底板瓦斯預抽巷掘進過硬巖爆破工藝

＊張斌峰

（山西汾西礦業集團水峪煤業有限責任公司 山西 032300）

在煤礦底板瓦斯預抽巷掘進過程中經常遇到十分堅硬的巖石，如果不對這些巖石進行有效處理，直接通過巖體區域，會導致掘進機截齒嚴重磨損，影響掘進進度的同時為煤礦開采企業帶來嚴重損失。因此在掘進過程中遇到這種區域時要對堅硬巖石進行處理，一般情況下采用的是松動爆破方式，讓巖石破裂后再繼續開展下一步施工，這樣可以減少掘進機的磨損，提高作業效率。但是由于煤巷環境十分復雜，巷道內有大量的設備儀器，因此對巖石進行爆破處理時要結合相關因素進行全面綜合地考量，在爆破前提前制定爆破方案，并根據實際情況對爆破工藝進行改良優化，在保障設備和施工人員安全的前提下盡可能達到最佳爆破效果。在爆破過程中，會產生大量瓦斯，同時，也會產生大量巖石砸壞設備以及設施，影響進一步施工。基于此，需要做好底板瓦斯預抽巷施工，同時，充分做好爆破工藝設計工作，控制好裝藥量、炮眼密集程度以及炮孔深度等，確保爆破施工能夠順利進行。同時，也能夠保證開采人員的人身安全，提升煤礦企業的經濟效益。

1.底板瓦斯預抽巷安全掘進技術

由于煤礦開采作業環境的特殊性，在礦井作業環境中，因爆破問題，通常會產生一定量的瓦斯，瓦斯易燃易爆，如處理不當，則會直接影響施工人員的人身安全，也會影響煤礦開采的進度。在進行煤炭資源開采過程中，礦井內瓦斯含量一旦超標，就會直接威脅到開采人員的生命。基于此，為了避免瓦斯泄漏，要求在煤礦開采過程中，積極調整煤壁暴露的面積，盡量減少暴露面積，提高采煤量。因為瓦斯含量過高時，如果工作面長度也增加就會加大瓦斯泄漏風險，威脅到礦井工作人員的生命安全。因此，一定要控制好礦井中的瓦斯含量，確保工作人員的人身安全。除此之外，還要做好礦井內部的通風工作，因為通風情況會直接關系到礦井工作面長度的布置情況，通風還可以降低瓦斯濃度，加強對于兩巷斷面的控制，既能提高礦井工作面，又可以提高礦井生產的安全系數，確保采煤工作的順利進行[1]。礦井下瓦斯問題已經成為當下誘發煤礦安全事故的主要問題，因此為了保障煤礦施工安全，煤礦企業的當務之急是對井下瓦斯進行有效治理。當下最廣泛應用的瓦斯處理方式就是區域瓦斯治理，為了在掘進過程中預防瓦斯大量涌出，在對煤礦地質條件提前勘查的前提下，要在工作面掘進過程中布置底板瓦斯預抽巷，加強煤巷中瓦斯的抽放工作，樹立正確的瓦斯防治意識，保障礦井作業安全。

2.底板瓦斯預抽巷掘進過程中過硬巖爆破工藝實踐

(1)掘進巷道概況

作為參考研究依據，本文以某煤礦的底板瓦斯預抽巷掘進過程中過硬巖爆破實踐為例。該掘進巷道標高-307～200m，地表標高+403～+365m，巷道凈高3.6m，凈寬4.4m，凈斷面為13.76m2，所處地勢為丘陵地帶，煤礦周邊沒有居民村莊，也沒有明顯的高大建筑。此煤層底板下方8m左右的位置巖土性質為較軟的砂質泥巖和泥巖，比較適合進行綜掘施工。預抽巷斷面布置如圖1。

圖1 預抽巷斷面布置圖

(2)問題的提出

掘進爆破過程中會涉及到綜掘機、轉載帶式輸送機、膠帶輸送機的使用，分別用于破巖和煤矸石運輸。對巖石進行截割處理時，要優先選擇性質較軟的巖石開始鉆進，然后采用從下往上左右截割的方法。如果巖石硬度較小采用左右循環向上的方式進行截割，巖石硬度較高則采用中心處鉆進的截割方式進行截割[2]。施工過程中可以結合巖石性質和施工實際具體情況調整鉆進的深度，前提是保證最大鉆進深度不超過0.2m，截割頭最大切割長度不能超過0.9m。根據實際施工情況得知，此煤礦底板瓦斯預抽巷掘進到210m左右時，在距離該巷道大概1m的位置發現近1m厚的黃鐵結核，巖石硬度極大，導致掘進機截齒磨損嚴重，嚴重縮短了掘進機的使用壽命，同時影響了掘進進度。因此為了保障煤礦正常施工，需要對過硬巖石進行松動爆破處理。

