煤礦硬巖掘進中爆破參數的優選實踐

孫茂來，孫 健

(1.徐州機電工程高等職業學校，江蘇徐州 221011，2廣東石油化工學院，廣東茂名 525000)

煤礦硬巖掘進中爆破參數的優選實踐

孫茂來1，孫 健2

(1.徐州機電工程高等職業學校，江蘇徐州 221011，2廣東石油化工學院，廣東茂名 525000)

針對煤礦在堅硬巖石巷道中掘進，從影響巖巷爆破效果的等因素出發，對影響巖巷掘進速度和巷道質量的炮眼深度、掏槽爆破和光面爆破等問題進行了分析和實踐探索，總結了較為合理的掏槽形式和掏槽爆破參數及光面爆破參數。

堅硬巖石;掏槽爆破;光面爆破

在煤礦巷道掘進過程中，當遇到較堅硬的巖石時，使用在鉆眼這道工序上的時間增長，爆破巖石困難，經常出現爆破“打筒”現象，爆破效率較低，掘進速度緩慢。為了克服硬巖石的高阻抗，合理選擇爆破參數，提高爆破效率，增加循環進尺，需要適當增加炮眼數量和裝藥量，但是否得到充分合理的利用，是值得研究的課題。

1.掏槽眼布置設計

正確爆破參數設計是取得良好爆破效果的前提。由于地質條件、巖石性質因素較多，故掘進工作面炮眼的布置不能一成不變，必須根據巖石性質、巷道斷面形狀、所使用的炸藥等影響因素的實際情況，靈活地布置炮眼，并合理確定各類炮眼的裝藥量，這樣才能獲得良好的爆破效果。而掏槽爆破技術作為巷道掘進爆破的關鍵技術，直接關系到一茬炮的成敗，必須認真進行科學、合理的技術設計。巷道掘進中的掏槽眼應根據巷道巖石的性質以及巷道斷面形狀、大小進行設置。掏槽眼通常布置在巷道中央偏下，并盡量選擇有弱面的地方。在巷道掘進爆破過程中，掏槽眼首先得到爆破，其原因是自由面和空間小，受到四周巖石的約束力大，一般掏槽眼中要求裝藥量較大。目前在巷道掘進中常用的掏槽方式，按掏槽眼的方向可分為斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。

1.1 斜眼掏槽法

這是常見的一種掘進時掏槽法，其優點是：可以充分利用已掘的自由面，逐漸擴大爆破范圍;掏槽面積較大，適用于大斷面巷道掘進。但其缺點是：炮眼深度受巷道寬度限制，因此循環進尺受到限制，不利于多臺鑿巖機同時作業。主要有：(1)單向掏槽法。這種方法用于明顯的松軟夾巖，均質堅硬巖層很少應用。(2)錐形掏槽法。這種方法掏出的槽腔面錐體形，炮眼數一般為3個或4個，由于裝藥量比較集中，爆破效果好。但由于炮眼深度受到較大的限制，而且鉆眼很不方便。(3)楔形掏槽法。這種方法掏出的槽控成楔形，應用廣泛。堅硬巖石多數情況下采用垂直楔形掏槽。掏槽眼數根據斷面和巖石性質，一般6個～8個，炮眼與工作面的夾角大致為65°～75°，槽口寬度根據眼深和夾角，一般為1.0m～1.4m，掏槽眼的排距為 0.4m ～0.6m。

1.2 直眼掏槽法

這種掏槽法的特點是，所有掏槽眼都垂直于工作面，彼此間距較小，而且保持平行，同時留有不裝藥的空眼。(1)平行龜裂掏槽法：適應于中硬巖石小斷面巷道。它要求所有炮眼底部都要落在同一平面上并彼此保持平行，否則將影響掏槽效果。由于掏槽面積小，故應用不廣泛。(2)角柱掏槽法：這種掏槽法的形式很多，掏槽眼一般都對稱布置，適用于中硬巖石，現場應用較多。眼深一般2.0m～2.5m，眼距100mm～300mm。(3)菱形掏槽法。中心眼為不裝藥的空眼，各眼距根據巖石性質而定，一般a=100mm～150mm，b=170mm～200mm。苦巖石堅硬，可采用間距100mm的兩個中心空眼，起爆用毫秒雷管分為兩段，1號眼至2號眼為一段，3號眼至4號眼為二段。每眼的裝藥量為炮眼長的70%～80%。這種掏槽法簡單，效果很好。(4)螺旋掏槽法這種掏槽法是槽眼繞中空眼逐步擴大槽腔，能形成較大的掏槽面積。它用于中硬以上巖石，掏槽效果良好。中心空眼最好采用大直徑(75mm～120mm)炮孔，掏槽效果更好。一般除空眼外，有4個炮眼即可。采用毫秒雷管起爆順序按眼號1、2、3、4進行。綜上所述，直眼掏槽的破碎巖石不是以工作面作為主要自由面，而是以空眼作為主要自由面，因此巖石破碎的方向主要指向空眼。所以采用直眼掏槽時，應注意以下幾點：(1)空眼與裝藥之間的距離，一般為空眼直徑的2～4倍。(2)隨著炮眼深度和槽腔體積的增加，空眼數相應增加。(3)直眼掏槽一般都是過量裝藥，裝藥系數一般為70% ～80%。(4)由于空心眼內往往聚集瓦斯，所以在有瓦斯爆炸危險的地區，應慎重使用，有周密的安全措施。

