深孔爆破技術在井下采礦生產中的應用研究與探討

【摘要】由于深孔爆破技術具有操作方法簡單、挖裝煤渣便捷、工作效率高等特色，目前已在井下采礦采礦工程中廣泛應用。如何提高深孔爆破技術的效率與效果，是當前探討的重點與難點。本文結合筆者實際工作經驗，對深孔爆破技術在井下采礦生產中的應用進行分析與闡述。

【關鍵詞】井下采礦；深孔爆破；生產

應用井下采礦深孔爆破，主要應用于井下礦臺階的挖溝、開塹、剝離、回采等工程中，由于深孔爆破的勞動效率高、可滿足大型設備的工作要求，因此在大中型井下礦中應用廣泛。以下將對提高井下采礦深孔爆破效果的技術措施進行分析：

深孔爆破技術在解決煤與瓦斯突出以及放頂煤開采上部煤層松動等問題中發揮著重要作用，在深孔控制、卸壓爆破、預防煤與瓦斯突出工程中，通常是在巷道斷面上布置3～5個直徑為∮42，深為8～12m的炮孔，實施爆破后，各個炮眼周圍的煤體破解，產生裂隙，適應力集中帶向工作面前方和兩側推移，達到卸壓和排放瓦斯的目的，隨著爆破防突技術的發展和防治煤與瓦斯突出標準的實施，深孔控制卸壓爆破的炮孔深度已經達到15～50m，甚至有進一步加深的趨勢。深孔爆破中，將炸藥裝入幾十米的炮孔中，并保證炸藥可靠起爆，是深孔爆破實施的關鍵，因此必須對鉆孔和裝藥方法進行研究，完善深孔爆破工藝。

1.深炮孔鉆機和鉆桿

影響深炮孔成孔質量的主要因素是煤體的硬度，煤體越硬，炮孔成孔的質量越好，反之，煤體越軟則越難成孔。

1.1鉆機

對于深度在10～15m范圍內的鉆孔，建議選用氣動手持式輕型防突鉆機，這種鉆機輕便靈活，可以鉆鑿出直徑∮75的鉆孔。

當深度超過15m后，使用輕型防突鉆機費時費力，應該選擇帶有鉆架和推進機構的鉆機。

當深度超過50m后，應該選擇全液壓鉆機。

這些鉆機功率和扭矩大，可以鉆鑿大直徑鉆孔，有利于深孔裝藥、瓦斯抽放和鉆孔卸壓。

1.2鉆桿

在煤層中鉆孔，一般使用“麻花”螺旋鉆桿，依靠螺旋作用將煤屑導出。當在瓦斯壓力較大煤層中鉆進時，常因瓦斯和鉆屑的噴出發生夾鉆，為解決夾鉆問題，可以在鉆桿與鉆壁間下套管，用其控制鉆孔變形，減少鉆桿與煤壁的摩擦作用，也可以將低螺旋耐磨鉆桿用于瓦斯抽采鉆孔的施工，一方面提高了鉆桿的耐磨性能，延長鉆桿的使用壽命，另一方面光面鉆桿的外表沒有螺旋狀的合金涂層又賦予鉆桿機械排渣的功能。這些技術的成功運用，在提高鉆孔速度、保證成孔質量方面有了新的突破，為煤礦瓦斯抽放和深孔爆破奠定了基礎。

