朱禮淵

（萊鋼集團萊蕪礦業(yè)有限公司）

谷家臺鐵礦水文地質條件極為復雜，是華東地區(qū)有名的大水礦山，通過采用近礦體頂板灰?guī)r帷幕注漿堵水技術，成功解決了地下水患。為保護隔水帷幕，礦山采用下向分層膠結充填采礦法，采準工程一直布置在礦體下盤，由于下盤巖石巷道掘進、支護施工困難，安全難以保障，在下部采礦設計時，把采準工程布置到上盤灰?guī)r內。上盤灰?guī)r掘進需要對隔水帷幕進行保護，一直采用傳統光面爆破技術，在保護圍巖、提高巷道成型等方面，取得一定成效，但仍存在周邊孔，布孔多而鑿巖時間長、光面爆破效果不穩(wěn)定、超欠挖時有發(fā)生等缺點。為了提高光面爆破效果，在上盤灰?guī)r采準巷道進行了聚能切割光面爆破技術應用試驗，并對試驗效果進行對比分析，為類似地質條件巷道掘進的應用推廣提供借鑒。

1 工程概況

應用試驗地點位于礦體上盤石灰?guī)r內，灰?guī)r硬度系數f=8～10，屬堅硬巖石，整體完整性較好，局部節(jié)理發(fā)育較破碎。掘進巷道斷面采用直墻三心拱形，斷面規(guī)格：4.2 m×3.7 m（凈寬×凈高），拱高/凈寬=1/4。巷道一般采用添加合成纖維的濕式噴漿支護形式，局部破碎段采用噴錨網聯合支護。采用華泰HT82型鑿巖臺車鑿巖，該型臺車技術參數：釬桿長度為3.07 m，最大鉆進孔深為2.76 m，鉆頭直徑為43 mm，施工炮孔直徑為45 mm，采用2#巖石乳化炸藥，塑料導爆管起爆。

2 聚能光面爆破技術

2.1 技術原理

聚能切割光面爆破技術就是綜合運用聚能爆破和光面爆破形成的一種新的光面爆破技術。傳統光面爆破和聚能切割光面爆破都是通過減少光爆孔的線裝藥密度，降低光爆孔炸藥爆炸的初始沖量，從而減少對炮孔孔壁巖體的破壞，不同的是傳統光面爆破通過縮小光爆孔的間距來控制最小抵抗線方向，最終控制爆破裂縫沿光爆眼連線方向發(fā)展。而聚能切割光面爆破還利用了聚能爆破的原理，用聚能管在炸藥上定型形成聚能槽，然后利用聚能槽對爆炸能進行聚集和定向，使傳統光面爆破時爆炸能向四周作徑向傳播轉變?yōu)闉檠鼐勰懿鄯较騻鞑ィ蓧毫Τ^7 000 MPa的高能射流，加上疊加應力波的作用，在光爆孔連線方向切割巖石生成約為1.5 cm的裂縫。爆炸生成的高壓氣體膨脹形成“氣刃”效應，加快了裂縫的發(fā)展和貫通，從而提高了光面爆破效果［1-3］。

2.2 聚能爆破裝置

2.2.1聚能管

聚能管材質為抗靜電阻燃PVC塑料，聚能管兩側對稱設計有“V”形槽，即聚能槽。聚能管管壁厚為2 mm，聚能管截面為圓形帶缺口，管內直徑為27 mm，聚能槽頂角為70°，聚能管長度可根據需要定制，本次試驗根據炮孔深度和裝藥長度確定選用1.2 m。

2.2.2聚能管裝藥工藝

聚能管采用配套直徑為27 mm的乳化炸藥，每卷長為200 mm，把6只藥卷首尾相連從聚能管缺口部位壓入。把2塊定制的定位塊固定在聚能管兩端往內約20 cm處，并用電工黑膠布纏緊一圈，防止聚能槽對準輪廓面時轉動，同時讓藥卷中心線處于炮孔中心，增加了不耦合效果。將導爆管雷管反向插入聚能管底部起爆藥卷內，在上盤硬巖內需要在孔底墊一只φ32 mm乳化炸藥卷，作為孔底加強藥，再裝入聚能管，夾層節(jié)理發(fā)育段則直接裝入聚能管。施工的關鍵環(huán)節(jié)就是調整聚能槽方向必須要沿著輪廓線方向，可以采用帶槽的PVC管卡住聚能管進行旋轉調整。

2.3 爆破參數設計

2.3.1炮孔孔徑和不耦合裝藥系數

華泰HT82型鑿巖臺車鉆鑿炮眼直徑為45 mm，經過試驗選取的聚能管直徑為φ27 mm，定制的配套藥卷直徑為27 mm，裝藥不耦系數達1.67。

2.3.2周邊孔間距和最小抵抗線

周邊孔間距計算，在保證光面爆破效果的基礎上，可以參照經驗公式，即周邊炮眼間距a為

式中，d為炮孔直徑，mm。

根據經驗公式計算和聚能切割光面爆破現場試驗驗證，上盤完整灰?guī)r周邊孔間距為700～900 mm，節(jié)理較發(fā)育地段選用600～800 mm。聚能光面爆破的最小抵抗線（即光爆層厚度）參照一般光面爆破和現場試驗驗證，一般選用400～600 mm，本次選用500 mm。

