我国岩巷爆破技术经历了全断面一次爆破、毫秒爆破、光面爆破3个阶段，工业炸药(水胶炸药、乳化炸药)的不断发展和毫秒雷管的出现提高了地下空间工程(隧道、采矿、涵洞)施工效率。合理的钻爆工艺不仅可以保证开挖质量，还能加快施工进度。钻爆设计时应综合考虑开挖方式、施工进度、施工机具以及围岩类别、地质构造等因素。在钻爆施工过程中，设计参数应根据地质情况的变化作适当的调整，以期获得最佳的爆破效果。

稳定性岩体快速掘进爆破通常采用全断面爆破和分台阶法爆破。全断面爆破是一种合理利用炸药能量的控制爆破技术，根据巷道的特点进行爆破参数的合理设计，采用中深孔抛碴爆破、掏槽眼不同阶起爆技术，增强了掏槽效果；周边眼采用小眼孔及小直径药卷，实现光面成型，全断面一次爆破工序环节少成巷速度快，爆破效果良好，但大断面迎头易片帮、冒落；台阶法爆破施工是最基本、运用最广泛的施工方法，Ⅲ～Ⅳ围岩可采用两台阶法，该方法灵活多变、适用性强，凡是软弱地层、第四纪沉积地层，均可采用台阶法，但台阶法施工上下台阶存在平行作业难度大、工序衔接紧张、工时效率低的缺点。另外，台阶开挖会增加对围岩的扰动次数。本文针对金家渠煤矿11采区第一、二中部车场断面相同、岩性条件相近的情况，分别采用不同的爆破工艺，并对两种爆破工艺的优缺点进行了比较，得出了特定条件下采用全断面爆破工艺的优越性。

1 工程概况

金家渠煤矿位于宁夏自治区灵武市东南约100 km处，井田总体构造为一由北向南逐渐倾伏的背斜构造，背斜轴部由北向南逐渐由陡变宽缓，波幅由窄变宽；背斜西翼被尚家圈断层切割，且煤层埋藏由北向南逐渐加深；背斜东翼被金家渠断层破坏。金家渠断层为东倾斜逆断层，将东翼翼部抬升，煤层埋藏变浅。井田先期开采地段为杜窑沟断层和马柳断层之间、尖儿庄背斜煤层埋藏较浅的北部(17勘探线以北)区域。11采区第一、二车场设计断面23.1 m2，设计净宽5.6 m，净高4.2 m，巷道设计采用直墙半圆拱形，采用锚网喷+锚索支护，平均坡度为13°，岩石坚固系数f=4～7，涌水量1.5 m3/h，为关键线路上的关键工程。

井底车场受尖儿庄背斜影响，尤其巷道在背斜轴部附近，应力较大，会产生大量裂隙及滑面。煤岩层走向(25°～36°)、倾向及倾角(19°～35°)发生较大变化，如图1和图2所示。三煤老顶为粗砂岩，胶结松散、裂隙孔隙发育，为主要含水层，岩石物理力学性能见表1。直接顶粉砂岩厚度局部发生变薄现象，在掘进过程中，施工锚杆及锚索会出现滴水、淋水、涌水现象。

2 大断面岩巷支护体系

11采区第一、二中车场采用锚、网、索、喷联合支护。巷道全断面使用ø20 mm×2400 mm的螺纹钢锚杆，每根锚杆使用2节MSK23/70树脂药卷锚固，锚杆托盘规格为150 mm×150 mm×12 mm，锚杆呈矩形布置。拱部锚杆间排距为800 mm×900 mm。锚索使用ø21.6 mm×7300 mm的钢绞线，每根锚索使用4节MSK23/70树脂药卷锚固，锚索托板采用300 mm×300 mm×15 mm的钢板。沿巷道中线打设3列锚索，五花布置，锚索间排距2000 mm(弧长)×1000 mm。混凝土喷射厚度150 mm，强度C20。

针对围岩地质条件、岩石构造、破碎程度等要素，选取不同的光爆参数和掏槽方式，满足现场施工的需求。同样，尽可能地减少炸药消耗和钻孔工作量，最大程度上优化爆破施工组织，提高钻爆施工的爆破效果。巷道断面支护见图3。

3 爆破施工工艺工效对比

光面爆破是在开挖断面的设计轮廓线上布置间距较小、互相平行的炮眼，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药，在主爆区之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业方式。

全断面爆破掘进施工操作简单，工序少，相互干扰相对较少，便于施工组织管理；全断面开挖有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，全断面一次成型，对围岩的扰动次数减少，对巷道围岩稳定有利。主要工序如下：全断面一次钻孔，并进行装药连线后起爆，一次爆破成型，支护出渣后开始下一个钻爆作业循环。

台阶法施工就是将结构断面分成两个或几个部分，具有上下断面两个工作面或多个工作面，分步开挖。其优点是灵活多变、适用性强，有足够的作业空间和较快的施工速度，能较早地使支护闭合，有利于开挖面的稳定性和控制其结构变形及由此引起的地面沉降。缺点是上下部作业互相干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响，台阶法施工会增加对围岩的扰动次数等。台阶法施工分正台阶法和反台阶法。

