[科普中国]-炮孔布置

星型炮孔布置在竖井掘进中的应用

目前我国井巷工程掘进爆破作业中，爆破参数的设计多为半经验、半理论。圆形断面竖井掘进爆破炮孔布置一般按经验采用同心圆圆形炮孔布置方式，第一排辅助眼爆破后，掏槽腔内充满松动的岩石，对下一排炮孔靠近底部部分岩石的破碎效果有很大影响，钻孔底部破碎质量效果较差，并未真正实现破碎，只是以产生裂隙的形式破碎而已，造成人工清底时间较长、爆破进尺深度不理想。由于工程爆破的研究和实践存在条件和对象的多样化、复杂化，其理论研究与实际应用尚有较大的差距，加强理论与实践相结合仍是国内爆破界的当务之急1。

炮孔布置的计算机辅助设计系统在矿山生产中，采矿方法确定以后，每个工艺过程所需要的相关数据和图表就需要在地测部门的配合下完成，并由技术人员提取相关数据、绘制相关图表，提供给在现场工作的工人，进一步进行具体的诸如钻孔、装药、爆破等工作。但各个工艺流程在时间和空间上都是密切相关的，又由于采矿工作在不确定性非常强的岩石中进行，所进行的爆破开采等工作又是极不精密的，很多作业结果并不能和设计初衷相符合，从而为后续的设计和开采工作带来困难，进而降低了采矿工作效率。而采矿方法计算机辅助设计，正是为了克服这种由于不确定性和不可预料性而发生的方案细节变动而进行的工作，因此，我们需要取得某些具体设计方案的相关数据，这是在具体分析采矿方法和现场条件的工作中完成的。

长期以来，采矿工程技术人员和爆破研究人员开发了一些爆破系统软件。此外，近些年出现的一些巷道掘进支护决策系统中也有相应的爆破方面的子系统。这些系统不仅使设计周期大大缩短，设计精度提高，而且由于数据管理系统保存了大量有用的数据和图形，既能随时对方案进行快速修改和补充，又能为后续测震和爆破效果分析评价提供资料。不过，这些软件大都没有针对炮孔设计进行开发。

事实上，无论是开采还是巷道掘进过程中，每次爆破时均需进行炮孔布置图设计和药量计算等，而这种设计与巷道验收、测量等是密切相关的。影响设计结果的往往只有几个参数，但每次设计均要进行大量的重复工作。为减少设计的重复工作，提高工作效率，在生产统计系统的基础上，开发了计算机辅助炮孔设计系统，作为支持巷道掘进和支护系统作业的一部分2。

炮孔布置优化根据岩石条件对炮孔布置进行优化，以提高一次爆破进尺及缩短出渣时间。竖井掘进不同于水平巷道和倾斜巷道掘进，竖井掘进爆破后出渣的第二阶段要进行清底，为下一次掘进爆破创造条件，爆破后清底质量要求较为严格，直接关系到下一班爆破质量。根据施工期间统计结果显示，清底出渣量占出渣总量的7% 左右，由

于基本靠人工清底，清底时间占出渣总时间的20%左右。这样看来要想加快掘进速度，需要从清底时间及提高爆破进尺2 个方面进行优化。

造成一次爆破进尺较小、人工清底时间较长的原因是按同心圆炮孔布置爆破作业后，第一排辅助眼爆破后，掏槽腔内充满松动的岩石，对下一排炮孔靠近底部部分岩石的破碎效果有很大影响，钻孔底部破碎效果较差，并未真正实现破碎，通过调整第二排辅助眼布置形式来提高钻孔底部岩石的破碎效果。根据相关文献及本工程参数制定了炮孔布置优化试验方案: 第一排辅助孔仍按圆形进行布置装药，而在挤压条件下爆破的下一排辅助眼采用星型布置，即在第二排辅助孔中每隔一个从圆圈上向掏槽中心移动200mm，考虑到由于向掏槽中心移动孔位而需要补偿加大了的这段距离，下一排炮孔用同一段延期雷管起爆。本方法尽量降低了第一排辅助眼爆破后的松散岩石堆对下一排炮孔爆破质量的影响3。

总结采用第一排辅助眼按圆形布置，而在挤压条件下爆破的下一排辅助眼采用星型布置，改善了工作面的爆破破碎质量，缩短了清理岩渣的时间，加大了一次爆破的进尺深度，提高了爆破效率，降低了材料消耗。

该项目虽总体获得成功，但在实施过程中仍发现了问题，最主要的是在挤压条件下爆破的下一排辅助眼间隔向中心移动距离未经过周密计算，只是参考值，不同的岩石条件、掘进断面会有不同的取值，需对其将进行专门研究，探索出最为合理的移动距离2。