浅谈隧道岩巷掘进爆破技术

赵岳龙

摘要：地下隧道岩巷掘进爆破施工存在少打眼、乱打眼、多装药、爆破参数不合理的现象，造成炮眼利用率低，爆破效果差，因此，如何改善爆破效果、提高掘进效率、保证巷道成形质量，仍是岩巷掘进爆破工作中应解决的主要课题。

关键词：隧道；岩巷掘进；爆破技术

一、爆破原理

炸药在一定的外界作用下发生爆炸，同时释放热量并形成高热气体。施工中就是利用炸药的这种性质来达到工程建设的需要。当然，如果炸药使用不当，伴随爆炸产生的地震波、空气冲击波、飞石和噪声等就会造成预想不到的后果，达不到施工预期的目的和要求。为此，在爆破作业过程中，必须需对炸药特性、爆破布置认真了解和掌握，按照爆破的有关技术操作规程，确保必要的安全距离和采取相应的安全技术措施，以期达到好的爆破效果。

二、钻爆设计

2.1钻爆设计方

总的设计思想是周边采用光面爆破，核心采用控制爆破，掏槽采用抛掷爆破的综合控制爆破技术。根据开挖方法分别采用半断面及全断面两种爆破方式，采用非电毫秒雷管爆破网路。为减轻爆破对围岩的扰动，开挖断面采用多段位非电雷管进行网路设计。

根据本项目围岩特点，采用直眼掏槽、斜眼掏槽混合使用。眼深小于2m时采用斜眼掏槽。在风化、破碎较严重的地质条件下，宜采用光面爆破或轮廓线钻眼法，或者预留光面层光面爆破开挖修边法。

2.2底板眼钻爆要求

①将底板眼分成几段分开起爆，这样能减少底板眼同段起爆，共同作用的炸药量，改变了底板眼抵抗线的方向，实际上缩小了底板眼的抵抗线，从而可以减小底板眼爆破产生的地震强度。

②起爆顺序：掏槽眼→掘进眼→内圈眼→底板眼→周边眼。

③选择雷管段号时注意三点：第一，合理的段间隔时间；第二，同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量；第三，前一段的爆破要尽量为后段爆破创造良好的临空面。

2.3爆破参数的选择

通过对爆破试验确定爆破参数，光面爆破参数对爆破参数选择的注意事项：

①软岩隧道采用光面爆破的相对距离（E/W）宜采用表中的最小值。

②装药集中度（q）按照2号岩石硝铵炸药考虑，当采用其它炸药时应进行换填，换算指标主要是猛度和爆力（平均值）。

③采用光面爆破时，爆破振动速度应控制在：中硬岩15cm/s，软岩5cm/s。要求爆破的振动速度是根据离开挖工作面1～2倍洞跨处实测得的，它可以用速度传感器将所得的信号通过测震仪放大，在光线示波器记录得到。光面爆破以后，开挖岩面上不应该有明显的爆震裂缝。

2.4软弱围岩光面爆破器材的选择

①掏槽眼、掘进眼选用乳化炸药。

②周边眼选用低爆速、低密度、高爆力、小直径、传爆性好的光爆炸药。

③起爆雷管选用分段微差非电毫秒雷管。

2.5周边眼参数选用及钻眼要求

周边眼参数的选用

周边眼参数经验计算公式：

间距：E=（8～12）d（d为炮眼直径），cm；

抵抗线：W=（1.0～1.5）E，cm

装药集中度：q=0.04～0.19Kg/m.

