大断面深埋巷道掘进爆破施工要点探讨

大断面深埋巷道掘进爆破施工要点探讨

张伟

中煤第三建设（集团）有限责任公司二十九工程处 

摘要：水平巷道是地下开采矿山的一种重要工程类别，在矿山建设与生产中占有重要地位。对于金属矿床而言，由于矿床位置的确定性、工程围岩及其力学特征的多变性等因素的影响，巷道施工过程中经常会遇到掘进爆破效率低、巷道成型不好等问题。确保施工安全，加快施工速度，提高工程质量和降低工程成本，是矿山建设工程各方共同追求的目标，也是矿山工程技术人员不断研究的重要内容之。

关键词：大断面深埋巷道；掘进；爆破；施工；要点

为提高平巷掘进的炮孔利用率，控制巷道超挖量和降低爆破对巷道围岩的破坏，李晓东等研究并实践了平巷掘进的不同炸药协同爆破技术。童建华等在对影响巷道爆破效果的6个主要参数进行组合试验的基础上，采用可靠度分析的方法，对平巷掘进爆破参数进行了优化研究。基于提高岩巷掘进的循环进尺，岩石巷道掘进的“多阶段”掏槽技术也有了较多的研究与应用。杨仁树等研究了掏槽孔超深深度与炮孔利用率之间的关系，认为适当加大掏槽孔超深深度能够提高炮孔利用率。杨国梁等采用数值模拟方法研究发现双楔形掏槽有利于槽腔内岩体的破碎。凤凰山铁矿坑内探矿工程-900m与-933m水平巷道设计断面为14.82-44.63m2，埋深超过1000m，为典型的大断面深埋巷道。巷道围岩坚固性系数f／＝10-14，岩石质量为中等到极好，岩体完整性为中等完整到完整，但具有不均一性，相对完整的岩体中存在局部破碎和岩石质量差的现象。加快该工程的施工速度，是确保该矿坑内探矿工程提前完成、提前进入矿山建设的重要举措。因此，基于凤凰山铁矿-933m水平探矿巷道大断面深埋巷道的特征，进行了掘进爆破技术的相关研究与实践，可为类似工程施工提供参考。

1巷道掘进爆破设计及其原则

1.1巷道掘进爆破设计原则

从加快工程施工进度、提高爆破效率和巷道成型质量角度，矿山大断面大埋深巷道掘进爆破设计应遵循以下原则。

（1）有利于提高掘进循环进尺。

以提高掏槽爆破效果为关键的掘进爆破技术，有利于提高掘进循环进尺和加快工程施工速度。其核心在于最大限度地解决掏槽爆破的夹制作用，扩大槽腔的深度，为后续扩槽孔和辅助孔的爆破提供良好的爆破自由面。

（2）有利于提髙巷道成型效果

采用光面爆破技术，有利于改善巷道的成型效果，减少巷道超挖、欠挖量。同时，也能够降低爆破振动对巷道围岩的损伤，有利于提高围岩的自承能力和巷道的稳定性。

（3）有利于提髙出渣装载效率

较为集中的爆堆和较小的破碎岩块，有利于提高出渣时的装载效率，缩短出渣时间，进而有利于缩短掘进作业循环的时间。

（4）有利于降低巷道施工成本

合理的工作面炮孔布置，能够降低爆破器材单耗，有利于降低巷道施工成本。同时，提髙掘进循环进尺、良好的巷道成型和较高出渣装载效率，也能够从不同的角度为降低巷道施工成本而起到有益的作用。

1.2巷道掘进爆破设计

1.2.1巷道施工条件

施工的巷道位于-933m水平，巷道设计断面为三分之一三心拱，掘进宽度为5.0m，掘进高度4.5m。巷道穿过的岩体完整性为中等以上完整，岩石硬度系数f／＝10-14。为加快工程施工进度，巷道掘进采取一次爆破成巷。掘进凿岩采用ＣＹＴＪ76（Ｅ）矿用液压凿岩台车，钻凿直径为47mm的炮孔。爆破采用2号岩石乳化炸药，药卷直径为32mm，用ms导爆管雷管起爆。