2.3.3掏槽方式

根據鑿巖臺車參數和長期井下現場實踐經驗，采取含空孔桶狀直眼掏槽的方式，多個大空孔為掏槽爆破提供了主要自由面和增加了補償空間，使中心裝藥孔到大空孔距離成為最小抵抗線，并且由于掏槽孔互相平行且垂直于工作面，中心裝藥孔到各大空孔距離相等，利于較為均勻的破碎巖石，掏槽效果也更好［4］。圖1中實心圓圈為主掏槽孔，大空心圓圈為輔掏槽孔（大空孔），大空孔采用直徑為102 mm鉆頭進行擴孔施工，中心主掏槽孔和輔掏槽孔超深15 cm，其他主掏槽孔超深10 cm。

2.3.4水沙袋填塞

本次試驗還采用水沙袋代替原來采用的黏土炮泥進行封孔，水沙袋采用帶密封壓條的長條狀塑料袋，袋內充填1/2袋普通沙子，然后再加滿清水。水沙袋屬于非牛頓流體，根據非牛頓流體遇軟則軟、遇硬則硬的特性，在爆轟波作用下，能夠迅速膨脹將炮孔堵死，填塞效果好［5］。使用時，將一個水沙袋放在孔口約5 cm位置就行，操作比黏土炮泥相對容易。另外，由于水沙袋中含水，爆破時一定程度上可起到降低粉塵濃度的環(huán)保效益。

2.3.5爆破圖表

依據理論計算和礦山多年應用鑿巖臺車鑿巖爆破的實踐經驗，通過現場驗證優(yōu)化調整，最終確定了該地點采用的爆破圖表，炮孔布置如圖2所示，爆破參數如表1所示。

3 實施情況及效果分析

3.1 實施情況

試驗地點位于-165 m水平上盤沿脈分段巷道，此處位于上盤灰?guī)r內，向東、西兩側都可以施工，具有2個作業(yè)面。試驗機臺為3號華泰HT82型鑿巖臺車，該機臺一直在此區(qū)域采用常規(guī)光面爆破工藝進行掘進施工。聚能切割光面爆破應用試驗前期，主要對職工進行新工藝理論和實踐操作培訓，同時通過進行現場試驗，調整優(yōu)化鑿巖爆破參數。期間出現過巷道輪廓成型質量不穩(wěn)定的現象，經過分析，主要是因為部分循環(huán)鉆鑿的周邊孔同面性差和聚能管定位存在偏差，通過對鑿巖臺車工和爆破工進行集中學習培訓，結合技術人員跟班指導，解決了職工不規(guī)范操作的問題。

通過前期試驗，確定了適合該地點的光面爆破參數，同時讓職工熟練掌握了該操作工藝，在4月初開始，按照標準的聚能切割光面爆破工藝進行掘進施工，并由技術人員現場跟班詳細測量記錄各項數據。截至4月底，共施工28 d，完成掘進正循環(huán)67次，總進尺為157.5 m，平均進尺為2.35 m，炮眼利用率達90%以上。具體爆破技術參數見表2。

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3.2 效果分析

（1）采用聚能切割光面爆破后，巷道成型質量有了明顯提高，超欠挖大為減少，特別是周邊孔眼痕率達到了90%，眼痕長度在2 m以上的能達到80%，爆破效果見圖3。

（2）聚能切割光面爆破技術減輕了對圍巖的破壞，提高了巷道自承能力，除局部節(jié)理發(fā)育段，大部分成巷不再需要進行噴漿支護，從而節(jié)省了處理浮石和噴漿支護時間，減少了正循環(huán)作業(yè)時間，提高了綜合掘進效率。此外，該光面爆破技術節(jié)約了火工材料和支護材料，創(chuàng)造了可觀的經濟效益。

4 結論

（1）聚能光面爆破技術在減少周邊孔的情況下，達到了提高巷道成型質量和半孔率的效果，同時節(jié)約了鑿巖、處理浮石和支護時間，提高了綜合掘進效率。

（2）采用聚能光面爆破技術時，減輕了對圍巖的破壞，減少了浮石的生成，同時也保護了隔水帷幕，創(chuàng)造了較好的安全效益。

（3）聚能切割光面爆破技術減少了周邊孔總裝藥量，節(jié)約了噴漿支護成本，創(chuàng)造了一定的經濟效益。

（4）推行聚能光面爆破技術的關鍵是周邊孔的鉆鑿質量和聚能管安裝方向定位，必須保證周邊孔都在巷道廓線上。