正台阶法：在稳定性较差的岩层中施工时，将整个巷道断面分为几层，由上向下分部进行开挖，每层开挖面的前后距离较小而形成几个正台阶。

反台阶法：用于稳定性较好的岩层中施工，也将整个巷道断面分为几层，在巷道底层先开挖宽大的下导硐，再由下向上分部扩大开挖。进行上层的钻眼时，须设立工作平台或采用漏斗棚架，后者可供装碴之用。

3.1 正台阶法施工

11采区第一中部车场采用正台阶法施工，将巷道断面分成上下两个台阶，上下两个台阶相距15 m，上台阶断面高度2800 mm，每循环掘进1.6 m，每天两个循环；下台阶高度1000 mm，上部台阶每推进3个循环下台阶起底1次，起底长度为3个循环长度。台阶法施工见图4。

每天两个正规循环，每班分两个作业小组，一部分上台阶迎头打眼掘进，一部分后巷下台阶打眼起底，两个作业小组平行作业，上下台阶分次装药分次爆破，上下台阶出渣采用电动挖机，挖机将上台阶矸石扒至后巷利用后巷刮板输送机转运排矸，台阶法工艺流程见图5。

3.2 全断面爆破施工

3.2.1 全断面施工工序

根据车场断面尺寸及装备情况，11采区第二中部车场施工中凿岩工序采用滚班制作业，掘进—出渣循环7 h，每天3个循环，节约3 h/d左右，两天可循环7次，一个月在设备无影响的情况下可循环105次，每循环掘进1.6 m，月进尺可达168 m。掘进流程如下：交接班—安全检查—吊挂中腰线—点眼划线定眼位—打眼—瓦斯检查—装药—瓦斯检查—连线放炮—瓦斯检查—敲帮问顶—临时支护—检查巷道尺寸—出渣—第一次永久支护(巷道顶部锚网)—出渣—敲帮问顶—检查巷道尺寸—第二次永久支护(巷道墙帮锚网及锚索支护)—喷浆—清理浮渣。两次钻眼分别为支护后拱部蹬渣钻眼和出渣后工作面下部钻眼。每班设4个钻眼小组，每个钻眼班组配备2人，4台YT-28型气腿式凿岩机。工作面凿岩定机、定位、定眼和炮眼布置如图6和图7所示。

工作面共布设101个炮眼，其中下部炮眼46个，上部炮眼55个，采用楔形掏槽。凿岩小组的编号分别为A、B、C、D 4组，分别负责A上和A下、B上和B下、C上和C下、D上和D下部分的炮眼凿岩。每台凿岩机平均打眼数25个，眼深1.6 m。不同类型炮眼装药结构如图8所示。

3.2.2 炮眼布置及装药量理论验证

利用下式计算单次爆破所需的炸药量：

Q=qSln

(1)

式中：q——单位炸药消耗量，取2.0 kg/m3；

S——巷道断面积，取23.1 m2；

l——炮眼深度,取1.6 m；

n——炮眼利用率，取0.85。

根据下式计算每循环所需炮眼数目：

(2)

式中：N——炮眼数目，个；

m——每个药卷长度，取0.15 m；

x——炮眼装药系数，取0.4；

p——每个药卷重量，取0.15 kg。

根据式(1)和式(2)计算得出每循环需要的炸药量为62.8 kg，所需要的炮眼数目为98个。现场实际施工炮眼数目101个，消耗炸药56.4 kg。理论计算跟现场实际施工相比，炮眼数目理论小于实际，炸药数量理论大于实际，说明在炸药量一定的条件下，适当增加炮眼数目可有效提高爆破效果。

爆破参数和巷道光面爆破参数见表2和表3。

3.3 岩石破坏分区及爆破机理

钱七虎院士等认为爆炸致裂可分为4个阶段：形成空腔-冲击压碎-空腔的动力无波扩张—弹性波传播阶段。第4个阶段中的弹性波仅产生振动，如图9所示。爆破机理如图10所示。

最大空腔半径为：

(3)

式中：am——最大空腔半径，m；

Q——爆炸当量，kt；

ρ——岩石密度，kg/m3；

σ——岩石介质的压碎应力极限，MPa；

E0——岩石杨氏模量，GPa。

压碎区半径为：

(4)

式中：b——压碎区半径，m。

径向破裂区的半径为：

(5)

式中：b0——径向破裂区的半径，m；

a0——初始体积空腔半径，m；

σ0——岩石介质的拉裂应力极限，MPa。

3.4 爆破经济技术指标对比

在金家渠煤矿11采区第一、二中部车场断面、岩性类似条件下分别采用台阶施工工艺和全断面一次爆破施工工艺，从单进水平、巷道成型、功效及材料消耗上比较，一次全断面爆破效果显著，具体比较参数见表4。

金家渠煤矿11采区第一、二中部车场岩石整体饱和平均抗压强度大于10 MPa，属于Ⅱ～Ⅲ类岩石，具备全断面开挖的条件，局部地段存在软弱夹层，对巷道围岩的整体性有一定的影响，但从循环进度、月进度、材料消耗及功效等方面分析，选用全断面爆破施工工艺的优越性比较明显，全断面爆破工艺效果如图11所示。

