大斷面巖石巷道爆破掘進(jìn)技術(shù)的研究與應(yīng)用

王鵬翔

（西山煤電建筑工程集團(tuán)有限公司礦建分公司，山西 太原 030000）

1 概況

西山煤礦為滿足不同煤層開采需求，通常配置一定數(shù)量的巖石巷道。8504 高抽巷位于8504 工作面上方的11#煤底板粉砂巖，巷道開口處圍巖以砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，多為黑色，含黑白云母。巷道總設(shè)計長度為1 080.38 m。

8504 巷道掘進(jìn)爆破方案炮孔深度2.0 m，炸藥為三級乳化型，尺寸規(guī)格32 mm×200 mm（200 g/卷），雷管段別為1～3 段。方案如下：掏槽眼炮孔深度為2.2 m，角度與水平方向呈80°，其余炮孔深度均為2 m，炮眼總數(shù)為35。各掏槽眼間距為1 m，炸藥裝填總量為25.8 kg。如圖1。

圖1 原爆破方案設(shè)計炮眼布置圖（mm）

按照開采進(jìn)度要求，8504 巷每月需進(jìn)尺150 m以上才能保證礦區(qū)正常接續(xù)。但2.0 m 炮孔爆破方案在實際應(yīng)用中單循環(huán)進(jìn)尺距離均值為1.84 m，炮眼利用率92%，大塊巖體較少，巷道成型效果一般。目前采用三八制施工方法[3-4]，通過錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿排列間隔為0.85 m，正規(guī)循環(huán)率為70%，巷道每月進(jìn)尺距離為120 m，未能實現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。

2 爆破方案優(yōu)化

2.1 爆破參數(shù)配置

（1）炮孔深度計算優(yōu)化

炮孔深度的選擇，主要與月進(jìn)尺目標(biāo)距離、炮孔利用率、正規(guī)循環(huán)率有關(guān)。由于每月進(jìn)尺要求不低于150 m，炮孔利用率為90%，正規(guī)循環(huán)率為85%，則對應(yīng)的推導(dǎo)公式如下[5-6]：

式中：L為每月進(jìn)尺距離，m；l為炮孔深度，m/d；φ為炮孔利用率；ξ為正規(guī)循環(huán)率。

計算出l為6.54 m/d。單日循環(huán)作業(yè)兩次，則每次爆破作業(yè)時的炮孔深度至少需3.27 m，單日循環(huán)作業(yè)三次，則每次爆破作業(yè)時的炮孔深度至少需2.18 m。

選定作業(yè)方式為一天三循環(huán)，并對炮孔深度做適當(dāng)冗余，確定深度為2.3 m。

（2）掏槽參數(shù)計算與推導(dǎo)

井下爆破采用楔形掏槽技術(shù)，掏槽孔需要在孔深基礎(chǔ)上增加20 cm。而楔直復(fù)合掏槽技術(shù)還需要搭配中心孔，中心孔的深度與掏槽孔深度保持一致。掏槽孔裝藥量的多少通過裝藥系數(shù)進(jìn)行測算：如果巷道地質(zhì)為軟巖地質(zhì)，則掏槽孔裝藥系數(shù)取0.5～0.6之間，參考實際地質(zhì)情況，選定裝藥系數(shù)為0.5，對應(yīng)的裝藥長度為1.35 m。乳化炸藥規(guī)格為單卷長度20 cm，裝藥量0.2 kg，滿足單個掏槽孔使用需求，需要配置5.5 卷炸藥。此外，掏槽時還需要考慮到槽間距的選擇，需要保證鑿巖機(jī)械設(shè)備的正常作業(yè)空間，按照現(xiàn)有設(shè)備尺寸，槽間距需要保持1.1 m，按照設(shè)計要求，掏槽眼的水平角度需要達(dá)到81°。

（3）輔助孔規(guī)格

輔助孔深度與炮孔深度保持一致，取2.3 m，輔助孔走向垂直于表面，輔助孔的裝藥系數(shù)取值為0.35，孔間距固定為60 cm，每個輔助孔內(nèi)裝填4卷炸藥，炸藥長度達(dá)到0.8 m。

（4）周邊孔規(guī)格

周邊孔的規(guī)格需要參考巷道頂板的實際情況綜合判定。結(jié)合孔間距對成型效果需要，兩側(cè)的孔間隔距離選定為50 cm；而頂部水平節(jié)理較為發(fā)育，頂部炮孔間隔距離選定為60 cm。

