地下礦山工程井巷掘進爆破技術(shù)探究

張健 張波

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

作者簡介：張?。?988—），男，本科，工程師，研究方向為礦山建設與開采。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-8880

摘 ?要：掘進爆破是地下礦山工程開采的重要一環(huán)，爆破技術(shù)的應用效果直接關乎地下礦山工程井巷開采效益。因此，簡單介紹了地下礦山工程井巷開采背景，以深孔控制預裂爆破技術(shù)為例，提出了地下礦山工程井巷掘進爆破技術(shù)方案，并對地下礦山工程井巷掘進爆破技術(shù)實踐要點進行了進一步探究，希望為掘進爆破技術(shù)在地下礦山工程井巷中的有效應用提供一些參考。

關鍵詞：地下礦山工程??井巷掘進??深孔控制預裂爆破??技術(shù)分析

中圖分類號：TD23

在國家地下礦山開采工程大規(guī)模推進的21世紀，井巷掘進爆破被廣泛應用到基礎作業(yè)中。在地下礦山工程中，井巷掘進爆破技術(shù)的類型選擇與應用參數(shù)，直接關乎開采成本與作業(yè)效率。因此，綜合考慮巖體破碎要求、周邊圍巖損害控制要求與掘進要求，探究地下礦山工程井巷掘進爆破技術(shù)具有非常重要的意義。

1 ?地下礦山工程井巷掘進背景

某地下礦山工程井巷設計斷面為U形，凈高3.6 m，寬5.2 m。井巷直接頂板為石灰?guī)r，巖層厚度6.89 m，質(zhì)密。直接底板為鋁土質(zhì)泥巖夾雜砂質(zhì)泥巖，厚度為0.98～8.90 m。工程軌道下山下部車場由礦鉆機隊鉆設前探孔、測壓孔，前探孔開孔位置為巷道迎頭中頂板下2.6 m、1.2 m，測壓孔開孔位置為巷道東幫迎頭后3.2 m、底板上1.5 m，以及巷道西幫迎頭后1.6 m、底板上1.3 m。測壓管孔內(nèi)設置2趟管路，管路內(nèi)放入4分注漿鋼管，側(cè)壓管長度為24 m，在測壓管前端3.0 m位置測量，得到氣體流量最大值為120 mL/s，突涌風險較大[1]。

2 ?地下礦山工程井巷掘進爆破技術(shù)方案

2.1 ?鉆孔方案

2.1.1 ?抽采鉆孔

根據(jù)軌道大巷情況，在進入礦層前10 m位置，沿掘進巷道兩幫分別設置1個鉆孔場地。抽采鉆孔分上、下兩層布置，巷道兩幫鉆孔場地內(nèi)抽采孔數(shù)量共20個（鉆孔布置參數(shù)如表1所示），孔徑小于等于95 mm，抽采鉆孔終孔位于巷道輪廓線外12 m范圍內(nèi)。

根據(jù)表1參數(shù)布置抽放孔，進一步降低氣體壓力釋放潛能，促使地應力下降，礦物層透氣性系數(shù)上升，降低礦物層內(nèi)氣體突涌風險[2]。

2.1.2爆破鉆孔

在井巷掘進工作面中心點，迎頭布置1個爆破孔，鉆孔方向即礦層傾角，取5°，鉆孔孔徑為95 mm，最大孔長50 m。同時，根據(jù)地下礦山工程井巷設計斷面，在斷面上布置10個φ93 mm爆破孔，爆破孔參數(shù)見表2。

2.1.3 注漿孔布置

根據(jù)地下礦山工程傾角大、礦物層松軟的特點，在11個爆破孔爆破、20個抽放孔抽放完畢后，鉆設注漿孔，完成超前支護，避免揭露礦物層時巷道頂部礦物層冒落形成大面積冒頂。注漿孔沿巷道頂板布置，分上下兩層，上層、下層法向距離為1。其中上層注漿孔數(shù)量為4個，孔深為穿越巖層進入礦物層1 m以上，孔內(nèi)放入閥管；下層注漿孔數(shù)量為8個，孔深為穿越礦物層、頂板巖層1 m，鉆孔內(nèi)布置閥管。

