煤礦硬巖掘進(jìn)中爆破參數(shù)的優(yōu)選實(shí)踐

孫茂來，孫 健

(1.徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇徐州 221011，2廣東石油化工學(xué)院，廣東茂名 525000)

煤礦硬巖掘進(jìn)中爆破參數(shù)的優(yōu)選實(shí)踐

孫茂來1，孫 健2

(1.徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校，江蘇徐州 221011，2廣東石油化工學(xué)院，廣東茂名 525000)

針對(duì)煤礦在堅(jiān)硬巖石巷道中掘進(jìn)，從影響巖巷爆破效果的等因素出發(fā)，對(duì)影響巖巷掘進(jìn)速度和巷道質(zhì)量的炮眼深度、掏槽爆破和光面爆破等問題進(jìn)行了分析和實(shí)踐探索，總結(jié)了較為合理的掏槽形式和掏槽爆破參數(shù)及光面爆破參數(shù)。

堅(jiān)硬巖石;掏槽爆破;光面爆破

在煤礦巷道掘進(jìn)過程中，當(dāng)遇到較堅(jiān)硬的巖石時(shí)，使用在鉆眼這道工序上的時(shí)間增長(zhǎng)，爆破巖石困難，經(jīng)常出現(xiàn)爆破“打筒”現(xiàn)象，爆破效率較低，掘進(jìn)速度緩慢。為了克服硬巖石的高阻抗，合理選擇爆破參數(shù)，提高爆破效率，增加循環(huán)進(jìn)尺，需要適當(dāng)增加炮眼數(shù)量和裝藥量，但是否得到充分合理的利用，是值得研究的課題。

1.掏槽眼布置設(shè)計(jì)

正確爆破參數(shù)設(shè)計(jì)是取得良好爆破效果的前提。由于地質(zhì)條件、巖石性質(zhì)因素較多，故掘進(jìn)工作面炮眼的布置不能一成不變，必須根據(jù)巖石性質(zhì)、巷道斷面形狀、所使用的炸藥等影響因素的實(shí)際情況，靈活地布置炮眼，并合理確定各類炮眼的裝藥量，這樣才能獲得良好的爆破效果。而掏槽爆破技術(shù)作為巷道掘進(jìn)爆破的關(guān)鍵技術(shù)，直接關(guān)系到一茬炮的成敗，必須認(rèn)真進(jìn)行科學(xué)、合理的技術(shù)設(shè)計(jì)。巷道掘進(jìn)中的掏槽眼應(yīng)根據(jù)巷道巖石的性質(zhì)以及巷道斷面形狀、大小進(jìn)行設(shè)置。掏槽眼通常布置在巷道中央偏下，并盡量選擇有弱面的地方。在巷道掘進(jìn)爆破過程中，掏槽眼首先得到爆破，其原因是自由面和空間小，受到四周巖石的約束力大，一般掏槽眼中要求裝藥量較大。目前在巷道掘進(jìn)中常用的掏槽方式，按掏槽眼的方向可分為斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。

1.1 斜眼掏槽法

這是常見的一種掘進(jìn)時(shí)掏槽法，其優(yōu)點(diǎn)是：可以充分利用已掘的自由面，逐漸擴(kuò)大爆破范圍;掏槽面積較大，適用于大斷面巷道掘進(jìn)。但其缺點(diǎn)是：炮眼深度受巷道寬度限制，因此循環(huán)進(jìn)尺受到限制，不利于多臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè)。主要有：(1)單向掏槽法。這種方法用于明顯的松軟夾巖，均質(zhì)堅(jiān)硬巖層很少應(yīng)用。(2)錐形掏槽法。這種方法掏出的槽腔面錐體形，炮眼數(shù)一般為3個(gè)或4個(gè)，由于裝藥量比較集中，爆破效果好。但由于炮眼深度受到較大的限制，而且鉆眼很不方便。(3)楔形掏槽法。這種方法掏出的槽控成楔形，應(yīng)用廣泛。堅(jiān)硬巖石多數(shù)情況下采用垂直楔形掏槽。掏槽眼數(shù)根據(jù)斷面和巖石性質(zhì)，一般6個(gè)～8個(gè)，炮眼與工作面的夾角大致為65°～75°，槽口寬度根據(jù)眼深和夾角，一般為1.0m～1.4m，掏槽眼的排距為 0.4m ～0.6m。

