大斷面巷道爆破工藝的設(shè)計及試驗

張計文

（同煤集團四臺礦掘進二隊， 山西 大同 037001）

隨著綜采工作面大型機電設(shè)備及開采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤炭的開采距離將延伸至更深的位置。隨著煤炭開采深度的增加，地下深度原巖應(yīng)力較大，進而造成巖石的夾制作用明顯增大，影響巷道的掘進效率。目前，應(yīng)用于巷道掘進工藝主要有機械化施工和打眼爆破。其中，機械施工需大型掘進機在巷道施工，其自動化程度較高，但是掘進機在巷道中工作無法靈活施展；打眼爆破工藝對地質(zhì)條件的變化應(yīng)變能力強，絕大多數(shù)巷道掘進采用該工藝[1]。鑒于機械掘進和打眼爆破工藝的優(yōu)缺點對比，在未來很長一段時間內(nèi)巷道的掘進將以打眼爆破工藝為主。

1 工作面概況

工作面斷面尺寸如圖1 所示。

圖1 工作面斷面尺寸示意圖（mm）

如圖1 所示，工作面斷面的寬度為5.3 m，高度為4.25 m，墻的高度為1.55 m。目前，該斷面所采用的支護方式為錨網(wǎng)索噴注，且噴漿的厚度為120 mm。

該工作面的主要巖石類型包括有砂巖、灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖，斷面所承受的壓力主要為靜壓力。鑒于該工作面煤層位于石灰系層面，該層的含水性較弱。因此，巷道打眼爆破施工過程中應(yīng)注意透水事故的發(fā)生[2]。工作面局部位置瓦斯含量較高，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)瓦斯?jié)舛龋w積分?jǐn)?shù)）大于0.8%時工作面需停止工作，并及時撤離作業(yè)人員并采取相應(yīng)的通風(fēng)措施。

2 爆破工藝的設(shè)計

巷道斷面打眼爆破效果與爆破參數(shù)相關(guān)，其主要影響因素有打眼爆破時的炮孔直徑、裝藥直徑、炮孔數(shù)目、炮孔間距以及炮孔深度等。爆破工藝設(shè)計的主要工作量為根據(jù)現(xiàn)場斷面實際情況（斷面大小、巖石性質(zhì)以及地質(zhì)情況）對上述爆破參數(shù)進行計算并確定。

2.1 爆破參數(shù)設(shè)計基礎(chǔ)

1）根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，炮眼直徑一般不小于25 mm。炮眼直徑過大需太長時間打眼，炮眼直徑過小會影響爆破的穩(wěn)定性。炮眼直徑的確定與藥卷直徑相關(guān)，對于普通斷面而言炮眼直徑一般在32～42 mm的范圍之內(nèi)；而對于大斷面而言炮眼直徑一般在48～60 mm 之間[3]。

2）炮眼深度主要受當(dāng)前施工技術(shù)所制約。目前，在現(xiàn)有施工技術(shù)的基礎(chǔ)上炮眼深度一般為2～3 m。隨著大功率巖鑿臺車以及先進施工技術(shù)和管理水平的提高炮眼深度可發(fā)展到3～5 m。此外，炮眼深度還與斷面巖層硬度相關(guān)。當(dāng)斷面巖層較軟時不宜將炮眼打太深。

3）炮眼數(shù)目的確定原則為在保證爆破效果的基礎(chǔ)上盡可能的減少炮眼的數(shù)目。炮眼也需現(xiàn)場實際情況布置，當(dāng)炮眼數(shù)量太少時，炮眼間距過大容易在爆破后出現(xiàn)大塊；炮眼數(shù)量過多會增加打眼時間，降低效率。炮眼數(shù)目的確定依據(jù)式（1）所得：

式中：N為炮眼的數(shù)量；S為斷面的面積；f為斷面巖石堅固系數(shù)。

4）單位炸藥消耗量直接決定爆破效果，若單位炸藥消耗量過大則會影響斷面巷道圍巖的穩(wěn)定性；若單位炸藥消耗量過小則會提高巖石的大塊率。一般情況下，單位炸藥消耗（q）能很難精確計算得出，常根據(jù)如（2）所示的經(jīng)驗公式確定：

式中：S為斷面的面積，f為斷面巖石堅固系數(shù)；k0為校正系數(shù)。

2.2 掏槽方式的設(shè)計基礎(chǔ)

巷道掘進爆破常采用的掏槽方式有直眼掏槽和楔形掏槽。其中，直眼掏槽需打眼的數(shù)目較多，時間和經(jīng)濟成本均太高；楔形掏槽由于其占據(jù)較大的面積，因此其主要適用于大斷面巷道。

由于本文所研究工作面巷道的斷面較大，具有足夠的面積供楔形掏槽使用。值得注意的是楔形掏槽對裝藥量的要求加高，加藥量過多或者過少都會影響最終的爆破效果[4]。因此，針對該大斷面巷道采用直眼掏槽+楔形掏槽相結(jié)合的方式，即在楔形掏槽的中間位置布置2～3 個空孔作為輔助自由面，并在空孔的下方裝1～2 卷炸藥。上述操作不僅實現(xiàn)了藥量的增加，而且還能夠加強拋擲。

2.3 爆破參數(shù)的確定

在上述理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合同煤集團四臺礦巷道斷面的實際情況，確定如表1、表2 所示的爆破參數(shù)，并對兩種爆破參數(shù)的爆破效果進行對比分析。

表1 方案一爆破參數(shù)統(tǒng)計表

表2 方案二爆破參數(shù)統(tǒng)計表

3 爆破工藝的試驗

3.1 爆破試驗的準(zhǔn)備

本次爆破所采用的炸藥為三級含水炸藥；電雷管為毫秒延期電雷管；炮泥為水炮泥和黃泥；發(fā)爆器的類型為電容式發(fā)爆器。

本次爆破采用全斷面一次性爆破的方式實施爆破。爆破操作的整個流程必須嚴(yán)格遵守《煤礦安全規(guī)程》內(nèi)的相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)[5]。

3.2 爆破試驗結(jié)果分析

基于表1、表2 的兩種爆破方案，對兩種方案的爆破效果進行對比分析，并著重對炮眼利用率、眼痕率以及炸藥消耗量進行分析。兩種方案下的爆破結(jié)果如圖2 所示。

圖2 不同方案下的爆破效果對比

分析圖2 可知，基于方案二爆破時的炮眼利用率和眼痕率均優(yōu)于方案一，且方案二下炸藥的消耗量小于方案一。即說明，基于方案二可達(dá)到采用少量炸藥達(dá)到實現(xiàn)方案一爆破效果的能力。因此，在實際生產(chǎn)中傾向于選擇方案二實施爆破。

4 結(jié)語

巷道掘進作為煤炭開采必不可少的工藝環(huán)節(jié)，巷道掘進的質(zhì)量直接決定后續(xù)煤礦開采的質(zhì)量和安全性。目前，巷道掘進所采用的主流技術(shù)為打眼爆破。為確保最終爆破效果能夠滿足后續(xù)生產(chǎn)的需求，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)、水文以及設(shè)備情況設(shè)計相對應(yīng)的爆破參數(shù)，最終達(dá)到以最低的爆破成本達(dá)到最佳爆破效果的目的。