煤礦巷道快速掘進(jìn)中爆破方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

王冬冬 吳昌勇 石建平

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

煤礦巷道快速掘進(jìn)中爆破方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

王冬冬 吳昌勇 石建平

（重慶中梁山煤電氣有限公司礦業(yè)分公司 重慶 400052）

煤礦巷道快速掘進(jìn)時(shí)鉆爆技術(shù)使用的較為廣泛，本文就具體的工程實(shí)例，對(duì)煤礦巷道中快速掘進(jìn)技術(shù)相關(guān)系統(tǒng)以及爆破方案、爆破參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討，特別是煤礦巷道快速掘進(jìn)爆破方案中炮眼的布置方案，爆破參數(shù)的選擇等方面都分別進(jìn)行了分析，以期為煤礦巷道快速掘進(jìn)爆破方案的設(shè)計(jì)提供借鑒與參考。

煤礦巷道；快速掘進(jìn)；爆破方案；優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言

我國(guó)在煤礦井下進(jìn)行巷道挖掘時(shí)常會(huì)使用掘進(jìn)機(jī)法以及鉆爆法這兩種方式，但現(xiàn)階段井下巷道進(jìn)行挖掘時(shí)最常用的技術(shù)依舊是鉆爆法，其具有低投入、低消耗、靈活方便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且不會(huì)受到煤、巖物理力學(xué)等特性所限制，因而其在煤礦巷道掘進(jìn)中仍占相當(dāng)大的比重，是井下巷道掘進(jìn)的傳統(tǒng)技術(shù)。

1 煤礦快速掘進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)

1.1 炮眼的方案布置

由于炮眼的用途以及布置的位置不同，可以將位于爆破工作面的炮眼分成三類：①輔助眼，其實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了把爆破工作面上的某一部分的巖石碎破，從而使得爆破工作面能夠構(gòu)成第二個(gè)自由面，為其他炮眼的爆破提供條件。②掏槽眼，其布置方式包括了直眼掏槽方式和斜眼掏槽方式。當(dāng)前，在我國(guó)的煤礦巷道掘進(jìn)中，常用的是斜眼掏槽的布置方式。斜眼掏槽對(duì)于目前我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)設(shè)備以及煤礦常見的巖石條件而言，非常適用。由于斜眼掏槽能夠?qū)ψ杂擅孢M(jìn)行充分的利用，因此，其掏槽的面積比較大。由于直眼掏槽技術(shù)的掏槽眼和工作面相垂直，因此，彼此間的間距不夠大，同時(shí)對(duì)于平行條件要求嚴(yán)格，預(yù)留不裝藥空眼，和裝藥槽眼相比，空眼加深200～500mm，將其當(dāng)做裝藥槽眼進(jìn)行爆破時(shí)的自由面。直眼掏槽因?yàn)槠湎锏罃嗝娴拇笮〔粫?huì)影響槽眼深度，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)深孔爆破。③周邊眼，即布置于井巷四周靠近巖壁的炮眼。

1.2 選擇合適的爆破參數(shù)

1.2.1 炮眼直徑的選擇

在煤礦現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破時(shí)，炮眼直徑需要比標(biāo)準(zhǔn)的藥卷的直徑大4～6mm。一般建議選取38～41mm，究其原因主要是一旦炮眼直徑空隙過小，那么裝藥比較困難，而當(dāng)炮眼的空隙較大時(shí)，其爆破效果會(huì)受到影響。

1.2.2 炮眼深度的選擇

炮眼的深度對(duì)于爆破過程中每一茬的炮進(jìn)尺量以及循環(huán)工作量都有著直接的影響，如果炮眼的深度較深，鉆巖的工作量就會(huì)有所增加，煤礦巷道尺寸，巖石的性質(zhì)，鉆眼機(jī)械以及爆破技術(shù)都會(huì)影響到炮眼深度。如果使用氣腿式鑿巖機(jī)以及普通的巖石炸藥，那么通常炮眼的深度選擇1.8～2.5m，如果需要將炮眼深度加深，那么可以采用威力大的炸藥或者對(duì)鉆眼機(jī)具進(jìn)行改進(jìn)。

1.2.3 爆破中炸藥量的選擇

在進(jìn)行爆破時(shí)，炸藥量的選擇要根據(jù)煤礦所處地域的巖石的性質(zhì)，自由面的位置，炸藥的性能，炮眼的直徑，自由面的數(shù)目，巷道斷面的尺寸以及煤礦巷道掘進(jìn)中爆破炸藥量的消耗量進(jìn)行選擇。通常情況下，巷道斷面小，同時(shí)兼顧巖石尺寸大小，炮眼深，炮眼直徑小，炸藥爆破性能差的情況下，需要消耗更多的炸藥。

