地下礦山工程井巷掘進爆破技術探究

張健 張波

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

作者簡介：張健（1988—），男，本科，工程師，研究方向為礦山建設與開采。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-8880

摘 ?要：掘進爆破是地下礦山工程開采的重要一環，爆破技術的應用效果直接關乎地下礦山工程井巷開采效益。因此，簡單介紹了地下礦山工程井巷開采背景，以深孔控制預裂爆破技術為例，提出了地下礦山工程井巷掘進爆破技術方案，并對地下礦山工程井巷掘進爆破技術實踐要點進行了進一步探究，希望為掘進爆破技術在地下礦山工程井巷中的有效應用提供一些參考。

關鍵詞：地下礦山工程??井巷掘進??深孔控制預裂爆破??技術分析

中圖分類號：TD23

在國家地下礦山開采工程大規模推進的21世紀，井巷掘進爆破被廣泛應用到基礎作業中。在地下礦山工程中，井巷掘進爆破技術的類型選擇與應用參數，直接關乎開采成本與作業效率。因此，綜合考慮巖體破碎要求、周邊圍巖損害控制要求與掘進要求，探究地下礦山工程井巷掘進爆破技術具有非常重要的意義。

1 ?地下礦山工程井巷掘進背景

某地下礦山工程井巷設計斷面為U形，凈高3.6 m，寬5.2 m。井巷直接頂板為石灰巖，巖層厚度6.89 m，質密。直接底板為鋁土質泥巖夾雜砂質泥巖，厚度為0.98～8.90 m。工程軌道下山下部車場由礦鉆機隊鉆設前探孔、測壓孔，前探孔開孔位置為巷道迎頭中頂板下2.6 m、1.2 m，測壓孔開孔位置為巷道東幫迎頭后3.2 m、底板上1.5 m，以及巷道西幫迎頭后1.6 m、底板上1.3 m。測壓管孔內設置2趟管路，管路內放入4分注漿鋼管，側壓管長度為24 m，在測壓管前端3.0 m位置測量，得到氣體流量最大值為120 mL/s，突涌風險較大[1]。

2 ?地下礦山工程井巷掘進爆破技術方案

2.1 ?鉆孔方案

2.1.1 ?抽采鉆孔

根據軌道大巷情況，在進入礦層前10 m位置，沿掘進巷道兩幫分別設置1個鉆孔場地。抽采鉆孔分上、下兩層布置，巷道兩幫鉆孔場地內抽采孔數量共20個（鉆孔布置參數如表1所示），孔徑小于等于95 mm，抽采鉆孔終孔位于巷道輪廓線外12 m范圍內。

根據表1參數布置抽放孔，進一步降低氣體壓力釋放潛能，促使地應力下降，礦物層透氣性系數上升，降低礦物層內氣體突涌風險[2]。

2.1.2爆破鉆孔

在井巷掘進工作面中心點，迎頭布置1個爆破孔，鉆孔方向即礦層傾角，取5°，鉆孔孔徑為95 mm，最大孔長50 m。同時，根據地下礦山工程井巷設計斷面，在斷面上布置10個φ93 mm爆破孔，爆破孔參數見表2。

2.1.3 注漿孔布置

根據地下礦山工程傾角大、礦物層松軟的特點，在11個爆破孔爆破、20個抽放孔抽放完畢后，鉆設注漿孔，完成超前支護，避免揭露礦物層時巷道頂部礦物層冒落形成大面積冒頂。注漿孔沿巷道頂板布置，分上下兩層，上層、下層法向距離為1。其中上層注漿孔數量為4個，孔深為穿越巖層進入礦物層1 m以上，孔內放入閥管；下層注漿孔數量為8個，孔深為穿越礦物層、頂板巖層1 m，鉆孔內布置閥管。

2.2 爆破方案

地下礦山工程井巷掘進爆破方案包括裝填炸藥、封孔、起爆幾個環節。

技術人員可先分析巷道技術特征和地質條件，再配置基礎材料，包括放炮膠質線、深孔預裂爆破專用藥管、專用炮泥（粒度小于5 mm，略潮濕，具有一定流動性）。同時準備1臺封孔器（輸泥機含膠管）、1臺大功率放炮器等。在設備材料準備完畢后，有序裝填炸藥、封孔，聯網起爆[3]。

3 ?地下礦山工程井巷掘進爆破技術實踐要點

3.1 鉆設孔洞

根據地下礦山工程現場條件，先后實施抽采孔洞鉆設、兩幫壓風孔洞鉆設、加水孔洞鉆設。同時借助專用探孔塑料管進行成孔實際深度檢查，確定鉆機穿越巖層進入礦物層后，更換鉆桿并記錄巖石段鉆孔深度。

在穿越礦物層后，記錄所穿越礦物層段孔深，判定裝藥長度。每完成一個抽采孔洞鉆設，第一時間開展核查抽采，并全程監測瓦斯抽采流量。若鉆孔期間遇孔洞坍塌，第一時間開展壓風處理，配合探孔塑料管，清掃長鉆孔，確保長鉆孔內無碎屑殘渣。

