SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要：近年来，地下矿山爆破施工技术突飞猛进，对提高矿井的经济效益起着重要作用。由于各种技术的特殊性，为了减少开采费用，必须加大对爆炸技术的研发力度。矿山采掘是将矿石从地底掘进搬运到加工地点，由露天向地下开采转变为井巷掘进。爆炸对周边环境造成一定危害，引起了广泛重视。介绍了矿井井巷爆破的有关知识，并通过实例的剖析，对地下矿山工程井巷掘进爆破技术进行了总结。
关键词：地下矿山工程；井巷掘进；爆破技术
从施工技术来看，通过对井巷掘进的研究发现，其爆破过程包括：①钻孔；②装药；③连线；④起爆。为了保证施工的顺利进行，必须要有一个接一个的步骤，所以在施工的时候，必须要特别重视每一个方面的问题，以保证施工的顺利进行。在开采过程中，如果不能获得良好的爆破结果，将会对井巷的掘进造成一定的不利影响。这也就意味着，在进行矿井建设之前，必须对爆炸技术进行综合分析，提高其爆破效果，提高井巷施工速度，提升工人的工作质量。
1井巷掘进与爆破技术要点
随着工程技术的迅速发展，在铁矿石生产中得到了越来越多的运用，从而提高了国内采矿工作的质量。特别是采用了掘进技术，不仅可以连续进行采矿，大大缩短了采矿周期，还可以提高采矿项目的整体效益。井巷爆破技术指在天井、隧道和平巷等地段进行定向爆破。在这种地段进行爆破时，由于掘进断面会对爆破的效果产生一定的不利作用。采用井巷掘进技术，可使爆堆集中，从而改善施工爆破的效果。矿井采矿可以协助人类在地下挖掘和运输矿石，采用井巷掘进和爆炸技术，不仅有助于确保矿井的安全，还有助于确保矿井的正常生产。在矿井生产中，采用适当的掘进技术可以使矿井的生产效益得到明显的改善，同时还应重视孔深、孔距和装药量等方面的问题。
2露井联采工程爆破振动对巷道的影响研究
改革开放以来，随着我国的发展和社会的快速发展，露天矿山的开发建设也得到了长足的发展。深部矿井因技术条件的限制，难以实现地表采矿。因此，井巷深埋矿井露井联合采矿技术备受关注。现如今，矿井普遍采用露井联采工艺，对露井井底进行了优化设计，使矿井的生产费用降低了25%。由于中国的浅层矿井资源日益枯竭，矿井的开发正逐步转向深部地下采矿。国内许多矿井都采用露井联采的方式。露井联采具有在露天和地下同时进行的特征，使其具有多种采掘形式。矿山露天采矿与矿井作业是相互依赖、相互制约的，地表采矿引起的爆炸震动会对隧道的稳定造成一定的不利影响，而在地表进行的地震波会对隧道的安全性造成一定的危害，同时也会对隧道的支护结构造成一定的破坏。相邻巷道具有空间和时间上的交互作用，露天爆破的震动和相邻的巷道共同作用于已有的巷道，而露天开采的边坡段则会对巷道的稳定产生一定的不利影响。裂缝顶端的应力强度超过了极限，造成了围岩裂缝的扩大。为了确保隧道的安全，必须清楚地认识到在采矿过程中的爆炸震动对已建衬砌的干扰作用。中国在20世纪90年代开展了对露天开采模式的深度探索，重点放在了金属矿山。中国对露井联合开采技术还处在起步期，对露井联合开采的稳定性的探讨越来越多，而关于爆炸作用下的隧道效应则主要是以已有隧道为基础进行的。
3岩石破碎学说
岩体破裂属于高温、高压的暂态反应，其破裂机制主要有爆破应力波、拉伸、综合作用等。其中，有学者提出了以岩体的早期径向裂缝为主的震波效应，认为地震波的主要影响因素是岩层的波阻抗性，而爆炸气则是影响较小的岩体和节理区的岩体的重要因素。其破裂机制是一种较为复杂的理论，主要有爆破应力波综合作用理论、爆生气体膨胀理论等。
4岩石巷道的掘进与爆炸机制
