底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)過(guò)硬巖爆破工藝

＊張斌峰

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)有限責(zé)任公司 山西 032300）

在煤礦底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常遇到十分堅(jiān)硬的巖石，如果不對(duì)這些巖石進(jìn)行有效處理，直接通過(guò)巖體區(qū)域，會(huì)導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)截齒嚴(yán)重磨損，影響掘進(jìn)進(jìn)度的同時(shí)為煤礦開(kāi)采企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。因此在掘進(jìn)過(guò)程中遇到這種區(qū)域時(shí)要對(duì)堅(jiān)硬巖石進(jìn)行處理，一般情況下采用的是松動(dòng)爆破方式，讓巖石破裂后再繼續(xù)開(kāi)展下一步施工，這樣可以減少掘進(jìn)機(jī)的磨損，提高作業(yè)效率。但是由于煤巷環(huán)境十分復(fù)雜，巷道內(nèi)有大量的設(shè)備儀器，因此對(duì)巖石進(jìn)行爆破處理時(shí)要結(jié)合相關(guān)因素進(jìn)行全面綜合地考量，在爆破前提前制定爆破方案，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)爆破工藝進(jìn)行改良優(yōu)化，在保障設(shè)備和施工人員安全的前提下盡可能達(dá)到最佳爆破效果。在爆破過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量瓦斯，同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量巖石砸壞設(shè)備以及設(shè)施，影響進(jìn)一步施工?；诖耍枰龊玫装逋咚诡A(yù)抽巷施工，同時(shí)，充分做好爆破工藝設(shè)計(jì)工作，控制好裝藥量、炮眼密集程度以及炮孔深度等，確保爆破施工能夠順利進(jìn)行。同時(shí)，也能夠保證開(kāi)采人員的人身安全，提升煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.底板瓦斯預(yù)抽巷安全掘進(jìn)技術(shù)

由于煤礦開(kāi)采作業(yè)環(huán)境的特殊性，在礦井作業(yè)環(huán)境中，因爆破問(wèn)題，通常會(huì)產(chǎn)生一定量的瓦斯，瓦斯易燃易爆，如處理不當(dāng)，則會(huì)直接影響施工人員的人身安全，也會(huì)影響煤礦開(kāi)采的進(jìn)度。在進(jìn)行煤炭資源開(kāi)采過(guò)程中，礦井內(nèi)瓦斯含量一旦超標(biāo)，就會(huì)直接威脅到開(kāi)采人員的生命?；诖?，為了避免瓦斯泄漏，要求在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，積極調(diào)整煤壁暴露的面積，盡量減少暴露面積，提高采煤量。因?yàn)橥咚购窟^(guò)高時(shí)，如果工作面長(zhǎng)度也增加就會(huì)加大瓦斯泄漏風(fēng)險(xiǎn)，威脅到礦井工作人員的生命安全。因此，一定要控制好礦井中的瓦斯含量，確保工作人員的人身安全。除此之外，還要做好礦井內(nèi)部的通風(fēng)工作，因?yàn)橥L(fēng)情況會(huì)直接關(guān)系到礦井工作面長(zhǎng)度的布置情況，通風(fēng)還可以降低瓦斯?jié)舛?，加?qiáng)對(duì)于兩巷斷面的控制，既能提高礦井工作面，又可以提高礦井生產(chǎn)的安全系數(shù)，確保采煤工作的順利進(jìn)行[1]。礦井下瓦斯問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)下誘發(fā)煤礦安全事故的主要問(wèn)題，因此為了保障煤礦施工安全，煤礦企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是對(duì)井下瓦斯進(jìn)行有效治理。當(dāng)下最廣泛應(yīng)用的瓦斯處理方式就是區(qū)域瓦斯治理，為了在掘進(jìn)過(guò)程中預(yù)防瓦斯大量涌出，在對(duì)煤礦地質(zhì)條件提前勘查的前提下，要在工作面掘進(jìn)過(guò)程中布置底板瓦斯預(yù)抽巷，加強(qiáng)煤巷中瓦斯的抽放工作，樹立正確的瓦斯防治意識(shí)，保障礦井作業(yè)安全。

2.底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)過(guò)程中過(guò)硬巖爆破工藝實(shí)踐

