聚能爆破掘進技術在平頂山礦區的應用

張波　戰標

摘 要：平頂山礦區大部分礦井采深大于800 m，平煤股份四礦巖巷巖石硬、地應力高，在掘進的過程中，存在爆破效率低、進尺低和超欠挖嚴重的問題。在掘進爆破作業中采用聚能爆破掘進技術，并設計了爆破參數和炮孔布置方案。工程實踐表明，該方案單循環進尺提高了15%，巷道圍巖超欠挖降低了50%，節約了20%的成本，技術經濟效果良好。

關鍵詞：巖巷；爆破；地應力；快速掘進

中圖分類號：TD235.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0001-02

經過多年的開采，平頂山礦區大部分礦井已經進入了深部開采區，這些礦區普遍面臨井深巷遠的局面。平煤股份四礦三水平達到1 000 m以上，己三東專回巖巷位于四礦己14煤層頂板以上3 m左右的砂巖中，巷道沿12°上山施工，采用“全錨網+錨索”支護，斷面凈寬5.0 m，凈高3.8 m。巷道原采用鉆爆法施工，臺階法分次爆破，耙斗機、礦車裝運巖石，絞車提升；單楔掏槽，光面爆破，全斷面炮眼86個（深1.5～1.7 m），循環進尺1.3 m，月進尺在55 m左右。

針對四礦巖巷巖石硬、應力高的特點和掘進中爆破效率低、循環進尺低，圍巖超欠挖等嚴重的問題，基于聚能爆破技術原理，決定在掘進爆破作業中采用聚能爆破裝置提高炸藥和炮眼的利用率，并減小破碎圈的范圍，爆破效率、成型質量大幅提高，進而達到提高進尺、實現巖巷快速掘進的目的。

1 掏槽眼多向聚能爆破技術

1.1 多向聚能爆破裝置

多向聚能爆破裝置，如圖1所示，周圍有6個內凹“V”型槽的圓柱管，周邊均勻分布，每隔60°設置1個，管內徑為38 mm，長度為400 mm，“V”型槽的錐角為50°，深度為5 mm。當藥卷放入該裝置中時，爆炸能量沿“V”型槽方向產生匯聚，形成高速射流。在聚能穴周圍孔壁集中受力，如圖2所示，最易形成裂紋，然后在爆生氣體作用下快速擴展，切割巖石形成碎塊。

將多向聚能爆破裝置應用于掏槽眼或輔助眼中，可以提高炸藥的利用率和掏槽或崩落的效率。

1.2 掏槽參數設計

己三東專回巖巷位于中粒砂巖中，巖石硬度大，受夾制作用強，綜合以上因素，確定的掏槽方式為雙楔形掏槽。雙楔形掏槽可以增大槽腔體積，提高掏槽深度，在拋擲作用下，爆堆集中，利于裝巖，而且所需掏槽眼數目較少，單位耗藥量小。槽眼的位置和傾角的精確度對掏槽效果影響較小。在起爆的先后順序上，確定第一階掏槽眼為一段，第二階掏槽眼為二段，一階、二階掏槽時間間隔25 ms。掏槽參數見表1.

引藥位置和傳爆方向是影響爆破效果和爆破安全的重要因素。根據四礦巖巷的施工環境和相關規程可知，該試驗中所有炮孔沿縱向上均采用連續正向裝藥結構，每個炮眼只裝1個引藥，引藥置于靠近眼口的裝藥端，引藥和所有藥卷的聚能罩都指向眼底，爆炸波向眼底傳播，如圖3所示。

2 周邊眼線性聚能爆破技術

2.1 線性聚能爆破裝置

線性聚能爆破裝置，如圖4所示，周邊均布2個內凹“V”型槽，形成1個水平面，參數與多向聚能爆破裝置相同。將藥卷放入該裝置中，控制聚能穴方向。爆炸時，炸藥能量沿聚能穴方向產生匯聚，炮孔周圍受力情況如圖5所示。在聚能穴周圍孔壁集中受力，使裂紋沿輪廓線方向擴展，相鄰周邊眼之間便會沿輪廓方向出現貫穿裂紋，從而形成較為整齊的圍巖斷面。