2.6炮孔设计及施工

①炮孔布置。先布置掏槽眼、周边眼，再布置底板眼、内圈眼、二台眼，最后布置掘进眼，掘进眼均匀布置，内圈眼间距为周边眼间距的1.5倍，抵抗线为间距的0.7倍。根据经验，不至于使底板越爆越高，底板眼设计下插角度；二台眼、底板眼也要比掘进眼适当加密，确保考虑到先爆破眼的部分石碴堆在上面，减少爆破负荷。

②炮眼深度L。软弱围岩隧道通常以循环进尺作为眼深，掏槽眼加10～20%。在软弱围岩中，根据经验，一般宜在1.0～1.5m范围内考虑，新林隧道根据进度及爆破效果，选择炮眼深度为1.5m。

③炮眼数目N。在小直径（35cm～42cm）炮眼，开挖断面积在5～50m2的条件下，单位面积钻眼数为1.5～4.5个/m2。在计算时注意：软岩隧道的炮眼平均装药系数n大约在0.2～0.4的范围内；单位炸药消耗量在大断面爆破与小导坑爆破不同，若采用光面爆破，炮眼数目应增加20%左右。

④光面爆破单孔装药量的计算。

——单孔装药量，g；

——光面爆破炮眼装填系数；

——炮眼深度；

——炸药的密度，g/cm3；

——炸药直径，cm；

爆破总装药量的计算：（Kg）

——开挖断面积，m2；

——炮眼深度，m。

钻孔作业及装药结构及堵塞方式按有关施工规范执行。

三、掘进爆破的掏槽方式

掘进爆破中的炮眼按其作用的不同，可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。掏槽眼的作用是为辅助眼创造第二自由面，辅助眼是为了进一步扩大掏槽体积，周边眼是为了形成正确的井巷断面形状。按炮眼布置的位置及形式有多种掏槽方式。

3.1倾斜眼掏槽方式

倾斜眼掏槽：倾斜眼掏槽是指掏槽眼方向与作业面斜交的掏槽方法。通常有单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽等形式。掏槽眼与工作面的夹角一般为55°～75°，眼底距离为l0～20cm。

倾斜眼掏槽的优点：适应性好，所需掏槽眼数较少，掏槽体积大，炮孔精度对爆破效果的影响小，抛掷阻力小，易于将岩石抛出，有利与其他炮眼的爆破，需要的雷管段数少。缺点：角度控制难掌握，掏槽眼深度受巷道断面限制较大，因而影响到每个循环的进尺。另外，岩石抛距较远，岩堆分散，影响装岩效率。

3.2垂直眼掏槽方式

垂直眼掏槽：垂直限掏槽也称直线掏槽，所有掏槽眼均垂直于工作面，炮眼之间相距较近且保持平行，其中有一个或数个不装药的空眼，作为装药眼的临时自由面。

垂直眼掏槽有龟裂掏槽、桶形掏槽和螺旋掏槽三种形式。

龟裂掏槽：炮孔布置在一条直线，彼此间严格平行，装药眼与空眼间隔布置，爆破后形成一条槽逢。龟裂掏槽体积小，故常被桶形掏槽所代替。

桶形掏槽：又称角柱型掏槽，各掏槽眼间相互平行且成对称形式。空眼孔径可与装药眼相同，也可采用75～100mm的大直径空眼，以便增强自由面的作用。

螺旋掏槽：是由桶形掏槽发展而来的，其特点是各装药眼到空孔的距离依次递增，呈螺旋线布置，并且由近及远顺序起爆，能充分利用自由面，扩大掏槽效果。常用的是大空孔螺旋掏槽。

优点：眼深不受巷道断面限制，可进行较深炮眼的爆破，能提高掘进循环进尺；掏槽体积内外大小一致，因而相邻炮孔的最小抵抗线也一致。使爆落的矿岩块度均匀，不会抛掷太远，爆堆集中在工作面附近，有利于装岩。

