光面爆破技术在谦比希铜矿巷道掘进中的应用

王 明，谭 伟，康伟权

光面爆破技术在谦比希铜矿巷道掘进中的应用

王 明1, 2，谭 伟2，康伟权1

(1.金诚信矿业管理股份有限公司，北京 100070；2.北京金诚信矿山技术研究院有限公司，北京 101500)

为了解决谦比希铜矿层理裂隙发育岩石中巷道掘进时爆破效果不理想的情况，提出采用光面爆破技术，通过理论计算和现场试验相结合的方式，改变顶眼和帮眼的装药结构，以改善巷道掘进中的爆破作业效果。试验及现场应用结果表明，光面爆破技术能很好地控制巷道成型，超欠挖现象从15%降低至6%，平均炮效增加了11.1%，同时也减少了辅助作业时间，更有利于施工的安全。

巷道掘进;光面爆破;装药结构;爆破效果

0 引 言

自1960年代以来，我国开始进行光面爆破的相关研究，目前在铁路、交通、矿山、水利水电等领域应用较为广泛，取得了很多研究成果[1]。谦比希铜矿位于赞比亚铜矿带，隶属于中色非洲矿业有限公司(NFCA)，是中色集团在国外最早经营的一座大型地下矿山[2]。掘进巷道主要在下盘和矿体中进行，矿体和围岩层理裂隙发育[3-4]，使得普通钻爆法作业时，巷道超欠挖现象时有发生，同时炮效也不太理想，给巷道的支护作业带来较多不便。

为了改善巷道掘进的爆破效果，同时提高其它相关联环节的作业效率，光面爆破作为一种十分有效的爆破方式，在其它类似工程中应用较为广 泛[5-7]。本研究在理论计算进行光面爆破设计的基础上，进行现场试验研究，继而在谦比希全矿推广应用，取得了很好的经济社会效益。

1 光面爆破方案设计

光面爆破是基于控制爆破的破坏作用，采用空气柱间隔不耦合装药，在炸药爆破后，切向拉应力作用使炮孔产生径向裂纹，加上相邻炮孔之间产生的聚能效果，使得裂纹进一步扩展，进而全部贯通，以形成光面爆破的效果[8]。

谦比希铜矿主矿体巷道断面规格为3.8 m× 3.55 m三心拱断面，面积为12.74 m2，使用阿特拉斯生产的Boomer281凿岩台车进行巷道掘进，孔径45 mm，钻杆长度3.7 m，钻孔最大深度3.5 m。

1.1 炮孔参数计算

谦比希围岩主要为长石石英岩和泥质石英岩，普氏硬度系数在8~12之间，X型节理裂隙较为发育，采用直眼掏槽方式。掏槽空眼采用扩孔钻头对掏槽眼扩孔形成，直径102 mm，不装药。

单孔装药量的计算公式为：

式中，为装药系数；为孔深，m；为单个药卷的质量，kg；为单个药卷的长度。

光面爆破设计计算时，掘进断面的炮孔从中心到四周依次是：掏槽眼、扩槽眼、辅助眼、周边眼（顶眼、帮眼及底眼），每种类型炮孔的装药系数、凿岩孔深、所用卷装药的单卷质量和长度，以及根据式（1）计算的各类型炮孔单孔装药量计算结果见表1。

表1 掘进断面炮孔布置中各类型炮孔装药量计算参数及结果

1.2 炮孔布置

巷道采取一次性全断面开挖，2个大孔直眼掏槽，炮孔数目依据式（2）计算：

式中，为炮孔数目，个；为岩石硬度，8~12，取均值10；为巷道掘进断面，12.74 m2。

经计算，巷道断面需要布置41个炮孔，加上2个掏槽空孔，总共布置炮孔43个。其中包含掏槽眼8个（包含2个空孔），扩槽孔4个，辅助眼10个，顶眼和帮眼15个，底眼6个。掘进断面炮孔布置图见图1，炮眼参数见表2。