1.2.4 炮眼數(shù)目的選擇

炮眼的數(shù)目會(huì)對(duì)煤礦巷道快速掘進(jìn)中爆破效果以及每一茬炮鉆眼工作量產(chǎn)生直接的影響，基于爆破工作面巖石的性質(zhì)，巷道斷面的尺寸與形狀，爆破的材料對(duì)炮眼進(jìn)行合理的布置，同時(shí)，一次爆破總的炮眼的數(shù)目就是最終排列的炮眼的數(shù)目。炮眼數(shù)目的合理性要求爆破率要高，也就是要求炮眼的利用率不能低于85%，爆破之后巷道的輪廓需要滿足設(shè)計(jì)以及施工的需要。

2 爆破方案和爆破參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)例分析

某礦井下巷道掘進(jìn)施工時(shí)主要選擇的是大眼爆破的方式，該施工技術(shù)比較簡(jiǎn)單，進(jìn)行技術(shù)革新前，因?yàn)椴贾门谘垡约霸O(shè)計(jì)爆破參數(shù)時(shí)不夠合理，使得掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺較低，巷道成型差，圍巖爆震裂隙大，火工品消耗量大，掘進(jìn)成本較高等。為改變不利現(xiàn)象，提高掘進(jìn)單進(jìn)水平和工程質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)，在三采區(qū)+246-6#煤層半煤巖巷和三采區(qū)+245-29#石門全巖掘進(jìn)中，根據(jù)巷道巖性的不同進(jìn)行科學(xué)布眼，優(yōu)化爆破參數(shù)，改進(jìn)施工工藝，取得了良好的爆破效果，提高了巷道掘進(jìn)單進(jìn)水平。

2.2 爆破方案設(shè)計(jì)需要收獲的效果

在煤礦巷道快速掘進(jìn)中設(shè)計(jì)爆破方案需要達(dá)到三個(gè)重要的效果：①能夠盡可能的減少鉆眼的工作量，盡可能多的利用炮眼，爆破以后，斷面要和設(shè)計(jì)要求相符合，不會(huì)出現(xiàn)超挖或者欠挖的現(xiàn)象，同時(shí)，巷道的坡度和設(shè)計(jì)相符合。②要求爆破對(duì)于周圍小的圍巖的影響盡可能的小，為了對(duì)巷道形成保護(hù)，爆破時(shí)務(wù)必要確保支架不能夠崩倒。③爆破過程中要盡可能低的降低火工品的消耗，同時(shí)崩下的巖石要方便裝運(yùn)。

2.3 不同段爆破方案以及參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.3.1 三采區(qū)+245-6#半煤巖巷爆破方案和參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）爆破方案設(shè)計(jì)

該半煤巖巷巷道斷面面積有4.2m2，形狀為梯形。在煤層中布置3個(gè)掏槽眼，三角眼排列斜眼掏槽方式；輔助眼布置在掏槽眼和周邊眼之間，間距為400～800mm，起到擴(kuò)大掏槽和崩落礦石的效果；周邊眼是控制巷道成形達(dá)到設(shè)計(jì)斷面的關(guān)鍵，間距為400～600mm；底眼主要是控制巷道底板標(biāo)高，眼底傾斜向下，打到底板標(biāo)高以下100～200mm左右。起爆順序如下：①掏槽眼；②輔助眼；③周邊眼；④底眼；⑤水溝眼。雷管采用段發(fā)雷管，裝藥量每眼0.45～0.75kg不等，每眼封泥長(zhǎng)度均應(yīng)大于0.5m，每排炮火工品消耗：雷管23發(fā)，炸藥12.9kg。炮眼布置見圖1。

圖1 半煤巖巷道斷面炮眼布置示意圖

（2）施工工藝和特點(diǎn)

先用2m的長(zhǎng)鉆桿一次性的打好煤、巖層炮眼，鉆眼深度為1.8m，炮眼打完后巖眼用紙團(tuán)塞進(jìn)，以防止被煤粉堵住。先進(jìn)行煤眼裝藥及爆破，并出煤運(yùn)煤，待爆落的煤出完后，再進(jìn)行巖眼的裝藥及爆破，然后采用機(jī)械裝巖出矸。此設(shè)計(jì)適合于頂?shù)装遢^好，煤層較松軟的巷道，具有施工過程較簡(jiǎn)單，炮眼利用率較好，循環(huán)進(jìn)尺可達(dá)1.7m左右等優(yōu)點(diǎn)，而其主要缺點(diǎn)是會(huì)消耗較多的火工品。

2.3.2 三采區(qū)+245-29#石門爆破方案和參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）巖性和爆破方案設(shè)計(jì)

該石門巷道斷面為5.4m2，形狀為半圓拱形。在煤層中布置4個(gè)掏槽眼，呈四眼排列，斜眼掏槽方式；輔助眼布置在掏槽眼和周邊眼之間，間距為400～600mm；周邊眼間距為400～600mm，用于控制巷道成形達(dá)到設(shè)計(jì)斷面；底眼用于控制巷道底板標(biāo)高及拋擲已破碎的巖石，眼底傾斜向下，打到底板標(biāo)高以下100～200mm左右。起爆順序如下：①掏槽眼；②輔助眼；③周邊眼；④底眼；⑤水溝眼。雷管采用段發(fā)雷管，裝藥量每眼0.45～0.75kg不等，每眼封泥長(zhǎng)度均應(yīng)大于0.5m，每排炮火工品消耗：雷管26發(fā)，炸藥15.45kg。炮眼布置見圖2。

