炮掘巖石巷道的爆破參數優化

王 捷

（山西焦煤集團西山煤電東曲礦，山西 太原 030000）

目前，在煤礦巖石巷道掘進施工中深孔爆破是較為有效的方法，為進一步探索高瓦斯條件下超長大斷面巷道快速掘進技術，以東曲礦14241工作面為例，針對巖石巷道爆破效果開展巷道快速掘進技術的研究，確保礦井安全生產，而且可以減少工作面搬家次數。

1 工程概況

14241工作面位于+540水平14采區，所采煤層為3號煤，走向長度340m，傾斜長約3000m。3號煤層厚度穩定，煤層厚度6.03～7.0m，平均6.52m，全煤含夾矸最厚一層0.1m。該工作面地面標高為903～932m，工作面標高為377～520m。該面屬高瓦斯面，屬不易自燃煤層。

14241高抽巷巖巷部分采用炮掘施工，耙裝機配合皮帶出矸。采用三班作業，一次打眼一次裝藥一次起爆方式。掘進支護最大控頂距為1300mm，最小控頂距為300mm。

2 影響巖石巷道爆破效果的因素

2.1 掏槽眼布置形式

掏槽眼的布置，直接關系到爆破效果；中心眼與槽眼孔徑相匹配的藥卷直徑對掏槽有重要影響；掏槽眼的直徑及相應采用藥卷的直徑對掏槽效果也有影響。

2.2 炸藥因素

影響爆破效果的因素很多，在炸藥因素中主要是巖石中的縱波速度。巖石彈性波速度與強度密度、彈性模量、孔隙度以及含水率之間有規律性，能反映巖石的地質結構特征。

2.3 微差起爆與雷管段數的影響

微差起爆主要是為下一圈炮孔提供第二自由面，微差時間合理與否，直接影響到爆破效果。確定掏槽眼與二次擴槽以及崩落眼與周邊眼之間的時間，前者保證掘進深度，后者可確保斷面輪廓完整。

2.4 丟炮與盲炮

丟炮主要是雷管電阻的問題，即當網路中最大與最小電阻的差值超過0.3Ω時，由于阻差大、阻值小的雷管發熱小容易丟炮。盲炮的出現原因主要有先爆炮孔的產物對相鄰炮孔的擠壓作用和管道效應。

2.5 掏槽眼的正、反向起爆

無論是正向起爆，還是反向起爆，巖體內的應力分布都是很不均勻的，但若相鄰炮眼分別采用正、反向起爆，就能改善這種狀況。針對高瓦斯礦井爆破安全規程規定應采用正向起爆。

3 爆破方案優化

3.1 原爆破方案及問題分析

通過現場試驗，對原爆破方案進行了調研，原爆破方案炮眼布置情況如圖1所示，爆破參數見表1。通過現場應用發現存在如下問題：

（1）掏槽方式較為單一，只采用了單楔形掏槽的方式，導致炮眼利用率不高，爆破進尺較小；

（2）輔助眼數量較少，不能有效地擴大槽腔、提供巖石破碎的臨空面和自由面，導致爆破碎石塊度較大，二次破碎時間最多占用2h；

（3）穿越巖層巖性變化較大，以砂巖為主，巖石較硬，炸藥能量不足，導致爆破效果不理想；

（4）當存在破碎帶時，周邊眼眼間距過大，巷道周邊成型不理想，超欠挖現象較為嚴重。

圖1 14212面原方案現場炮眼布置圖

3.2 爆破參數優化

針對上述問題，通過理論計算和工程對比法，對原爆破方案參數進行了優化，對原掏槽眼的間距、深度和角度進行了調整，同時對該工作面巖性較硬、進尺要求較高等問題進行了綜合考慮，提出了如下的爆破優化方案。爆破參數優化后的炮眼布置圖詳見圖2，爆破參數見表2。

表1 原方案爆破參數

圖2 優化后的炮眼布置圖

優化后的方案綜合考慮了炸藥單耗、爆破進尺、周邊成型及圍巖穩定等主要因素，對解決目前該巷道存在的問題根據情況可進行選擇。該方案將爆破單循環進尺增加到1.5m。

表2 方案二爆破參數

3.3 方案對比分析

從表3數據可知，較原方案，優化方案增加了1h的打眼時間，但二次破碎節省了2h，進尺增加了50%，且圍巖穩定性得到了改善，炸藥增加了約14kg，增加了110～120元。可以看出，忽略炸藥成本增加的情況下，優化方案將爆破單循環進尺增加了20%～50%，免去了二次破碎巖石的時間，加快了施工速度，且保護了圍巖的穩定性。

表3 優化方案與原方案對比分析

4 結語

（1）掏槽眼是決定爆破循環進尺的關鍵因素，當巖石硬度較大時，可采用楔直復合掏槽技術增加超深的中心眼，以輔助掏槽眼把破碎的巖石拋出，為后續爆破提供較大的臨空面。

（2）輔助眼的數量不容忽視，輔助眼的作用是為了進一步擴大槽腔，為周邊眼的爆破提供自由面，并且輔助眼對爆破塊度影響顯著，當輔助眼較少時，就會產生塊度較大的問題。

（3）周邊眼爆破建議尺寸不宜過大，應本著多打眼、少裝藥的原則進行施工，這樣才能保證周邊成型效果，減少超欠挖現象。

（4）在忽略炸藥成本增加的情況下，優化方案將爆破單循環進尺增加了20%～50%，免去了二次破碎巖石的時間，加快了施工速度，保護了圍巖的穩定性，提高了施工質量。