將線性聚能爆破裝置應用于周邊眼中，可以減小圍巖超欠挖，提高巷道成型質量。

2.2 周邊眼參數設計

2.2.1 炮孔間距α

根據聚能爆破技術巖石裂紋形成機理，周邊眼炮眼間距計算公式為：

. （1）

式（1）中：K——爆炸應力波系數，取4.0；

b——切向應力與徑向應力比值，取0.25；

p——炮眼壁上的沖擊壓力，pmax=Sc為單軸抗壓強度，實測Sc=80.14～121.7 MPa；

St——單軸抗拉強度，實測St=6.731 MPa；

α——應力波衰減系數，α=2-b=1.75；

db——炮眼直徑，46 mm。

代入參數得：α≤632 mm。根據現場情況和工程經驗可知，選取周邊眼炮孔間距為450 mm。

2.2.2 最小抵抗線w

巖石相對較硬且脆，炮孔間距可適量增大，排距應保持在合適的水平位置，選取最小抵抗線為w=550 mm。

2.2.3 炮孔填塞長度l

炮泥堵塞長度l與最小抵抗線w的關系為：

l=（0.7～1.0）w. （2）

根據實際情況可知，要求堵塞長度不得小于0.5 m。

2.2.4 裝藥量

通過計算可知，裝藥量q≤604 g。根據現場情況和經驗，將周邊眼裝藥量確定為600 g。

2.3 周邊眼線性聚能裝置放置

為了更好地控制巷道成型，周邊眼應做到“平、直、齊、準”。裝藥時，應使線性聚能裝置的聚能穴與輪廓線方向保持一致，如圖6所示。

摘 要：平頂山礦區大部分礦井采深大于800 m，平煤股份四礦巖巷巖石硬、地應力高，在掘進的過程中，存在爆破效率低、進尺低和超欠挖嚴重的問題。在掘進爆破作業中采用聚能爆破掘進技術，并設計了爆破參數和炮孔布置方案。工程實踐表明，該方案單循環進尺提高了15%，巷道圍巖超欠挖降低了50%，節約了20%的成本，技術經濟效果良好。

關鍵詞：巖巷；爆破；地應力；快速掘進

中圖分類號：TD235.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0001-02

經過多年的開采，平頂山礦區大部分礦井已經進入了深部開采區，這些礦區普遍面臨井深巷遠的局面。平煤股份四礦三水平達到1 000 m以上，己三東專回巖巷位于四礦己14煤層頂板以上3 m左右的砂巖中，巷道沿12°上山施工，采用“全錨網+錨索”支護，斷面凈寬5.0 m，凈高3.8 m。巷道原采用鉆爆法施工，臺階法分次爆破，耙斗機、礦車裝運巖石，絞車提升；單楔掏槽，光面爆破，全斷面炮眼86個（深1.5～1.7 m），循環進尺1.3 m，月進尺在55 m左右。

針對四礦巖巷巖石硬、應力高的特點和掘進中爆破效率低、循環進尺低，圍巖超欠挖等嚴重的問題，基于聚能爆破技術原理，決定在掘進爆破作業中采用聚能爆破裝置提高炸藥和炮眼的利用率，并減小破碎圈的范圍，爆破效率、成型質量大幅提高，進而達到提高進尺、實現巖巷快速掘進的目的。

1 掏槽眼多向聚能爆破技術

1.1 多向聚能爆破裝置

多向聚能爆破裝置，如圖1所示，周圍有6個內凹“V”型槽的圓柱管，周邊均勻分布，每隔60°設置1個，管內徑為38 mm，長度為400 mm，“V”型槽的錐角為50°，深度為5 mm。當藥卷放入該裝置中時，爆炸能量沿“V”型槽方向產生匯聚，形成高速射流。在聚能穴周圍孔壁集中受力，如圖2所示，最易形成裂紋，然后在爆生氣體作用下快速擴展，切割巖石形成碎塊。

將多向聚能爆破裝置應用于掏槽眼或輔助眼中，可以提高炸藥的利用率和掏槽或崩落的效率。

1.2 掏槽參數設計

己三東專回巖巷位于中粒砂巖中，巖石硬度大，受夾制作用強，綜合以上因素，確定的掏槽方式為雙楔形掏槽。雙楔形掏槽可以增大槽腔體積，提高掏槽深度，在拋擲作用下，爆堆集中，利于裝巖，而且所需掏槽眼數目較少，單位耗藥量小。槽眼的位置和傾角的精確度對掏槽效果影響較小。在起爆的先后順序上，確定第一階掏槽眼為一段，第二階掏槽眼為二段，一階、二階掏槽時間間隔25 ms。掏槽參數見表1.