在井巷掘进中，环向拉应力作用下，因爆破时受强烈的撞击，使周围的岩体发生开裂，在应力波作用下，岩石的裂纹会继续扩展，从而产生二次裂纹。在这种情况下，爆炸的气浪会让石头的内部变得更加坚硬。当膨胀量持续增加时，会形成一个巨大的爆裂漏斗，其破坏力要比爆裂时的冲击力要强得多。因此，当火山口的爆炸声响起时，火光会从火山口的中央蔓延开来，要根据火山口的不同，将火山口的火势进行适当的分割，而且火势也会有一定的变化。在岩石巷道掘进工程中，以爆炸为主，其爆破效应直接关系到下一步工作，其工作是确保在安全条件下高品质地进行岩体的掘进，爆破后的碎石粒径有助于提高装卸机械的工作效能。为了确保掘进爆破的安全性和对井巷的影响，为了使其在巷道中掘进时能获得很少的空隙，在巷道中要适当地设置不同的孔洞，合理地选择了爆炸的参数及爆炸次序。井巷掘进爆破的施工工艺较为复杂，在掘进过程中可以设置小孔，在工作面上设置一些孔洞。首先在钻孔中设置小的钻孔，根据钻孔的方位可将其分成斜眼钻孔和直眼钻孔两种。
斜眼掏槽是巷道掘进中普遍采用的掏槽方式，不同掏槽方式根据不同的围岩情况而定，一般采用单向掏槽、锥形掏槽、扇形掏槽等。直眼掏槽有直线掏槽和螺旋掏槽，其优点是适用于中硬岩石巷道掘进工程中，炮孔深度不受开挖断面尺寸限制，炮孔垂直于工作面。爆破相对密集，对钻井设备的影响小。直眼掏槽破岩并不是以工作面为主体的，多数采用爆炸冲击法对采空区进行破岩。在地下巷道掘进施工中，必须根据施工技术可行性和经济合理性等因素，选取合适的掘进方式。井巷掘进采用了一种新的爆破技术，它被普遍应用于隧道等掘进施工中。光面爆炸技术具有开挖面光滑平整的优点。光面前预留层岩石可自由运动，而光面只对剖面周围的岩体进行光面爆炸，其本质是井巷的剖面分布间隔很短，从而有效地限制了炮孔的装药。在爆破过程中，采用不耦合装药方式将爆破引起的爆破孔贯通裂纹。关于光面爆破的机理众说纷纭，在爆轰过程中，产生了一种强烈的激波动压效应，从而产生了一种类似于高温、高压爆燃的准静压力。采用低爆速低密度炸药，合理地对激光炮孔进行加密，并在同一时间引爆，取得较好的爆炸结果。
第一块区域的爆破效果属于粉碎区域，粉碎区的直径大约在74mm，在这个范围里，所有的矿物盐都会因为强烈的压力而不断地被摧毁，最后变成了粉末。第二块是被破坏的地方。由于爆破区是由应力波和爆炸性气体的双重影响而形成的，因此会造成岩层开裂，在爆破的压力下，会造成岩层的崩塌，而炸药会对岩石造成严重的伤害，所以要尽可能地利用炸药。第三块是节理断裂，在这个范围，爆破和瓦斯都不能对自然岩石造成伤害，而是会出现节理裂纹。利用井巷掘进法进行爆破，一次掘进的方块数量大，因此，在施工过程中，其爆炸的噪音和振动相对较低。利用井巷掘进技术进行施工，既能增加安全，又能增加效率，并能有效地克服爆破施工中振动大、飞石多、爆破次数多的问题。
5井巷掘进技术特征
井巷的爆破工作包括平巷、竖井、天井和硐室等。这些爆破一般都在单个自由面上逐步成形，受横截面或巷道限制，每次进深都在1m~3m以内。最终，通过爆炸来确定井巷剖面形态。因此，必须在一个工作面上设置若干个不同的孔洞，以保证爆破的成功率。
6炮孔布局与爆破次序
在掘进作业中，一般将其分成掏槽孔、辅助孔和外围孔。平巷和斜井工作面外围钻孔分为顶、底和帮口三种类型。挖掏槽就是要将一块石头炸开，然后将里面的石头扔出去，形成一个凹槽状的孔洞，从而提高爆破的效率。挖掏槽孔深度要比其他钻孔深10%~15%，且每个周期内的钻头质量都很重要。为确保炮孔的品质，必须对挖掏槽孔的形状进行适当的安排，辅助孔位通过将大量的岩体下坡，使剖面扩大，既能增加周围钻孔的自由面，又能最大程度地炸毁岩体。周边孔既能有效地调控巷道的截面形状和方向，又能保证井巷的方向、形状和尺寸满足特定的需要。
6.1掏槽方式
确定掏槽形式，应根据井巷断面、岩石性质和地质构造条件等因素加以确定。在工作面的中央形成了一个锥形炮洞，主要用来掘进垂直钻孔。每个掏槽炮孔底部不贯通，一般呈角锥或圆锥状。平巷掘进采用了前者，环形钻孔则采用了后者。当钻孔底部间距为10cm~20cm时，炮眼的倾斜角度为55°~70°，开孔间距为0.4m~1.0m，不易爆炸的情况下取偏小值。