图1 掘进断面炮孔布置（单位：mm）

表2 炮眼参数

1.3 装药结构及炮孔堵塞

掏槽眼、扩槽眼、辅助眼及底眼采用连续不耦合装药；顶眼和帮眼的光爆孔采用空气柱间隔不耦合装药，捆绑在竹坯子上，导爆索连接爆破，装药结构见图2。所有炮孔均用炮泥机专门制作的炮泥堵塞，堵塞长度不小于0.4 m。

图2 光爆孔（顶眼和帮眼）装药结构示意

1−炮孔；2−药卷；3−导爆管雷管；4−导爆索；5−空气柱间隔；6−炮泥堵塞物

1.4 起爆顺序

采用孔底单向起爆，每个炮孔装导爆管雷管一发，雷管聚能穴朝孔口方向，具体每个孔使用的雷管段号见图3。采用簇连方式的起爆网路，每一簇不宜超过20发。

图3 炮孔起爆顺序

2 施工注意事项及爆破效果

2.1 施工注意事项

台车凿岩作业前，应注意以下事宜：

（1）先根据掘进断面炮孔布置图，用红油漆画出轮廓线及炮孔点；

（2）人工清底，以保证底眼的凿岩效果；

（3）台车钻孔时，保证钻杆平直，底眼向下3°左右；

（4）每个钻孔施工到底后，应进行洗孔，清理孔内验渣，保证装药效果；

（5）必须根据爆破设计，堵塞炮孔，连线起爆，以保证爆破效果。

2.2 爆破效果

自项目部推行光面爆破以来，采区安排专人负责督促执行，成效显著，光面爆破技术的成功推广应用，能很好的控制巷道成型，超欠挖（±20 mm）现象从15%降低至6%，平均炮效由2.7 m增至3.0 m，提高了11.1%。同时也降低了撬毛、清底等辅助作业时间，更有利于施工的安全。采用光面爆破后，掘进的光面爆破效果主要技术指标见表3，光爆效果图见图4。

表3 光面爆破效果主要技术指标

图4 光爆效果

3 结 论

针对谦比希矿岩层理裂隙发育的情况，项目部采用光面爆破的方式，通过理论计算和现场试验相结合的方式，总结出合理的炮孔布置方式，顶眼和帮眼采用空气柱间隔装药，Φ25 mm的小药卷用竹坯子捆绑，导爆索连接爆破。经统计，巷道超欠挖（±20 mm）现象从15%降低至6%，平均炮效由2.7 m增加至3.0 m，提高了11.1%，炮孔实际利用率达到91%，取得了很好的爆破效果。谦比希铜矿巷道掘进光面爆破技术的成功推广应用，可为海外其它类似矿山的光爆实施提供参考。

[1] 王建秀,邹宝平,胡力绳.隧道及地下工程光面爆破技术研究现状与展望[J].地下空间与工程学报,2013,9(4):800-807.

[2] 王 明,康伟权,高 忠.谦比希铜矿无底柱分段崩落法采场悬顶的处理及预防[J].采矿技术,2018,18(1):6-8.

[3] 赵兴国.赞比亚谦比希铜矿床地质特征[J].地质与勘探,2010, 46(1):183-190.

[4] 张晋军,施发伍,陈志敏,等.谦比希铜矿破碎矿岩巷道分类分级支护技术[J].现代矿业,2013(7):74-76.

[5] 汪学清,单仁亮,黄宝龙.光面爆破技术在破碎的软岩巷道掘进中的应用研究[J].爆破,2008,25(3):12-16.

[6] 赵 勇,范文录,廖九波.光面爆破在破碎矿体脉内凿岩巷道中的应用[J].采矿技术,2012,12(5):73-75.

[7] 杨陆海,周 旭,林 强,等.煎茶岭镍矿爆破参数的优化[J].采矿技术,2012,12(6):73-75.

[8] 刘殿书,李胜林.爆破工程[M].北京:科学出版社,2011.

(2019-04-02)

王 明(1987—),男,安徽濉溪人,硕士，工程师,主要从事采矿工程方面的研究工作，Email:846426045@ qq.com。