2.裝藥結構和裝藥方法

2.1裝藥結構

深孔爆破的裝藥結構分為連續裝藥和間隔裝藥。采取裝藥結構主要取決于鉆孔直徑與裝藥量的關系。

連續裝藥又分為連續耦合裝藥和連續不耦合裝藥。連續裝藥具有操作簡單、起爆可靠、爆破效果好的特點。當鉆孔直徑與裝藥量匹配時，應盡可能采用連續裝藥。

間隔裝藥操作麻煩，需要安裝多個起爆體或使用導爆索起爆。只有在鉆孔直徑較大，連續裝藥會使裝藥量超過設計裝藥量時才使用間隔裝藥。

在煤層中鉆鑿深孔，鉆孔的直徑往往不取決于裝藥量的大小，而是取決于鉆孔的難易程度。

2.2裝藥方法

裝藥方法有手工裝藥和機械裝藥兩種，實際應用時應取決于炸藥的物理狀態和裝藥長度。

2.2.1手工裝藥

手工裝藥是將藥卷或藥筒逐個裝入炮孔，然后用炮棍送入孔底的裝藥方法。這種方法要求煤體堅硬，鉆孔成孔質量好。雖然手工裝藥是一種成熟的裝藥工藝，但其效率低、勞動強度大，需要不斷改進。

2.2.2機械裝藥

機械裝藥方法在金屬礦山已普遍采用，但在煤礦由于受到安全等因素的影響，此種方法尚在試驗和探索中。

風動裝藥器是利用壓風作為動力，通過抗靜電半導體輸藥軟管將粉狀炸藥壓入炮孔的一種機械裝藥方法，具有連續、高效、密度大等優點。裝藥器由不銹鋼缸體組成，罐體上有進風口、輸藥口、卸壓口、輸藥開關、調壓閥和攪拌閥。缸體可以承受6×105Pa的壓力，裝藥系統的接地電阻應大于105歐姆。

3.合理選擇起爆方式

起爆方式的選擇對爆堆分布狀態、爆堆塊度的均勻程度等產生較大影響，通過斜線起爆、V 型起爆等方式，優化了實際孔距與實際抵抗線情況，通過這種寬孔距爆破形式，進一步提高破碎巖石的效果，但是 V 型起爆方式的頂尖炮孔可能比同段位的炮孔起爆時間早，而該孔受到較大夾制作用，產生根底、大塊等現象，通過 V 型張角，可較好改善這一問題，即梯形起爆。

4.確定恰當的延期時間

井下采礦的深孔爆破技術通常采取短間隔延時起爆方式，有關設計的起爆網路，必須確保每個孔都能實現自由崩落。每個炮孔之間、排與排之間的延遲時間，主要為了后排爆破具有一定自由面，按照每米最低抵抗線延遲為15ms 為標準，合理確定最佳延遲時間。通過選擇恰當的延時間隔，可獲得良好爆破效果，減少飛石可能性，并給后排的巖石爆破提供充足的向前移動時間，確保后排爆破順利進行。如果排間距的延時間隔過短，會造成后排的巖石向上拋移而非水平移動，進而產生大塊、飛石及空氣沖擊波。經大量工程實例表明，通過應用排空微差爆破方式，相比單排爆破、齊發爆破更具優勢，改善了爆堆的寬度與形狀，降低大塊率，從過去 1排炮孔增加為 5 排炮孔，有限降低被爆巖石的平均塊度。由于炮孔的排數增多，滿足多段順序起爆要求，也可提高爆破質量。為了控制第一排炮孔前部臨空時產生大塊，可采取留碴擠壓爆破，效果較好。一般留碴的厚度約 3-5cm，具體做法為：將前一次爆破留下的巖堆僅鏟除一部分，保留至下一次爆破臺階項線約 35m 的巖碴，形成足夠的留碴厚度。通過這種方式，下次爆破時，第 1 排礦巖就會受到堆碴、爆破的擠壓影響作用，破壞工作面大塊，降低大塊率，提高爆破效果。