(3)具體爆破施工流程

對爆破施工區域進行管線調查—設計炮位—配備爆破施工人員—清除覆蓋層—對掘進機等設備進行防護處理—鉆孔—檢查試驗爆破相關器材—檢查炮孔后開始裝藥—設立安全保障崗位—堵塞炮孔—將相關工作人員撤離爆破區域—清除瞎炮—檢查爆破效果。

(4)爆破工藝設計

①裝藥量

在進行松動爆破準備時，不同的裝藥量產生的爆破質量和爆破效果是不同的，事先對裝藥量進行合理的設計，能在使松動爆破達到理想效果的基礎上節省炸藥耗量，為煤礦企業節約經濟成本。通常情況下裝藥量（Q）的計算方法有兩種，一個是體積計算法，一個是經驗公式法。

體積計算法使用的公式為Q=KS(0.4+0.6n3)qLW3；

經驗公式法使用的公式為Q=0.187qW3。

其中，KS代表松動系數；qL代表爆破單位耗藥量；W是最小抵抗線；q代表在標準條件下爆破每單位體積所需的炸藥量，通常情況下取值在0.2～0.35kg/m之間。結合實際情況，通過體積計算法和經驗公式法計算得到的單孔裝藥量是最為合適的裝藥量0.45kg，能夠達到最佳爆破效果[3]。

②炮眼深度

在進行松動爆破準備時，不同的炮眼深度達到的爆破質量和爆破效果是不同的，事先對炮眼深度進行合理的設計，能夠為高效準確的松動爆破提供保障。通過對煤礦的地質勘查得知，底板瓦斯預抽巷掘進黃鐵礦厚度在0.3～1.7m之間，因此決定將炮眼深度控制在2m，以期達到最佳爆破效果。

③炮眼密集系數

底板瓦斯預抽巷掘進過硬巖松動爆破工藝使用的主要目的，是將掘進過程中所遇堅硬巖石區域經過爆破處理破壞其完整性，生成大量裂隙后便于清除，以此保障掘進施工順利，減少掘進機的磨損。而在進行松動爆破準備時，不同的炮眼密集程度達到的爆破質量和爆破效果是不同的，事先對炮眼密集程度進行合理的設計，能夠為高效準確的松動爆破提供保障。如果炮眼過密使用的炸藥量巨大，很可能對整體圍巖結構造成嚴重破壞影響，且煤巷中涉及到大量的設備使用，炸藥量過多爆破產生的飛石可能會損傷機器設備，甚至可能威脅到施工人員的生命安全。而如果炮眼過于稀疏，就只會對堅硬巖石產生微乎其微的破壞力，不會破壞巖石的整體性，無法達到預期目標達到理想的爆破效果[4]。因此要在正式爆破前要根據實際情況對炮眼密集系數進行合理設計，具體松動爆破炮孔密集系數經驗值如下：

A.較軟巖石：炮孔間距范圍在1000～1200mm之間，最小抵抗線在800～1000mm之間。

B.中等硬度巖石：炮孔間距范圍在600～800mm之間，最小抵抗線在500～800mm之間。

C.堅硬巖石：炮孔間距范圍在500～700mm之間，最小抵抗線在400～700mm之間。

通過對松動爆破炮孔密集系數經驗值的參考和對該煤巷的實際地質勘查，最終確定的最佳炮眼布置間距為700mm，最佳炮眼布置排距也為700mm。此布置方式最為合理，能夠達到最佳的爆破效果，節省炸藥耗量。

