c m 3 ，炸药爆力为P 3 2 0 e r a 3 。 岩石中 q ， o ．3 5 x 8 0 ．7 5 ，√歹万√丽j 3 2 0 ，3 2 0 1 ．3 6 k g ／m 3 矿石中 q 。 o3 5 x 1 4 0 7 5 ，帕万√i i 万j 3 2 0 ／3 2 0 2 ．0 8 k g ／m 3 每次爆破或每一循环所需炸药量为 Q q v q s 研k g 式中v 每一循环预定爆破矿岩体积 m 3 。 一巷道掘进断面 m 2 。 上作面炮孔平均深度 m 。 目炮眼利用率 0 ．8 0 ．9 5 。 矿石中 Q q k S t o 2 ．0 8 9 x 2 x O ．9 3 3 ．6 9 埏 岩石中 Q ， q j J 娜 1 ．3 6 9 x 9 x 2 x O ．9 2 2 ．1 8 k g 根据我矿的实际，每一循环所需炸药分别为岩 石中3 0 3 6 k g ，矿石中为3 6 - 3 7 ．5 k g 。 1 ．2 炮孔数目确定 设每个孔装药量为Q o 。 Q o a l G ／h 其中口装药系数。掏槽眼为0 ．6 0 ．8 ；辅助眼和 周边眼为0 ．5 加．6 5 。 h 每个药卷长度 m 。 G 每个药卷重量 k g 。 h 孔深 m 。 岩石中掏槽眼Q O C 0 ．7 2 0 ．1 5 ／0 ．2 1 ．0 5 k g 辅助眼和周边眼Q O f - 0 ．8 2 0 ．1 5 ／0 ．2 - - 0 ．7 5 k g 矿石中掏槽眼Q o c 0 , 8 2 O ．1 5 ／02 1 ．2 k g 辅助眼和周边鼹Q o F - - - 0 ．6 x2 x 0 ．1 5 ／0 ．2 0 ．9 k g 岩石中Ⅳ q s h ， a G 刀 1 ．3 6 9 9 X 0 ．2 ／ o ．6 X 0 ．1 5 1 X 0 ．9 5 ≈2 6 我矿的实际与理论计算基本相符。 2 光面爆破的各种参数 光面爆破参数的设计和选择是光面爆破效果的 关键，参数的理论计算如下 2 ．1 连续装药的不耦合系数 炸药在炮孔中爆炸后形成的爆炸冲击波的平均 P n p 。v 。。／8 d 。I d 6 o 压力为 其中n 爆生气体与炮孔壁碰撞时的压力增大系数， n 8 1 0 。 P 炮孔内爆炸形成的平均压力。 h 炸药的爆速 我矿为姊岩石炸药， h 3 2 0 0 m ／s 。 如装药炮孔直径 d b 4 0 m m 。 p o 炸药药卷平均密度 0 ．9 0 ．9 5 9 ／c m 3 。 光面爆破技术的关键是炸药爆炸时对炮孔壁面 产生的冲击压力不大于岩石的抗压强度。P 。 k b s c 。 b 体积应力状态下岩石的抗压强度增大系数， b 1 0 。 ＆岩体的单轴抗压强度，在掘进过程中通过 的岩石扣8 一1 0 、矿石卢1 4 ～1 6 ，导致单轴抗压强度 不同，不耦合系数不同。 在岩石中不耦合系数为 铲帆z c 篆章“ c 蚩罴譬焉，6 观， 在矿石中不耦合系数为 弘引啦c 篆参⋯ c 舞鬻等广6 观∞ 2 ．2 间隔装药单位装药长度 根据矿山实际所用药卷直径3 2 m m 炮孔直径 4 0 m m ，不能满足连续装药的不耦合系数，所以采用 空气间隔装药，当炸药爆炸后，作用在炮孔壁面上 的冲击压力为 弟八扶茔国岩自力字与工程字术大会论又集 1 0 2 1 P _ 华 ‘百d e ，6 t 而／c 矿砷 嚣“、耋耋黧黧长度和空气间隔长度’炸药墨等I，4争塑筹笋野I”争叫。卫crnl0％能量 用于压碎围岩。 ‘ 2“32 岩石中 其中 ㈨ f ．】 噜 6 _ u u 8 。⋯1 0 x ㈣1 4 x 1 0 0 。1 x 0 I ‘㈣X 4 0 k m ∞mP l ／8 pv2 _ l ，8 x 9 0 0 X 3 2 0 0 2 1 1 7 5 4 ．9 k g c m - 2 1 1 7 4 0 0 l 旷P a 矿石中 懈H 卜 州8 k b 。