中深孔直眼掏槽爆破工藝在數(shù)碼電子雷管中的應(yīng)用

陳玉章

（福建煤電股份有限公司 福建龍巖 364000）

1 數(shù)碼電子雷管

1.1 數(shù)碼電子雷管的推廣應(yīng)用

2021 年12 月工業(yè)和信息化部發(fā)布《“十四五”民用爆炸物品行業(yè)安全發(fā)展規(guī)劃》，要求到2022 年后要實現(xiàn)工業(yè)雷管逐步全面升級換代為數(shù)碼電子雷管，并加大對數(shù)碼電子雷管的推廣應(yīng)用。根據(jù)《工業(yè)和信息化部安全生產(chǎn)司關(guān)于進一步做好數(shù)碼電子雷管推廣應(yīng)用工作的通知》（工安全函 〔2022〕109 號）［1］，煤礦許用工業(yè)雷管將于9 月底前停止生產(chǎn)、11 月底停止銷售。

1.2 數(shù)碼電子雷管使用特性

數(shù)碼電子雷管作為目前爆破行業(yè)的新興技術(shù)，在推廣應(yīng)用方面具有重要意義。與傳統(tǒng)電子雷管相比，數(shù)碼電子雷管具有無法比擬的安全性和管控功能，在安全性、管理便捷性和社會危害性程度低等方面具有突出優(yōu)勢。

1.2.1 使用安全性和可靠性

數(shù)碼電子雷管采用先進的數(shù)字技術(shù)，可以實現(xiàn)精確的時間延遲控制和引爆精度，大大降低了誤爆的風險。此外，數(shù)碼電子雷管還具備更高的抗靜電和防雷擊能力，極大地提高了雷管的可靠性和穩(wěn)定性，從而確保了施工過程的安全性和可靠性。

1.2.2 管理便捷性

數(shù)碼電子雷管通過雷管與數(shù)字爆破系統(tǒng)的配合使用，施工人員可以對大量雷管進行編址和編程操作，實現(xiàn)對爆破方案的精細化管理和控制。數(shù)碼電子雷管還可以實現(xiàn)遠程無線通信和遙控操作，有效減少了施工人員的勞動強度和作業(yè)難度，提高了施工效率。

1.2.3 社會危害性程度低

數(shù)碼電子雷管能夠?qū)崿F(xiàn)火工品的閉環(huán)管理，社會危害性程度低。數(shù)碼電子雷管具有獨立編址和可編程的功能，可以實現(xiàn)對每一發(fā)雷管的精確控制和監(jiān)控，這意味著爆破作業(yè)現(xiàn)場可以對每一個雷管的使用情況進行實時記錄和管理，提高了爆破作業(yè)的追溯性和可控性，減少了潛在的安全風險。

2 數(shù)碼電子雷管應(yīng)用存在的相關(guān)問題

2.1 成套材料使用成本增加

由于數(shù)碼電子雷管采用電子控制模塊技術(shù)，其造價成本比毫秒電雷管高，另需采用專用聯(lián)接線，成本也會增加，專用解碼起爆器也比普通放炮器的單價要高。對于廣泛應(yīng)用爆破器材的礦山企業(yè)使用成本明顯增加，詳見表1。

表1 爆破成套材料單價對比表

2.2 楔型掏槽爆破工藝在礦山掘進中的應(yīng)用

2.2.1 楔型掏槽爆破工藝應(yīng)用及效果

為驗證楔型掏槽爆破工藝在數(shù)碼電子雷管礦山掘進中的爆破效果，選擇在同一地點同一巖性條件下進行爆破試驗。掏槽眼的布置方式采用楔型掏槽，炮眼布置形式為：掏槽眼4 個、輔助眼7 個、周邊眼10 個、底眼5 個、水溝眼1 個，合計共27 個炮眼。其中掏槽眼深1.20 m，其他眼深1.0 m。

采用楔型掏槽爆破后，應(yīng)用數(shù)碼雷管與毫秒雷管爆破相同的效果，爆破后單循環(huán)進尺為0.75 m，炮眼利用率75%，雷管耗36 個/m，炸藥消耗14.4 kg/m。單循環(huán)進尺較低，雷管消耗量較高。

