聚能爆破技術在淮南礦區張集礦的應用研究

曹 祺，吳 偉

(1.淮南職業技術學院，安徽 淮南 232001；2.淮河能源控股集團有限責任公司顧橋礦，安徽 淮南 232100)

近年來，在隧道工程、水利工程、邊坡控制等巖土工程中，聚能爆破都得到了廣泛的應用。目前，常見的聚能裝置有聚能凹槽、聚能切縫和聚能孔等，不少廠家配合工程需要，批量生產聚能裝藥器，促進聚能爆破工藝的發展。早在20世紀70年代，我國就利用大型計算機對聚能爆破的裂隙成形機理進行數值計算，提高了人們對聚能爆破的認識。90年代國內外眾多科技工作者設計了各種形式、各種材質的聚能藥管進行聚能爆破試驗研究，還有學者試圖采用金屬聚能結構突破聚能預裂(光面)爆破技術的瓶頸，但高昂的造價阻礙了該裝置推廣應用的步伐。進入21世紀，聚能預裂與光面爆破綜合技術，實現了生產性應用的突破性發展和關鍵技術的突破，秦健飛等人采用常見的聚氯乙烯材料，成功研制出結構簡單、造價低廉的“雙聚能槽藥管”，并用它成形成“雙聚能槽藥卷”，實現“雙聚能預裂與光面爆破”，該項技術被住房和城鄉建設部作為2010年的《建筑業10項新技術》 在全國推廣應用[1-2]。羅寧等人深入研究了切縫藥包定向斷裂機理，利用數值模擬的方法，演示爆炸過程中沖擊波相互作用，計算出管縫前的壓力超前且明顯高于非管縫區域[3]。在煤礦中，由于沿空留巷無煤柱開采技術的推廣和應用，對沿空留巷頂板壓力控制提出更高要求，黃陵等煤礦利用聚能爆破切頂卸壓，提高了留巷的穩定性，確保成巷效果，達到安全生產要求[4-5]。基于此，結合淮河能源股份有限公司張集礦炮掘工作面進行聚能爆破分析與優化，結果表明聚能光面爆破取得預期效果，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

淮河能源股份有限公司張集礦開拓303隊施工的-960 m矸石轉載膠帶機巷和掘進101隊施工的北二排矸聯絡巷，主要由石灰巖和砂礫巖組成，f=6～8，屬于中硬巖石，部分裂隙發育較破碎，巷道為半圓拱形，巷道寬5.6 m，幫高2.1 m，采用毫秒光面爆破，施工中圍巖損傷較嚴重，輪廓不平整，周邊眼痕率僅為40 %，尤其在軟弱破碎巖體中題更為突出，超欠挖嚴重，很難保證周邊質量，為了增強光面爆破管理，有效控制圍巖超挖、欠挖，保證巷道成型規整，減少圍巖破壞，確保巷道支護質量，同時通過少打眼、少裝藥以提高進尺工效，采用礦用型爆破聚能管 BTC-1500，實施周邊眼聚能光面爆破技術。

2 施工工藝

2.1 聚能管爆破

該工程掘進巷道周邊眼使用的礦用聚能管為非金屬PVC管，分管體及蓋板兩部分，結合后呈字母C形狀，主管體兩側對稱分布一個凹進去的聚能槽，如圖1所示。基于高速紋影聚能爆破實驗觀察表明，炸藥爆破時，首先在聚能管的聚能槽方向產生聚能射流，定向切割巖石，兩個相鄰炮孔連線方向產生應力集中，形成裂隙，在非聚能槽方向沖擊波峰值壓力無疊加，沒有超過巖石動載抗壓強度，保護周邊圍巖不受破壞；其次，爆破產生的大量氣體，在兩相鄰炮孔之間產生氣楔效應，進一步擴大裂隙，使之貫通，形光滑巷道輪廓線。由些可見，裝藥時，聚能槽與巷道輪廓線一致是關鍵，并且起爆瞬間聚能管在不對稱爆炸應力波和爆生氣體準靜力的影響下會產生內旋，聚能槽角度發生偏移，影響聚能爆破對裂隙產生方向的控制，需要加入定位塊固定聚能管的角度，確保產生定向裂隙。

圖1 聚能管結構

2.2 聚能管參數及裝藥工藝

聚能管長度為500 mm，截面為橢圓形，長軸長28.35 mm，短軸長24.18 mm，聚能槽頂角70°，聚能槽頂部距離17.27 mm，聚能管一側有可開啟的裝藥口。裝藥時，聚能管在后方巷道寬敞且通風良好地點提前制作，將聚能管并排放置在工作平臺上，平臺長2 m，寬1 m，可采用長2 m、寬200 mm、厚70 mm的大板拼接而成，并要保證操作臺面平整，然后，把一根藥卷一端包裝皮切開，然后將聚能管一端插入藥卷內，再取一根藥卷從中間切開后將聚能管另一端插入藥卷內。為保障聚能管裝置中的聚能槽對準巷道輪廓面以防止轉動，要在炮眼孔口20 cm位置套放矩形定位塊，定位塊用膠布綁緊，在施工過程中，底部兩排炮眼必須使用阻燃膠帶，阻燃膠帶在裝藥時固定在炮頭中部，用雷管腳線將阻燃膠帶和炮頭至少纏繞兩圈，確保在裝藥時阻燃膠帶不脫落，阻燃膠帶在炮眼外部外露長度不小于300 mm，這樣聚能管組裝才完全組裝好。為確保煤礦井下爆破安全，采用正向起爆，在對準孔口方向的聚能管藥卷上插入雷管。組裝后的聚能管裝入周邊眼時，聚能管放置方向應與輪廓線切線方向一致。孔口使用水沙袋堵塞，掏槽眼、輔助眼及底眼仍使用黃土炮泥及水炮泥。每個周邊眼使用不少于2卷水沙袋，袋口朝眼底，規格為φ42 mm×320 mm，并保證水沙袋完整和充水飽滿，水沙袋至眼口距離不小于30 mm，如圖2所示。

