一种基于膨胀预裂的巷道光面成形方法

技术领域

本发明属于采矿技术领域，具体是一种基于膨胀预裂的巷道光面成形方法。

背景技术

在矿山开拓巷道施工中经常采用光面爆破技术控制围岩超欠挖问题。在硬及中硬岩体中采用深孔、中深孔预裂爆破技术时，一般是利用轮廓线上炮眼内炸药的爆破冲击作用，在开挖轮廓各炮眼间形成相互贯通的裂隙分割原岩。

公开号为CN102927867A的一项中国专利申请，公开了一种掏槽预裂爆破减震方法，其炮眼的起爆次序为：预裂炮眼、掏槽眼、辅助眼、周边眼和底板眼，先起爆水平预裂部位然后再起爆周边眼。这种爆破顺序不能最大程度的减小爆破对周围岩体的扰动，因为在进行水平预裂爆破之前周边眼与外部岩体连接完整，无法阻隔震动对外部围岩的扰动。公开号为CN109839043A的发明专利公开了一种预裂爆破减震方法，改进之处是在掌子面上打设炮眼时，在周边眼的每两个相邻的炮眼之间打设一个减震孔，向炮眼内装入炸药进行爆破。但是，发明所述减震孔位于相邻周边孔之间，无法对开挖轮廓线外侧的被保留岩体起到直接有效的缓冲减震效果。

周边眼的爆破效果是影响预裂爆破能否达到要求的决定性因素。目前预裂爆破技术主要存在的缺陷是：炸药在周边孔内爆炸后，由爆孔传播出强冲击波和大量高温高压爆生气体，其产生的压应力要高出爆破岩体极限抗压强度的许多倍，致使炮孔周围保留区域轮廓面上的岩体形成压碎区、裂隙区，很难达到预期的光面爆破效果。

发明内容

本发明针对目前预裂爆破使用炸药进行周边眼爆破出现的被保留围岩受扰动问题，提供一种基于膨胀预裂的巷道光面成形方法：首先在周边孔中填装膨胀剂，利用膨胀剂输出的膨胀压力转化为钻孔切向拉力，拉裂钻孔形成贯穿的拉裂隙，然后在主爆区采用电雷管毫秒延期微差爆破，从根本上解决了周边孔使用炸药爆破产生的爆轰波直接损伤轮廓线外保留岩体的问题。可以在极低扰动下保护围岩稳定，控制围岩的超欠挖率，解决当前预裂爆破存在的压碎区问题，实现更优的光面爆破的效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于膨胀预裂的巷道光面成形方法，包括以下步骤：

步骤1，当巷道掘进至硬岩、中硬围岩区域时，按照中深孔预裂爆破法布设炮孔；

步骤2，配置静态膨胀剂为浆状，通过搅拌泵送装置将搅拌好的静态膨胀剂泵入周边孔，在孔口预留空间用膨胀水泥塞封；

步骤3，静置待周边孔形成贯穿裂缝后，向主爆区炮孔填装铵油炸药；

步骤4，对装药后的掏槽孔、辅助孔和底板孔按顺序采用排间毫秒微差同排同时起爆的方式进行爆破。

步骤1中，按照所述中深孔预裂爆破法布设炮孔，具体为：在岩体开挖分界线施工静态破碎钻孔作为周边孔，在主爆区施工炮孔作为掏槽孔、辅助孔和底板孔。

所述周边孔的中心应落在开挖分界线上，施工时向下倾斜5～10°，孔径42mm，间距不应超过孔径的6倍，孔深保持垂直进尺距离，垂直进尺即每循环向设计方向推进的距离。

所述辅助孔距开挖轮廓线内500mm处，孔间距为500mm、直径42mm，环形布设。

所述底板孔中心沿开挖轮廓线底部边界，水平布置。

所述掏槽孔布设在巷道中心位置，周围4个炮孔不装药作为自由面和破碎补偿空间。

步骤2中，所述配置静态膨胀剂为浆状，具体为：按照水和膨胀剂的比例范围在0.26～0.33，将水和膨胀剂倒入高压泵中搅拌成均匀的浆状。

步骤3中，向所述炮孔内装药，具体为：所述炮孔均采用不耦合连续装药，将数码电子雷管捆扎在孔口使用导爆索连接孔内炸药，并使用膨胀水泥进行炮孔封堵。

步骤4中，所述对装药后的掏槽孔、辅助孔和底板孔按顺序采用排间毫秒微差，同排同时起爆的方式进行爆破，具体为：采用数码电子雷管组成电爆网路，由数码电子雷管在孔口引爆通过导爆索传爆至孔内炸药；微差爆破采用分单元毫秒延时爆破，掏槽孔、辅助孔及底板孔分别作为单一的起爆单元，每单元内炮孔的延时设置相同，各单元之间间隔0～100ms，起爆顺序为掏槽孔——辅助孔——底板孔。

