直眼掏槽在堅硬巖層井巷掘進的應用

陳志寧

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直眼掏槽在堅硬巖層井巷掘進的應用

陳志寧

福建省天湖山能源實業有限公司鉛坑礦

堅硬巖層的掘進施工存在難鉆眼、難爆破等特點,該文介紹了在堅硬巖層中采用直眼掏槽并優化爆破參數的問題，以提高爆破效率。

堅硬巖層 井巷掘進 直眼掏槽 爆破參數 優化

在堅硬巖層中井巷掘進存在鉆眼難、爆破難的現象。據我礦傳統的楔形掏槽掘進現場施工資料統計，堅硬巖層中巖巷掘進的循環進尺僅為70～80cm左右，特別是對于f＞10的較為堅硬巖石，其炮眼利用率一般在60%以下，炮眼利用率低，造成圍巖超挖或欠挖，巷道成型質量差，不僅影響了巷道掘進的速度，增加了出矸量，也降低了巷道的穩定性和安全性。因此，如何提高堅硬巖層爆破效率、改善爆破效果、提高掘進單進、保證巷道成型，仍是堅硬巖巷掘進爆破工作中要解決的主要問題。我礦針對這個問題進行了研究和現場試驗，于2011年6月、7月、8月在575水平南集中運輸巷進行爆破試驗，收集爆破參數。試驗表明，在堅硬巖層爆破中，采用直眼掏槽的布眼方式，爆破效果良好，現場跟班的最好效果是循環進尺1.27米，爆破效率可以提高15%～20%。

1　現場巖性條件

鉛坑礦575水平南集中運輸巷巷道斷面設計為半圓拱斷面，凈斷面積為5.5m2，該集中運輸巷所揭露的巖層是二迭系童子巖組第一亞段下帶的含煤巖系地層，揭露62#、63#煤層，地層構造復雜；多為線狀緊密褶皺，常伴有煤巖倒轉，并伴有小斷層出現，煤層變化很大。各煤層的頂底板巖性特征如下：

62#煤層：直接頂板為中薄層狀細粉砂巖，水平層理清晰，底板根莖層厚，含眼球狀、小瘤狀，黃鐵礦結核，直接底板細粉砂巖，中常夾有薄煤線，間接底為一套較厚的石英細砂巖，并夾多層狀細粉砂巖和粗粉砂巖，含砂質泥巖條帶，呈互層狀。

63#煤層：其頂板或間接頂板為細砂巖，直接頂為細粉砂巖，其厚度小，且呈隱蔽水平層理；底板為細粉砂巖，夾有1～2層煤線；間接底板為深灰色中厚層狀石英砂巖，夾薄層細粉砂條帶。

2 掏槽眼爆破技術參數選擇

決定掘進進尺的關鍵是掏槽眼爆破。掏槽眼的作用是首先在工作面將某一部分巖石破碎并拋出，在一個爆破自由面的基礎上崩出第二個自由面，為其他炮眼的爆破創造有利條件。要提高炮眼利用率，應首先選擇合理的掏槽形式和掏槽參數。

2.1 掏槽形式

在我礦目前淺眼多循環的巷道掘進爆破中，最常用的掏槽形式是楔形掏槽。這種掏槽的特點是可充分利用自由面，逐步擴大爆破范圍，掏槽面積較大，適用于較大斷面的巷道，但炮眼傾斜角度不好掌握。而直眼掏槽應用較少，直眼掏槽的形式有多種，較為常見的有菱形掏槽、角柱掏槽、螺旋掏槽等多種，各種直眼掏槽形式的共同特點是掏槽眼都垂直于工作面，各炮眼之間保持平行且眼距較小，利用數量不等的平行空眼作為首爆裝藥眼的輔助自由面和破碎巖石的膨脹補償空間。

試驗中采用的直眼掏槽方式是四角柱直眼掏槽：掏槽眼分三排三行布置，中間和四個角炮眼為裝藥眼，四邊的中間眼為空眼(詳見爆破說明書)。

其掏槽機理是：利用空眼作為附加自由面和爆破膨脹空間，利用爆破作用的破碎圈來破碎巖石。當裝藥眼起爆后，即對這些小空眼產生強力擠壓爆破作用，致使槽腔內的巖石被破碎，而后借助爆生氣體的余能將已破碎巖石從槽腔內拋出，達到掏槽目的。試驗結果表明，這種掏槽方式可提高掏槽深度，拋擲作用小。

2.2 掏槽參數

2.2.1 炮眼深度

在確定炮眼深度時，不僅要考慮鉆眼機械，還需考慮巷道斷面的大小、巖石的堅硬程度、所用炸藥的爆炸威力等。巷道斷面小、巖石堅固性高，掏槽難度就大；裝藥直徑大、爆炸威力高，就能獲得較高的掏槽效果。

我礦集運巷道斷面為5.5m2的小斷面，使用普通的氣腿式鑿巖機（ZY-24型）施工，據現場使用情況，隨著鉆眼深度的增加，釬桿與眼壁間摩擦阻力增大，能量消耗增加；人工拔釬也比較困難。試驗中，直眼掏槽眼深度為1.5m，其它炮眼深度為1.3m。

2.2.2 炮眼間距

掏槽爆破主要是利用裝藥爆炸后巖石中產生的破碎破裂作用，因此對于直眼掏槽，要保證槽腔內巖石充分破裂破壞，掏槽炮眼就應布置在破裂區內，即a＜w，a為槽孔間距，w為最小抵抗線。我礦采用32mm直徑的二號巖石硝銨炸藥，炮眼直徑d為40mm。最小抵抗線w和炮眼間距a可由下式求出：

w＝(25～30)d

a＝(1～1.5)w

試驗中，掏槽眼的排距和行距均取100mm（詳見炮眼布置圖）。

2.2.3 炮眼裝藥量

掏槽爆破要求裝藥爆破后要將槽腔內巖石充分破碎并拋出，因此，裝藥量較其它炮眼要大。試驗中每個掏槽眼裝藥量為0.75公斤。

3 技術比較

在同一巷道采取不同的掏槽眼布置形式進行技術試驗，對爆破效果進行對比。

圖1 巷道斷面圖（M1:50）

3.1 掏槽眼布置形式一: 楔形掏槽

表1 爆破說明書（1）

3.2 掏槽眼布置形式二:直眼掏槽

表2 爆破說明書（2）

試驗表明，在堅硬巖層爆破中，采用直眼掏槽的掏槽布置方式，能夠取得較好的爆破效果。在現場的最好效果是循環進尺1.27米，爆破效率提高15%～20%。

4　結束語

直眼掏槽的這種掏槽布置方式，最關鍵的技術要點一是要控制好空眼與裝藥眼的距離，這要根據施工現場具體的巖性來確定，巖石越硬間距越小。二是掏槽眼應盡量布置在軟弱巖層中，嚴格保持炮眼平行間距相等。三是空眼數目的合理選擇，巖石越堅硬或炮眼越深，空眼數目應適當增加，空眼深度應比其他眼深200mm。四是中間眼和四個角眼分開起爆所取得的爆破效果會更理想。

[1] 宋宏偉. 井巷工程[M]. 北京: 煤炭工業出版社, 2007.