1.2 直眼掏槽法

這種掏槽法的特點(diǎn)是，所有掏槽眼都垂直于工作面，彼此間距較小，而且保持平行，同時(shí)留有不裝藥的空眼。(1)平行龜裂掏槽法：適應(yīng)于中硬巖石小斷面巷道。它要求所有炮眼底部都要落在同一平面上并彼此保持平行，否則將影響掏槽效果。由于掏槽面積小，故應(yīng)用不廣泛。(2)角柱掏槽法：這種掏槽法的形式很多，掏槽眼一般都對(duì)稱布置，適用于中硬巖石，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多。眼深一般2.0m～2.5m，眼距100mm～300mm。(3)菱形掏槽法。中心眼為不裝藥的空眼，各眼距根據(jù)巖石性質(zhì)而定，一般a=100mm～150mm，b=170mm～200mm?？鄮r石堅(jiān)硬，可采用間距100mm的兩個(gè)中心空眼，起爆用毫秒雷管分為兩段，1號(hào)眼至2號(hào)眼為一段，3號(hào)眼至4號(hào)眼為二段。每眼的裝藥量為炮眼長(zhǎng)的70%～80%。這種掏槽法簡(jiǎn)單，效果很好。(4)螺旋掏槽法這種掏槽法是槽眼繞中空眼逐步擴(kuò)大槽腔，能形成較大的掏槽面積。它用于中硬以上巖石，掏槽效果良好。中心空眼最好采用大直徑(75mm～120mm)炮孔，掏槽效果更好。一般除空眼外，有4個(gè)炮眼即可。采用毫秒雷管起爆順序按眼號(hào)1、2、3、4進(jìn)行。綜上所述，直眼掏槽的破碎巖石不是以工作面作為主要自由面，而是以空眼作為主要自由面，因此巖石破碎的方向主要指向空眼。所以采用直眼掏槽時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)空眼與裝藥之間的距離，一般為空眼直徑的2～4倍。(2)隨著炮眼深度和槽腔體積的增加，空眼數(shù)相應(yīng)增加。(3)直眼掏槽一般都是過量裝藥，裝藥系數(shù)一般為70% ～80%。(4)由于空心眼內(nèi)往往聚集瓦斯，所以在有瓦斯爆炸危險(xiǎn)的地區(qū)，應(yīng)慎重使用，有周密的安全措施。

1.3 混合掏槽法直眼掏槽時(shí)，槽腔內(nèi)的巖碴往往拋不出來，影響其他炮眼的爆破效果，因此在直眼掏槽的外圈再補(bǔ)加斜眼掏槽，利用斜掏槽眼拋出槽腔內(nèi)的巖碴，這樣就形成了混合掏槽法。一般斜眼作楔形布置，它與工作面的夾角為85°;在有條件的情況下，斜眼盡量朝向空眼，這樣更利于拋碴，裝藥系數(shù)以0.4～0.5為宜。

2.輔助眼布置

根據(jù)試驗(yàn)研究，硬巖掘進(jìn)的爆破合理布孔原則是“抓兩頭，帶中間”，即一頭抓掏槽眼，一頭抓周邊眼的分類布孔法，中間為輔助眼或崩落眼輔助眼雙稱崩澆眼，是布置在掏槽與周邊眼之間的炮眼。崩落眼以槽洞為中心層層布置，崩落眼的間距應(yīng)根據(jù)巖石的最小抵抗線確定，一般均為500mm～650mm，方向基本垂直工作面，布置要比較均勻。緊鄰周邊眼的的輔助眼應(yīng)為周邊眼的光爆創(chuàng)造條件，所以應(yīng)采取與巷道的輪廓線相似形狀布置，使之與周邊眼的間距處處相等。

3.炮眼深度設(shè)計(jì)

