论光面爆破在羊角尾萤石矿岩巷掘进中的适用性.pdf

福建材技术应用2023年论光面爆破在羊角尾萤石矿岩巷掘进中的适用性曾国强（福煤（邵武）煤业有限公司，福建邵武3 5 4 0 0 0）摘要浦城县羊角尾萤石矿岩巷掘进存在超挖现象严重、巷道成型质量差、矿山安全生产标准化建设工作难度大的问题，通过爆破工艺对比分析，提出了采用光面爆破工艺，以期解决羊角尾萤石矿岩巷掘进中的问题，为同类井下岩巷掘进提供了一定的参考。关键词光面爆破；巷道超挖；壁面质量0引言浦城县羊角尾萤石矿当前巷道掘进施工存在巷道超挖现象严重的问题，超挖量普遍为0.5 1.5 m，严重影响到巷道成型质量，增加矿山安全生产标准化和安全工作的难度。为解决巷道超挖严重问题，推进矿山安全生产标准化建设和安全工作，落实福建省“三提三效”行动精神,驱需改进掘进爆破工艺。光面爆破是一种控制轮廓成形的爆破方法，它能有效地控制开挖面的超欠挖问题,实现提增效率、效能、效益的目的。现就光面爆破工艺在浦城县羊角尾萤石矿的适用性进行分析探讨。1兰当前巷道掘进存在的不足1.1走超挖现象严重巷道成型差，壁面不平整、裂隙多、危石多，围岩的稳定性不足，使施工的安全性降低，以及巷道围岩维护工程量大大增加。随着工程的施工，巷道顶板围岩不断受到钻眼振动和爆破震动的影响,裂隙不断增大,逐步产生危石，存在危石脱落的问题，极易出现危石砸伤人员的情况。对于巷道后期的支护，若巷道围岩较好，则采用喷浆支护，但超挖造成的壁面不平整，导致壁面的外露面积增大，喷浆面积增加，会加大原材料损耗及工人劳动强度。若巷道围岩岩性较软，巷道超挖致使壁面不平整，喷浆支护不足以满足支护要求，就需进一步提高支护标准，造成成本增加。作者简介：曾国强（1 98 0 一）,男，本科，工程师，从事矿井采矿、安全等工作。961.2超挖岩体加大无效成本超挖岩体会加大工人的作业强度，延长作业时间。矿山井下运输巷道施工尺寸一般为2.8 m（高）2.6 m（宽），超挖0.5 m，每米巷道就会多产生岩体3.93 m，岩体破碎膨胀系数为1.4，即每米增加矿渣5.5 0 m。按每班进尺2 m，每天2 班，每月施工3 0 d计，则每月产生的无效矿渣为6 6 0 m。超挖的岩石仍需由工作面运至堆场，矿渣外运增加无效运输成本，每班超挖产生的矿渣，额外延长工人装渣、运输作业作时间3 0 min。矿山萤石矿脉厚0.8 1.2 m，平均品位4 9%，采矿工作面平均开采厚度1 m，按超挖0.5 m计算，萤石品位下降5 0%。超挖的无品位岩体会增加后期矿石外运、分选和浮选等成本，降低企业效益2烤爆破工艺选择2.1石矿山现采用爆破工艺矿山现行采用的是平行空孔直眼掏槽爆破工艺，周边眼使用一般爆破，未采用控制围岩轮廓的爆破法。所有掏槽孔均垂直于工作面，且相互平行,其中有6 个不装药的空孔，作为装药炮孔爆破时的辅助自由面和破碎体的补偿空间。周边眼钻孔作业时，作业人员没有采取控制钻杆角度的技术措施，钻眼角度没有保持与掏槽孔一致的方向，钻眼较为随意；周边眼的装药量没有进行精准控制，与辅助眼和底眼的装药量相同。爆破后由于周边眼的角度方向不一致、装药量过大，造成爆破后巷道轮廓不整齐，出现超挖现象严重，围岩裂隙多、危石多,围岩整体性不足的问题。2.2预裂爆破沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装福建材技术应用第7 期（总第2 6 7 期）填低威力炸药，在主爆区爆破之前起爆,从而在爆区与保留区之间形成预裂缝，以减弱主爆区爆破时对保留岩体的破坏，并形成平整轮廓面的爆破作业，称为预裂爆破。（1）预裂爆破的成缝机理。多数人接受的成缝机理为爆炸应力波和高压气体联合作用理论：爆炸应力波由炮孔向四周传播，在孔壁及炮孔连线方向出现裂缝，随后在爆炸气体作用下，使原裂缝延伸扩大，最后形成平整的开裂面 3 。（2）预裂爆破施工。预裂爆破实践表明，预裂壁面的超欠挖和不平整度主要取决于钻孔精度2。预裂孔的偏差直接关系到巷道围岩的超欠挖，因此控制钻孔质量是施工人员必须关注的重点。