某铜矿巷道掘进面爆破试验及相关参数研究

耿立锋

(1.河北联合大学矿业工程学院， 河北唐山市 063009;2.北京华夏建龙科技股份有限责任公司金地矿业， 北京 100070)

1 炮孔布置及爆破参数的确定原则

1.1 工作面炮眼布置

合理布置炮眼是取得良好爆破效果的前提。炮眼布置必须根据岩石的性质、巷道断面形状、所使用雷管和炸药性质等，作出相应的设计。巷道掘进爆破的炮孔分为掏槽眼、辅助眼、周边眼3种。

1.1.1 掏槽眼。

掏槽的作用是先在工作面上掏一个槽子，以形成第二个自由面，为辅助眼爆破创造有利条件。掏槽方式分为斜眼掏槽和直眼掏槽2种，装药系数在0.75 ～0.85 之间。

(1)斜眼掏槽。适用于各种岩石条件，其优点是:可以充分利用自由面，逐步扩大爆破范围;适用于较大巷道断面掘进;凿岩技术要求不高，眼位易于掌握。其缺点是:炮眼深度受巷道断面限制，不利于多台凿岩机同时作业。斜眼掏槽分为锥形掏槽和楔形掏槽2种形式，炮眼与工作面夹角为55°～70°;岩石越坚硬，夹角应越小;每对炮眼眼口间距取300～500 mm，坚硬岩石取小值。掏槽眼较其他眼深100～200 mm，孔底间距200 mm，两眼不能贯通。掏槽眼一次起爆。

(2)直眼掏槽。在坚硬岩石中，这种掏槽方式效果较好。所有掏槽眼都垂直于工作面，且彼此间距较小，并且要求严格平行;这些直线眼有的装药，有的不装药作为第二自由面。掏槽眼深度不受断面限制，爆破后对支架破坏较小，但炮眼数目较多。

1.1.2 辅助眼与周边眼

辅助眼的作用是爆落主体岩石，继续扩大掏槽形成的第二自由面;周边眼用来爆落巷道周边岩石，最后形成设计轮廓。

辅助眼间距为400～800 mm，最小抵抗线为400～800 mm。炮眼垂直于工作面，装药系数一般为 0.5 ～0.6，辅助眼也称作崩落眼。

周边眼间距为400～700 mm，装药系数为0.3～0.5。在柱窝和水沟部分多布置1～3个炮眼。一般周边眼孔口距岩帮100～200 mm，眼底落在巷道轮廓线外100 mm左右。底眼向下倾斜5°～10°，以利于铺轨。

1.2 爆破参数的确定

(1)炮眼深度。炮眼深度与凿岩机具、岩石可爆性、巷道断面、月进尺、作业循环方式等因素有关。

(2)炮眼直径。炮眼直径与药卷直径有关，我国矿山多用Φ32 mm，Φ35 mm两种药卷，故炮眼直径取38～42 mm。

(3)装药量。按爆破每立方米岩石的炸药消耗量计算。

(4)炮孔数目。炮孔数目由炮孔排列图获得。掏槽眼数要保证掏槽效果，周边眼数要保证巷道轮廓形状，辅助眼数由爆破岩石的体积和炸药的单耗确定。

2 某铜矿21线掘进工作面爆破参数的确定

岩石硬度、矿物晶粒大小、岩石密度、孔隙性、碎胀性、弹性、塑性、脆性等物理力学性质对凿岩效果具有重要影响，因此在进行掘进爆破作业时，针对不同的岩性确定爆破参数。不同长度钎杆对爆破参数的确定有着重要的影响，故在此对2.2 m和2.5 m两种钎杆分别进行研究。

2.1 使用2.5 m钎杆掘进时爆破参数的确定

2.1.1 工作面炮眼布置

本课题以21线1045水平西沿运输巷掘进工作面作为研究对象，设计巷道断面为1/4三心拱，巷道设计宽度为2.6 m，高度为2.5 m，当该工作面掘进至17线时岩石物理力学性质较好(岩石硬度系数f＜8)，适合使用2.5 m钎杆进行掘进。该掘进面共布置30个炮眼:掏槽眼15个，辅助眼8个，周边眼7个。