巷道掘進(jìn)中的炮眼深度直接決定每個(gè)循環(huán)掘進(jìn)的進(jìn)尺量，也就是決定著掘進(jìn)中鉆眼和裝巖等主要工序的工作量和完成各工序所需要的時(shí)間，是確定掘進(jìn)循環(huán)勞動(dòng)量和工作組織的主要鉆爆參數(shù)，需要綜合考慮施工設(shè)備、掘進(jìn)任務(wù)和勞動(dòng)組織等多方面因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。炮眼深度的大小還受到鑿巖機(jī)具能力的制約，合理的炮眼深度應(yīng)與鉆眼機(jī)具相適應(yīng)，合理的炮眼深度要保證鉆眼時(shí)有較高的鉆眼速度。對(duì)于普通的氣腿式鑿巖機(jī)(如常用的7655型鑿巖機(jī))，在相同的鑿巖條件下掘進(jìn)時(shí)，采用同一根釬桿鉆眼，炮眼每增加1m深，其鉆眼速度就下降4%～10%，并且隨著鉆眼深度的增大，鉆眼速度就下降得越快。特別當(dāng)炮眼深度超過2.5m時(shí)，由于釬桿重量的增加，使克服釬桿彈性變形的沖擊功增大，排粉難度也隨著增大;其次，釬桿與眼壁間摩擦阻力增大，能量消耗增加;再者，人工拔釬也較困難。因此，使用氣腿鑿巖機(jī)鉆眼時(shí)，炮眼深度超過2.5m后鉆速劇烈下降，炮眼深度太深將增加鉆眼時(shí)間，從鑿巖機(jī)能力方面考慮以不超過2.5m眼深是較適宜的;同時(shí)，眼深還受巖層穩(wěn)定程度和斷面的限制。另外，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，炮眼深度超過lm時(shí)，封泥長(zhǎng)度不得小于0.5m;炮眼深度超過2.5m時(shí)，封泥長(zhǎng)度不得小于1m。為了使槽眼藥量加大，炮眼深度不宜超過2.5m。掏槽眼深2.3m(凈深)，輔助眼、周邊眼、底眼眼深2.1m(凈深)。采用直徑￠42mm一字型風(fēng)鉆頭。

4.炮眼直徑和裝藥直徑

炮眼直徑對(duì)鑿巖速度、眼數(shù)、巷道成形情況和裝藥參數(shù)等都有影響。直徑過小會(huì)影響裝藥和炸藥穩(wěn)定爆炸;過大則影響鑿眼速度。一般根據(jù)藥卷直徑和標(biāo)準(zhǔn)鉆頭直徑來確定炮眼直徑。

5.光面爆破參數(shù)設(shè)計(jì)光面爆破是一種使掘進(jìn)巷道的輪廓保持平整，圍巖不受明顯破壞的爆破技術(shù)，簡(jiǎn)稱光爆。

5.1 錨、噴巷道光面爆破的標(biāo)準(zhǔn)

(1)眼痕率：硬巖不小于80%，中硬巖不小于60%。(2)軟巖巷道，周邊成型應(yīng)符合設(shè)計(jì)輪廓。(3)兩炮的銜接臺(tái)階尺寸：眼深小于3m時(shí)，不得大于150mm;眼深為5m時(shí)，不得大于250mm。(4)巖面不應(yīng)有明顯的炮震裂縫。(5)巷道周邊不應(yīng)欠挖，平均線性超挖值應(yīng)小于200mm。

5.2 實(shí)現(xiàn)光爆的技術(shù)要求

(1)密打眼，近距離。周邊眼眼距為350mm～450mm。軟巖取小值，硬巖取大值。(2)重視二圈眼。二圈眼的距離也要適當(dāng)加密，約為550mm～650mm，二圈眼抵抗線取周邊眼距的1～1.25倍，軟巖取小值，硬巖取大值。(3)鉆眼操作規(guī)范。準(zhǔn)確看線，輪尺定位;預(yù)量釬長(zhǎng)，長(zhǎng)釬打眼;三定(定人、定機(jī)、定位)、三點(diǎn)一線(釬頭、機(jī)頭與氣腿三點(diǎn)成一直線)打眼法;爆破質(zhì)量達(dá)到：準(zhǔn)、平、直、齊。(4)小藥巷，光裝藥。周邊眼裝直徑25mm小藥卷，無瓦斯工作面采偶合反向空氣柱連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，有瓦斯工作面采用不偶合正向連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)。裝藥量為100g/m～150g/m，軟巖取小值，硬巖取大值。(5)同段雷管，一次起爆。周邊眼最好采用瞬發(fā)電雷管或一段毫秒電雷管，同時(shí)起爆。(6)預(yù)留光面層，分兩次起爆。二圈眼以內(nèi)的全部炮眼先裝藥，第一次起爆，然后根據(jù)周邊眼的抵抗線和巖質(zhì)不同對(duì)周邊眼進(jìn)行裝藥，第二次起爆，崩下預(yù)留光面層。

5.3 周邊光面爆破設(shè)計(jì)

5.3.1 炮眼間距。合理的炮眼間距應(yīng)保證炮眼間貫通裂隙完全形成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，為保證巷道成型，周邊眼應(yīng)采取密打眼、近距離的方式進(jìn)行施工，一般眼距為350～450mm，軟巖取小值，硬巖取大值;并重視輔助眼，輔助眼的距離也應(yīng)適當(dāng)加密，約為550～650mm，輔助眼抵抗線的距離取周邊眼距的1～1.25倍，軟巖取小值，硬巖取大值。