（5）炮孔數(shù)量測算

爆破炮孔的數(shù)量主要與巖石地質(zhì)與巷道斷面面積有關(guān)，可用如下公式（2）表示：

式中：n為炮孔數(shù)量，個；f為巖石普氏系數(shù)；S為巖巷斷面面積，m2。

8504 高抽巷巖石普氏系數(shù)6，巷道斷面面積實際測量平均值為7.56 m2，代入公式（2）得到n=23 個。為了保證爆破效果，考慮到乳化炸藥爆破效果與炮孔深度帶來的影響，對炮孔數(shù)量適當(dāng)增加，最終確定的炮孔數(shù)量為30 個。

（6）炸藥單耗測算

炸藥單耗測算主要用于測算裝藥量，推導(dǎo)出炸藥單耗公式為：

式中：r為炸藥單耗，kg/m2；k為修正系數(shù)；f為巖石普氏系數(shù)；S為巖巷斷面面積，m2。三級乳化炸藥爆力為230 mL，則k=2.28，則r=2.23 kg/m2。

（7）裝藥量測算

結(jié)合公式（3）的結(jié)果，對單循環(huán)裝藥量進(jìn)行測算：

式中：R為單循環(huán)裝藥量，kg；v為待爆破巖石體積量，m3；r為炸藥單耗，kg/m2。v與炮孔深度及利用率有關(guān)，結(jié)合公式（1）中的參數(shù)，計算出R為34.90 kg。

2.2 爆破優(yōu)化方案設(shè)計

采用CMJ2-27 型號的液壓鉆車，搭配兩臺YT-29A 型號巖鑿機(jī)，釬桿長度為3 m，釬頭形狀為柱齒形，釬頭直徑42 mm。選定T320 型號的礦用炸藥，1～5 段毫秒延期電雷管。在巖鑿機(jī)打孔完成后，將炮孔內(nèi)雜質(zhì)清理干凈，放置對應(yīng)規(guī)格數(shù)量的炸藥，用炮泥封堵炮孔，電雷管引線使用逐個串接的方式，統(tǒng)一引爆。炮孔示意圖如圖2，爆破參數(shù)見表1。

表1 新方案爆破參數(shù)表

圖2 新方案炮眼布置圖（2.3 m 循環(huán) 單位：mm）

8504 高抽巷優(yōu)化爆破方案使用的楔直復(fù)合掏槽技術(shù)，主掏槽孔的傾斜角略微向內(nèi)，次掏槽孔的傾斜角垂直于斷面。在爆破時，主次掏槽孔通過延時雷管分批次進(jìn)行爆破。采用三對掏槽孔，根據(jù)楔直復(fù)合掏槽設(shè)計要求，掏槽孔的角度在75°～85°，每對掏槽孔的底部距離為200 mm，槽口距離為1.1 m，裝藥量為1.1 kg/孔，中心孔裝藥量為0.4 kg/孔，其余掏槽孔裝藥量與原方案相同，掏槽總藥量為7.2 kg，總炮眼數(shù)為39 個，總裝藥量為34.90 kg。

3 效果分析

將原爆破方案與優(yōu)化后爆破方案通過炮孔利用率、單循環(huán)爆破進(jìn)尺量、矸石塊大小等參數(shù)進(jìn)行比對，取3 次爆破平均值，得到爆破效果對比數(shù)據(jù)見表2。

表2 爆破效果對比

從表2 可以看出，在相同裝藥量前提下，原方案的單循環(huán)平均爆破進(jìn)尺量為2.0 m，炮孔利用率87%，矸石中大矸占比較高；而優(yōu)化后的方案單循環(huán)平均爆破進(jìn)尺量為2.15 m，炮孔利用率達(dá)93.5%，提升6.5%，且矸石中大矸占比減少。

試驗期間，8504 高抽巷共計進(jìn)尺406.8 m，其中采用原有爆破方案進(jìn)尺174.6 m，采用新爆破方案累計進(jìn)尺232.2 m。新方案試驗次數(shù)108 次，各次爆破效果良好。優(yōu)化爆破方案在大斷面巖石巷道應(yīng)用后，單循環(huán)進(jìn)尺距離增加，炮孔利用率提升，爆破效果得到改善，巷道成型比較理想。

4 結(jié)論

針對西山煤礦8504 巖巷爆破方案不合理、日進(jìn)尺未達(dá)預(yù)期生產(chǎn)要求的問題，通過分析爆破關(guān)鍵參數(shù)、掏槽技術(shù)方案存在的問題，進(jìn)行理論推導(dǎo)與優(yōu)化設(shè)計，并將優(yōu)化方案在工作面進(jìn)行反復(fù)工程驗證。經(jīng)驗證分析：優(yōu)化后的方案單日進(jìn)尺距離6.4 m，

工作效率提升33%，能夠達(dá)到預(yù)期要求。