2.2.2 火工材料消耗

采用楔型掏槽爆破工藝，數(shù)碼電子雷管因成套材料單價與使用毫秒雷管相比，差距較大，掘進火工材料方面需增加571.54 元/m，火工成本增加明顯，詳見表2。

表2 楔型掏槽火工材料成本分析表

3 中深孔直眼掏槽爆破工藝在礦山掘進中的應(yīng)用

3.1 采用中深孔直眼掏槽爆破試驗?zāi)繕撕腿蝿?wù)

針對楔型掏槽爆破工藝存在雷管消耗量較大及使用數(shù)碼電子雷管造成掘進成本增加明顯，福建煤電股份有限公司在分析了2 座礦井巖石特征后，成立了“中深孔爆破課研小組”，在生產(chǎn)礦井中開展中深孔直眼掏槽爆破技術(shù)試驗。

中深孔直眼掏槽技術(shù)試驗方案主要以優(yōu)化掏槽眼的布置及裝藥結(jié)構(gòu)為主。制定單循環(huán)進尺提高至1.5 m 以上，單循環(huán)雷管消耗控制在20 發(fā)/m 以下，單進水平（二班制）提高到80～85 m/（面·月）的目標。在中深孔爆破工藝達到預(yù)期效果后再在全公司所有工作面推廣應(yīng)用，實現(xiàn)節(jié)支降本的目的。

3.2 2 種中深孔直眼掏槽試驗方案比較

3.2.1 圓筒型中深孔直眼掏槽

（1）炮眼布置方式。采用圓筒型中深孔直眼掏槽形式布置，中間1 個掏心眼與周邊空眼（共6 個）眼距100 mm，直線平行布置，掏槽眼眼深2.0 m。輔助眼間距550 mm 均勻布置在周邊眼與掏槽眼之間，眼深1.8 m；周邊眼間距450 mm 均勻布置在巷道輪廓線上，眼深1.8 m；周邊眼、輔助眼與巷道軸線平行；底眼間距550 mm（拱形巷道底眼間距610 mm），均勻布置在底板線0.15 m 以上，下俯角5°～10°。炮眼布置詳見圖1。

圖1 圓筒型炮眼圖（單位：mm）

（2）裝藥結(jié)構(gòu)及參數(shù)。使用二級煤礦許用乳化炸藥（單卷240 g），裝藥時中間1 個掏心眼裝藥，另6 個空眼不裝藥，4 個菱型掏槽眼裝藥。使用數(shù)碼電子電雷管進行爆破，依次為掏心眼及掏槽眼2 段、輔助眼3 段、周邊眼4 段、底眼及水溝眼5 段。采用反向裝藥結(jié)構(gòu)，并聯(lián)方式，各炮眼用炮泥封滿，爆破參數(shù)見表3。

表3 圓筒型中深孔直眼掏槽爆破參數(shù)表

（3）爆破效果。采用圓筒型中深孔直眼掏槽進行爆破，炮眼利用率可達到90%，矸石破碎程度較均勻，巷道成型控制效果良好。爆破效果見表4。

表4 圓筒型中深孔直眼掏槽爆破效果

（4）圓筒型中深孔直眼掏槽火工材料成本。采用圓筒型中深孔爆破工藝，主要是把中下部掏槽眼布置方式改為圓筒型布置，對裝藥結(jié)構(gòu)也相應(yīng)進行了調(diào)整。爆破后炮眼利用率及單循環(huán)進尺提高明顯。經(jīng)計算，火工材料成本為552.66 元/m，比楔型掏槽形式節(jié)約了346.58 元/m，詳見表5。

表5 圓筒型中深孔直眼掏槽火工材料成本分析表

3.2.2 矩陣型中深孔直眼掏槽

（1）炮眼布置方式。采用直眼掏槽形式，矩陣型布置，中間1 個掏心眼與周邊呈矩型空眼（共8 個）眼距100 mm，直線平行布置，掏槽眼眼深2.3 m。輔助眼間距400 mm，均勻布置在周邊眼與掏槽眼之間，眼深2.1 m；周邊眼間距500 mm，均勻布置在巷道輪廓線上，眼深2.1 m；周邊眼、輔助眼與巷道軸線平行；底眼間距550 mm（拱形巷道底眼間距680 mm），均勻布置在底板線0.15 m 以上，下俯角5°～10°。炮眼布置詳見圖2。

