光面爆破在平硐开挖施工中的应用

张志旭，任少峰，张亚文，马春风

（1.中国建筑材料工业建设西安工程有限公司， 陕西 西安 710000；2.山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿， 山东 烟台市 261441）

1 工程概况

在某矿山修建过程中，需要开挖平硐，该平硐设计断面的宽为5.2m，净高为4m，全断面面积为17.9m2。该平硐地质条件比较复杂，平硐穿过岩层以细砂岩、粉砂岩为主，岩层中等稳定，断层、节理较发育，平硐围岩等级以Ⅲ、Ⅳ为主。平硐范围内地下水发育，主要为基岩裂隙水。

2 爆破方案的确定

钻爆作业是平硐开挖的重要工序。由于本平硐围岩中等稳定，故采用全断面开挖方式，并且为了充分发挥围岩的自承能力，减轻对围岩的强振动与破坏，防止超欠挖，主要采用光面爆破技术进行施工，以形成整齐圆顺的掘进开挖断面，提高平硐施工安全程度，减少超挖，消除欠挖现象［1－2］。

3 光面爆破设计

3.1 炮孔直径的选择及爆破器材选用

炮孔直径对凿岩生产率、炮眼数目、炸药单耗和硐壁的平整程度均有影响。加大炮孔直径可以使炸药能量相对集中，爆炸效果得以改善。但炮孔直径过大将导致凿岩速度显著下降，并影响岩石破碎质量、硐壁平整程度和围岩稳定性［3－4］。该平硐开挖采用钻头直径为38mm的风动凿岩机，所有炮孔直径以D＝40mm计算。

该平硐爆破开挖采用非电毫秒微差雷管起爆系统，用电雷管引爆，炸药规格为Φ32mm×200mm的2号岩石乳化炸药卷。

3.2 光面爆破技术参数的确定

在光面爆破中，炮孔按照功能可以分为掏槽眼、辅助眼、周边孔，光面爆破参数选择主要与地质条件有关，其次是炸药品种与性能、平硐开挖断面形状与尺寸、装药结构与起爆方法［5］。

（1）炮孔数量N。在实际施工过程中，通常采用以下公式来计算炮孔的数量：

式中：N为炮孔数量；S为掘进断面积；f为岩石坚固系数，在该爆破工程中取5。经过计算，炮孔数量约为39个。但是根据实际情况，为了取得良好的爆破效果，减小周边眼间距，增加炮孔个数，实际炮孔数目为56个。

（2）炮孔深度。炮孔深度不仅决定着爆破循环进尺与掘进速度，而且影响爆破效果。若炮孔深度过大，爆破夹制性大，炮孔利用率低，爆破地震效应强，易破坏围岩的完整性。在本次爆破过程中，炮孔的深度取2.5m，掏槽孔超深0.3m，取2.8m。

（3）每一循环装药量。根据炸药供应、开挖面积和围岩类别，借鉴实际开挖经验，选取炸药单耗为q＝1.4kg／m3。则：

确定爆破开挖的每一循环装药量为63kg。

（4）周边眼间距。周边眼通常布置在开挖断面轮廓线上，其间距大小与岩石的抗爆性、炸药性能、炮孔直径d和装药量有关，在实际工程中，通常采用下面公式估算：

式中：d为炮孔直径，经过计算周边眼间距为0.4～0.6m，根据工程实际情况，本项目的光面爆破取拱部周边眼间距为0.5m，边帮周边眼间距为0.6m。

（5）最小抵抗线W。最小抵抗线为光面层厚度或周边眼到邻近辅助眼间的距离，与岩石坚硬强度、开挖面积的大小有关，其经验计算公式为：

式中：E为周边眼间距，计算得顶帮最小抵抗线为0.63m，边帮最小抵抗线为0.75m，根据实际经验，当W＝E／0.8时，开挖轮廓表面圆顺光滑，与设计轮廓基本一致。

（6）装药不耦合系数D。炮孔直径为40mm，周边眼药卷直径为32mm，则D＝1.25。

（7）装药集中度q1。光面爆破的装药量的计算，主要是确定周边眼光爆层炮孔装药集中度，其计算公式为：

式中：Rb为岩石单轴抗压强度，MPa。经过计算，q1＝0.23kg／m。

（8）单孔装药量Q。平硐掘进爆破单孔装药量按下式计算：

式中，k为装药系数，通常情况下掏槽眼为0.65～0.7，辅助眼为0.5～0.55；L 为炮孔长度；γ为单位长度药卷质量。经过计算，掏槽眼装药量为2.4kg，辅助眼装药量为1.6kg，周边眼装药量为0.5kg。

（9）装药结构和起爆方式。光面爆破采用不耦合装药，本项目爆破周边眼不耦合系数为1.25，炮孔装药按照装药集中度计算出的药量均匀装入炮孔内，为克服炮孔底部的阻力，在炮孔底部放半个标准药卷，使光爆层易于脱离岩体［6－8］。各炮孔采用导爆索并联连接。周边眼装药结构如图1所示。采用多段微差由内向外顺序，光面爆破起爆顺序为：起爆掏槽眼→辅助眼→周边眼。采用螺旋掏槽方式，炮孔布置和起爆顺序如图2所示。

4 光面爆破效果

光面爆破在本次平硐开挖中取得了良好的效果，炮眼半孔率达到80%，超、欠挖量不超过10～15 cm，不仅控制了超、欠挖，而且还保证了工程的循环进尺，岩碴块度较小且比较均匀，利于装碴，节省装运时间。断面轮廓按照设计得以控制，相应减少了二次修正投入，降低工程造价。

图1 周边眼装药示意

图2 炮孔布置和起爆顺序

［1］ 刘舍宁.国外光面和预裂爆破技术［C］.光面预裂爆破论文汇编，2007.

［2］ 曲庆峰，张志远.光面爆破与锚喷支护在断层破碎带巷道施工中的应用［J］.采矿技术，2011，11（4）：91－92.

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