(1)楔形掏槽。该挖槽为两列或更多的相互对置的炮孔，在掘进时产生楔形间隙，主要适用于中等硬度及较高均质岩石以及断面尺寸大于4平方米的隧道内。各炮孔距离为10cm至20cm，其开孔间距与孔深、倾斜角度的关系密切，而炮孔的倾斜角度为60°至75°。按地层或节理的不同，可以将其划分成横向和纵向两类。
(2)龟裂掏槽。它又称缝形挖槽，适用于中硬以上岩石，炮孔数目为3个至7个，孔距取8cm至12cm，空孔直径可与装药炮孔相同，也可用大直径空孔。生产中因所获槽腔宽度不大，故多被桶形挖槽所取代。
(3)桶形掏槽。也被称作柱形挖槽，是目前广泛使用于中等硬度以上的竖向挖槽方式。它具有很大的容积和宽广的挖槽空隙，便于辅助钻孔的爆破。在使用大口径空心孔时，可以产生大量的人造自由度和补偿间隙。目前，已有许多成功的桶型挖沟方法。
(4)螺旋掏槽。与桶状挖槽相比，每个开孔处的间距从开孔处向下依次增大，从孔口到每个开口处的间距分别为1至1.8、2至3.5、3至4.5、4至5.5。随着装药的开孔顺序发生爆炸，凹槽容积逐渐增大。对于非易爆性的岩块，可以通过增设孔洞来增大其自由表面，并对其进行补漏。必须指出，钻孔直径、数量和位置对竖向挖槽方式的影响很大。
6.2钻孔爆破次序
为保证爆破效果，必须对爆破的炮孔进行一定的设计，使爆破后的爆破孔洞能够获得最佳效果。如果能够充分利用自由面，那么它的震动、空气冲击波的威力和噪音都会被削弱，但是挖槽的形状也会影响爆炸的发生。裂纹挖槽法和桶式挖槽法的爆破方法可以是瞬间引爆，也可以是多阶段爆破。在螺旋式挖槽中，使用延迟引信，依次引爆炸药。
7井巷掘进爆破的相关参数
炮孔的直径以及炸药的单位使用量在井巷掘进爆破技术中的影响都是至关重要的，所以必须要针对井巷掘进爆破的相关参数进行全面分析。
7.1炮口直径
如果炮孔直径比较大，则装药的直径也大，这样能够保证爆破的集中性，可以全面提升爆破工作的效率和精度。若钻孔的口径太大，极易造成爆炸速度下降，造成的空洞数目较小，造成的破坏作用较小。同时，在坑壁附近的平坦程度也会引起一些不公平的问题。就整体的爆破效应而言，由于炮眼的口径太大会增加井巷的掘进作业的困难，因此要从装备、工具、特性等方面进行全面的分析，只能在现场进行综合判定，为了更好地确定最适合的直径大小。
7.2炮孔数量
在一些工程中，为节省或缩短钻孔的时间，在实际施工中，钻孔的数量比所需的设计钻孔数量要少，一般是3个/平方米~3.8个/平方米。在此条件下，尽管在某种意义上节省了时间，但炮孔的使用率却较低，并且巷道成型效果也较差。实践证明，在整个剖面内，设置5个炮眼，在此条件下，开孔数大于90%，其利用率可以达到百分之九十以上。
7.3炮孔深度
在爆破工艺参数中，炮孔深度是关键因素，爆破效果、掘进速度、物料损耗等都会对井巷掘进各方面都有一定的影响。同时，要提高每小时的施工作业效果，既要提高施工工艺条件，又要提高作业的质量，同时还要兼顾岩层条件、作业方法、装备水平等因素，要把炮孔设计成1.5m~2m。
7.4孔距
确定了井巷剖面的岩性，确定了钻孔的直径、深度和单位炸药消耗率。根据实际情况，对开孔数、装药率等因素进行调节，最终确定孔距和装药率，孔距也是由实践决定的。副孔径400mm~600mm，周围钻孔间距通常为600mm~700mm，周边孔口距巷道轮廓线为100mm~150mm，孔的底部落于轮廓线100mm左右。对于松散的岩体，外缘孔洞的开口度可以达到200mm~300mm。这些数据也不是一成不变的，必须根据实际情况进行适当的调节。
7.5填充长度
填塞的目的在于增加井巷内的爆震能，从而使矿井的掘进工作更高效。因此，必须选择适当的填料。填料的掺量为1：3，填料的长度通常与炸药的长度和孔径成正比，填充的长度为0.35~0.50的加长。
7.6毫秒爆破时间间隔
在井巷爆破时，必须首先明确起爆间隔，这对于进一步推广使用毫米级炸药是非常关键的一步。高速照相观测发现，辅助孔周边孔之间的爆炸间隔为50m/s~100m/s。掏槽每一节的爆破间距为50m/s。对较硬的岩体，宜采用较短的毫秒级爆破间隔。经实际应用，无论是在竖井或是在平巷掘进爆破中，均能获得较好的爆破效果。