(1)掘進(jìn)巷道概況

作為參考研究依據(jù)，本文以某煤礦的底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)過(guò)程中過(guò)硬巖爆破實(shí)踐為例。該掘進(jìn)巷道標(biāo)高-307～200m，地表標(biāo)高+403～+365m，巷道凈高3.6m，凈寬4.4m，凈斷面為13.76m2，所處地勢(shì)為丘陵地帶，煤礦周邊沒(méi)有居民村莊，也沒(méi)有明顯的高大建筑。此煤層底板下方8m左右的位置巖土性質(zhì)為較軟的砂質(zhì)泥巖和泥巖，比較適合進(jìn)行綜掘施工。預(yù)抽巷斷面布置如圖1。

圖1 預(yù)抽巷斷面布置圖

(2)問(wèn)題的提出

掘進(jìn)爆破過(guò)程中會(huì)涉及到綜掘機(jī)、轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)的使用，分別用于破巖和煤矸石運(yùn)輸。對(duì)巖石進(jìn)行截割處理時(shí)，要優(yōu)先選擇性質(zhì)較軟的巖石開(kāi)始鉆進(jìn)，然后采用從下往上左右截割的方法。如果巖石硬度較小采用左右循環(huán)向上的方式進(jìn)行截割，巖石硬度較高則采用中心處鉆進(jìn)的截割方式進(jìn)行截割[2]。施工過(guò)程中可以結(jié)合巖石性質(zhì)和施工實(shí)際具體情況調(diào)整鉆進(jìn)的深度，前提是保證最大鉆進(jìn)深度不超過(guò)0.2m，截割頭最大切割長(zhǎng)度不能超過(guò)0.9m。根據(jù)實(shí)際施工情況得知，此煤礦底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)到210m左右時(shí)，在距離該巷道大概1m的位置發(fā)現(xiàn)近1m厚的黃鐵結(jié)核，巖石硬度極大，導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)截齒磨損嚴(yán)重，嚴(yán)重縮短了掘進(jìn)機(jī)的使用壽命，同時(shí)影響了掘進(jìn)進(jìn)度。因此為了保障煤礦正常施工，需要對(duì)過(guò)硬巖石進(jìn)行松動(dòng)爆破處理。

(3)具體爆破施工流程

對(duì)爆破施工區(qū)域進(jìn)行管線調(diào)查—設(shè)計(jì)炮位—配備爆破施工人員—清除覆蓋層—對(duì)掘進(jìn)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行防護(hù)處理—鉆孔—檢查試驗(yàn)爆破相關(guān)器材—檢查炮孔后開(kāi)始裝藥—設(shè)立安全保障崗位—堵塞炮孔—將相關(guān)工作人員撤離爆破區(qū)域—清除瞎炮—檢查爆破效果。

(4)爆破工藝設(shè)計(jì)

①裝藥量

在進(jìn)行松動(dòng)爆破準(zhǔn)備時(shí)，不同的裝藥量產(chǎn)生的爆破質(zhì)量和爆破效果是不同的，事先對(duì)裝藥量進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，能在使松動(dòng)爆破達(dá)到理想效果的基礎(chǔ)上節(jié)省炸藥耗量，為煤礦企業(yè)節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。通常情況下裝藥量（Q）的計(jì)算方法有兩種，一個(gè)是體積計(jì)算法，一個(gè)是經(jīng)驗(yàn)公式法。

體積計(jì)算法使用的公式為Q=KS(0.4+0.6n3)qLW3；

經(jīng)驗(yàn)公式法使用的公式為Q=0.187qW3。

其中，KS代表松動(dòng)系數(shù)；qL代表爆破單位耗藥量；W是最小抵抗線；q代表在標(biāo)準(zhǔn)條件下爆破每單位體積所需的炸藥量，通常情況下取值在0.2～0.35kg/m之間。結(jié)合實(shí)際情況，通過(guò)體積計(jì)算法和經(jīng)驗(yàn)公式法計(jì)算得到的單孔裝藥量是最為合適的裝藥量0.45kg，能夠達(dá)到最佳爆破效果[3]。

②炮眼深度

在進(jìn)行松動(dòng)爆破準(zhǔn)備時(shí)，不同的炮眼深度達(dá)到的爆破質(zhì)量和爆破效果是不同的，事先對(duì)炮眼深度進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，能夠?yàn)楦咝?zhǔn)確的松動(dòng)爆破提供保障。通過(guò)對(duì)煤礦的地質(zhì)勘查得知，底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)黃鐵礦厚度在0.3～1.7m之間，因此決定將炮眼深度控制在2m，以期達(dá)到最佳爆破效果。

