井巷光面爆破参数的选择实践.pdf

I S S N 1 6 7 12 9 0 0 C N 4 31 3 4 7 ／ T D 采矿技术第6卷第3期 Mi n i n g T e c h n o l o g y ，Vo 1 ． 6， No ． 3 2 0 0 6年 9月 S e p． 2 0 0 6 井 巷 光 面 爆 破 参 数 的 选 择 实 践 牵雄 云南铜业集团公司， 云南 昆明6 5 0 0 5 1 摘要 井巷开挖中光面爆破技术相关参数的选择， 目前国内外认识不尽一致， 作法也不 一 样。针对大姚铜矿井巷开挖的实际情况， 提出了用理论计算， 结合实际试验优选的方 法， 选择出光面爆破的参数， 并且在生产中取得满意的效果， 该方法可用来指导一般井巷 工程 开挖 。 关键词 光面爆破； 爆破参数； 井巷开挖 0 引 言 光面爆破是地下井巷和峒室工程开挖 中必不可 少的一种爆破技术， 现已在冶金、 煤炭、 铁路、 水电等 系统得到广泛 的应用 ， 并取得 了一些可喜 的成果 。 通常的爆破方法， 经常使开挖轮廓线以外的岩体的 完整性受到破坏 ， 爆破后的轮廓线不很平整， 超、 欠 挖得不到控制， 甚至出现许多裂缝和裂隙， 加大了围 岩的不稳定性和支护工作量， 特别是在工期短、 支护 同开挖相互干扰情况下， 需要特殊的控制爆破。光 面爆破可有效地解决此类问题， 它主要是通过合理 地布置周边孑 L 眼， 控制炸药的用量和起爆顺序， 得到 设计要求的开挖轮廓线， 从而减少超、 欠挖， 减轻对 围岩的破坏。到目前为止， 在光面爆破作用机理方 面存在一些不同的观点 如光面爆破参数的选 择问题， 在众多的参数电， 哪些是影响光面爆破效果 的主要因素， 各参数间有何关系， 如何选择， 认识不 一； 又如， 有些单位用不同的炸药， 不同的装药参数， 不同的起爆方式， 均取得了良好的光爆效果， 彼此之 间看不出很明显的差别， 无法在理论上作出精确的 解释。笔者结合近几年的井巷开挖工作实践， 针对 井巷掘进中光面爆破参数选择的有关问题进行了一 些研究， 其参数在井巷工程光面爆破的施工中起到 了较好的指导作用。这种方法对加快工程进度， 保 证施工质量、 开挖作业的安全， 降低工程造价， 获取 利润， 有着十分重要的意义。 l 光面爆破参数选择的影响因素 广义光面爆破分为普通光面爆破和预裂光面爆 破。普通光面爆破就是要将周边孔范围内的岩体爆 破下来， 形成规整的轮廓面并尽可能多的保留半边 孑 L 痕迹和减小对围岩的破坏。由岩石爆破破岩机理 可知⋯ 若要保证光爆层顺利爆破下来 ， 主要与装 药集中度口 和最小抵抗线 有关； 若要保证开挖空 间周边的成型规整， 主要与最小抵抗线、 炮孑 L 密集系 数 m和炮孑 L 间距 0 有关； 若要保留半边孑 L 痕与减小 围岩破坏， 主要取决于对不偶合系数 D的控制。由 此可见， 影响普通光面爆破效果的主要因素是 最小 抵抗线 、 装药集中度 口 、 炮孑 L 间距 0 、 炮孑 L 密集系数 m和不偶合系数 D 。 预裂爆破是光面爆破的一种特殊形式， 它是在 岩体中沿保护工程周边采用多孔同段起爆， 先形成 一 条规则的裂缝面， 以阻止爆破应力波向界外传播， 达到减少围岩破坏的目的。若要“ 炸开一条规整的 裂缝面” 主要与装药集中度 q 和炮孔间距 0 有关； 若 要“ 保留半边孑 L 和减少围岩破坏” ， 主要与不偶合系 数D有关。因此， 影响预裂的主要因素是装药集中 度q 、 炮孑 L 间距 Ⅱ 、 不偶合系数 D 。 1 ． 