2.2 爆破方案

地下礦山工程井巷掘進爆破方案包括裝填炸藥、封孔、起爆幾個環(huán)節(jié)。

技術(shù)人員可先分析巷道技術(shù)特征和地質(zhì)條件，再配置基礎材料，包括放炮膠質(zhì)線、深孔預裂爆破專用藥管、專用炮泥（粒度小于5 mm，略潮濕，具有一定流動性）。同時準備1臺封孔器（輸泥機含膠管）、1臺大功率放炮器等。在設備材料準備完畢后，有序裝填炸藥、封孔，聯(lián)網(wǎng)起爆[3]。

3 ?地下礦山工程井巷掘進爆破技術(shù)實踐要點

3.1 鉆設孔洞

根據(jù)地下礦山工程現(xiàn)場條件，先后實施抽采孔洞鉆設、兩幫壓風孔洞鉆設、加水孔洞鉆設。同時借助專用探孔塑料管進行成孔實際深度檢查，確定鉆機穿越巖層進入礦物層后，更換鉆桿并記錄巖石段鉆孔深度。

在穿越礦物層后，記錄所穿越礦物層段孔深，判定裝藥長度。每完成一個抽采孔洞鉆設，第一時間開展核查抽采，并全程監(jiān)測瓦斯抽采流量。若鉆孔期間遇孔洞坍塌，第一時間開展壓風處理，配合探孔塑料管，清掃長鉆孔，確保長鉆孔內(nèi)無碎屑殘渣。

在最后一個抽采孔洞鉆設完畢后，利用同樣的方法，進行主爆破孔鉆設。

3.2 裝填炸藥

在確定孔洞內(nèi)無碎屑殘渣的前提下，準備φ63 mm藥柱，在藥柱內(nèi)絲蓋中心鉆孔，孔徑為16 mm。

藥柱內(nèi)絲蓋中心鉆孔后，借助自黏性膠帶，黏結(jié)2段毫秒延期電雷管（發(fā)腳線長度為20 cm）、銅芯電線接線位置。隨后利用PVC膠帶（阻燃表面抗靜電PVC）密封接線，控制接頭位置短路、斷路風險。

在接頭密封的基礎上，向藥柱內(nèi)插入雙雷管起爆頭。在制作的炮頭內(nèi)，利用不耦合正向裝藥方法，裝填專用爆破炸藥（威力大于250 mL，猛度大于10 mm，殉爆大于3 cm，裝藥密度1 090～1 150 kg/m3），炸藥外徑為63 mm，裝藥長度為鉆孔長度減去封孔長度（10 m）。每一個藥柱管之間利用螺紋連接為一個整體，逐管對接，母線附著于管壁側(cè)面并經(jīng)膠帶固定，規(guī)避藥柱管與孔壁摩擦引發(fā)雷管腳線、母線脫落事故。裝藥結(jié)構(gòu)見圖1。

根據(jù)圖1，考慮含礦物層與普通巖層地質(zhì)條件存在差異，在含礦物層中爆破時，需考慮其成孔性，在孔深達到一定長度時，成孔性較差，裝藥難度較大，無法保證爆破效果?；诖?，可將專門制作的傳爆體（爆速6 500～7 500 m/s）插入炸藥內(nèi)，消除管道效應，促使不耦合裝藥可靠傳爆，提高藥柱有效起爆長度，促使炸藥爆炸后有毒氣體含量小于100 L/kg，可燃氣安全度超出400 g（以半數(shù)引火量計）。