s 。。x 亭d b ‘ 嚣冀搿‰睁 一一，m 2 ．3 线装药密度 岩石中 q s 2 6 5 0 ．1 5 ／2 0 0 0 ．1 9 9 k g ／m 0 ．2 k g ，m 矿石中 舒4 6 4 0 ．1 5 1 2 0 0 0 ．3 4 8 k g ，m 0 ．3 5 k g ／m 2 ．4 炮眼间臣 光面爆破的最小抵抗线不完全取决于装药直 径、每米炮孔装药量和岩石性质，而要求自由面反 射的应力波达到炮眼中心连线之前在应力波和爆生 气体共同作用下形成贯穿裂隙，从而形成屏蔽，作 用防止破坏围岩，炮眼间距计算如下 S 2 R 。 妞 S ， R 堕 ，，a 拿 S t ‘ P ●丝 m 占 ‘p 。 pkv b 式中R F 每个炮眼产生的裂隙长度。 即岩石抗拉强度。 P 6 爆生气体充满炮眼时静压力。 P 2 作用在炮眼壁面上初始应力峰值。 P I 爆生气体膨胀过程临界压力，p F 9 ．8 1 0 7 P a 仇炸药爆炸压力。 b 切向和纵向应力比系数b v ／ 1 - v 0 ．0 3 。 口压力衰减系数，口2 ．b 1 ．6 7 。 ．Ⅳ凝聚炸药等熵指数取3 ．0 。 k 凝聚炸药纯热指数取1 ．3 。 、n ；装药和炮孔体积。 岩石中 州争“ 争 盟警塑 L ”” 争m s c m 岩石中 s 钞申州1 1 。7 4 0 。0 x 1 0 4 ”‰譬麓筹尸妯一旷 B Z S 6 9 x l O r P a 2 9 2 ．7 6 k g e m 。 矿石中 铲掣n 学“，嚆’r X 3 2 蕊2 x 4 6 舻4 x 2 ”一埘 B 5 ．9 3 x 1 0 7 P a 6 0 5 自g c m 4 炮眼间距S 岩石中 s 2 R , 导以 2 i 1 8 ．5 等7 3 ∞ 5 4 ．5 一 矿石中 s 碣 挈 z x Ⅵ．z 鬻x 加娟c m 2 ．5 最小抵抗线 w 堡 甜屯 式中W 最小抵抗线 舶线装药密度 c 爆破系数c O ．2 加．5 k g m - 3 如炮眼长度 岩石中 w 兰苎垒； 0 ．7 4 m c o k 0 ．5 x 0 ．5 4 5 2 矿石中 Ⅳ型生一． 坚箜2 0 ．8 m ；1 ．6 m C ． 1 b O ．5 x 0 ．4 3 x 2 2 ．6 炮眼密集系数 岩石中 m 三0 ．5 4 5 0 ．7 3 1 三兰堂74mo ．3 * 5 U ．j W1 ．6 矿石中 1 0 2 2 第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集 根据普通爆破的经验在岩石中密集系数为0 ，7 3 较为合理。但在矿石中炮孔距0 ．4 3 m ，最小抵抗线 1 ．6 米都不十分合理，因为当炮眼间距为1 ．5 m 时， 半孔率儿乎为零，围岩破坏严熏，所以应适当缩小 为l m 左右取0 ．8 一l m 之间，而最小抵抗线1 ．6 m 过 大且小符合矿山实际．应适当减小为0 ．9 一l m 。此时在 矿石中的m 取值为0 ．9 ⋯10 根据国内最新资料显 示，可以达到良好的效果。 2 ．7 填塞 填塞的目的是为了提高炸药爆炸能量的利用 率，从而提高井巷掘进的爆破效率。井巷掘进中多 采用黄泥填塞炮孔或者不填塞，致使炮孔利用率低。 台理的填塞长度应与装药长度或炮孔直径成一定比 例，在光面爆破中，填塞长度应取装药长度为 0 ．5 ～0 ．6 m 。 2 ．8 起爆时差 两相邻光爆孔中因雷管误差会导致不能同时起 爆，存在起爆时差，专门试验和光爆实践表明，这 种时差在1 0 m s 以内有利于贯穿裂隙的形成。我矿 的光爆实践证明，两相邻光爆孔的时差不大于 1 0 0 m s 即可获得良好的爆破效果，时差愈短则壁面 平整效果愈有保证。根据我矿的实际，采用导爆管 雷管起爆系统，时差利于控制，所以采用导爆管雷 管起爆系统同时起爆方案。 