6-聚能水压光面爆破技术在焦家金矿研究与应用

聚能水压光面爆破技术在焦家金矿

研究与应用

1.






研究背景

光面爆破在巷道的掘进中得到了广泛的应用，相对于普通爆破来说，爆破成型质量及安全有较大改观，收到一定效果。但常规光面爆破技术不足之处在于：炮孔间距为40～50cm，布孔过密、打孔过多、打孔作业占用时间过长；炮孔中有药卷部位极易造成围岩出现裂缝或洞穴，影响围岩稳定，甚至会造成塌方；常常出现超挖，增加混凝土初喷量，提高施工成本，超挖是致命的“罪魁祸首”。施工中需要迫切解决两个问题，即减少围岩扰动，降低安全风险；减少巷道超挖，降低施工成本。

二、研究内容

1、工作原理

聚能水压光面爆破就是炮孔中由聚能管装置替代了常规光面爆破炮孔中的药卷和传爆线，炮孔的最底部和上部有水袋，用专用设备加工成的炮泥回填填塞。常规光面爆破炮孔中的炸药爆炸后，在岩石传播应力波时产生径向压应力和切向拉应力，由于光爆炮孔相邻互为“空孔”，所以在光爆炮孔连线两侧产生应力集中度很高的拉应力超过了岩石抗拉强度，于是使炮孔之间的岩体形成的初始裂缝要比其他方向厉害的多，除此之外，由于炸药爆炸生成的高压气体膨胀产生的静力作用促使初始裂缝进一步延伸扩大。而聚能水压爆破除上述应力波作用外，聚能槽产生的高温高压射流，以及光爆孔中的水袋在爆炸作用下产生的“水楔”效应，促使岩石初始裂缝延伸扩展加大。聚能水压光爆炮孔由于水袋炮泥复合填塞，有力控制炸药爆炸生成的膨胀气体于炮孔中，其膨胀气体静力作用比常规光面爆破不填塞产生的静力强的多，更有利于已形成的裂缝再延伸扩展加大。聚能水压光面爆破技术由于聚能管的高温高压射流、“水楔”作用以及增强了膨胀气体的静力作用，解决了常规光面爆破的不足，同时由于在光爆炮孔中放置了水袋，在爆破过程中产生的水雾起到了降尘的效果，改善了作业环境，保护了施工人员的身体健康。

2、聚能管装置装药技术

（1）聚能管参数

聚能管采用一种抗静电阻燃的特种塑料管（如图1），形状为异形双槽，管长2.2～5m不等。聚能管根据炮孔深度可长可短，是由两个相似半壁管组成，管壁厚2mm，半壁管中央有一个凹进去的槽，叫做“聚能槽”。聚能管截面尺寸：聚能槽顶角70°，聚能槽顶部距离17.27mm，半壁管宽度24.18mm，两半壁管相扣成的聚能管宽度为28.35mm。为调节聚能槽对准开挖轮廓面，两半壁管可调聚能方向8°～10°。聚能管裝置中的炸药为乳化炸药。聚能管内部尺寸形成的截面就是炸药的截面（如图2）。

图1 聚能管装配材料实物                  图2 聚能管截面尺寸

（2）聚能管装置的组装方法

聚能管装置中的非电导爆管雷管为施工现场通用的起爆器材，起爆雷管段别与常规光面爆破相同。往半壁管注药需要注药枪等设备，往半壁管注药步骤：第一步把药卷一端和沿药卷纵向把包装皮切开，然后两药卷沿纵向切开面合并并装入注药枪筒中，最后拧紧旋转盖；第二步手握注药枪沿半壁管从头至尾移动，炸药就从枪口连续不断流入半壁管中。注好炸药的两个半壁管相扣之前在其中一片半壁管中放置一根非电导爆管雷管，然后合并装在一起，聚能管基本组装好。为保障聚能管装置中的聚能槽对准隧道轮廓面以防止转动，每根聚能管装置安装2个方形定位块（如图3），定位块的作用是固定聚能管装置的位置，保证聚能管装置装入炮眼后聚能槽与巷道轮廓面平行，这样聚能管才完全组装好。要特别指出的是，为了安全，在聚能管装置组装房内不要安装起爆雷管，运输时分开运输，待运到掌施工地点时再安装到一起。整个注药过程操作简便快捷，一个循环光爆炮眼所需要聚能管装置数量可在1h左右组装完毕（如图4）。