裝填炸藥后，利用粒度小于5 mm的專用封孔黃泥密封藥柱內(nèi)炸藥，覆蓋堵頭，確保壓風超出0.4 MPa，且封孔長度超出10 m，完成炮頭制作。封孔時，經(jīng)進風管道接入輸泥機，輸泥機、裝有雷管引藥之間經(jīng)輸泥皮管相連，輸泥皮管下方為雷管引出線，經(jīng)輸泥皮管有序輸送封孔黃泥。因輸泥機主體為倒圓錐狀罐體，罐體頂部封閉，中間設加料口，加料口下鉸鏈連接封堵門。罐體底部設置出口及出料閥，出料閥經(jīng)三通連接封孔送料管，三通接頭的剩余管口連接進水管進水閥門，黃泥土在出料閥門位置與水混合后進入輸泥皮管噴出。罐體上部設進風閥門與進風管、卸壓閥門，確保黃泥土輸送流暢不堵塞，從源頭規(guī)避炸藥爆炸能量時爆轟氣體噴射出孔洞問題[4]。

3.3 起爆操作

確認起爆條件滿足后，指派專人起爆。起爆方式為爆破孔外2發(fā)雷管膠質(zhì)線并聯(lián)，借助1臺大功率放炮器執(zhí)行遠距離放炮，11個孔間串聯(lián)網(wǎng)路起爆。放炮30 min后，由救護隊進入巷道掘進頭檢查，排除險情，確定巷道掘進頭處于正常狀態(tài)，并測量巷道風流中風量、氣體濃度。整個過程中，應保證進風風流穩(wěn)定，回風獨立，且全部進回風之間的反向風門間距超出4 m，內(nèi)墻嵌入風筒，滿足防逆流要求[5]。

第一次完成爆破后，進行實際爆破長度測量，判定掘進爆破效果，為下一次爆破提供依據(jù)。在爆破后掘進到爆破孔底5 m時，重復爆破操作，繼續(xù)掘進，直至消除區(qū)域突出風險。在爆破孔成孔較佳無塌孔情況下，進一步增加爆破孔長度，控制爆破孔長度低于60 m，為地下礦山工程井巷掘進速度提升提供良好條件。

根據(jù)案述煤礦軌道下山層實施深孔預裂爆破情況，卸壓增透效果明顯。深孔預裂爆破前，氣體流量最大值為120 mL/s，含礦物層透氣性系數(shù)為0.106 m2/MPa2·d。深孔預裂爆破后，爆破孔周邊礦物體出現(xiàn)大量縱向裂紋，與礦物中發(fā)育較佳層理結(jié)構(gòu)形成縱橫交錯的裂隙網(wǎng)絡，含礦物層透氣性系數(shù)為1.895 m2/MPa2·d，增加到以往的17.9倍，掘進速度加快，日進尺達到4.5 m，滿足計劃要求。

4 ?結(jié)語

綜上所述，深孔控制預裂爆破技術(shù)可以有效卸除地應力，增加鉆孔周邊礦體裂隙，縮短礦層有害氣體預抽時間，提高生產(chǎn)效率。因此，地下礦山工程開采應以深孔控制預裂爆破機理為基礎，確定深孔控制預裂爆破參數(shù)的最優(yōu)方案。同時根據(jù)工作面實際情況，有序開展深孔控制預裂爆破技術(shù)實踐，確保深孔控制預裂爆破技術(shù)優(yōu)勢的充分發(fā)揮。

參考文獻

[1]張陽，王利軍，陳國瑞，等.現(xiàn)場混裝乳化炸藥在地下鐵礦的爆破漏斗試驗及應用[J].工程爆破，2023，29（3）：80-84.

[2]馮朝會.成莊礦深孔預裂爆破切頂卸壓護巷技術(shù)研究[J].山西冶金，2023，46（9）：218-220.

[3]王立偉.建新煤業(yè)厚硬頂板深孔預裂爆破控制技術(shù)研究與應用[J].山東煤炭科技，2023，41（8）：62-65.

[4]夏方順.煤礦巖巷掘進爆破參數(shù)優(yōu)化及應用研究[D].廊坊：華北科技學院，2021.

[5]郭闖.硬巖巷道高效掘進爆破技術(shù)探究[J].能源與節(jié)能，2021（3）：133-134，137.