半煤巖巷快速掘進爆破參數優化研究

2014-11-09 12:45:00高超建

山西建筑 2014年24期

關鍵詞：深度

高超建

(山西宏廈第一建設有限責任公司，山西陽泉 045008)

在進行半煤巖巷掘進過程中會遇到諸多問題，如半煤巖巷道在掘進時巷道成型差，圍巖破壞比較嚴重，尤其在掘進比較破碎的巖層破壞更為嚴重，使得在掘進過程中安全系數下降。這還造成巷道的支護難度加大，推延巷道掘進的進度等。這就加大了施工的難度，并且掘進工序比較復雜。造成這些問題的原因有很多，如爆破技術不先進、支護技術不足、施工工藝落后等。為此本文對半煤巖巷快速掘進爆破的參數進行優化，以解決以上問題。本文以呂溝煤礦38026工作面進行爆破參數優化。

1 爆破參數的計算

首先對巷道的斷面進行確定，根據各因素考慮，原來梯形巷道上底太寬，故要對此進行重新優化設計，設計修改后上底為3.8 m，下底寬度為4.5 m。這就可以對巷道的掘進工程進行減少，同時也對巷道周邊應力集中狀態進行改善，掘進的速度也隨之加快。

1.1 炮眼數目的選擇

炮眼數目的選擇是起爆工作中重要部分之一。對巷道的圍巖穩定有著決定性影響。炮眼數目計算公式如下:

其中，N為炮眼個數，個;q為定額單位炸藥消耗量，取值為1.45 kg/m3;S為巷道掘進斷面面積，m2;η為炮眼利用率;lL為炮眼平均裝藥系數，取 0.5 ～0.8;mex為每個藥卷質量，kg。

對38026工作面炮眼數目進行計算:

所以可以確定炮眼數目為37個。

1.2 炮眼深度

炮眼深度的確定也是爆破工作中至關重要的環節之一。炮眼的深度決定著循環進尺，本文采用中深孔爆破技術。確定合理炮眼深度，必須依照巷道的實際情況而定，同時也要考慮月進度要求、裝藥條件等因素來確定炮眼的深度。炮眼深度的確定的公式如下:

其中，Lm為計劃進尺，m;M為每月掘進天數;N為每日完成的掘進循環數;η為炮眼利用率，0.85～1.0;η1為正規循環率，0.85 ～0.9，38026 工作面取 0.87。

可計算38026工作面炮孔深度:

故可知炮眼深度L=2 m。

同時為了滿足要求炮眼直徑選擇40 mm～42 mm。

2 掏槽參數計算

掏槽眼的作用是為了在爆破工作中創建第二個自由面。掏槽眼一般分為斜眼掏槽和直眼掏槽。但就巷道深孔爆破來看掏槽眼可分為階段直眼掏槽、分段直眼掏槽。根據38026工作面的特點，為了使煤炭回收率提高，其空眼內應裝少量炸藥，先定掏槽方式為階梯直線掏槽，布置在煤層中，利用其生產的能量及氣體的體積膨脹，將煤向外推出，最大限度地提高煤炭回收率。

2.1 掏槽眼深度

掏槽眼的深度也是決定巷道能否快速掘進的因素，故也要對掏槽眼的深度進行設計。首先按照工作面銜接的要求，每個循環凈進度應大于1.8 m，還有也要考慮炮眼利用率最小應為90%，并且要求炮眼應比其他炮眼的深度多出200 mm，只有這樣才能確保該爆破工作的起爆效果，故現定掏槽眼深度為2.2 m。因為該掏槽方式是階段直掏槽眼，故可將掏槽分為第一階段和第二階段。其中第一階段的掏槽眼深度為1.5 m，這個為第二階段的掏槽創造自由面，同時也對該周邊煤巖產生一定的裂隙，這也為接下來的第二階段的掏槽工作創造了良好的條件，即為第二階段減小了夾制力的制約。第二階段的掏槽眼深度為2.2 m，它的作用主要是再次加大掏槽眼的深度和巖石的投擲，以提高巷道掘進的效率。

2.2 掏槽眼間距

中深孔直眼掏槽眼間距的布置沒有一個明確理論對其進行計算。但是可以根據爆破所產生的內部作用時期煤巖進行破碎的大小來確定其掏槽眼的排布間距。其計算方式如下:

作用在其炮眼孔壁上的壓力為:

徑向方向應力波衰減規律:

其中，db為炮眼的直徑，mm;r為與炮眼中心的距離;α為應力波衰減系數，α=2－μ/(1－μ)。

此時，如果P是大于巖石的抗壓強度σc，則表示所爆破的巖石已經破碎。根據此理論可以計算掏槽破碎區域的半徑rp，可知掏槽眼孔距，令p=σc，得到孔距:

同時也要考慮炮孔的孔距影響，即孔距值應該比計算的理論值大30%。

這時將 ρ0=1 050 kg/m3，D=2 000 m/s，db=40 mm，dc=32 mm，掏槽眼長度一階段計算Lb=1 541 mm，Lc=800 mm，μ=0.28，a=1.61，ρ=1 512 kg/m3，σc=8.5 MPa，n=8 代入式(1)，式(3)得到 P=154.0 MPa;a=241.8 mm;放大30%后，a1=314.3 mm。

因為掏槽設計沒有應用通常的空孔，空孔內也要裝少量的炸藥，因此掏槽眼的間距可以比計算值大，即可以取值為400 mm。