预裂孔的布置和钻孔施工中角度的控制决定着钻孔质量，钻孔过程中，应有控制钻杆角度的技术措施。2.3光面爆破沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在掏槽眼之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业，称为光面爆破 2 。光面爆破是控制轮廓成形的爆破方法，与其他不采用控制围岩轮廓爆破法相比，光面爆破具有巷道轮廓整体性完整，围岩裂隙少、危石少的特点。光面爆破巷道的围岩稳定性高，支护工程量少，作业人员施工的安全性得以提高。由于光面爆破存在第2 个自由面，布置周边眼时，若孔间距大于最小抵抗线，孔间岩壁就不易形成平整壁面，造成壁面平整度差，因此周边眼的孔间距应小于光面爆破最小抵抗线。（1）光面爆破作用机理。在爆破成缝机理方面，光面爆破与预裂爆破基本相同。不同之处在于光面爆破时，应力波的作用都会使相邻孔间岩体形成发状裂缝，随后爆炸气体的作用有助于裂缝的延长，并使两孔间裂缝贯通。（2）光面爆破施工。光面爆破施工方法与预裂爆破基本相同。2.4爆破工艺比选为了解决矿山现有岩巷掘进超挖严重，巷道成型质量差，矿山安全生产标准化建设工作难度大的问题，需对爆破工艺进行改进提升，不再继续采用现有爆破工艺。（1）预裂爆破、光面爆破壁面质量优点。预裂爆破与光面爆破的目的是沿设计轮廓线形成整齐的轮廓面,其壁面质量具有壁面上不残留未爆落岩体，相邻孔间壁面的不平整度偏差 1 5 cm的优点 2。（2）预裂爆破与光面爆破的应用条件。工程爆破的目的是，在保证开挖质量的前提下,以最简捷的爆破方式获取良好的社会和经济效益。预裂爆破和光面爆破都能获得完整、光滑的壁面，但在技术上存在差异。隧道及巷道中光面爆破使用较多，在明挖和深孔爆破中预裂爆破使用较多 2 。（3）爆破工艺选定。预裂爆破与光面爆破都是控制轮廓成形的爆破方法，能有效控制巷道的超欠挖。二者之间最大的差别在于：周边眼爆破先后顺序不同，预裂爆破周边眼最先爆破，光面爆破周边眼最后爆破；自由面个数不同，预裂爆破周边眼只有1 个自由面，光面爆破周边眼有2 个自由面。对比光面爆破与预裂爆破选择，从使用经验方面考虑，井下巷道施工多使用光面爆破；从爆破效果方面考虑，光面爆破有2 个自由面，远比预裂爆破1 个自由面的爆破进尺效果好。因此，矿山爆破工艺改进选取光面爆破。3光面爆破实施的可行性条件3.1钻孔质量要求光面爆破实施的最大难点在于炮眼的钻孔质量，要求钻孔角度偏差5 2 。只要能保障钻孔质量，就能达到实施光面爆破的先决条件。3.2现有钻孔技术矿山现有施工班组采用的是直眼掏槽爆破工艺，该工艺对钻孔的质量要求极高，掏槽眼布置为1 2 0 mm半径圆形布置，垂直钻眼，圆中心为1 个装药眼，6 个空心眼间隔1 2 0 mm布置在圆周上。现有施工队完全具备有光面爆破钻眼技术，对控制周边眼的角度偏差掌控能力强，具备光面爆破实施的可行性条件。4光面爆破爆破参数选择光面爆破的主要参数有装药量、最小抵抗线、炮孔间距、炮孔直径、炸药特性和地质条件等。最小抵抗线为炮眼内炸药重心到自由面的最短距离，表示爆破对岩石阻力最小的方向,是爆破作用和岩石移动的主导方向,是岩石爆破取得最佳效果的临界距离 2。（1）光面爆破最小抵抗线经验式见式（1)2 1：Wmin=(1020)d=(1020)0.04=0.40.8m式中：Wmi为光面爆破最小抵抗线；d为炮眼直径，矿山97(1)福建材2023年技术应用现采用的钻头直径为0.0 4 m，即炮眼直径为0.0 4 m。（2）光面爆破周边眼炮眼间距a经验式见式（2)2 ：a=(0.60.8)Wmin=(0.60.8)(0.40.8)=0.240.64m根据上述经验式计算得出，采用光面爆破工艺，周边眼的炮眼间距范围设定值为0.2 4 0.6 4 m。矿山现采用爆破工艺，周边眼间距为0.5 m，处于光面爆破周边眼间距经验式数值范围内，符合光面爆破周边眼间距布置技术要求,为尽可能地减少原施工方式的改变,光面爆破周边眼间距数值仍选取0.5 m。