缺点：掏槽眼数量较多，掏槽体积小，对凿岩技术要求高，需要的雷管段数多。

3.3混合掏槽方式

混合掏槽是以上斜眼掏槽和直眼掏槽两种掏槽方式的混合使用，能够克服单独一种掏槽方式的缺点，同时又具有两种掏槽方式的优点，在特殊岩石的掘进爆破工程中有用。

四、提高掘进爆破效果措施

个人认为影响爆破效果因素有以下几点：

（一）掏槽眼的选择和布置

决定爆破效果的关键是掏槽爆破。要提高炮眼利用率，就应首先选择合理的掏槽形式和掏槽参数。掏槽眼的布置有倾斜眼掏槽、直线眼掏槽和混合掏槽，直线眼掏槽分为龟裂掏槽法、菱形掏槽法、五星掏槽法、角柱掏槽法和螺旋掏槽法。螺旋掏槽法比较适用于我施工单位的隧道工程掘进爆破。其原因是此掏槽法适用于中硬以上岩石，是较好的直线眼掏槽方式之一，许多地下隧道工程的掘进爆破都采用此种掏槽方式。它以中空眼为重心，周边布置四个掏槽眼，逐个加大距离，形如螺旋，因而的名。在各掏槽眼连线中间各加一个空眼，作为自由面和防止炸药压死。其优点：有较大的爆破自由面，爆破效率高，爆破后岩块度均匀，爆堆集中。缺点是炮眼较多，钻眼要求高。

（二）爆破参数的确定

爆破参数包括炮眼布置方式、炮眼装药量、炮眼间距、炮眼深度、炮眼数量、炮眼直径等参数。

1.炮眼布置方式。掘进炮眼布置一般都采用掏槽眼、辅助眼、周边跟的布置方式。具体位置应根据巷道断面的大小、岩性和顶板情况来确定。

2.炮眼装药量。炮眼装药量要求是爆后必须将槽腔内岩石充分破碎并抛出，掏槽眼装药量要较其它炮眼要大，炮眼装药量不应过大或过小，应随岩性的变化而变化。

岩巷装药量一般可按下式确定：

Q=W*L

式中：Q为按定额确定的单位炸药消耗量，kg/m3；L为炮眼的深度，m；W为最小抵抗线，mm。

3.炮眼间距。炮眼间距应等于或略大于炮眼爆破漏斗的长度，不应过大或过小。

4炮眼深度。炮眼深度应根据岩石性质、钻眼机械、循环作业方式、炸药威力等因素综合考虑。我个人认为中硬以上岩石炮眼深度一般可为2～2.2m，掏槽眼必须加深0.2m。

5.炮眼数量。炮眼数量应根据岩石性质、断面尺寸、爆破器材和炮眼的不同作用进行合理布置，排列出所需的炮眼数，经实践验证后再作适当调整。

6.炮眼直径。直径一般比照标准炸药直径（32mm或35mm）大4～7mm来确定，一般为36～42mm。

（三）炮眼利用率

炮眼利用率是衡量爆破效果的主要指标，炮眼利用率应达到90%以上。

我个人认为提高炮眼利用率应采取以下措施：

1.炮眼的深度和角度必须符合爆破说明书的规定。

2.炮眼内的煤、岩粉必须清除干净，将炸药装到眼底并密接，不得装错电雷管的段数。

3.炮眼的封泥必须符合规程规定的长度和质量。

（四）联线方式和起爆方法

大断面的岩巷掘进工作面应采用串并联方式和全断面一次起爆。其优点是减少爆破次数和降低产生拒爆现象。串并联方式即使产生拒爆现象，拒爆的炮眼多为一组，比较好查找和处理。

（五）炮泥质量和封孔长度

炮泥质量的好坏和封孔长度直接影响到爆破效果和安全以及爆轰波的吸收，炮泥质量好和封孔长度符合要求爆轰波能够充分的被煤岩体吸收，爆破效果好又安全；炮泥质量差或封孔长度不符合要求爆轰波大部分都作用到围岩和空气中了，爆破效果不好且不安全。提高炮泥的质量和封孔长度是关系到爆破效果和安全的重要因素之一。

结束语

解决好岩巷中光面爆破设计及施工中的若干技术问题，是保证有较高的炮眼利用率、较规整的周边成形、较均匀的爆破块度的技术关键。通过对影响爆破效果的因素的分析，选择合理的爆破工艺，提高爆破效果。

参考文献：

[1]煤矿安全规程编写组.煤矿安全规程2014.7

[2]李龙，黄吉宏.中深孔爆破快速掘进的实验与应用2015.2

[3]许畅，彭建谋，孙越英.浅议中深孔爆破技术在非煤矿山开采中的应用2013.9