在最后一個抽采孔洞鉆設完畢后，利用同樣的方法，進行主爆破孔鉆設。

3.2 裝填炸藥

在確定孔洞內無碎屑殘渣的前提下，準備φ63 mm藥柱，在藥柱內絲蓋中心鉆孔，孔徑為16 mm。

藥柱內絲蓋中心鉆孔后，借助自黏性膠帶，黏結2段毫秒延期電雷管（發腳線長度為20 cm）、銅芯電線接線位置。隨后利用PVC膠帶（阻燃表面抗靜電PVC）密封接線，控制接頭位置短路、斷路風險。

在接頭密封的基礎上，向藥柱內插入雙雷管起爆頭。在制作的炮頭內，利用不耦合正向裝藥方法，裝填專用爆破炸藥（威力大于250 mL，猛度大于10 mm，殉爆大于3 cm，裝藥密度1 090～1 150 kg/m3），炸藥外徑為63 mm，裝藥長度為鉆孔長度減去封孔長度（10 m）。每一個藥柱管之間利用螺紋連接為一個整體，逐管對接，母線附著于管壁側面并經膠帶固定，規避藥柱管與孔壁摩擦引發雷管腳線、母線脫落事故。裝藥結構見圖1。

根據圖1，考慮含礦物層與普通巖層地質條件存在差異，在含礦物層中爆破時，需考慮其成孔性，在孔深達到一定長度時，成孔性較差，裝藥難度較大，無法保證爆破效果。基于此，可將專門制作的傳爆體（爆速6 500～7 500 m/s）插入炸藥內，消除管道效應，促使不耦合裝藥可靠傳爆，提高藥柱有效起爆長度，促使炸藥爆炸后有毒氣體含量小于100 L/kg，可燃氣安全度超出400 g（以半數引火量計）。

裝填炸藥后，利用粒度小于5 mm的專用封孔黃泥密封藥柱內炸藥，覆蓋堵頭，確保壓風超出0.4 MPa，且封孔長度超出10 m，完成炮頭制作。封孔時，經進風管道接入輸泥機，輸泥機、裝有雷管引藥之間經輸泥皮管相連，輸泥皮管下方為雷管引出線，經輸泥皮管有序輸送封孔黃泥。因輸泥機主體為倒圓錐狀罐體，罐體頂部封閉，中間設加料口，加料口下鉸鏈連接封堵門。罐體底部設置出口及出料閥，出料閥經三通連接封孔送料管，三通接頭的剩余管口連接進水管進水閥門，黃泥土在出料閥門位置與水混合后進入輸泥皮管噴出。罐體上部設進風閥門與進風管、卸壓閥門，確保黃泥土輸送流暢不堵塞，從源頭規避炸藥爆炸能量時爆轟氣體噴射出孔洞問題[4]。

3.3 起爆操作

確認起爆條件滿足后，指派專人起爆。起爆方式為爆破孔外2發雷管膠質線并聯，借助1臺大功率放炮器執行遠距離放炮，11個孔間串聯網路起爆。放炮30 min后，由救護隊進入巷道掘進頭檢查，排除險情，確定巷道掘進頭處于正常狀態，并測量巷道風流中風量、氣體濃度。整個過程中，應保證進風風流穩定，回風獨立，且全部進回風之間的反向風門間距超出4 m，內墻嵌入風筒，滿足防逆流要求[5]。

第一次完成爆破后，進行實際爆破長度測量，判定掘進爆破效果，為下一次爆破提供依據。在爆破后掘進到爆破孔底5 m時，重復爆破操作，繼續掘進，直至消除區域突出風險。在爆破孔成孔較佳無塌孔情況下，進一步增加爆破孔長度，控制爆破孔長度低于60 m，為地下礦山工程井巷掘進速度提升提供良好條件。

根據案述煤礦軌道下山層實施深孔預裂爆破情況，卸壓增透效果明顯。深孔預裂爆破前，氣體流量最大值為120 mL/s，含礦物層透氣性系數為0.106 m2/MPa2·d。深孔預裂爆破后，爆破孔周邊礦物體出現大量縱向裂紋，與礦物中發育較佳層理結構形成縱橫交錯的裂隙網絡，含礦物層透氣性系數為1.895 m2/MPa2·d，增加到以往的17.9倍，掘進速度加快，日進尺達到4.5 m，滿足計劃要求。

4 ?結語

綜上所述，深孔控制預裂爆破技術可以有效卸除地應力，增加鉆孔周邊礦體裂隙，縮短礦層有害氣體預抽時間，提高生產效率。因此，地下礦山工程開采應以深孔控制預裂爆破機理為基礎，確定深孔控制預裂爆破參數的最優方案。同時根據工作面實際情況，有序開展深孔控制預裂爆破技術實踐，確保深孔控制預裂爆破技術優勢的充分發揮。

參考文獻

[1]張陽，王利軍，陳國瑞，等.現場混裝乳化炸藥在地下鐵礦的爆破漏斗試驗及應用[J].工程爆破，2023，29（3）：80-84.

[2]馮朝會.成莊礦深孔預裂爆破切頂卸壓護巷技術研究[J].山西冶金，2023，46（9）：218-220.

[3]王立偉.建新煤業厚硬頂板深孔預裂爆破控制技術研究與應用[J].山東煤炭科技，2023，41（8）：62-65.

[4]夏方順.煤礦巖巷掘進爆破參數優化及應用研究[D].廊坊：華北科技學院，2021.

[5]郭闖.硬巖巷道高效掘進爆破技術探究[J].能源與節能，2021（3）：133-134，137.