（3）周边眼单孔装药量计算见式（3)2 1：Q=q a h Wmin=0.2 0.5 2.2 0.6=0.13kg式中：Q为周边眼单孔装药量；a为周边眼间距，上述取值0.5 m；h 为炮眼深度，炮眼施工深度为2.2 m；q 为炸药单耗，一般取0.1 5 0.2 5 kg/m，软岩取小值，硬岩取大值，取中间值0.2 kg/m；W mm为最小抵抗线，按上述取值范围0.4 0.8 m,取中间值0.6 m。经计算得出周边眼单孔装药量为0.1 3 kg,现使用炸药每节为0.3 kg。施工时，靠手工操作控制炸药重量到0.1 3 kg，控制精度不足，为方便操作，周边眼装药量取1/2 节炸药0.1 5 kg。5爆破说明采用光面爆破工艺施工，除提高周边眼钻眼精度要求、改变装药量外，其他炮眼施工可延用原爆破工艺施工方法。全断面共施工3 8 个炮眼，其中周边眼1 1 个。钻眼深度为2.2 m，其中掏槽眼钻眼深度为2.5 m，每茬炮进尺2 m。掏槽眼单孔装药量为1.5 kg，辅助眼和底眼单孔装药量为1.2 kg。周边眼由原有爆破工艺改为光面爆破工艺后，周边眼单孔装药量由1.2 kg降为0.1 5 kg，每米消耗炸药由1 9.3 5 kg降为1 3.5 8 kg，每米节约炸药5.77kg。炮眼起爆顺序为：掏槽眼使用1 段雷管最先起爆，周边眼使用3 段雷管第3 顺序起爆。6光面爆破经济效益分析6.1减少巷道掘进超挖量矿山井下运输巷道施工，超挖0.5 m，每米增加无效岩体3.93 m，每月产生的无效岩体为6 6 0 m（即1500t），矿渣由工作面运至堆场费用5 元/t，每月矿渣外运增加无效运输成本0.7 5 万元/工作面。采用光面爆破工艺，矿山6 采6 掘，每年作业1 1 个月，每年可减少无效掘进废石4 3 5 6 0 m（即990 0 0 t），减少无效运输成98本4 9.5 0 万元。6.2减少采矿工作面超挖成本采矿工作面超挖的无品位岩体会增加后期矿石(2)外运、分选和浮选等成本，降低企业效益。采矿工作面施工尺寸为3 m（高）1.2 m（宽），每班进尺2 m，超挖0.5m，产生的废石为6 m/班，岩体破碎膨胀系数1.4，萤石相对密度3.1 8，按每天2 班，每月施工3 0 d计，则每月产生废石5 0 4 m（即1 1 4 5 t）。矿石由工作面运至堆场费用为5 元/t，矿石分选费用为2 0 元/t，经过分选后，废石量减少5 0%，堆场运至浮选厂费用为3 6 元/。因此，采用光面爆破工艺能减少超挖产生的无效成本4.92 万元/（月工作面）。(3)6.3降低炸药消耗量矿山采用光面爆破工艺每茬炮也进尺2 m，每米消耗炸药由原爆破方式1 9.3 5 kg降为1 3.5 8 kg，每米节约炸药5.77kg,每月节约炸药5.7 7 kg2m2班3 0 d=692kg/工作面，月节约费用6 92 kg/工作面1 2.7 5 元/kg=8823元/工作面，年节约炸药成本9.7 1 万元/工作面。矿山6 采6 掘，每年掘进施工节约炸药创效5 8.2 6 万元。6.4提增效益矿山现有爆破工艺没有采用控制围岩轮廓的爆破方法，采矿工作面，矿山每月产量为1.5 万t，废石占20%，即0.3 0 万t。采用控制围岩轮廓的光面爆破，每月可减少产生废石0.1 5 万t。废石外运、分选、浮选等成本合计2 0 0 元/t，每月可提增效益3 0 万元，每年作业1 1 个月，每年提增效益可达到3 3 0 万元。6.5提高安全效益采用光面爆破工艺，形成的巷道壁面平整，围岩稳定性高，危石少，顶板危石掉落砸伤人员事故大大降低，提高安全隐性效益。6.6提高巷道美观度采用光面爆破工艺，相邻孔间壁面的不平整度偏差 1 5 cm,形成的巷道壁面平整美观，可以彻底改变矿山现有施工巷道围岩凹凸不平、视觉美观度差的现状，对矿山安全生产标准化建设取到关键性作用，提升企业整体形象。