1.3 混合掏槽法直眼掏槽時，槽腔內的巖碴往往拋不出來，影響其他炮眼的爆破效果，因此在直眼掏槽的外圈再補加斜眼掏槽，利用斜掏槽眼拋出槽腔內的巖碴，這樣就形成了混合掏槽法。一般斜眼作楔形布置，它與工作面的夾角為85°;在有條件的情況下，斜眼盡量朝向空眼，這樣更利于拋碴，裝藥系數以0.4～0.5為宜。

2.輔助眼布置

根據試驗研究，硬巖掘進的爆破合理布孔原則是“抓兩頭，帶中間”，即一頭抓掏槽眼，一頭抓周邊眼的分類布孔法，中間為輔助眼或崩落眼輔助眼雙稱崩澆眼，是布置在掏槽與周邊眼之間的炮眼。崩落眼以槽洞為中心層層布置，崩落眼的間距應根據巖石的最小抵抗線確定，一般均為500mm～650mm，方向基本垂直工作面，布置要比較均勻。緊鄰周邊眼的的輔助眼應為周邊眼的光爆創造條件，所以應采取與巷道的輪廓線相似形狀布置，使之與周邊眼的間距處處相等。

3.炮眼深度設計

巷道掘進中的炮眼深度直接決定每個循環掘進的進尺量，也就是決定著掘進中鉆眼和裝巖等主要工序的工作量和完成各工序所需要的時間，是確定掘進循環勞動量和工作組織的主要鉆爆參數，需要綜合考慮施工設備、掘進任務和勞動組織等多方面因素進行優化設計。炮眼深度的大小還受到鑿巖機具能力的制約，合理的炮眼深度應與鉆眼機具相適應，合理的炮眼深度要保證鉆眼時有較高的鉆眼速度。對于普通的氣腿式鑿巖機(如常用的7655型鑿巖機)，在相同的鑿巖條件下掘進時，采用同一根釬桿鉆眼，炮眼每增加1m深，其鉆眼速度就下降4%～10%，并且隨著鉆眼深度的增大，鉆眼速度就下降得越快。特別當炮眼深度超過2.5m時，由于釬桿重量的增加，使克服釬桿彈性變形的沖擊功增大，排粉難度也隨著增大;其次，釬桿與眼壁間摩擦阻力增大，能量消耗增加;再者，人工拔釬也較困難。因此，使用氣腿鑿巖機鉆眼時，炮眼深度超過2.5m后鉆速劇烈下降，炮眼深度太深將增加鉆眼時間，從鑿巖機能力方面考慮以不超過2.5m眼深是較適宜的;同時，眼深還受巖層穩定程度和斷面的限制。另外，煤礦安全規程規定，炮眼深度超過lm時，封泥長度不得小于0.5m;炮眼深度超過2.5m時，封泥長度不得小于1m。為了使槽眼藥量加大，炮眼深度不宜超過2.5m。掏槽眼深2.3m(凈深)，輔助眼、周邊眼、底眼眼深2.1m(凈深)。采用直徑￠42mm一字型風鉆頭。

4.炮眼直徑和裝藥直徑

炮眼直徑對鑿巖速度、眼數、巷道成形情況和裝藥參數等都有影響。直徑過小會影響裝藥和炸藥穩定爆炸;過大則影響鑿眼速度。一般根據藥卷直徑和標準鉆頭直徑來確定炮眼直徑。

5.光面爆破參數設計光面爆破是一種使掘進巷道的輪廓保持平整，圍巖不受明顯破壞的爆破技術，簡稱光爆。

5.1 錨、噴巷道光面爆破的標準

(1)眼痕率：硬巖不小于80%，中硬巖不小于60%。(2)軟巖巷道，周邊成型應符合設計輪廓。(3)兩炮的銜接臺階尺寸：眼深小于3m時，不得大于150mm;眼深為5m時，不得大于250mm。(4)巖面不應有明顯的炮震裂縫。(5)巷道周邊不應欠挖，平均線性超挖值應小于200mm。