5.3.2 炮眼密集系數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，光面爆破炮眼密集系數(shù)多取值為：m=0.8 ～1.0。

5.3.3 裝藥結(jié)構(gòu)和裝藥集中度。我礦為高瓦斯突出礦井，在現(xiàn)場(chǎng)施工中均采用正向柱狀裝藥;在全巖巷道或瓦斯涌出量小的巷道中施工時(shí)，也可采用反向柱狀裝藥，但必須編制專門的安全技術(shù)措施。周邊眼裝藥量為100g/m～150g/m，軟巖取小值，硬巖取大值。巷道周邊光面炮眼裝藥量通常用裝藥集中度來控制，裝藥量的大小要求爆破后在炮眼周圍的巖石中不產(chǎn)生粉碎性破壞，并能在巖壁上留有眼痕?？蓞⒖脊絞L=K1K2m W確定周邊眼裝藥量。(m—炮眼密集系數(shù);W—為周邊眼最小抵抗線，即光爆層厚度，m;K1—為與巖石性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，一般軟巖 K1=0.5 ～0.7;中硬巖石 K1=0.75 ～0.95;堅(jiān)硬K1=1.0～1.5;K2—為與炮眼深度有關(guān)的系數(shù)，一般取K2=0.5;當(dāng)炮眼深度超過2m時(shí)，K2隨眼深增加而加大，其加大值為0.2/m。)對(duì)于較松散軟弱的巖石，因其強(qiáng)度低、塑性大，爆破容易，爆破后巖石易塌落，因此巷道實(shí)施光面爆破尤為重要。

6.結(jié)語

6.1 掏槽眼是提高爆破效率的關(guān)鍵，宜選用直眼掏槽，一般布置在巷道斷面中下部，掏槽面積占巷道斷面的5% ～10%，裝藥滿度系數(shù)約為70%。

6.2 通過選擇合理的爆破參數(shù)和使用光面爆破，可最大限度的保持圍巖自身的強(qiáng)度，增強(qiáng)圍巖自身的支撐力。

6.3 提高炸藥能量的有效合理利用，挖掘炸藥能量的潛力。采用高效合理的裝藥結(jié)構(gòu)，使所有裝藥得到充分起爆。盡可能采用高猛度炸藥。

6.4 爆破后斷面成形規(guī)整，提高了井巷輪廓質(zhì)量，減少了敲幫問頂工作的時(shí)間，降低了通風(fēng)阻力，且不易產(chǎn)生局部瓦斯積聚。

6.5 極大程度的減少了超挖量，從而減輕了裝運(yùn)排碴量，加快掘進(jìn)速度，從以前的60m/月提高到80～100m/月。

6.5 減少了支護(hù)工作量和材料消耗，每米巖石的成本消耗量降低10～20%，支護(hù)材料費(fèi)下降5～10%。

6.6 由于巖石堅(jiān)硬，掘進(jìn)工作面頂板易于管理(與采煤工作面比)，應(yīng)積極提倡實(shí)施中深孔炮眼爆破，巷道掘進(jìn)施工組織、生產(chǎn)將更為合理。

［1］孫茂來.綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝［M］.北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2009.

［2］孫茂來.淺論巖巷掘進(jìn)光面爆破與成本節(jié)約［J］.科技信息，2010(32).

The Preferred Practice of Blasting Parameters in the Process of Hard Rock Excavation

SUN Mao－lai1，SUN Jian2

(1.Xuzhou Electrical and Mechanical Higher Vocational School，Xuzhou 221011，China;2.Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China)

According to the present situation of coal mine hard rock roadway excavation，starting from the factors that affect rock roadway blasting effects，this paper analyzes the factors affecting rock roadway excavation speed and quality such as blasthole depth，cut blasting and smooth blasting through the practical exploration，works out the more reasonable cutting form and cut blasting parameters and the parameters of smooth blasting.

hard rock;blasting

TD823 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

A

1671－3974(2012)01－0047－03

2011－09－20

項(xiàng)目資助：中央財(cái)政支持的職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)項(xiàng)目和江蘇省職業(yè)教育實(shí)訓(xùn)基地——煤礦安全實(shí)訓(xùn)基地項(xiàng)目。

孫茂來(1956－)男，大學(xué)，徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校高級(jí)講師。從事煤礦安全研究。