图1 使用2.5 m钎杆掘进的炮眼布置

采用直眼掏槽方式，如图1所示。在掏槽中心位置布置1个眼，在该眼周围布置6个眼，每个眼的间距为4 cm，再在这7个眼的左右两侧10 cm处各布置1个眼，上下各布置3个眼。

2.1.2 爆破装药量及爆破顺序

在所有的炮眼中，除了中心眼周围6个眼不装药作为第二个自由面外，其他24个眼全部装药，根据爆破顺序及装药量不同，将这24个眼进行排序、编号，如图 1 所示。按照 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 的顺序使用半秒延期雷管进行爆破。由于掏槽眼与辅助眼、周边眼重要性不同，所以其装药量也不同，21线各中段均使用岩石乳化炸药，每条炸药长度不超过0.18 m，单个掘进面使用的炸药量见表1。

表1 单工作面爆破所用炸药量(2.5 m钎杆)

2.1.3 爆破效果检验

每排炮的实际进尺量见表2。

表2 使用2.5 m钎杆凿岩的实际掘进进尺

从表2可知，平均每排炮进尺超过2 m，偶尔出现2.1 m的进尺量，爆破所形成的巷道断面尺寸基本达到设计要求。

2.2 使用2.2 m钎杆掘进时爆破参数的确定

21线1045水平西沿运输巷掘进工作面掘进至17线前方20 m后，岩石硬度变大(岩石硬度系数f＞8)，物理力学性质复杂，岩性不稳定，使用2.5 m钎杆凿岩，时间较长，影响出渣，拔钎困难，因此决定使用2.2 m钎杆进行掘进。

2.2.1 工作面炮眼布置

因掏槽眼是掘进爆破的关键，所以在岩石物理力学性质复杂的情况下设计3种掏槽眼的布置方式，根据掘进面实际情况予以确定，如图2所示。

图2 使用2.2 m钎杆掘进的炮眼布置

2.2.2 爆破装药量及爆破顺序

在所有的炮眼中，除了中心眼周围6～8个眼不装药作为第2个自由面外，其他24个眼全部装药，根据爆破顺序及装药量不同，将这24个眼进行排序、编号。按照 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 的顺序使用半秒延期雷管进行爆破。

由于掏槽眼与辅助眼、周边眼重要性不同，所以其装药量也不同。21线各中段均使用岩乳炸药，一条炸药长度不超过0.18 m，单个掘进面使用的炸药量见表3。

表3 单工作面爆破所用炸药量(2.2 m钎杆)

2.2.3 爆破效果检验

每排炮的实际进尺量见表4。

从表4可知，平均每排炮进尺为1.7 m，爆破所形成的巷道断面尺寸基本达到设计要求。

3 结论及建议

(1)由于条件有限，通过简单实验(不同性质岩块之间相互划割)估计岩石硬度系数f小于8、岩石性质稳定时，使用2.5 m钎杆凿岩，掘进效率高。

(2)当岩石硬度系数f大于8，岩石性质不稳定时，使用2.2 m钎杆凿岩，掘进效率高，同时根据实际岩石物理力学性质确定掏槽眼的布置方式。使用2.5 m钎杆凿岩时，单工作面所需炸药量39.45 kg，换算成每掘进1 m所需炸药量为19.725 kg。使用2.2 m钎杆凿岩时，单工作面所需炸药量28.65 kg，换算成每掘进1 m所需炸药量为16.85 kg，使用2.2 m钎杆凿岩单位炸药消耗量更低。

(3)通过实际观察，对于硬度系数较大的掌子面，凿岩时间(包括装药和爆破时间)累计超过10 h，工人抱怨现象较多，抵触心理较大，故不宜使工人凿岩时间太长。

(4)通过一段时间的强制推行2.5 m长钎杆，工人并未因此而认为凿岩效率提高，可见每次的爆破效果应该是重要影响因素，故研究不同岩石性质和硬度系数下的钻孔和装药参数，应该是下一步研究的重点内容之一。

表4 使用2.2 m钎杆凿岩的实际掘进

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