1 最小抵抗线 ’ ． ， 和炮孔密集 系数 ， ， l 根据有关爆破理论 ， 光面爆破中炮孑 L 间距 0 、 最 小抵抗线 W和炮孑 L 密集系数 m的关系为 m a ／ w 1 通过多年的生产实践及经验得出， 光面爆破中 炮孔密集系数对形成规整的工程轮廓线至关重要， 因而对光面爆破效果影响最大； 最小抵抗线是爆破 中的主要参数， 对光爆效果影响也很大。只要炮孔 密集系数 和最小抵抗线 搭配得好， 就可获得良 好的光爆效果。 1 ． 2 不偶合系数 JD 炮孔内炸药体积小于炮孑 L 体积 指堵塞范围内 维普资讯 5 2 6 采矿技术 体积 或装药直径小于炮孔直径的装药称为不偶合 装药。通常用炮孔直径 d与装药直径 d y之比来表 示不偶合系数。 不偶合装药的作用， 一是降低作用在炮孔上的 压力； 二是延长了炮孔壁压力的作用时间。其关键 是有爆炸气体可以自由膨胀的空间， 而不仅仅是炮 孔直径与装药直径之间的空间。有的只装一卷普通 2 岩石硝铵， 形成空气柱装药， 也能取得 良好的光爆 效果， 就是有力的证明。因此， 用炮孔的堵塞范围内 的体积与装药体积之比作为不偶合数更合适， 即不 偶合系数D为 D V y 2 式 中 堵 塞 范 围 内 的 炮 孔 体 积，i n ； 炮孔内装药体积， m 。 将 2 式稍加变换， 即可得 D a 3 式中 口 装药长度系数 a 一L o ／ L y； 炮孔深度 ， a m； 堵塞长度 ， a m； 装药长度， c m； d 炮孔直径 ， a m。 如何确定不偶合系数， 可根据作用在孔壁上的 气体压力等于或稍大于岩体的三轴抗压强度来计 算。这就需要计算炸药爆轰压力和作用在炮孔壁上 的压力。 1 爆轰压力 P P P oD o ／ 8 g 4 式中 P 0 装药密度， g ／ c m ； 炸药爆速 ， m ／ s 。 2 作用在炮孔壁上的压力 P P V y ／ V P 5 式中 r 等熵指数， r 1 ． 4 。 3 不偶合系数 D 。假定作用在炮孔壁上的压 力等于岩体的三轴抗压强度， 利用 5 式则可得 D P s 6 式中 风岩体三轴抗压强度， k g ／ c m 。 以上分析表明， 光面爆破参数是相互联系和制 约的， 既不能孤立地， 也不能平均地看待它们。 2 井巷光面爆破参数的选择 2 ． 1 普通光面爆破参数的选择 为了达到光面爆破的理想效果， 首先要解决保 证光面爆破顺利爆下来的问题 ， 继而考虑形成规整 轮廓面， 再考虑留半边孔痕迹和减小围岩破坏问题， 最后考虑综合平衡。 1 根据岩体的情况， 工程开挖部位， 跨度和炸 药种类， 确定出合适的最小抵抗线 W或装药集中度 q ， 并利用下式计算 q 或W q0 ． 3 3eK 7 式中 e 炸药换算系数， e3 2 0 ／ B； 换算炸药的爆力 ， a m ； K 炸药标准漏斗时单位体积耗药量， k g ／ m ， 查表 1 。 表 l 土岩爆破 眉值 2 根据岩石性质， 地质构造和开挖跨度选择 炮孔密集系数 m值。 当岩体破碎， 节理发育时， 应取小值， 可以接近 0 ． 5 ， 或增加导向孔； 当岩体完整， 开挖跨度又较大 时， 应取 m值为 0 ． 8左右； 当岩体坚硬， 跨度较小 时， 应取m值为 1 ． 0左右。依据 1 式可以求出a 。 3 根据公式 6 计算出不偶合系数， 并按此确 定装药结构和堵塞长度等， 也可用现场试验法确定。 4 根据爆破效果分析， 结合实际适当调整光 爆参数。 2 ． 2 预裂爆破参数的选择 选择预裂爆破参数， 用利文斯顿爆破漏斗试验 法是确定预裂爆破参数的较好办法， 具体作法是。 