辅助孔相对于掏槽孔，辅助孔之间周边孔相对 于辅助孔它们的毫秒间隔取5 0 一l O O m s 之间。因为 我矿的矿岩坚硬，可以取小一些，如在1 0 5 0 m s 之 间。为便于操作，辅助孔之间可分三段进行，光爆 孔同时起爆。 掏槽孔的布置方式可以按矿岩的性质及地质构 造选取。可以采用桶形掏槽或螺旋掏槽，其布孔方式 和普通爆破法相同。若采用螺旋掏槽空孔距装药孔距 离依次可取4 0 - 7 2 m m 、1 2 0 - 1 8 0 m m 、1 6 0 2 2 0 m m 。 根据实际可加大孔距为此值的1 ．5 ～2 倍。 衰I 光，数见 T a b l e l L o o k f o r t h e p Ⅱa m n 盯o f s m o o t h №恤坞洒t h e f o Ⅱo w i n 8 f o r m 3 巷道形状及炮孔布置 3 ．1 主沿脉巷道多布置在下盘岩石当中服务年限 长，阶段运输巷道也布置在岩石中，服务年限更长。 采用方形巷道则经常出现浮石和冒顶现象，影 响生产的正常进行，增加巷道的维护费用，不利于 安全管理。若采用三心拱形巷道或半圆拱形巷道将 增加巷道的抗压强度，提高巷道的使用寿命，减小 巷道的支护费用和掘进岩石量。 出矿巷道采用方形比较合理，因为根据椭球体 放矿理论，方形巷道出矿，岩石混入率较低，矿石 回收率较高；出矿巷道服务时间短，顶板易于管理， 所以不采用拱形巷道。 根据以上因素阶段运输平巷，主沿脉巷道及部 分联络道采用三心拱或半圆拱形或者近似三心拱形 巷道。而出矿巷道则采用方形巷道。其净断面积分 别为三心拱形矗 ．B 0 ，3 。式中矗为拱高岛为巷道 净宽 3 m 。 S * n F 8 ．3 4 m ‘ S 自* m 9 m 2 3 ．2 炮孔布置 岩石中周边孔数约为1 3 个一1 5 个 底板孔数为4 个 按辅助孔装药 巷道顶板孔数为5 ～7 个 炮眼间距为0 ．7 1 ．0 m 岩性好时取小值不好取大值 巷道壁布孔约为4 个 辅助孔数目根据工作面岩性布孔，其布孔数目 与方式与普通爆破法基本相同，但在布孔时要留出 光爆层厚度约7 5 0 m m 孔数约为1 3 ～1 5 个 掏槽孔孔数为5 - 6 个 总计孔数为3 l 一3 6 个 矿石中 顶板布置4 - 6 个孔 巷道壁布景4 个孔 底板布孔4 个 辅助孔和普通爆破法相同为1 6 1 8 个但要留出 光爆层厚。 掏槽孔数为5 - 6 个 总计炮孔数为3 3 3 8 个 炮孔布置图如下 第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集 1 0 2 3 图1 三心拱巷道光爆孔布霹图 F i g IT h e b o r e s o f t h r e e h e a r ta r t h t u n n e l s m o o t h b l a s t i n ga I e a n - a n g e di nt h ed i a g r a m 4 炸药消耗 4 ．1 总装药量 岩石中掏槽孔按4 个孔装药 Q 。 4 Q 。。 4 1 ．0 5 - - - 4 ．2 k g 辅助孔和底板孔共1 8 个 Q 产1 8 Q o ／ 1 8 x 0 ．7 5 1 3 ．5 k g 周边孔中的壁孔为4 个孔和顶板5 个孔装药为 图2 方形巷道光爆孔布置图 F i g2 T h e b o r e s o f t h es q u a r e t u n n e ls m o o t h b l a s t i n g m a r r a n g e di nt h ed i a g r a m Q z 9 q b X 2 - - - - 9 0 ．2 x 2 3 ．6 k g 总装药量Q Q c Q Q z 4 ．2 1 3 ．5 3 ．6 2 1 ．