引藥位置和傳爆方向是影響爆破效果和爆破安全的重要因素。根據四礦巖巷的施工環境和相關規程可知，該試驗中所有炮孔沿縱向上均采用連續正向裝藥結構，每個炮眼只裝1個引藥，引藥置于靠近眼口的裝藥端，引藥和所有藥卷的聚能罩都指向眼底，爆炸波向眼底傳播，如圖3所示。

2 周邊眼線性聚能爆破技術

2.1 線性聚能爆破裝置

線性聚能爆破裝置，如圖4所示，周邊均布2個內凹“V”型槽，形成1個水平面，參數與多向聚能爆破裝置相同。將藥卷放入該裝置中，控制聚能穴方向。爆炸時，炸藥能量沿聚能穴方向產生匯聚，炮孔周圍受力情況如圖5所示。在聚能穴周圍孔壁集中受力，使裂紋沿輪廓線方向擴展，相鄰周邊眼之間便會沿輪廓方向出現貫穿裂紋，從而形成較為整齊的圍巖斷面。

將線性聚能爆破裝置應用于周邊眼中，可以減小圍巖超欠挖，提高巷道成型質量。

2.2 周邊眼參數設計

2.2.1 炮孔間距α

根據聚能爆破技術巖石裂紋形成機理，周邊眼炮眼間距計算公式為：

. （1）

式（1）中：K——爆炸應力波系數，取4.0；

b——切向應力與徑向應力比值，取0.25；

p——炮眼壁上的沖擊壓力，pmax=Sc為單軸抗壓強度，實測Sc=80.14～121.7 MPa；

St——單軸抗拉強度，實測St=6.731 MPa；

α——應力波衰減系數，α=2-b=1.75；

db——炮眼直徑，46 mm。

代入參數得：α≤632 mm。根據現場情況和工程經驗可知，選取周邊眼炮孔間距為450 mm。

2.2.2 最小抵抗線w

巖石相對較硬且脆，炮孔間距可適量增大，排距應保持在合適的水平位置，選取最小抵抗線為w=550 mm。

2.2.3 炮孔填塞長度l

炮泥堵塞長度l與最小抵抗線w的關系為：

l=（0.7～1.0）w. （2）

根據實際情況可知，要求堵塞長度不得小于0.5 m。

2.2.4 裝藥量

通過計算可知，裝藥量q≤604 g。根據現場情況和經驗，將周邊眼裝藥量確定為600 g。

2.3 周邊眼線性聚能裝置放置

為了更好地控制巷道成型，周邊眼應做到“平、直、齊、準”。裝藥時，應使線性聚能裝置的聚能穴與輪廓線方向保持一致，如圖6所示。

摘 要：平頂山礦區大部分礦井采深大于800 m，平煤股份四礦巖巷巖石硬、地應力高，在掘進的過程中，存在爆破效率低、進尺低和超欠挖嚴重的問題。在掘進爆破作業中采用聚能爆破掘進技術，并設計了爆破參數和炮孔布置方案。工程實踐表明，該方案單循環進尺提高了15%，巷道圍巖超欠挖降低了50%，節約了20%的成本，技術經濟效果良好。

關鍵詞：巖巷；爆破；地應力；快速掘進

中圖分類號：TD235.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0001-02

經過多年的開采，平頂山礦區大部分礦井已經進入了深部開采區，這些礦區普遍面臨井深巷遠的局面。平煤股份四礦三水平達到1 000 m以上，己三東專回巖巷位于四礦己14煤層頂板以上3 m左右的砂巖中，巷道沿12°上山施工，采用“全錨網+錨索”支護，斷面凈寬5.0 m，凈高3.8 m。巷道原采用鉆爆法施工，臺階法分次爆破，耙斗機、礦車裝運巖石，絞車提升；單楔掏槽，光面爆破，全斷面炮眼86個（深1.5～1.7 m），循環進尺1.3 m，月進尺在55 m左右。