④裝藥結構

在進行松動爆破準備時，不同的孔內裝藥形式和孔內裝藥相關參數達到的爆破質量和爆破效果是不同的，事先對裝藥結構進行合理的設計，能夠為高效準確的松動爆破提供保障。通常情況下為避免掘進巷內的掘進機等設備因爆破巖石受損，在進行炮孔裝藥環節時會控制炮孔裝藥量，傳統的底部裝藥方式會導致炸藥都集中在炮孔底部位置，經松動爆破處理后的巖石并沒有產生理想縫隙，爆破效果并不理想。因此為了避免這種現象發生，我們通常會采用分層不耦合裝藥方式進行炮孔裝藥，同時還是要以底部裝藥為主，在炮孔附近位置裝少量的炸藥，以此工程為例的具體裝藥結構為，據底部800mm位置安裝雷管，1665mm位置安放435mm深度的炸藥，其余部分用炮泥填滿。這樣一來此種裝藥方式的應用，不僅能夠在保障掘進機等設備安全無損的前提下節省炸藥用量，還能達到最佳的爆破效果[5]，放炮線如圖2。

圖2 施工人員在安放炮線

(5)爆破專項安全技術措施

①在進行正式的松動爆破施工前，要事先將掘進機探頭、風筒等設施設備向后移動，并對巖石爆破區域以及區域周圍20m距離的機器設備采取保護措施，避免在對巖石的松動爆破過程中，炸藥沖擊產生的飛巖崩濺，對掘進巷子內的掘進機等機器設備造成損害。同時確保爆破工作人員防護措施到位，無關人等撤離或和爆破區域保持一定距離，切實保障施工人員的生命安全。

②正式爆破前事先將掘進機向后移動3m，并將掘進機的截割電機、截割頭以及操作臺等容易破損的部件都進行防護處理，比如使用膠帶等對這些部件進行纏封。

③底板瓦斯預抽巷掘進過硬巖爆破過程中，煤巷會發生劇烈震動，為了防止煤巷結構受到嚴重破壞，要事先對支護設施進行加固處理，要確保臨時支護質量。與此同時做好煤巷頂板管理工作，最大程度避免爆破后發生冒頂問題。

④進行爆破時，要盡量多打炮眼，少裝炸藥，做到“放小炮、放準炮”，在保障爆破安全的前提下爭取用最少最精準的炸藥量達到最佳爆破效果。以該工程為例，煤礦底板瓦斯預抽巷掘進過程中發現近1m厚的黃鐵結核，巖石硬度極大，現場對其進行松動爆破處理時，要根據實際情況對炮眼位置進行適當調整。并根據現場實際爆破效果調整炮眼深度、裝藥角度、裝藥結構、裝藥量等，以此確保達到最理想的爆破效果，讓爆破后巖塊大小不超過500mm。如圖3施工人員在進行爆破準備工作。

圖3 施工人員在進行爆破前的準備工作

⑤在爆破期間要做到不間斷裝藥，絕對不能讓藥卷之間存在間隙。裝藥完成后炮孔剩余部分要用水炮泥和黃土泥進行封填，且炮泥封填長度不能低于600mm。炮孔未經過炮泥和黃土泥封填處理則絕對不能投入爆破使用，嚴格遵守不放“明炮、糊炮”的爆破規則[6]。

⑥煤礦底板瓦斯預抽巷掘進過硬巖石爆破過程中，要嚴格遵守“一炮三檢”的基本原則，保證遠距離放炮。并且在爆破過程中要對各設施進行斷電處理，同時撤離現場工作人員，只需留專人把手爆破口位置觀察即可。只有這樣才能切實保障施工人員的生命安全。

3.結論

綜上所述，在煤礦底板瓦斯預抽巷掘進過程中對過硬巖石使用松動爆破工藝時需要考慮很多因素，不同的裝藥量、炮眼密集性、炮孔的深度等會產生不同的爆破效果。比如準備爆破時裝藥量不足會導致對巖石破壞程度不高，無法達到理想爆破效果。因此在進行正式爆破前需根據實際情況提前制定最佳的爆破方案，通過對過硬巖爆破工藝的改良優化，在保障設備和施工人員安全的前提下盡可能達到最佳爆破效果。經改良后對掘進過程中遇到的過硬巖區域進行處理，最大程度減少了掘進機的磨損，提高了作業效率，取得顯著成效。本設計詳細闡述了松動爆破參數以及施工流程，有效解決了爆破過程中因巖石掉落，隨處飛散產生的不良后果，采用松動爆破施工后，有效降低了綜掘機截齒消耗量，掘進速度也得到了有效提升，為后期相同條件下掘進工作的開展奠定了良好的基礎。