煤礦井巷爆破參數的設計及效果分析

高云龍

（山西鄉寧焦煤集團惠源焦煤有限公司，山西 鄉寧 042100）

煤礦從基礎建設到投產需在工作面布置大量的巖石巷道。目前巖石巷道的掘進方法有機械掘進法和爆破掘進法。其中，隨著工作面開采深度的不斷增加，機械掘進法無法發揮其優勢（高掘進效率、低人工成本）等；而且，當實際掘進過程中遇到整塊巖層時，采用機械掘進法效率低、成本高。而對于爆破掘進法而言，根據實際井巷的條件設計最佳爆破參數才能達到最佳爆破效率和爆破效果[1]。本文將對某井巷的參數進行設計，并對其工業性試驗進行驗證。

1 井巷爆破機理研究

井巷爆破的任務是將工作面的巖層進行破碎，簡單地說爆破效果決定于藥包爆炸后在巖層內部所產生的應力特性。經研究表明，不同形狀的藥包爆炸所產生應力場不同。結合井巷爆破所采用藥包的類型及其使用率，本文以柱狀藥包進行分析。對于柱狀藥包而言，其更適用于巖層的深孔爆破，從而降低巖層的強度，加速了巖石的破裂[2]。

1.1 炮眼的設計

對于井巷的爆破，根據其爆破需求需在工作面斷面上布置三種不同的炮眼，包括掏槽眼、崩落眼以及周邊眼。上述炮眼在一般斷面上的具體分布位置如圖1所示。

若想獲得較為理想的爆破效果，除了按照如圖1所示炮眼的位置進行布置，還需對不同炮眼的爆破順序進行合理控制。一般情況下，上述三個炮眼的先后起爆順序為掏槽眼、崩落眼和周邊眼，對應的起爆控制技術為微差爆破技術。對于炮眼布置需按照《井巷工程施工及驗收規范》進行合理布置，要求所設計炮眼的利用率應大于85%，并保證先起爆的炮眼不會影響后起爆炮眼的完整性[3]。

圖1 炮眼在斷面上的分布位置

1.2 爆破參數的設計

井巷爆破除了確定關鍵炮眼位置和起爆順序外，還需根據井巷條件對炮眼的深度、直徑、數量以及藥卷等參數進行最優化設計，包括有掏槽眼、輔助眼、周邊眼、崩落眼等參數的確定。其中，爆破參數需根據井巷的巖層、地質、斷面大小等進行綜合確定。爆破參數的具體設計流程：

1）結合井巷當前的支護條件、整個工程的進度要求綜合確定炮眼孔的深度；

2）結合炮眼布置的位置對整個斷面的爆破區域進行劃分，并根據不同爆破區域所需爆破巖石量計算得出不同區域所需的炸藥量。

值得注意的是，爆破參數的設計需在理論計算和施工經驗充分結合的基礎上完成，才能保證所確定參數的有效性和合理性[4]。

2 爆破參數的設計

2.1 工程概況

本文以某煤礦0305工作面中的底抽巷道為例開展研究，該巷道的斷面形狀為矩形，目前巷道圍巖采用錨桿+錨索的聯合支護方式，其中對應錨桿支護中每排錨桿之間的間距為800 mm，每排錨索之間的間距為2000 mm。巷道的具體尺寸如下：巷道的寬度為4.5 m，高度為3.2 m。經探測可知，0305工作面底抽巷道的平均涌水量為2 m3/h，工作期間最大涌水量可達10 m3/h；工作面瓦斯的平均絕對涌出量為0.5 m3/min。

底抽巷道采用鑿巖機完成掘進任務，并為其配置了轉載機和帶式輸送機等設備。為保證底抽巷道的掘進效率，為其配置五臺鑿巖機，其中三臺運行，兩臺備用。目前，底抽巷道在掘進過程中存在如下問題：

1）目前，該井巷采用淺眼多循環的爆破模式，導致整個井巷的掘進速度較慢且效率降低。

2）整個井巷需消耗大量的支護材料，即巷道成型質量差。

3）炮眼位置分布及起爆順序等參數設計不合理，導致爆破后巖石的體積仍然偏大還需對其進行二次破碎，在增加成本的同時大大降低爆破效率低。

4）斷面所設計炮眼設計密集，導致后起爆炮眼被破壞；多余炮眼的施工大大降低爆破效率。

總的來說，當前爆破參數下對應施工時存在爆破效果差、爆破效率低的問題[5]。

2.2 爆破方案的設計

1）結合0305工作面底抽巷道的實際條件以及整個井巷的掘進工程節點要求，在參考其他相似工程炮眼孔深度的設計經驗。最終確定0305工作面底抽巷道爆破巖層對應的炮眼孔的深度為2 m。

2）結合底抽井巷的巖層條件，預計該井巷取得最佳爆破效果和爆破效率對應的炸藥消耗量為1.97 kg/m3。

3）結合不同炮眼掏槽眼、崩落眼以及周邊眼相關參數的理論計算公式，并結合爆破的施工經驗：掏槽眼在垂直方向的間距為500 mm，掏槽眼槽口中心軸之間的間距為2.1 m，槽低中心軸之間的間距為1.5 m，掏槽眼的直徑為42 mm。而且，采用準直掏槽方式完成掏槽眼的施工。周邊眼在垂直方向的間距為650 mm。而且，斷面所有炮眼的總數為47個，其相對位置分布如圖2所示。

如圖2所示，編號為1-6為掏槽眼；編號為7-11為中間眼；編號為12-23為崩落眼；編號24-29為頂眼；編號30和35為頂角眼；編號31-34為幫眼；編號40-47為底眼。根據不同炮眼對應區域的爆破巖量，所設計不同炮眼中裝藥量如表1所示。

圖2 不同炮眼分布相對位置示意圖（mm）

表1 炮眼裝存量統計 kg

經統計，針對0305工作面底抽井巷對應的炮眼的總數為47個，總裝藥量為51.2 kg。

3 爆破效果分析

將上述重新設計爆破參數應用于底抽井巷的爆破施工中，并將其爆破效果與原爆破參數進行比對得出如下結論：

1）傳統爆破參數下對應炮眼的平均利用率為87.5%；而采用上述重新設計的爆破參數后對應炮眼的平均利用率可達95%。

2）傳統爆破參數下對應循環進尺為1.4 m，對爆破參數優化后對應循環進尺約為1.87 m。

3）傳統爆破參數下井巷每掘進1 m消耗炸藥的質量為42 kg，而對爆破參數優化后井巷煤等于每掘進1 m所消耗炸藥的質量為27 kg。

4 結語

工作面井巷的掘進效率與所選的掘進方式相關。對于當前工作面深度大、巖層相對復雜的特點，爆破掘進法較機械掘進法效率更高。但是，爆破掘進法中所設計的爆破參數將直接影響整個井巷的爆破效果和爆破效率，進而決定井巷的整體掘進效率和掘進成本。實踐表明，對0305工作面底抽井巷爆破參數優化后炮眼利用率和循環進尺明顯提升，所消耗炸藥量也明顯降低。