③炮眼密集系數(shù)

底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)過(guò)硬巖松動(dòng)爆破工藝使用的主要目的，是將掘進(jìn)過(guò)程中所遇堅(jiān)硬巖石區(qū)域經(jīng)過(guò)爆破處理破壞其完整性，生成大量裂隙后便于清除，以此保障掘進(jìn)施工順利，減少掘進(jìn)機(jī)的磨損。而在進(jìn)行松動(dòng)爆破準(zhǔn)備時(shí)，不同的炮眼密集程度達(dá)到的爆破質(zhì)量和爆破效果是不同的，事先對(duì)炮眼密集程度進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，能夠?yàn)楦咝?zhǔn)確的松動(dòng)爆破提供保障。如果炮眼過(guò)密使用的炸藥量巨大，很可能對(duì)整體圍巖結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞影響，且煤巷中涉及到大量的設(shè)備使用，炸藥量過(guò)多爆破產(chǎn)生的飛石可能會(huì)損傷機(jī)器設(shè)備，甚至可能威脅到施工人員的生命安全。而如果炮眼過(guò)于稀疏，就只會(huì)對(duì)堅(jiān)硬巖石產(chǎn)生微乎其微的破壞力，不會(huì)破壞巖石的整體性，無(wú)法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)達(dá)到理想的爆破效果[4]。因此要在正式爆破前要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)炮眼密集系數(shù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，具體松動(dòng)爆破炮孔密集系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值如下：

A.較軟巖石：炮孔間距范圍在1000～1200mm之間，最小抵抗線在800～1000mm之間。

B.中等硬度巖石：炮孔間距范圍在600～800mm之間，最小抵抗線在500～800mm之間。

C.堅(jiān)硬巖石：炮孔間距范圍在500～700mm之間，最小抵抗線在400～700mm之間。

通過(guò)對(duì)松動(dòng)爆破炮孔密集系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值的參考和對(duì)該煤巷的實(shí)際地質(zhì)勘查，最終確定的最佳炮眼布置間距為700mm，最佳炮眼布置排距也為700mm。此布置方式最為合理，能夠達(dá)到最佳的爆破效果，節(jié)省炸藥耗量。

④裝藥結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行松動(dòng)爆破準(zhǔn)備時(shí)，不同的孔內(nèi)裝藥形式和孔內(nèi)裝藥相關(guān)參數(shù)達(dá)到的爆破質(zhì)量和爆破效果是不同的，事先對(duì)裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，能夠?yàn)楦咝?zhǔn)確的松動(dòng)爆破提供保障。通常情況下為避免掘進(jìn)巷內(nèi)的掘進(jìn)機(jī)等設(shè)備因爆破巖石受損，在進(jìn)行炮孔裝藥環(huán)節(jié)時(shí)會(huì)控制炮孔裝藥量，傳統(tǒng)的底部裝藥方式會(huì)導(dǎo)致炸藥都集中在炮孔底部位置，經(jīng)松動(dòng)爆破處理后的巖石并沒(méi)有產(chǎn)生理想縫隙，爆破效果并不理想。因此為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生，我們通常會(huì)采用分層不耦合裝藥方式進(jìn)行炮孔裝藥，同時(shí)還是要以底部裝藥為主，在炮孔附近位置裝少量的炸藥，以此工程為例的具體裝藥結(jié)構(gòu)為，據(jù)底部800mm位置安裝雷管，1665mm位置安放435mm深度的炸藥，其余部分用炮泥填滿。這樣一來(lái)此種裝藥方式的應(yīng)用，不僅能夠在保障掘進(jìn)機(jī)等設(shè)備安全無(wú)損的前提下節(jié)省炸藥用量，還能達(dá)到最佳的爆破效果[5]，放炮線如圖2。

圖2 施工人員在安放炮線

(5)爆破專項(xiàng)安全技術(shù)措施

①在進(jìn)行正式的松動(dòng)爆破施工前，要事先將掘進(jìn)機(jī)探頭、風(fēng)筒等設(shè)施設(shè)備向后移動(dòng)，并對(duì)巖石爆破區(qū)域以及區(qū)域周圍20m距離的機(jī)器設(shè)備采取保護(hù)措施，避免在對(duì)巖石的松動(dòng)爆破過(guò)程中，炸藥沖擊產(chǎn)生的飛巖崩濺，對(duì)掘進(jìn)巷子內(nèi)的掘進(jìn)機(jī)等機(jī)器設(shè)備造成損害。同時(shí)確保爆破工作人員防護(hù)措施到位，無(wú)關(guān)人等撤離或和爆破區(qū)域保持一定距離，切實(shí)保障施工人員的生命安全。