圖2 周邊眼裝藥結構示意圖

2.3 爆破工藝

針對普通光面爆破出現的圍巖損傷較嚴重，巷道輪廓不平整，超挖量較大，噴砼超方嚴重以及初支平整度差等問題，利用聚能爆破技術定向斷裂技術，提高周邊孔的間距，將原本周邊眼眼距由300～400mm提高到600～800mm，從而減小炮眼數目，增加工作效率。另外，改變掏槽方式，增加掏槽眼個數和裝藥量，確保巷道有效進尺。優化前后炮眼布置圖，如圖3所示。

a. 常規光面爆破

b. 聚能光面爆破

3 爆破效果

3.1 循環時間減小

以掘進101隊施工的北二排矸聯絡巷為例，通過優化炮眼布置，減少了炮眼數量，縮短了打眼和掃眼時間。實際工程中，使用常規光面爆破，全斷面布置炮眼110～120個，每次打眼的時間在4～5小時，采用聚能管爆破，只需施工70～75個炮眼，按液壓鉆車打眼一個5分鐘計算，每次爆破可少打35～40個炮眼，兩個大臂打眼預計少用1.5～2小時，每次打眼的時間在2.5～3小時，同時掃眼也可節約半小時，故每循環打眼、掃眼可縮短2～2.5小時。另外，聚能管裝藥工序簡化，周邊眼裝藥操作簡單，不存在落炮、穿炮的情況，同時采用聚能管、水沙袋等新工藝，縮短了裝藥時間，每次裝藥可提前1小時完成。因此，聚能管爆破每循環縮短工時4～5小時，普通光面爆破最快3個小班放一炮完成一個循環進尺，采用聚能管爆破后可提高到2個小班放一炮完成一個循環進尺。按月計算(不考慮其它影響因素)，普通光面爆破每月放30炮，每炮進尺1.5～1.8米，月進尺最多54米。采用聚能管爆破每月可提高到45炮，每炮進尺1.8～2.1米，月進尺可提高到90米以上。

3.2 成巷質量高

根據觀察可知，優化后的掏槽方式，循環進尺增加0.3米。巷道成型好，眼痕保留率達到80 %～90 %，巷道爆破面光滑平整，減小圍巖擾動，保證圍巖的自承穩定能力，有利于錨桿支護，巷道沒有大面積超挖、欠挖現象，減少出矸量，降低了混凝土噴漿量。

3.3 經濟效益好

炮眼個數的減少，相應的雷管、炸藥消耗減少，降低了成本費用。北二排矸聯絡巷施工中，每循環聚能管爆破雷管少用45發，單價2.68元，可降低費用約120元；炸藥少用19 kg，單價20元，炸藥費用可降低380元。每循環進尺雷管、炸藥費用合計節省500元。聚能管爆破除節約雷管、炸藥爆破器材消耗外，少打的炮眼降低了鉆桿、鉆頭磨損、耗電、耗油等費用，降低了巷道施工支護材料費用，扣除增加的聚能管和水沙袋等配件的費用，經濟效益得到明顯改善。

表1 技術效果對比

采用聚能管的聚能爆破技術與常規煤礦巷道爆破技術相比，炮眼布置數目減小約37 %，大幅度降低巷道掘進成本，提高巷道掘進速度，爆破后巷道輪廓面整齊，圍巖擾動較小，有效提升安全作業系數。

Application of Accumulative Blasting Technology in Zhangji Mine of Huainan Mining Area

CAO Qi1,WU Wei2

(1.HuainanVocationalandTechnicalCollege,HuainanAnhui232001; 2.GuqiaoMine,HuaiheEnergyCo.,Ltd.HuainanAnhui232100)

AbstractWith the wide application of energy-gathering devices such as energy-gathering tubes, the directional fracture technology of energy-gathering blasting has been greatly applied. The energy gathering blasting technology was used in many roadways such as belt conveyor roadway and contact roadway in Zhangji Coal Mine of Huaihe Energy Co., Ltd. The test results show that compared with the conventional smooth blasting, the working time of each cycle is shortened by 4-5 hours, the footage is increased by 0.3 m, the cost of detonators and explosives is saved by 500 yuan, the roadway blasting surface is flat and smooth, the disturbance of surrounding rock is reduced, the self-supporting stability of surrounding rock is ensured, and the safety operation coefficient is effectively improved.

Keywordssmooth blasting；energy-gathering blasting；Huainan mining area