岩石巷道光面爆破技术施工工法

【摘要】本文面对现今矿井大部分掘进巷道工程质量偏差、影响安全等现象编写，亦是为了努力提高矿井安全质量标准化水平。质量是安全的前提，炮眼布置的好坏直接影响到掘进质量。文中主要从炮眼的角度，深入剖析光面爆破技术的现场运用，强调施工过程的技术管理。

【关键词】光面爆破 炮眼控制 工程质量 工效

1 前言

福建省矿山井巷工程施工技术多以井工炮掘为主，目前存在的主要问题有：循环进尺低（仅1.2m）、工效低、巷道成形差（周边轮廓线不平整超欠挖严重）、围岩应力遭破坏出现许多裂缝或裂隙影响安全、巷道支护成本增加等。本文通过介绍简易光面爆破（以下简称：光爆）技术在仙亭煤矿2#皮带斜井+300m环形车场中的应用及其取得的效果，分析光爆的工法特点、适用范围、工艺原理、工艺流程及操作要点、质量控制，以促进光爆施工技术有效地在5.0m2断面以上岩石巷道掘进中全面推广。

仙亭煤矿2#皮带斜井+300m环形车场位于205采区+300m东大巷南侧，工程量为330米，岩性为细粉砂岩、砂质泥岩、砂岩、煤层、泥岩等，岩石硬度系数f=4～8，较坚硬。掘进断面为半圆拱形，净高为2.7m，净宽2.4m，断面积为6.5m2。2011年10月1日开始施工至12月23日施工到位，平均日进4m，月度实进尺达到120m。

2 工法特点

2.1劳动组织采用固定工序循环作业，人员固定无变动，单班进行“一循三爆”。首先引爆掏槽眼，再爆扩槽眼及辅助眼，最后爆光爆眼。做到预留光爆层，分层分次爆破，实现光爆。

2.2采用激光指向和直眼掏槽技术，并优化炮眼参数，提高爆破效果，实现光爆炮眼的利用率达到了90%以上。

2.3采用光爆有效地控制了成形质量。炮眼的眼痕率（半孔率）在60%以上，每个循环的眼痕衔接得当，均控制在同一条直线上，起伏差控制在100mm范围内。在钻眼控制上，讲究对风钻角度的控制：周边眼一定应贴近巷道的边帮施工，防止出现的喇叭状，衔接处的循环眼痕，起伏差不得大于0.15m。拱顶光爆眼打钻时应填平矸石、加长气腿或进行搭架，提高作业时的高度，压低风枪的角度，能有效地减少起伏差。

2.4选用较好的布眼方式，严格控制周边眼的装药量，减小周边眼的间距和最小抵抗线，采用较大的装药不耦合系数（系数在2～3为宜），防止炮孔壁被破坏。

2.5炮泥封口长度一般不少于0.5m，周边眼、顶眼的封口长度为0.3m，甚至在眼内采用间歇式装药，留足预爆空间。

2.6爆破后，岩帮成形规整，减少超、欠挖和出矸量。半圆拱形成形标准，应力承受力大，不易产生变形。

2.7单进高、工效高，工人的劳动强度大大降低。

3 适用范围

3.1岩性：光爆适用于囤岩坚固性系数f≥4的岩巷施工，对于一些煤层厚度在0.8m以下，石门与煤层穿层的施工中也同样适用。

3.2断面：在断面5.0～12.5m2的巷道施工中，都已得到应用，如区段石门及车场，实践表明断面越大，光爆效果越好。

3.3角度：仙亭煤矿在2#皮带斜井，岩巷倾斜角度17°已全部推广应用；在立井煤仓施工中，也局部采用。因此光面爆破可使用于任何角度巷道的施工。

3.4适用于硐室的施工和凸包的扩刷。

4 工艺原理

光爆是先爆除主体开挖部位的岩体，然后再起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面，是通过正确选择爆破参数和合理的施工方法，达到爆后壁面平整规则、轮廓线符合设计要求的一种控制爆破技术。光爆的破岩机理比较复杂，但普遍认为是炸药起爆时，爆炸气体膨胀做功对岩石所起的作用。光爆是周边眼同时起爆时，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点。当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在相邻周边眼的炮眼中心连线上形成裂缝。随后，爆炸气的膨胀和裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。

5 工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

本工法的主要工序有安检、点眼、打眼、爆破、支护、出矸、质检等。具体施工工艺流程如图5-1所示，每一循环时间为8h。

5.2操作要点

5.2.1工作面采用气腿式凿岩机打眼，两台平行作业，段发秒延期电雷管引爆，矿用乳化炸药全断面三次爆破；中型耙矸机装岩，1吨U型矿车装碴，采用局部通风机压人式通风。