1 选择与工程地质条件相似的试验地点。 2 进行单孔爆破漏斗实验。按实爆时的炮孔 深度钻孔， 每 3个孔为一组 ； 选用不同的装药集中度 g 、 装药结构和堵塞方法， 进行多组的系列爆破试验， 直到爆后孔口出现裂缝而不产生爆破漏斗 即临界 深度 时为止， 就可得 g 值和 D值。 维普资讯 李雄 井巷光面爆破参数的选择 实践 5 2 7 3 进行3 5 孔爆破漏斗试验。在单孔爆破 漏斗试验基础上 ， 初选炮孔间距 ， 进行三孔或五孔爆 破漏斗试验， 直到炮孔间贯穿裂缝， 而不出现爆破漏 斗为止， 即可得到0值。 3 技术措施及效果 根据设计要求， 为确保开挖爆破质量和施工的 顺利进行 ， 采取了如下技术措施。 1 对爆破作业人员进行 技术培训 ， 并 制定爆 破施工的质量管理办法和奖惩制度。 2 提高布眼精度。钻孔前， 用水平仪、 经纬仪 定出开挖的洞轴线、 边墙两底板点、 起拱点、 拱顶点， 并画出断面轮廓线， 再用坐标法准确标定出炮眼位 置 。 3 钻孔准确 。钻周边眼时 ， 保证 钻孔 在开挖 轮廓线上， 控制好孔位、 深度、 方向和角度。 4 严格控制周边眼药量， 采用小直径的光爆 药卷， 按照空气间隔装药， 以增加不偶合系数和爆炸 力对开挖轮廓处围岩的缓冲作用。 5 严格控制好起爆顺序， 保证周边眼最后同 时起爆 。 6 为降低残眼率， 加强岩石破碎、 减少大块 率， 采用反向起爆的装药结构。 7 及时进行爆破效果分析和开挖断面检查信 息的反馈， 根据地质条件的具体情况调整爆破参数 及相应的施工措施 。 光面爆破技术在大姚铜矿井巷工程掘进 中得到 了应用， 主要的效果在于采用光面爆破， 围岩不产生 或很少产生炮震裂缝， 保持了围岩的完整性， 从而增 强了围岩 自身 的承载能力 ， 为大面积 的永久挂 网混 凝土喷护提供了有利条件 ， 特别是在不良地质条件 下效果更为显著， 不仅可以减少危石和支护的工程 量， 同时由于岩面平整， 应力集中小， 减少安全隐患 而且保证了施工的安全。其次超挖量大幅度降低， 减少了开挖数量、 回填混凝土的数量和混凝土超灌 数量。超挖量 由原来 的 1 5 ％ 一2 0 ％ 降低到 4 ％ 一 9 ％ ， 不但减少 出碴量 ， 而且还减少 了支护工作量 ， 从 而降低了成本 ， 加快了施工进 度。但光面爆破的炮 眼较一般爆破方法的要多一些 ， 钻眼准确性要求高 ， 钻眼作业的单项工序时间一般要增加一些。 经过多年的生产实践， 在生产中取得了较大的 经济和社会效益。多年来应用优选的实用光面爆破 参数如表 2所示 。 表 2 光面爆破实用参数 3 结束语 地下井巷工程掘进中光面爆破技术有关参数的 选择， 虽然 目前国内外认识不尽一致， 作法也不一 样。但能结合工程实际， 参考本文的思路和作法， 对 一 般地下工程隧洞开挖 ， 相信也能得到满意的效果。 特别是预测掌子面前方的地质变化， 根据不同地段 围岩的性质， 随时调整光面爆破的各种设计参数， 将 会取得最佳的爆破效果 ， 同时使得开挖总成本降低。 参考文献 [ 1 ] 蔡福广． 光面爆破新技术[ M ] ． 北京 中国铁道出版社， 1 9 9 4 ． [ 2 ] 李秦． 国内工程爆破现状及发展前景的探讨[ J ] ， 工程爆 破 ， 1 9 9 9 9 8 2～ 8 5 ． [ 3 ] 赵晓彬． 光面爆破掘进采矿巷道的效果分析[ J ] ． 爆破， 2 0 0 2 ， 1 9 3 4 1～ 4 3 ． 收稿 日期 2 0 0 60 53 0 维普资讯