8矿山工程施工案例
某矿山在进行一次采掘作业时，由于岩石太过破碎，导致爆破作业中的爆眼的使用率达到90%以上，而在实际掘进后，其掘进面积已达到1平方米以上。由于爆炸后的效果并未达到预期，不但造成了支护的困难，也造成了巨大的资源损失。从爆破的影响来看，该方法具有很高的利用效率，表明了在掘进时采取掏槽法是切实可行的，产生较大的充填和周围孔间距，是造成井下超掘的重要原因。在发现问题后，立即调整了底部爆炸的参数，将周围的距离从60厘米缩减到了40厘米，药包的容量也从450缩减到了300克，减小了2/3，既可降低炸药用量，又可提高爆破效果，同时也为电气规整成型、超挖控制等作业的实施打下基础。根据爆破工程的实际，要确保爆破结果，应从两个方面进行：①爆破技术人员要根据爆破场地的实际条件，进行爆破标志的制作，例如隧道穿越不同的岩石。而在编制爆炸图示的时候，要选取至少两个以上的主要岩层进行编制，并在爆破场地进行引导，经过多次的爆破作业，再根据爆破得到的参数，完善制作的图标，以达到爆炸的要求。②在实际工作中，所有参与爆破工作的人员，都要按照《煤矿安全规程》的要求，认真执行爆炸标志，杜绝乱填、乱钻等现象，保证施工工作的安全性，保证作业人员的生命安全。
9井巷掘进与爆破施工技术的实践
9.1技术方案
在进行作业前，将搅拌井卸载装置进行卸载，其步骤如下：①在井口进行卸载装置；②对垂直井-115m/s，-40m/s，+35m/s的井盖进行了拆卸和保护，并拆除了管子进行了配换；③进行施工材料和设备的下放，在井底进行装配操作；④施工隧道的支撑与刷面；⑤清除隧道内的污泥、粉砂等，并对地面的积水进行回填；⑥负责风、水、电设备及地基的施工；⑦卸料工位采用砖砌挡板；⑧设置废弃的石头和卸货围栏。
9.2隧道掘进技术及技术对策
在该工程中，采用YT-28钻机进行岩石开凿，孔径为38mm。平巷掘进辅助孔、周边孔深度为2.2m，而掏槽孔深度为2.5m，每循环进尺为2.0m。每进行一孔之前，需先清除基坑，然后按照图纸对掘进轮廓线、炮孔位置等进行规范。采用不耦合的连续装药方式和炮泥堵孔的方法进行施工。起爆选择预留光爆层全断面二次非电导爆管实施。
在中等坚硬的岩石中，周围的孔隙数量为200g/m~250g/m，在500mm~700mm范围内。爆破的要求达到以下效果：隧道掘进时，隧道的孔径大于100mm，而眼底为150mm以下，不能出现明显的炮震裂纹问题。在进行爆破作业的同时，根据爆破围岩状态和材料性能，对爆破参数进行实时调节，从而获得预期的爆破结果。
9.3工程质量管理方法
在施工过程中，利用光面爆破技术，按钻孔设计施工，在爆破后进行分析比较，适时地进行钻孔工艺参数的修正，以保证施工安全。在进行钻孔作业之前，需要明确起拱线、掘进断面中线、炮孔位置，验收合格后方可进行钻孔作业。炮孔深度、排距、角度应符合图纸规定，开孔孔口和孔底误差不得超过15cm；辅助孔孔距、行距误差不超过15cm；外围孔巷的设计剖面间隔应小于15cm，孔底部应小于15cm，而孔洞底部应小于15cm，而内径与周围的炮眼之间的距离应小于15cm。在不平整的基坑中，应结合现场条件，调节钻孔深度，并调节装药数量，以便除去钻孔；确保各孔处在一个平面上。完成钻孔后，要根据炮孔布设图进行记录和检查，若存在与要求不符的炮孔，则需重新进行钻孔作业。
10结语
总之，国内矿山井巷掘进技术的发展需要结合矿山实际情况及井巷掘进设计需求，充分运用各项技术措施，并进行适当的爆破，这样才能达到良好的爆破效果。
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！ 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/65876.html
