大斷面巖石巷道爆破掘進技術的研究與應用

王鵬翔

（西山煤電建筑工程集團有限公司礦建分公司，山西 太原 030000）

1 概況

西山煤礦為滿足不同煤層開采需求，通常配置一定數量的巖石巷道。8504 高抽巷位于8504 工作面上方的11#煤底板粉砂巖，巷道開口處圍巖以砂巖、砂質泥巖為主，多為黑色，含黑白云母。巷道總設計長度為1 080.38 m。

8504 巷道掘進爆破方案炮孔深度2.0 m，炸藥為三級乳化型，尺寸規格32 mm×200 mm（200 g/卷），雷管段別為1～3 段。方案如下：掏槽眼炮孔深度為2.2 m，角度與水平方向呈80°，其余炮孔深度均為2 m，炮眼總數為35。各掏槽眼間距為1 m，炸藥裝填總量為25.8 kg。如圖1。

圖1 原爆破方案設計炮眼布置圖（mm）

按照開采進度要求，8504 巷每月需進尺150 m以上才能保證礦區正常接續。但2.0 m 炮孔爆破方案在實際應用中單循環進尺距離均值為1.84 m，炮眼利用率92%，大塊巖體較少，巷道成型效果一般。目前采用三八制施工方法[3-4]，通過錨網支護，錨桿排列間隔為0.85 m，正規循環率為70%，巷道每月進尺距離為120 m，未能實現預定目標。

2 爆破方案優化

2.1 爆破參數配置

（1）炮孔深度計算優化

炮孔深度的選擇，主要與月進尺目標距離、炮孔利用率、正規循環率有關。由于每月進尺要求不低于150 m，炮孔利用率為90%，正規循環率為85%，則對應的推導公式如下[5-6]：

式中：L為每月進尺距離，m；l為炮孔深度，m/d；φ為炮孔利用率；ξ為正規循環率。

計算出l為6.54 m/d。單日循環作業兩次，則每次爆破作業時的炮孔深度至少需3.27 m，單日循環作業三次，則每次爆破作業時的炮孔深度至少需2.18 m。

選定作業方式為一天三循環，并對炮孔深度做適當冗余，確定深度為2.3 m。

（2）掏槽參數計算與推導

井下爆破采用楔形掏槽技術，掏槽孔需要在孔深基礎上增加20 cm。而楔直復合掏槽技術還需要搭配中心孔，中心孔的深度與掏槽孔深度保持一致。掏槽孔裝藥量的多少通過裝藥系數進行測算：如果巷道地質為軟巖地質，則掏槽孔裝藥系數取0.5～0.6之間，參考實際地質情況，選定裝藥系數為0.5，對應的裝藥長度為1.35 m。乳化炸藥規格為單卷長度20 cm，裝藥量0.2 kg，滿足單個掏槽孔使用需求，需要配置5.5 卷炸藥。此外，掏槽時還需要考慮到槽間距的選擇，需要保證鑿巖機械設備的正常作業空間，按照現有設備尺寸，槽間距需要保持1.1 m，按照設計要求，掏槽眼的水平角度需要達到81°。

（3）輔助孔規格

輔助孔深度與炮孔深度保持一致，取2.3 m，輔助孔走向垂直于表面，輔助孔的裝藥系數取值為0.35，孔間距固定為60 cm，每個輔助孔內裝填4卷炸藥，炸藥長度達到0.8 m。

（4）周邊孔規格

周邊孔的規格需要參考巷道頂板的實際情況綜合判定。結合孔間距對成型效果需要，兩側的孔間隔距離選定為50 cm；而頂部水平節理較為發育，頂部炮孔間隔距離選定為60 cm。

（5）炮孔數量測算

爆破炮孔的數量主要與巖石地質與巷道斷面面積有關，可用如下公式（2）表示：

式中：n為炮孔數量，個；f為巖石普氏系數；S為巖巷斷面面積，m2。

8504 高抽巷巖石普氏系數6，巷道斷面面積實際測量平均值為7.56 m2，代入公式（2）得到n=23 個。為了保證爆破效果，考慮到乳化炸藥爆破效果與炮孔深度帶來的影響，對炮孔數量適當增加，最終確定的炮孔數量為30 個。

（6）炸藥單耗測算

炸藥單耗測算主要用于測算裝藥量，推導出炸藥單耗公式為：

式中：r為炸藥單耗，kg/m2；k為修正系數；f為巖石普氏系數；S為巖巷斷面面積，m2。三級乳化炸藥爆力為230 mL，則k=2.28，則r=2.23 kg/m2。

（7）裝藥量測算

結合公式（3）的結果，對單循環裝藥量進行測算：

式中：R為單循環裝藥量，kg；v為待爆破巖石體積量，m3；r為炸藥單耗，kg/m2。v與炮孔深度及利用率有關，結合公式（1）中的參數，計算出R為34.90 kg。

2.2 爆破優化方案設計

采用CMJ2-27 型號的液壓鉆車，搭配兩臺YT-29A 型號巖鑿機，釬桿長度為3 m，釬頭形狀為柱齒形，釬頭直徑42 mm。選定T320 型號的礦用炸藥，1～5 段毫秒延期電雷管。在巖鑿機打孔完成后，將炮孔內雜質清理干凈，放置對應規格數量的炸藥，用炮泥封堵炮孔，電雷管引線使用逐個串接的方式，統一引爆。炮孔示意圖如圖2，爆破參數見表1。

表1 新方案爆破參數表

圖2 新方案炮眼布置圖（2.3 m 循環 單位：mm）

8504 高抽巷優化爆破方案使用的楔直復合掏槽技術，主掏槽孔的傾斜角略微向內，次掏槽孔的傾斜角垂直于斷面。在爆破時，主次掏槽孔通過延時雷管分批次進行爆破。采用三對掏槽孔，根據楔直復合掏槽設計要求，掏槽孔的角度在75°～85°，每對掏槽孔的底部距離為200 mm，槽口距離為1.1 m，裝藥量為1.1 kg/孔，中心孔裝藥量為0.4 kg/孔，其余掏槽孔裝藥量與原方案相同，掏槽總藥量為7.2 kg，總炮眼數為39 個，總裝藥量為34.90 kg。

3 效果分析

將原爆破方案與優化后爆破方案通過炮孔利用率、單循環爆破進尺量、矸石塊大小等參數進行比對，取3 次爆破平均值，得到爆破效果對比數據見表2。

表2 爆破效果對比

從表2 可以看出，在相同裝藥量前提下，原方案的單循環平均爆破進尺量為2.0 m，炮孔利用率87%，矸石中大矸占比較高；而優化后的方案單循環平均爆破進尺量為2.15 m，炮孔利用率達93.5%，提升6.5%，且矸石中大矸占比減少。

試驗期間，8504 高抽巷共計進尺406.8 m，其中采用原有爆破方案進尺174.6 m，采用新爆破方案累計進尺232.2 m。新方案試驗次數108 次，各次爆破效果良好。優化爆破方案在大斷面巖石巷道應用后，單循環進尺距離增加，炮孔利用率提升，爆破效果得到改善，巷道成型比較理想。

4 結論

針對西山煤礦8504 巖巷爆破方案不合理、日進尺未達預期生產要求的問題，通過分析爆破關鍵參數、掏槽技術方案存在的問題，進行理論推導與優化設計，并將優化方案在工作面進行反復工程驗證。經驗證分析：優化后的方案單日進尺距離6.4 m，

工作效率提升33%，能夠達到預期要求。