3 k g 矿石中掏槽孔按4 个孔装药 Q ‘一Q o F 4 x1 ．2 4 ．8 k g 辅助孔和底板孔共1 6 个 Q 1 6 X Q o f f l 6 x O ．9 1 4 ．4 k g 底板孔4 个Q 剃Q o f - 4 0 ．9 3 ．6 k g 其余周边孔数为9 个孔 Q z 9 x q b X 2 9 0 ．3 5 2 6 、3 k g 总装药量Q G Q 广卜Q Q z 4 ．8 1 4 ，4 3 ．6 6 ．3 2 9 k g 4 ．2 炸药单耗 炮眼利用率在岩石中取0 ．9 5 ，矿石中取0 ．8 5 ， 三心拱断面巷道断面8 ．3 4 m 2 。每循环掘进量 岩石中V O ．9 5 8 ．3 4 2 1 5 ．8 4 6 m 5 矿石中V O ．8 5 9 2 1 5 ．3 m 3 炸药单耗如下 岩石中2 1 ．3 ／1 5 ．8 4 6 1 ．3 4 k g ／m 5 矿石中2 9 ／1 5 ．3 1 ．9 k g ／m 5 5 经济效益 5 ．1 节省掘进炸药量。 我矿用普通爆破法施工时，岩石中用方形巷道， 每循环用药3 0 一3 6 k g ；矿石中每循环用药为 3 6 3 7 ．5 k g 。采用光面爆破同时在岩石中巷道采用三 心拱形则炸药费用可节省2 0 ％左右。 5 ．2 降低支护费用。 采用光面爆破后，可以降低支护等级或不支护， 取得明显的经济效益。 5 ．3 降低出岩量。 阶段运输巷道和主沿脉巷道采用拱形光面爆 破。崩落岩体体积明显降低，为普通方形巷道爆破 量的8 8 ％，大幅度降低了出岩量，节约成本。 5 ．4 采用了光面晨破技术后巷道半孔率达到8 0 ％ 以上。 6 施工中应注意的问题 6 ．1 保证钻眼质量。光面爆破的效果与钻眼质量有 很大关系，施工时应尽量保证炮眼的准、平、直、 齐。尤其是周边眼一般要求倾斜率为3 ％，不大于 5 ％。开眼位置偏差不大于3 0 m m ，钻孔深度应基本 相同。 6 ．2 严格控制装药。保证光爆质量，要严格控制装 药量和合理装药结构。 6 ．3 保证填塞质量，光爆效果与填塞质量有密切的 关系。 6 ．4 严格控制起爆顺序和起爆时差。 1 0 2 4 第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集 7 对光爆技术应用的展望8 结语 7 ．1 爆技术在理论上日趋完善，并获得了大量的经 验。我矿光爆技术方面仍为空白，经过实践性试验 后，效果良好并已经推广使用，获得了良好的经济 效益。 7 ．2 根据国内最新资料和实际试验表明，在坚硬完 整的岩体中，光面爆破设计参数可适当放宽。炮孔 间距和最小抵抗线间距可调大到0 ．9 ～1 ，若采用小直 径药卷连续不耦合装药，装药量将进一步降低，爆 破效果会进一步得到改善。 7 ．36 3 0 开拓工程，工程量大且巷道都在岩石当中， 巷道断面大、服务年限长，要求施工质量高，采用 光面爆破技术和拱形巷道，大幅提高围岩的强度， 减少支护费用和出岩费用。3 8 7 水平开拓工程仍采 用了光面爆破技术。 井巷掘进中的光爆技术，是被实践证明了的爆 破技术，全面应用于我矿的生产、工程后大幅降低 了生产成本，获得巨大的经济效益。 参考文献 采矿手册．V O L ．2 冶金工业出版社，1 9 9 01 2 刘祖亮、陆明、胡炳成．爆破与爆炸技术．江苏科学技术出版社 1 9 9 8 ．3 2 林德余矿山爆破工程冶金工业出版社．1 9 9 3 ．1 0 1 爆破器材．中国民用爆破器材学会，1 9 9 9 6 ．V O L2 8 解世俊金属矿床地下开采．冶金工业出版社．1 9 9 2 4 高磊．矿山岩石力学．机械工业出版社 l 2 3 4 5 6 光面爆破技术在井巷工程中的应用光面爆破技术在井巷工程中的应用 作者王敏， 周瑞涛， 庞骏杰， 任怀全 作者单位通钢集团板石矿业有限责任公司,吉林,134304 本文链接