1.2.2工作面炮孔布置

（1）掏槽方式与掏槽孔布置

掏槽爆破效果是影响巷道掘进速度极为重要的因素，掏槽方式与掏槽深度直接影响着巷道掘进的循环进尺。掏槽方式与掏槽深度主要取决于巷道开挖断面的大小及宽度、地质条件、凿岩机具、炮孔质量和爆破技术水平等。为扩大掏槽的槽腔深度和体积，提高掏槽爆破效果，并给后续爆破提供良好的自由面，设计采用13孔4角柱直孔三阶掏槽方式Ｗ。根据凿岩机器的性能和施工进度要求，设计掏槽孔深度2.80m。其中，1号孔、6-9号孔和10-13号孔为装药孔，2？5号孔为空孔。起爆时，1号孔先爆，利用2-5号孔的空孔效应，对这4个孔组成范围内的岩石进行破碎；然后，6-9号孔和10-13号两组掏槽孔顺序起爆，完成工作面的掏槽爆破。最终，三阶掏槽形成的空腔断面达到550mmＸ550mm.

（2）扩槽孔及其布置

由于工作面岩石坚硬且完整性较好，为扩大槽腔断面，通过14-17号孔和18-21号孔两组炮孔进行两次扩槽，最终使槽腔断面扩大到1380mmx1380mm，为大断面巷道的掘进破岩提供更好的临空面。

（3）辅助孔

辅助孔的作用主要是大量崩落工作岩石，并为形成光爆层提供条件。由于巷道断面较大，共设计3层辅助孔崩落岩石。光爆层厚度为600mm.

（4）周边孔

周边孔间距与最小抵抗线是影响开挖轮廓面平整度的主要因素。合理确定周边孔的间距与最小抵抗，是确保巷道壁面达到光面爆破要求、减少爆破对巷道围岩破坏和提高巷道稳定性的关键。周边孔与辅助孔的孔底应在同一垂直面上，以最大限度地提高掘进进尺。

2巷道掘进爆破实践

2.1凿岩爆破施工

为提高炮孔利用率，掏槽孔凿岩时，应对6-9号孔和10-13号进行适当加深，其中6-9号孔加深100mm，10-13号加深200mm。使后续爆破能够对先期爆破形成的槽腔内的挤压碎岩起到抛掷作用，有利于扩大槽腔深度。为保证掏槽效果和爆破质量，工作面全部炮孔须按设计的角度和深度钻凿。

2.2装药爆破

（1）装药结构

设计采用孔内不耦合装药结构，导爆管雷管反向起爆。根据所采用的药卷直径和炮孔直径计算，炮孔装药的不耦合系数Ｄ＝1.47。周边孔采用空气柱间隔装药方式，药卷间采用导爆索传爆。孔口采用黄泥堵塞，其中周边孔堵塞长度不小于200mm，其他炮孔不小于300mm。填塞时用炮杆轻轻捣实，注意堵塞质量并保护好雷管导爆管。

（2）装药系数及周边孔线装药密度

为提高掏槽爆破效果，掏槽孔及扩槽孔的装药系数为0.85，辅助孔装药系数为0.8。通过现场试验，确定周边孔线装药密度最佳值为320ｇ／m。

（3）起爆顺序与爆破网络连接

为实现较高的掏槽效果和良好的巷道成型。

4结论

（1）根据凤凰山铁矿坑内探矿水平巷道大断面深埋巷道特征，以提高巷道掘进速度和成型效果为目的，提出了大断面大埋深巷道掘进爆破设计的原则，设计了大断面巷道一次成型的掘进爆破方案。实践表明，循环炮孔利用率达到89.31％，光爆孔留痕率达到87.9％，巷道断面测点合格率达到75.8％。

（2）三阶掏槽二次扩槽的大断面巷道掏槽爆破方式，对于提高掘进爆破的炮孔利用率和巷道循环进尺起到了良好的作用。不同起爆顺序的掏槽孔深度呈梯度布置，有利于后续起爆的掏槽孔爆破对前期爆破产生的槽腔内破碎挤压岩石产生一定的抛掷作用，能够有效提高掏槽爆破效率；两次扩槽爆破进一步扩大了掏槽爆破的槽腔体积，为辅助孔的爆破提供了更大的临空面，有利于岩石的大量崩落。

（3）巷道掘进爆破实践中，应根据爆破设计方案，结合爆破效果，不断摸索和调整爆破参数，使爆破循环进尺和巷道成型效果达到最优。

参考文献

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