煤礦綜掘工作面遇巖石爆破方案優(yōu)化與實踐

馬良玉

（同煤集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司 山西大同 037042）

0 前言

在巷道掘進的過程中，當遇到巖石的時候，綜掘機工作效率變得較低，同時截齒會產(chǎn)生大量的損耗，帶來的后果是作業(yè)環(huán)境變差、工作成本增加、正常開采工作受到影響[1]。現(xiàn)階段，針對在綜掘時遇到巖石的問題，工程上大都是采用鉆爆法、淺孔或者中深孔爆破，讓巖石松動開裂[2]。除此之外，在處理邊坡穩(wěn)定性、沖擊地壓前期泄壓、瓦斯抽采煤層增透、硬頂板弱化時也都會用到爆破的方法[3]。而在爆破作業(yè)時，如何使煤巖中的產(chǎn)生較大的裂縫是較為關鍵的內(nèi)容，這樣才能夠將綜掘機的工作難度降低，使巷道掘進更加容易，提高工作速度，保障井工人員生命財產(chǎn)安全。這對于現(xiàn)實井工作業(yè)有著極為重要的現(xiàn)實意義。

井工作業(yè)，對采掘速度影響較大的因素主要分布在破巖、裝巖、運巖和支護4個階段。破巖是整個作業(yè)過程的基礎，其他工作是否能夠順利開展，以及開展效率如何都取決于這個環(huán)節(jié)。所以，本文以某煤礦西專回延伸巷掘進工作面為研究背景，對破巖工作進行優(yōu)化，主要優(yōu)化參數(shù)為炮孔直徑和炮泥配比這兩個方面，并通過現(xiàn)場實施進行效果檢驗。

1 爆破效果影響因素分析

1.1 炮孔直徑

爆破時炮孔直徑對于包括采掘速度、炮孔數(shù)量、裝藥量以及巷道定向等整個爆破工作的影響較大，炮孔直徑的影響存在正效應的同時又存在著負效應。

現(xiàn)階段，在進行爆破采掘工作中，炮孔的直徑范圍一般在32 mm～45 mm 之間。并且根據(jù)文獻可以看出鉆孔速度與炮孔直徑是呈現(xiàn)出負相關關系的，在一定范圍內(nèi)，鉆頭直徑每縮小1 mm，炮孔鉆速可提高5%左右[4]。相同的實踐條件下，當炸藥卷的直徑不變時，炮孔直徑的減小，對于巖石的松動致裂是有益的，但是當炮孔直徑小于一定范圍時，孔內(nèi)渣滓殘留不利于炸藥的裝填，造成爆破工作的困難。

1.2 炮泥配比

在掘進作業(yè)遇到巖石選擇爆破輔助作業(yè)，并進行爆破設計時，為達到預想的作業(yè)效果，需要考慮到鉆孔堵塞的影響。塞孔的作用有以下幾個方面：從提升爆破率方面來講，可以增加爆破氣體在鉆孔內(nèi)的停留時間、提升炸藥爆炸產(chǎn)生的能量利用效率以及提高炸藥作用的完整程度；從作業(yè)安全、職業(yè)健康上來講，能夠降低炸藥粉塵以及有毒、有害氣體溢出量，利于爆炸產(chǎn)生氣體的冷卻。

目前，在實際開采工作中，用到的炮泥大多是將黃泥經(jīng)人工加工制造而成的，這樣的方法不僅使得爆破作業(yè)效率較低，還會由于黃泥固有的成型較差的特性，浪費堵塞作業(yè)時間。所以，為了能夠提升爆破效率，提高爆破速度，常常會將炮泥材料加工成型，即將較為纖細的材料加水潤濕后，加工成一定形狀的固體。將炮泥材料粉化的作用有以下幾點：1)使粉狀材料具有一定的形狀；2)使成型材料具有機械強度，保證填孔時的成功率；3)提高炮泥密度等方面的性能。

研究表明，在其他條件不變的情況下，提高炮泥的密度，對于填塞作用有積極作用。為此，在進行炮泥制作時，在河沙中加入輔助材料鋁礬土。通過實驗測定了河沙量與炮泥密度之間的關系，如圖1所示。