4 结论

(1)采用全断面光面爆破技术(掏槽方式楔形掏槽法)进行施工，在精细组织和严格要求下，有效提高施工效率，平均循环进尺1.6 m，月进度达到168 m，工效显著提高。

(2)通过现场爆破效果可知，选用合理的掏槽方式及多级辅助眼，巷道光面爆破成型效果较好，提高工作效率的同时也满足巷道质量要求。

(3)在全断面爆破过程中通过对爆破断面分块，加强现场劳动组织进行定机、定位、定眼，有效提高了钻眼效率并确保了钻眼质量，为实施全断面爆破、提高单进水平奠定了基础。

参考文献：

[1] 杨哲峰，高诗明，陈建平等. 光面爆破径向不耦合系数优化研究[J]. 科学技术与工程，2014(35)

[2] 张金，沈立晋. 隧道全断面开挖光面爆破设计[J]. 工程爆破，2012(3)

[3] 杨峰，陈咏泉，王新明等. 水平层状围岩隧道光面爆破效果分析[J]. 地下空间与工程学报，2005(6)

[4] 费鸿禄，张超逸，洪陈超等. 全断面与台阶法爆破作用下围岩的振动特征[J]. 爆破器材，2017(3)

[5] 张春智. 巷道全断面开挖法中爆破技术参数的确定[J]. 中国矿山工程,2016(5)

[6] 刘一博，景林波，孟庆武. 煤矿岩巷短封泥空气柱光面爆破技术及应用[J]. 中国煤炭，2018(11)

[7] 吕兆海，赵长红，曹建涛等. 高温火区赋存下露天开采爆破及边坡稳定性研究[J]. 煤矿安全，2017(7)

[8] 汪旭光. 爆破设计与施工[M]. 北京：冶金工业出版社，2012

[9] 华根永，傅菊根，段峰. 深孔光面爆破技术在井巷掘进中的应用[J]. 煤炭工程，2012(3)

[10] 周传波. 深孔爆破一次成井模拟化与应用研究[D]. 武汉：中国地质大学，2004

[11] 赵长红，吕兆海，岳晓军. 大断面弱结构硐室施工工艺与支护研究[J]. 煤矿开采，2016(1)

[12] 周计彬，郭照京. 大断面软岩硐室分层分块施工与锚喷联合支护实践[J]. 煤矿开采，2008(1)

[13] 钱七虎，戚承志，王明洋. 岩石爆炸动力学[M]. 北京：科学出版社，2006

[14] 魏垂胜. 岩巷线性聚能光面爆破技术[J]. 煤矿安全，2019(3)

Contrastive study on blasting construction technology of large-section rock roadway

Lv Zhaohai1, Zhao Changhong1, Yang Haobo2, Zhang Jinhong1,Liu Qingwei1, He Xiuchi1, Yue Xiaojun1

(1. National Energy Group Ningxia Coal Mining Co., Ltd., Yinchuan, Ningxia, 750011, China;2. Xiaozhuang Mining Company, Shaanxi Binchang Mining Group Co., Ltd., Xianyang, Shaanxi, 713500, China)

Abstract Bench blasting technology and the whole section blasting technology were used in No. 11 mining area of Jinjiaqu Mine. Under the similar conditions of roadway section and lithology, the advantages and disadvantages of the two construction technologies in labor organization, blasting effect and technical and economic indicators were compared. It was concluded that the average compressive strength of roadway surrounding rock was greater than 10 MPa, and the roadway surrounding rock was basically stable in II～III type rocks, full-face blasting was superior in single-entry level and roadway forming efficiency. In full-section construction, drilling efficiency and blasting quality can be effectively improved by dividing blasting section into blocks and adopting fixed machines, positioning, fixed holes and three-stage auxiliary holes, with a monthly footage of 168 m. Through theoretical calculation, 98 blasting holes were required, 62.8 kg of explosives were consumed per cycle, 101 blasting holes were actually constructed and 56.4 kg of explosives were consumed. The number of blasting holes calculated by theory was less than that calculated by practice, and the amount of explosive needed was larger than that calculated by practice. It showed that the blasting effect can be effectively improved by increasing the number of blasting holes appropriately under the premise of a certain amount of explosive.

Key words large-section blasting, bench blasting, labor management, blasting effect

中图分类号 TD82-9

文献标识码 A

引用格式：吕兆海,赵长红,杨皓博等. 大断面岩巷爆破施工工艺对比研究[J]. 中国煤炭，2019，45(7)：81-86，90.

Lv Zhaohai, Zhao Changhong, Yang Haobo, et al. Contrastive study on blasting construction technology of large-section rock roadway[J]. China Coal，2019，45(7):81-86,90.

作者简介：吕兆海(1980-)，男，安徽界首人，高级工程师，博士，主要从事煤矿安全生产管理、采场稳定性评价方面的研究。E-mail:280151265@qq.com。

(责任编辑 陶 赛)