針對四礦巖巷巖石硬、應力高的特點和掘進中爆破效率低、循環進尺低，圍巖超欠挖等嚴重的問題，基于聚能爆破技術原理，決定在掘進爆破作業中采用聚能爆破裝置提高炸藥和炮眼的利用率，并減小破碎圈的范圍，爆破效率、成型質量大幅提高，進而達到提高進尺、實現巖巷快速掘進的目的。

1 掏槽眼多向聚能爆破技術

1.1 多向聚能爆破裝置

多向聚能爆破裝置，如圖1所示，周圍有6個內凹“V”型槽的圓柱管，周邊均勻分布，每隔60°設置1個，管內徑為38 mm，長度為400 mm，“V”型槽的錐角為50°，深度為5 mm。當藥卷放入該裝置中時，爆炸能量沿“V”型槽方向產生匯聚，形成高速射流。在聚能穴周圍孔壁集中受力，如圖2所示，最易形成裂紋，然后在爆生氣體作用下快速擴展，切割巖石形成碎塊。

將多向聚能爆破裝置應用于掏槽眼或輔助眼中，可以提高炸藥的利用率和掏槽或崩落的效率。

1.2 掏槽參數設計

己三東專回巖巷位于中粒砂巖中，巖石硬度大，受夾制作用強，綜合以上因素，確定的掏槽方式為雙楔形掏槽。雙楔形掏槽可以增大槽腔體積，提高掏槽深度，在拋擲作用下，爆堆集中，利于裝巖，而且所需掏槽眼數目較少，單位耗藥量小。槽眼的位置和傾角的精確度對掏槽效果影響較小。在起爆的先后順序上，確定第一階掏槽眼為一段，第二階掏槽眼為二段，一階、二階掏槽時間間隔25 ms。掏槽參數見表1.

引藥位置和傳爆方向是影響爆破效果和爆破安全的重要因素。根據四礦巖巷的施工環境和相關規程可知，該試驗中所有炮孔沿縱向上均采用連續正向裝藥結構，每個炮眼只裝1個引藥，引藥置于靠近眼口的裝藥端，引藥和所有藥卷的聚能罩都指向眼底，爆炸波向眼底傳播，如圖3所示。

2 周邊眼線性聚能爆破技術

2.1 線性聚能爆破裝置

線性聚能爆破裝置，如圖4所示，周邊均布2個內凹“V”型槽，形成1個水平面，參數與多向聚能爆破裝置相同。將藥卷放入該裝置中，控制聚能穴方向。爆炸時，炸藥能量沿聚能穴方向產生匯聚，炮孔周圍受力情況如圖5所示。在聚能穴周圍孔壁集中受力，使裂紋沿輪廓線方向擴展，相鄰周邊眼之間便會沿輪廓方向出現貫穿裂紋，從而形成較為整齊的圍巖斷面。

將線性聚能爆破裝置應用于周邊眼中，可以減小圍巖超欠挖，提高巷道成型質量。

2.2 周邊眼參數設計

2.2.1 炮孔間距α

根據聚能爆破技術巖石裂紋形成機理，周邊眼炮眼間距計算公式為：

. （1）

式（1）中：K——爆炸應力波系數，取4.0；

b——切向應力與徑向應力比值，取0.25；

p——炮眼壁上的沖擊壓力，pmax=Sc為單軸抗壓強度，實測Sc=80.14～121.7 MPa；

St——單軸抗拉強度，實測St=6.731 MPa；

α——應力波衰減系數，α=2-b=1.75；

db——炮眼直徑，46 mm。

代入參數得：α≤632 mm。根據現場情況和工程經驗可知，選取周邊眼炮孔間距為450 mm。

2.2.2 最小抵抗線w

巖石相對較硬且脆，炮孔間距可適量增大，排距應保持在合適的水平位置，選取最小抵抗線為w=550 mm。

2.2.3 炮孔填塞長度l

炮泥堵塞長度l與最小抵抗線w的關系為：

l=（0.7～1.0）w. （2）

根據實際情況可知，要求堵塞長度不得小于0.5 m。

2.2.4 裝藥量

通過計算可知，裝藥量q≤604 g。根據現場情況和經驗，將周邊眼裝藥量確定為600 g。

2.3 周邊眼線性聚能裝置放置

為了更好地控制巷道成型，周邊眼應做到“平、直、齊、準”。裝藥時，應使線性聚能裝置的聚能穴與輪廓線方向保持一致，如圖6所示。