圖1 炮泥密度與河沙含量關系

通過圖1所示影響關系可以看出炮泥密度與河沙含量呈現(xiàn)出了正相關的關系，隨著河沙含量的增加，炮泥密度逐漸增大。正是因為河沙顆粒結構致密，顆粒較為粗獷，而鋁礬土較為纖細，并且鋁礬土顆粒之間有密度較低的水與空氣存在著。較為粗獷的河沙顆粒堆積在一起，中間會存在孔隙，而較為纖細的鋁礬土顆粒會很好的填充在這些孔隙當中，保證了炮泥整體上不會松散。這保證了整體性的基礎上研究炮泥的密度。現(xiàn)場實踐表明，當河沙含量保持在15%左右時，炮泥完整性能保持得較差，不利于鉆孔的填塞。鑒于此，在炮泥的配比方案上將河沙含量標準定位10%左右，在保證了炮泥完整性的同時，盡量增大炮泥密度，便于炮泥的成型與炮孔的填裝。

1.3 炮孔塞孔長度

當塞孔深度達到最優(yōu)方案時，爆炸產(chǎn)生的氣體能夠發(fā)揮出充分的“氣楔”作用，使炮孔周圍的巖石破碎，爆破達到最佳效果，進而保證施工進度。由以上分析可知，當達到最優(yōu)塞孔深度時，堵塞物在從炮孔之前彈出的一瞬間，孔周圍巖石破碎應當剛進行完畢，即達到最優(yōu)的臨界條件。

2 炮孔參數(shù)及炮泥優(yōu)化效果

該煤礦西專回延伸巷掘進工作面的全斷面共設置有鉆孔66 個，爆破作業(yè)鉆孔原直徑為43 mm，爆破炸藥為乳化炸藥。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)炮孔使用目的的差別，來設計鉆孔的直徑和炸藥卷的直徑。當掘進面圍巖較為堅硬且需要循環(huán)進尺較大的時候，如果炮卷的直徑過于細小達不到較好的掏槽效果，與此同時會使得巖石破碎程度降低。但是對于輔助炮孔和周邊孔，因為存在著較多自由面，采用直徑小的炮卷不僅能夠提升炮孔的施工速度，還能達到節(jié)約炸藥的效果。

所以，結合實際的施工情況，提出了以下的優(yōu)化措施：保持爆破藥卷直徑的同時，盡量減小炮孔的直徑以期于達到提高裝藥耦合系數(shù)的目的；經(jīng)過優(yōu)化后的掏槽眼的直徑減小到準38 mm，周邊孔與輔助孔也均為準38 mm，藥卷的直徑為準27 mm，采用河沙含量為10%左右的河沙與鋁礬土混合炮泥進行塞孔

與原方案相比，減小了鉆孔的直徑，加快了鉆孔速度，在此基礎上采用機制炮泥進行塞孔，節(jié)約了鉆孔時間和填塞炮泥時間，加深了鉆孔深度。循環(huán)進尺提高了0.2 m～0.3 m。由此可見，換成小直徑鉆頭之后，鉆進速度不僅有了提升，還節(jié)省了鉆頭和炮泥的成本。

圖2 CO最大濃度變化情況

圖3 粉塵最大濃度變化情況

在西專回延伸巷掘進工作面回風巷口布置了5個測點，對爆破參數(shù)優(yōu)化前后一氧化碳和粉塵濃度進行觀測，對比結果如圖2、圖3 所示。從以上兩個圖可以看出，在進行參數(shù)優(yōu)化之后，無論一氧化碳還是粉塵濃度都有了明顯的降低，有效的改善了掘進面的工作職業(yè)衛(wèi)生條件，為礦井的安全生產(chǎn)和煤礦工人的身體健康提供了重要保障。

3 結語

（1）本文中對炮孔直徑進行了優(yōu)化，提高了鉆進工作效率，這對炮孔深度的提高和掘進進度的提升打下基礎，有利于提高采掘循環(huán)進尺和降低材料成本。

（2）對炮泥中河沙和鋁礬土的比例進行優(yōu)化，達到最優(yōu)的炮泥密度，這不僅對炮孔的填塞效果而且對工作環(huán)境職業(yè)衛(wèi)生條件的改善具有積極作用。

（3）本文對工程本進行的巖石爆破方案進行優(yōu)化，達到預期效果。而對不同巖性的掘進工作面，不同類型的炮孔，鉆孔和藥卷的選擇需要進一步試驗。