6.7减少作业人员工作量采用光面爆破工艺，超挖岩体得以控制，需外运的无效废石减少，作业人员工作量随之减少，出渣作业时间也随之减少，掘进工作面每班可减少排渣运输作业时间3 0 min，作业人员劳动强度降低。（下转第1 0 2 页）福建材建设经济与管理2023年管理意识，建立完善的精细化管理制度，对钢筋主材等材料加强成本控制，减少不必要的浪费，同时采取相应的施工进度控制和技术保障措施，减小施工变更，进而达到提高施工利润率的目的。由式（4）和式（6）可以得到各评价指标的熵值和熵权（如图3 所示）。1.02日摘值口权重1.000.980.960.920.900.880.86MMMM4MsMoMMsMMioMuMnMisMuMis图3项目实施阶段工程造价精细化管理评价指标权重和炳值由式（7）可以得到福建省三明市某商业房地产项目实施阶段工程造价精细化管理评价的综合关联度总和（如表4 所示）。从表4 中可以看出，综合关联度值总和最大值为-0.0 6 5 7，因此项目实施阶段工程造价精细化管理等级评价为中等。表4 福建省三明市某商业房地产项目实施阶段工程造价精细化管理评价综合关联度总和综合关联度值总和目标层优秀V良好V，中等V差等V项目实施阶段工程造-0.3398-0.0826-0.0657-0.3950价精细化管理评价A4结论以福建省三明市某商业房地产项目为研究对象，研究分析了项目实施阶段工程造价精细化管理体系，运用熵权物元可拓评价模型对项目实施阶段工程造价精细化管理效果进行评价，得到以下几个结论：（1）根据项目全生命周期的造价管理划分，统筹考虑人员和机构方面的因素，建立了项目实施阶段工+（上接第98 页）7结论光面爆破工艺的使用，可以大大改善浦城县羊角尾萤石矿岩巷掘进超挖现象严重的问题，具有巷道成形美观、围岩稳定、安全性高、节约炸药、减少废石、节约成本和提质增效等优点。现有施工队具备光面爆破的钻眼施工技术要求，光面爆破工艺在浦程造价精细化管理体系，准则层分为投标管理阶段、施工阶段管理和组织管理，目标层共选取1 5 个指标进行量化。（2）基于熵权物元可拓评价模型对福建省三明市某商业房地产项目实施阶段工程造价精细化管理评价表明，综合关联度值总和最大值为-0.0 6 5 7,项目实施阶段工程造价精细化管理等级评价为中等。（3）评价指标利润率、钢筋损耗率、变更签证效率、精细化管理制度、员工精细化意识评价为中等，因此，在项目在实施过程中，有必要提高员工精细化造价管理意识，建立完善的精细化管理制度，对钢筋主材等材料加强成本控制，减少不必要的浪费，同时采取相应评价指标的施工进度控制和技术保障措施，减小施工变更，进而达到提高施工利润率的目的。参考文献1张永成,郭帅,叶艳兵.大数据视角下工程造价数据信息服务体系.土木工程与管理学报,2 0 2 0,3 7（1）：1 0 6-1 1 1.2杨圣山.基于BIM技术在工程造价管理中的应用分析U宏观经济管理,2 0 1 7（增刊）：2 1-2 7.3刘华,赵梦雪.基于BIM技术的建筑工程造价控制与管理研究.现代电子技术,2 0 2 1,4 4（1 0）：4 2-4 5.4刘泳奇,吴环宇,陈珂.智能建造技术在工程造价管理中的应用研究综述).建筑经济，2 0 2 2,4 3（增刊）：2 4 5-2 5 2.5尹凯,张玉岩,王海龙.施工阶段工程造价动态预控系统研究.工程管理学报,2 0 1 8,3 2（1）：5 9-6 4.6】常春光,尹凯.基于资源配置的施工阶段工程造价优化模型研究.科技进步与对策,2 0 1 4（1 1）：1 1 0-1 1 3.7郭子琪.BIM技术下EPC建设工程项目成本管理的应用与研究 D.山西：太原理工大学,2 0 2 1.8庞光华.DF房地产公司项目实施阶段工程造价精细化管理研究 D.北京：中国科学院大学,2 0 1 7.9贺翔.XSJ房地产公司项目实施阶段工程造价精细化管理研究以XSJ项目为例 D.山东：山东大学,2 0 1 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