本发明的技术方案适用于光面爆破技术掘进巷道过硬岩的工况条件，特别适用于预裂爆破掘进硬岩巷道，其能够产生的技术效果为：

本发明使用膨胀剂在破碎岩石过程，可以精确控制膨胀压力的输出范围在岩体抗拉强度与抗压强度之间，不在保留岩体产生压碎区，尽可能地控制压裂隙的产生和扩展。

本发明在预裂爆破时，不产生空气冲击波无序扩展裂隙，对保留岩体的稳定性扰动极小。

本发明可以有效控制光面爆破时的超欠挖问题，保护围岩稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的使用膨胀剂预裂的硬岩巷道控制爆破方法的实施方法流程图；

图2为本发明实施例提供的掘进工作面中深孔预裂爆破钻孔布置图；

图3为图2钻孔填装炸药及膨胀剂分布图；

图4为图3钻孔炸药填装结构示意图；

图5为图3中炸药起爆网络导线连接示意图；

1-掏槽孔，2-辅助孔，3-底板孔，4-周边孔，5-导线，6-膨胀水泥，7-铵油炸药，8-导爆索，9-数码电子雷管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1至图5所示，本实施例使用膨胀剂进行光面爆破施工，本方法目的是为了解决预裂爆破周边孔起爆时，炸药对炮孔附近保留围岩产生压碎区造成的超挖问题，以及爆生气体加剧裂隙无序扩展问题而提出的。

本实施例的使用膨胀剂预裂的硬岩巷道控制爆破方法，首先在预设的周边孔4中注入按比例配置的静态膨胀剂，采用静态膨胀剂输出的膨胀压力转换为成对出现的垂直于开挖轮廓线的拉力在周边孔之间拉裂坚硬岩体，沿开挖轮廓线形成的拉裂缝将主爆区岩体与保留岩体分割开；然后在辅助孔2、底板孔3和掏槽孔1中装入粒状铵油炸药7，微差爆破后将主爆区破碎岩块抛出，形成平整巷道轮廓面，爆破不对保留岩体产生冲击，有利于保护围岩的稳定性。

一种基于膨胀预裂的巷道光面成形方法，包括以下步骤：

步骤1，当巷道掘进至硬岩、中硬岩区域时，按照常规的预裂爆破中深孔爆破法布置炮孔，钻孔直径42mm；其中周边孔4间距240mm，倾斜向下5～10°，距开挖轮廓线内500mm处；环形布设孔间距为500mm的辅助孔；在巷道中心钻设掏槽孔1，距掏槽孔1圆心150mm处布置4个空孔；在底板处布置孔间距为490mm的底板孔3；

步骤2，配置静态膨胀剂为均匀浆状，通过搅拌泵送装置将配置的静态膨胀剂灌入周边孔，在孔口预留空间用膨胀水泥6塞封，其中配置方式按照水和膨胀剂的比例范围在0.26～0.33，将水和药剂倒入高压泵中搅拌成均匀浆状后，泵送至周边孔中，在孔口预留一段距离不装膨胀剂，采用膨胀水泥6封口，静置6h完全反应；

步骤3，静置6h后，到掘进工作面确认安全后，将数码电子雷管9和铵油炸药7装入掏槽孔1、辅助孔2及底板孔3的孔口和孔底，炮孔均采用不耦合连续装药，使用膨胀水泥6进行炮孔封堵；

步骤4，对装药后的掏槽孔1、辅助孔2和底板孔3按顺序采用排间毫秒微差，同排同时起爆的方式进行爆破；在本实施例中具体步骤如下：

由导线5将炸药孔内数码电子雷管9连接组成电爆网路，通过数码电子雷管9在炮孔孔口引爆；数码电子雷管9埋入铵油炸药7中，通过导爆索8连接至孔底铵油炸药7，采用分单元毫秒延时爆破，掏槽孔1、辅助孔2和底板孔3分别作为单一的起爆单元，每单元内炮孔的延时设置相同，各单元之间间隔时间为：掏槽孔0ms；辅助孔20ms；底板孔40ms。

本实施例方法原理是：在周边孔中使用膨胀剂水化反应体积缓慢膨胀，产生的膨胀力代替炸药爆力做功形式使岩体裂隙向外部延展、贯通，从而形成一个贯穿周边孔的裂缝，在破碎岩石过程，可以通过膨胀剂配比精确控制膨胀压力的输出范围在岩体抗拉强度与抗压强度之间。周边孔中膨胀剂共同作用下，沿开挖轮廓线形成一个拉裂的贯通裂隙，不对保留岩体产生压碎区，较好地控制围岩压裂隙的产生和扩展，有效减少对保留岩体的破坏。

周边孔采用耦合填装，孔径控制膨胀剂填装量的大小，需根据围岩强度确定；周边孔孔间距要保证相邻孔可贯通的最大间距；周边孔泵装膨胀剂后要及时使用膨胀水泥6封口，封口时避免直视孔口。