5.2.2采用正规循环作业，早、中、夜每班各完成1个循环，当耙碴机距迎头15m时进行铺轨、清水沟。

5.2.3光爆成形效果与炮眼的布置效果好坏密不可分，具体炮眼布置如图5-2所示。

①掏槽方式的选择。在巷道掘进爆破施工中，掏槽眼爆破效果的好坏直接影响掘进爆破效果，因此选择合适的掏槽方式非常重要。以往仙亭煤矿在巷道掘进爆破常采用楔形掏槽和直眼掏槽两种。楔形掏槽适用于各种巷道施工，但掏槽深度受巷道断面宽度限制，不宜太深，在岩性坚硬时掏槽效果较差；直眼掏槽炮眼垂直工作面，布置简单，炮眼深度不受断面宽度限制，在坚硬岩石时掏槽效果较好，由于直眼掏槽炮眼间距较小要求钻眼技术较高。根据该工作面地质特点及现场的钻眼设备（采用ZY-24气腿式凿岩机）和施工队伍操作水平选择直眼掏槽，掏槽眼深度为1.6m，辅助眼及周边眼深度为1.4m。

②光爆层留设要求。光爆层的留设厚度不宜超过0.5m，同时应略大于光爆眼之间的眼间距，实践证明控制在0.05～0.1m的差距比较合适。

③严格控制周边眼与顶眼的施工。在角度上，炮眼必须垂直于施工面，每循环眼孔必须连续，连接点的台阶坎（起伏差）控制在0.15m内；间距上，墙体与拱顶分开，进行等距布置，一般按0.4～0.5m为宜。

④辅助眼的一般要求。辅助眼的最边缘位置与光爆眼的间距不得大于0.5m，否则会对光爆效果产生很大影响。

⑤光爆眼装药要求。周边眼的装药量一般控制在1～2节，根据前两次爆破后预留光爆层厚度及岩石硬度，进行适当调整。装药时，应将引爆节放在最大凸包处（抵抗线最大处），为让眼底无残眼提高炮眼的利用率，借助炸药本身的殉爆特性，一般在眼底装设0.5节炸药，同时采用正向装药，可以将眼底一同引爆；封口时眼口的封泥长度控制在0.3m，与炸药之间应使用空气柱隔开，同时也能提高不耦合效果。

⑥正确使用炮向导棍。为防止掏槽眼眼底穿孔，应认真使用导棍，打钻时认真调整眼的角度，误差不得超过5°。导棍的长度应大于眼深，每次使用时应伸入眼底。严禁将导棍当作炮棍使用，可以作为检验周边眼质量的工具。

⑦周边眼炮泥封泥质量控制。周边眼的封泥比较有讲究，在炮棍上做个0.3m的记号，在首个炮泥伸至0.3m处时停止往前送，而且首个炮泥的直径应略大于眼直径30%，随后将炮泥堵孔直至眼口。

⑧爆破参数的选择。炮眼的药量控制，具体见表5-1所示。其中2#～7#为空眼，仅为增加掏槽眼的自由面。

5.3劳动组织及作业制度

按照正规循环作业表（见表5-2），合理控制作业时间，三个班按照“三八制”正规循环作业进行。劳动组织见表5-3，其余管理人员以及相关的斜井司机、提升信挂人员不列入该工作面的劳动组织。

6 质量控制

6.1施工质量严格执行《煤矿井巷工程质量验收规范》（GB50213-2010）。

6.2光爆质量，即开挖壁面岩石的完整性用岩壁上炮孔痕迹率来衡量，炮孔痕迹率也称半孔率，为开挖壁面上的炮孔痕迹总长与炮孔总长的百分比率。根据煤炭部《光面爆破锚喷试行规程》中的规定，光面爆破应达到以下三项指标：

6.2.1眼痕率：硬岩不应小于80%，中硬岩不应小于60%。

6.2.2超挖尺寸不得大于150mm，欠挖尺寸不得小于40mm的质量标准规定。

6.2.3岩面上不应有明显的炮震裂隙，围岩壁面不应有明显的爆生裂隙。

6.3影响施工质量的几点情况：

6.3.1未按给定的中腰线进行画轮廓线、点眼，周边眼位置不在巷道轮廓线上或周边眼打钻时方向偏斜，必然引起井巷超挖或欠挖。

6.3.2装药结构不合理引起超（欠）挖，不能保证足够的不耦合系数，而采用孔底集中装药时，往往会造成装药部位的过度破坏，引起超挖。

6.3.3预留的光爆层厚度大小不一致，周边眼炮眼间距及装药量末能根据岩性及最小抵坑线做适当调整，影响爆破效果，产生超（欠）挖、炮眼眼痕率低。

6.3.4周边眼的钻眼数过少，周边眼的间距过大，装药量过多，影响光面效果。

6.4巷道净宽、净高要求不小于设计40mm，不大于设计150mm；巷道水沟要求水沟的深度宽度不小于设计40mm。