圖2 矩陣型炮眼布置圖（單位：mm）

（2）裝藥結(jié)構(gòu)。使用二級煤礦許用乳化炸藥（單卷240 g），裝藥時中間1 個掏心眼裝藥，另8 個空眼不裝藥，4 個菱型掏槽眼裝藥。使用數(shù)碼電雷管進行爆破，依次為掏心眼及掏槽眼2 段、輔助眼3 段、周邊眼4 段、底眼及水溝眼5 段。采用反向裝藥結(jié)構(gòu)，各炮眼用炮泥封滿，爆破參數(shù)見表6。

表6 矩陣型中深孔直眼掏槽爆破參數(shù)表

（3）爆破效果。采用矩陣型中深孔直眼掏槽進行爆破，矸石破碎程度中等，周邊眼與輔助眼的爆破效果較差，巷道成型與圓筒型布置對比相對較差。爆破效果見表7。

表7 矩陣型中深孔直眼掏槽爆破效果

（4）矩陣型中深孔直眼掏槽火工材料成本。采用矩陣型中深孔直眼掏槽爆破后炮眼利用率為85.7%，火工耗材比圓筒型節(jié)省16.97 元/m，與楔型掏槽布置相比節(jié)約了363.55 元/m，詳見表8。

3.3 中深孔直眼掏槽爆破試驗取得的成效

試驗的2 種中深孔直眼掏槽炮眼布置方式，單循環(huán)進尺均可提高至1.6 m 以上，單循環(huán)雷管消耗量基本控制在16～18 發(fā)/m 之間，單進水平（二班制）提高到85 m 左右，火工材料比采用楔型掏槽爆破工藝節(jié)約340 元/m 以上。

矩陣型中深孔直眼掏槽存在的主要問題是打眼個數(shù)及眼深增加，單循環(huán)打眼時間較長，人員作業(yè)強度較大。綜合2 種方案進行比較，圓筒型布置優(yōu)勢比較明顯。

4 使用中深孔直眼掏槽爆破注意事項

4.1 畫好輪廓線提高炮眼質(zhì)量

打眼前首先按中腰線先畫出巷道的輪廊線，按炮眼布置圖事先布好眼，打眼時控制好炮眼的角度和方向，這一步驟的準確性對于后續(xù)的爆破作業(yè)至關(guān)重要［2］。根據(jù)炮眼布置圖，嚴格控制炮眼的角度和方向，打眼的過程在掏心眼插1 根長鉆桿做為施工空眼的參照物，確保空眼的距離和角度符合設(shè)計要求。通過精確布置炮眼，可以使爆破能夠充分發(fā)揮作用，達到設(shè)計要求。

4.2 視圍巖情況適當增減裝藥量

裝藥量要根據(jù)現(xiàn)場實際施工時的圍巖軟硬程度及地質(zhì)條件變化情況，適當增減裝藥量，以達到最佳爆破效果。

裝藥量的調(diào)整是爆破作業(yè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實際施工中，煤巖的軟硬程度和地質(zhì)條件會發(fā)生變化。因此，需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當增減裝藥量，以達到最佳爆破效果。對于軟煤或軟巖層，適當增加裝藥量可以增強爆破效果；而對于硬煤或硬巖層，適當減少裝藥量可以避免過度破碎［3］。通過靈活調(diào)整裝藥量，可以在爆破作業(yè)中最大限度地提高爆破效率和安全性。

4.3 防倒棚調(diào)整炮眼的布置方式

為防止倒棚，梯形支架巷道的掏心眼和掏槽眼布置位置適當放低（掏心眼布置在底板上約1 m 左右處）［4］。這樣的設(shè)計可以有效地增加巷道的穩(wěn)定性，防止在爆破過程中出現(xiàn)巷道倒塌，確保施工的順利進行和人員的安全。

5 結(jié)語

福建煤電股份有限公司試驗的2 種中深孔直眼掏槽爆破技術(shù)試驗取得了良好的效果，對提高單循環(huán)進尺、降低雷管消耗量等指標完成較好。在當前使用數(shù)碼電子電雷管成為必然的趨勢之下，可有效解決因數(shù)碼電子雷管單價增加帶來的掘進成本增加的難題。在今后的礦山掘進生產(chǎn)過程中如何持續(xù)做好新產(chǎn)品新工藝使用帶來新的問題，還需組織生產(chǎn)技術(shù)人員針對不同巖性、不同斷面掘進等選擇合理的炮眼布置方式開展相應(yīng)的技術(shù)研究，從經(jīng)濟角度加以分析、比較、優(yōu)化，為礦山可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。