②正式爆破前事先將掘進(jìn)機(jī)向后移動(dòng)3m，并將掘進(jìn)機(jī)的截割電機(jī)、截割頭以及操作臺(tái)等容易破損的部件都進(jìn)行防護(hù)處理，比如使用膠帶等對(duì)這些部件進(jìn)行纏封。

③底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)過(guò)硬巖爆破過(guò)程中，煤巷會(huì)發(fā)生劇烈震動(dòng)，為了防止煤巷結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，要事先對(duì)支護(hù)設(shè)施進(jìn)行加固處理，要確保臨時(shí)支護(hù)質(zhì)量。與此同時(shí)做好煤巷頂板管理工作，最大程度避免爆破后發(fā)生冒頂問(wèn)題。

④進(jìn)行爆破時(shí)，要盡量多打炮眼，少裝炸藥，做到“放小炮、放準(zhǔn)炮”，在保障爆破安全的前提下?tīng)?zhēng)取用最少最精準(zhǔn)的炸藥量達(dá)到最佳爆破效果。以該工程為例，煤礦底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)近1m厚的黃鐵結(jié)核，巖石硬度極大，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行松動(dòng)爆破處理時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)炮眼位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際爆破效果調(diào)整炮眼深度、裝藥角度、裝藥結(jié)構(gòu)、裝藥量等，以此確保達(dá)到最理想的爆破效果，讓爆破后巖塊大小不超過(guò)500mm。如圖3施工人員在進(jìn)行爆破準(zhǔn)備工作。

圖3 施工人員在進(jìn)行爆破前的準(zhǔn)備工作

⑤在爆破期間要做到不間斷裝藥，絕對(duì)不能讓藥卷之間存在間隙。裝藥完成后炮孔剩余部分要用水炮泥和黃土泥進(jìn)行封填，且炮泥封填長(zhǎng)度不能低于600mm。炮孔未經(jīng)過(guò)炮泥和黃土泥封填處理則絕對(duì)不能投入爆破使用，嚴(yán)格遵守不放“明炮、糊炮”的爆破規(guī)則[6]。

⑥煤礦底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)過(guò)硬巖石爆破過(guò)程中，要嚴(yán)格遵守“一炮三檢”的基本原則，保證遠(yuǎn)距離放炮。并且在爆破過(guò)程中要對(duì)各設(shè)施進(jìn)行斷電處理，同時(shí)撤離現(xiàn)場(chǎng)工作人員，只需留專人把手爆破口位置觀察即可。只有這樣才能切實(shí)保障施工人員的生命安全。

3.結(jié)論

綜上所述，在煤礦底板瓦斯預(yù)抽巷掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)過(guò)硬巖石使用松動(dòng)爆破工藝時(shí)需要考慮很多因素，不同的裝藥量、炮眼密集性、炮孔的深度等會(huì)產(chǎn)生不同的爆破效果。比如準(zhǔn)備爆破時(shí)裝藥量不足會(huì)導(dǎo)致對(duì)巖石破壞程度不高，無(wú)法達(dá)到理想爆破效果。因此在進(jìn)行正式爆破前需根據(jù)實(shí)際情況提前制定最佳的爆破方案，通過(guò)對(duì)過(guò)硬巖爆破工藝的改良優(yōu)化，在保障設(shè)備和施工人員安全的前提下盡可能達(dá)到最佳爆破效果。經(jīng)改良后對(duì)掘進(jìn)過(guò)程中遇到的過(guò)硬巖區(qū)域進(jìn)行處理，最大程度減少了掘進(jìn)機(jī)的磨損，提高了作業(yè)效率，取得顯著成效。本設(shè)計(jì)詳細(xì)闡述了松動(dòng)爆破參數(shù)以及施工流程，有效解決了爆破過(guò)程中因巖石掉落，隨處飛散產(chǎn)生的不良后果，采用松動(dòng)爆破施工后，有效降低了綜掘機(jī)截齒消耗量，掘進(jìn)速度也得到了有效提升，為后期相同條件下掘進(jìn)工作的開(kāi)展奠定了良好的基礎(chǔ)。