图3 方形定位块注药枪                 图4 注药枪

3、聚能水压光面爆破技术要点

（1）周边孔参数的确定

聚能水压光面爆破技术布孔与常规光面爆破完全一样，凿岩工具和工艺均无变化。不同之处在于周边孔的间距，常规光面爆破40～50cm，聚能水压光面爆破周边孔间距布置60～80cm，起拱线、围岩节理发育处可根据现场情况适当缩小孔间距,试验巷道规格3.5m*3.5m（如图5），底板孔5个，顶板孔5个，周边孔8个，掏槽孔1个，辅助孔20个。

图5 聚能水压光面爆破炮孔布置

（2）装填操作步骤

装药之前，把加工后的聚能管运至施工作业面，并准备绝缘胶带、孔内定位棉、夹条等辅助材料。装填的步骤：第一步，往炮孔最底部填装一个水袋，水袋必须装到炮孔最底部，不能留有空隙；第二步装填聚能管装置，聚能管长2.5m，是炮孔深度的70％，聚能管装置要紧挨着炮孔最底部水袋（如图6）聚能槽要与轮廓面一致（如图7），特别要注意千万不能装错；第三步，装填两袋水袋；最后一步，用专业设备加工成的炮泥回填填塞一直到炮孔口，用木质炮棍捣固炮泥才会坚实，起到填塞的作用（如图8）。所有炮孔填过后，像常规光面爆破那样连线起爆。

图6 水带图                   图7 聚能槽安装

图8 聚能水压光面爆破装药结构

（3） 聚能爆破各工序耗时及分析

根据聚能水压光面爆破技术在焦家金矿应用情况，针对不同的地质条件、机械设备、气候条件等，采取现场写实记录的方法，对钻孔装药、排险、支护、出渣等耗费时间及超欠挖量进行记录。根据现场记录结果进行分析，单个循环作业时间平均为10h，各工序平均作业时间如下：钻孔、装药：4h；周边孔钻孔时间平均节省18min；钻孔、装药耗时比常规光面爆破减少30min；出渣：4.033h；排险（排除拱部危石）：0.305h；支护（打锚杆、穿带等）：1h。聚能水压光面爆破现场（如图9）。

图9 聚能水压光面爆破现场

三、主要创新点

1、压定向聚能技术

该技术集聚能爆破、水压爆破、光面爆破三者的优点于一身，除具有常规光面爆破的应力波和气体准静态作用外，还增添了高温高压定向聚能效应和“水楔效应”作用，解决了常规光面爆破存在周边眼布设过密的难题，打破了光爆炮眼间距的限值，显著增大预裂光面爆破的孔距，即减少造孔工作量，造孔率减少20％，降低了炸药、雷管等材料成本，大大降低了爆破作业工班的劳动量，钻孔缩短30min，减少工时消耗，劳动效率明显提高，光面爆破成本降低30％以上，半孔痕保留率达到90％以上，提高了巷道掘进速度；

聚能光爆还减少了围岩扰动，充分利用了炸药聚能爆破产生集中爆破能的原理，较好控制聚能射流面与光爆面吻合，提高保留岩体的完整性和稳定性，开挖轮廓线平顺整齐，超欠挖明显改善，有利于支护工序施工，减少了支护作业量，支护成本降低，施工质量明显提高，降低生产成本显著，有效地提高了经济效益；

2、“水袋”和“炮泥”装药技术

“水袋”和“炮泥”相结合组成了全新的装药结构，降低了粉尘量，改善了施工作业环境，保护了施工人员的身体健康，成功解决了常规光面爆破的不足，取得了良好的技术、经济效果。

四、效益分析

通过本项目的研究，显著增大预裂光面爆破的孔距，即减少造孔工作量，减少工时消耗，提高巷道掘进速度，劳动效率明显提高；聚能光爆同时提高炸药的能量利用率，节约炸药、雷管等，光面爆破成本降低30％以上；减少了围岩扰动，提高保留岩体的完整性和稳定性，保证开挖轮廓线的圆顺、整齐，残孔保留率高，超挖减少，半孔痕保留率达到90％以上，有利于支护工序施工，减少了支护作业量，支护成本降低显著；同时降低了井下爆破粉尘，改善了施工作业环境，保护了施工人员的身体健康，成功解决了常规光面爆破的不足，取得了良好的技术、经济效果。