（2）施工工藝和特點(diǎn)

先用1.5m的鉆桿一次性打好炮眼，掏槽眼、底眼和水溝眼鉆深的深度為1.5m，輔助眼和周邊眼鉆深1.3m。要求全斷面一次性爆破，然后進(jìn)行機(jī)械裝巖出矸。此設(shè)計(jì)適合于頂?shù)装遢^好，巖層中等穩(wěn)定的巷道，優(yōu)點(diǎn)是施工過程較簡(jiǎn)單，炮眼利用率較好，循環(huán)進(jìn)尺平均達(dá)到1.3m以上，月進(jìn)尺達(dá)到99m，缺點(diǎn)是消耗較多的火工品。

3 施工技術(shù)及參數(shù)的確定

3.1 掏槽方式的確定

圖2 巖巷斷面炮眼布置示意圖

由于三采區(qū)的巖層以及煤層都比較的松軟，很容易爆破，因而建議選擇斜眼掏槽的方式，實(shí)際施工時(shí)要按照煤層的厚度以及巖層實(shí)際的變化情況，選擇其他的挖槽方式，比如兩斜眼掏槽、三眼錐形掏槽或四眼錐形掏槽等。

3.2 注重打眼環(huán)節(jié)

打眼時(shí)使用2m長(zhǎng)的鉆桿進(jìn)行打眼，要一次性完成煤、巖炮眼的打眼工作，必須用紙團(tuán)將第二次起爆的炮眼塞緊，防止其被堵塞。打眼時(shí)要按照炮眼的布置要求進(jìn)行打眼，事先現(xiàn)將輪廓線畫好，并布好眼位，炮眼間距可根據(jù)炮眼類型不同選擇400～800mm不等。炮眼越深，打眼時(shí)間越長(zhǎng)，易出現(xiàn)鉆桿擺釬難以擴(kuò)鉆，施工中應(yīng)有專人扶鉆，確保施工安全。

3.3 裝藥量的確定

爆破時(shí)使用的炸藥量要據(jù)所掘巷道巖石性質(zhì)、煤層松軟程度而定，通常為0.45～0.75kg；裝藥結(jié)構(gòu)及泡泥填充：采用正向裝藥，炮泥填埋長(zhǎng)度應(yīng)超過0.5m。

3.4 爆破需要注意的事項(xiàng)

爆破時(shí)特別要重視挖槽眼的爆破，避免挖槽眼拒絕爆炸，必要時(shí)在引藥卷內(nèi)裝2發(fā)雷管進(jìn)行引爆，且雷管腳線應(yīng)使用加長(zhǎng)型，聯(lián)線方式均采用大串聯(lián)。局部地段巖性較硬時(shí)，可加大裝藥量確保爆破效果，但需延長(zhǎng)供風(fēng)時(shí)間，以有效吹散炮煙。

3.5 其他要求

爆破時(shí)要嚴(yán)格遵循爆破的實(shí)際流程進(jìn)行施工，使得每項(xiàng)工序都能夠有序進(jìn)行，形成一個(gè)完整的循環(huán)，爆破時(shí)要注意嚴(yán)格按設(shè)計(jì)腰線控制巷道坡度。當(dāng)?shù)V井地質(zhì)條件突然變化，如遇頂板破碎，褶曲構(gòu)造、層理發(fā)育、煤層不穩(wěn)定等情況，應(yīng)用效果可能出偏差，必須改變鉆眼爆破方式，修改爆破參數(shù)，以取得最佳效果。

4 結(jié)語

總之，鉆爆法具有較多的優(yōu)點(diǎn)，很適用于煤礦井下的巷道挖掘，但由于煤礦井下巷道挖掘的要求較高，因而爆破時(shí)要制定且選擇合理的爆破方案。此外，由于煤礦所處的地質(zhì)條件各不相同，因而炮眼的布置以及爆破的參數(shù)的選擇要盡可能的合理，加快掘進(jìn)速度的同時(shí)保證掘進(jìn)的質(zhì)量，更滿足煤礦機(jī)械化高水平的要求。

[1]鄭永財(cái).煤礦巷道光面爆破參數(shù)選擇在快速掘進(jìn)中的作用[J].城市建設(shè)理論研究，2015（12）：78.

[2]熊愛明.淺談煤礦巷道快速掘進(jìn)中爆破方案的優(yōu)化[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（2）：117.

[3]周桂銓.煤礦巷道快速掘進(jìn)中爆破方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].龍巖學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，30（2）：36～39.

TD263

A

1004-7344（2016）04-0194-02

2016-1-25