5.2 實現光爆的技術要求

(1)密打眼，近距離。周邊眼眼距為350mm～450mm。軟巖取小值，硬巖取大值。(2)重視二圈眼。二圈眼的距離也要適當加密，約為550mm～650mm，二圈眼抵抗線取周邊眼距的1～1.25倍，軟巖取小值，硬巖取大值。(3)鉆眼操作規范。準確看線，輪尺定位;預量釬長，長釬打眼;三定(定人、定機、定位)、三點一線(釬頭、機頭與氣腿三點成一直線)打眼法;爆破質量達到：準、平、直、齊。(4)小藥巷，光裝藥。周邊眼裝直徑25mm小藥卷，無瓦斯工作面采偶合反向空氣柱連續裝藥結構，有瓦斯工作面采用不偶合正向連續裝藥結構。裝藥量為100g/m～150g/m，軟巖取小值，硬巖取大值。(5)同段雷管，一次起爆。周邊眼最好采用瞬發電雷管或一段毫秒電雷管，同時起爆。(6)預留光面層，分兩次起爆。二圈眼以內的全部炮眼先裝藥，第一次起爆，然后根據周邊眼的抵抗線和巖質不同對周邊眼進行裝藥，第二次起爆，崩下預留光面層。

5.3 周邊光面爆破設計

5.3.1 炮眼間距。合理的炮眼間距應保證炮眼間貫通裂隙完全形成。根據現場施工經驗，為保證巷道成型，周邊眼應采取密打眼、近距離的方式進行施工，一般眼距為350～450mm，軟巖取小值，硬巖取大值;并重視輔助眼，輔助眼的距離也應適當加密，約為550～650mm，輔助眼抵抗線的距離取周邊眼距的1～1.25倍，軟巖取小值，硬巖取大值。

5.3.2 炮眼密集系數。根據經驗，光面爆破炮眼密集系數多取值為：m=0.8 ～1.0。

5.3.3 裝藥結構和裝藥集中度。我礦為高瓦斯突出礦井，在現場施工中均采用正向柱狀裝藥;在全巖巷道或瓦斯涌出量小的巷道中施工時，也可采用反向柱狀裝藥，但必須編制專門的安全技術措施。周邊眼裝藥量為100g/m～150g/m，軟巖取小值，硬巖取大值。巷道周邊光面炮眼裝藥量通常用裝藥集中度來控制，裝藥量的大小要求爆破后在炮眼周圍的巖石中不產生粉碎性破壞，并能在巖壁上留有眼痕。可參考公式gL=K1K2m W確定周邊眼裝藥量。(m—炮眼密集系數;W—為周邊眼最小抵抗線，即光爆層厚度，m;K1—為與巖石性質有關的系數，一般軟巖 K1=0.5 ～0.7;中硬巖石 K1=0.75 ～0.95;堅硬K1=1.0～1.5;K2—為與炮眼深度有關的系數，一般取K2=0.5;當炮眼深度超過2m時，K2隨眼深增加而加大，其加大值為0.2/m。)對于較松散軟弱的巖石，因其強度低、塑性大，爆破容易，爆破后巖石易塌落，因此巷道實施光面爆破尤為重要。

6.結語

6.1 掏槽眼是提高爆破效率的關鍵，宜選用直眼掏槽，一般布置在巷道斷面中下部，掏槽面積占巷道斷面的5% ～10%，裝藥滿度系數約為70%。

6.2 通過選擇合理的爆破參數和使用光面爆破，可最大限度的保持圍巖自身的強度，增強圍巖自身的支撐力。

6.3 提高炸藥能量的有效合理利用，挖掘炸藥能量的潛力。采用高效合理的裝藥結構，使所有裝藥得到充分起爆。盡可能采用高猛度炸藥。

6.4 爆破后斷面成形規整，提高了井巷輪廓質量，減少了敲幫問頂工作的時間，降低了通風阻力，且不易產生局部瓦斯積聚。

6.5 極大程度的減少了超挖量，從而減輕了裝運排碴量，加快掘進速度，從以前的60m/月提高到80～100m/月。

6.5 減少了支護工作量和材料消耗，每米巖石的成本消耗量降低10～20%，支護材料費下降5～10%。

6.6 由于巖石堅硬，掘進工作面頂板易于管理(與采煤工作面比)，應積極提倡實施中深孔炮眼爆破，巷道掘進施工組織、生產將更為合理。

［1］孫茂來.綜合機械化掘進工藝［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2009.

［2］孫茂來.淺論巖巷掘進光面爆破與成本節約［J］.科技信息，2010(32).

The Preferred Practice of Blasting Parameters in the Process of Hard Rock Excavation

SUN Mao－lai1，SUN Jian2

(1.Xuzhou Electrical and Mechanical Higher Vocational School，Xuzhou 221011，China;2.Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China)

According to the present situation of coal mine hard rock roadway excavation，starting from the factors that affect rock roadway blasting effects，this paper analyzes the factors affecting rock roadway excavation speed and quality such as blasthole depth，cut blasting and smooth blasting through the practical exploration，works out the more reasonable cutting form and cut blasting parameters and the parameters of smooth blasting.

hard rock;blasting

TD823 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A

A

1671－3974(2012)01－0047－03

2011－09－20

項目資助：中央財政支持的職業教育實訓基地建設項目和江蘇省職業教育實訓基地——煤礦安全實訓基地項目。

孫茂來(1956－)男，大學，徐州機電工程高等職業學校高級講師。從事煤礦安全研究。