5.加強飛石安全防控

在應用井下采礦深孔爆破技術過程中，飛石主要產生在孔口與前排位置。一方面，產生孔口飛石有兩方面原因：①裝藥過多，造成堵塞的長度不足，孔口飛出石塊；②堵塞不嚴，發生沖炮現象并造成孔口松動；另一方面，產生前排飛石的原因為：①臨空面不平，最小抵抗線存在一定差異或者結構面切割現象；②裂縫和炮孔貫通。對于孔口飛石來說，主要防護措施是在孔口位置加壓砂包，既可減少沖炮隱患，也可減少孔口的松動石塊飛出現象，減少大塊率的發生。因此，在孔口加壓砂包是減少孔口飛石最有效、最方便的方法，對于前排飛石來說，一方面采取多排微差爆破方式，減少前排產生飛石的次數；另一方面，根據前排結構面的變化以及排抵抗線實際情況等，在抵抗線相對薄弱位置堵塞巖粉并采取間隔裝藥方式，如果使用銨油炸藥，應避免過多的炸藥流入前排裂縫中，減少飛石產生的可能性。如果發現炮孔和貫通裂縫、空洞相連現象，可堵塞該段炮孔，采取分段裝藥方式。如果過量的銨油滲入裂縫中，應采取注水溶解方式，再回填石沫以堵塞裂縫。對于個別飛石的飛散距離和爆破方法、爆破參數等，尤其有關最小抵抗線、堵塞長度、孔間與排間的延期時間、堵塞質量、地質地形構造、氣象條件等。因此，為了避免產生過多飛石，在工程技術人員設計爆破方案時，應根據實際爆破條件的變化，確定合理的爆破參數和單位炸藥消耗量，確保炮孔堵塞的長度與質量，并采取必要措施。

6.實行“孔底起爆”技術

“孔底起爆”技術主要應用安全裝置，去除了孔內全長導爆索，在孔底安裝起爆藥包的方式。從爆破作用原理來看，通過“孔底起爆”方式，可提高炸藥的應用效果與爆破能量，主要發揮如下作用：①明顯降低大塊率以及炸藥的二次耗能，與傳統的孔口起爆方式相比，可降低大塊率約 20%；②避免出現懸頂現象；③減少發生空氣沖擊波的可能性，降低由于爆破沖擊波而對周邊設備產生的破壞作用，提高炸藥的爆破能量利用效率；④嚴格控制采礦成本，有效提高炸藥能量。

7.改進爆破工藝

當確定了深孔爆破的參數、延時時間等，通過改進爆破的工藝，可提高爆破效率與爆破效果。首先，增強了炮孔裝藥的密度。在扇形深孔中，孔口較密集，單位炸藥的消耗量較大；而孔底距較長，單位炸藥的消耗量低，增加了孔底大塊。因此，需提高孔底的裝藥密度；其次，優化起爆藥包的位置。從充分提高爆破能量來看，可將起爆包置放在孔底部分，實現反向起爆，利于提高爆破效果，增強炮孔利用率；再次，強化炮孔堵塞。通過堵塞炮孔，可提高巖石在爆炸氣體作用下的破碎效果，除了使用炮泥，還可使用木楔堵塞。

8.落實現場管理措施

通過強化現場管理手段，可有效提高穿孔的裝藥質量。例如，在 10m 臺階位置穿孔徑為 1.5m 的垂直炮孔時，如果傾角偏斜 10°，那么穿出來的炮孔底部就會出現偏差約 30mm，因此需經常檢查炮孔的方位角、傾角以及孔深，確保每一個炮孔都在同一個方位角與孔底平面中。如果炮孔發生偏斜，就會造成產生根底或者臺階面不平衡。因此，在施工過程中，嚴格遵照孔爆破技術的管理指標，落實每一道施工程序，實行標準化作業，提高職工技能培訓工作，加強職工專業水平與職業道德素質，提升企業責任感，嚴格管理并考核爆破施工作業，提高施工質量。

9.結語

深孔爆破方法在煤礦瓦斯治理、石門揭煤、防突措施、圍巖應力轉移等方面有著廣闊的應用前景。鉆孔與裝藥量是深孔爆破技術應用中的關鍵環節，采用新技術、新裝備、新工藝，打深孔，打大孔，實現深孔卸壓松動爆破，是煤礦深孔爆破技術發展的必然趨勢，也一定會在治理煤礦災害中發揮重要作用。

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