巖巷掘進(jìn)爆破技術(shù)措施

劉新

（恒源煤電五溝煤礦開拓事業(yè)部，安徽 淮北 235000）

掘進(jìn)工作面巷道掘進(jìn)爆破的特點是巷道寬度小,自由面少,巖石所受夾制作用強(qiáng)。而現(xiàn)場施工的不規(guī)范，不僅影響了巷道掘進(jìn)的速度,增加了出矸量和支護(hù)材料消耗,也降低了巷道的穩(wěn)定性和安全性。因此，如何提高爆破效率、改善爆破效果、增加進(jìn)尺、保證成型,是巖巷掘進(jìn)爆破工作中應(yīng)解決的主要問題。

1 炮眼深度

影響炮眼深度的因素主要有：巖石性質(zhì)、鉆眼機(jī)械、循環(huán)作業(yè)方式、炸藥威力等，在選擇炮眼深度時應(yīng)綜合考慮。

1.1 根據(jù)鉆眼機(jī)械確定

合理的炮眼深度應(yīng)與鉆眼機(jī)械相適應(yīng)，即合理的炮眼深度要保證鉆眼時有較高的鉆眼速度。有資料表明：對于普通的氣腿式鑿巖機(jī)（如常用的7655 型和YT-24 型），在相同的鑿巖條件下，采用同一根釬子鉆眼，每增加1m 炮眼，其鉆眼速度就下降4%～10%，且隨著鉆眼深度的增加，鉆眼速度就下降得越快。特別當(dāng)炮眼深度超過3.0m時，由于釬子重量增加，使克服釬子彈性變形的沖擊功增大，排粉難度也增大；其次釬桿與眼壁間摩擦阻力增大，能量消耗增加；再者人工拔釬也相當(dāng)困難。

1.2 根據(jù)循環(huán)作業(yè)方式確定

合理的炮眼深度應(yīng)與循環(huán)作業(yè)方式想適應(yīng)，即合理的炮眼深度應(yīng)能保證每班或圓班完成整循環(huán)，保證實現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)，這樣，每班工作任務(wù)明確，便于組織和管理，配合錨噴支護(hù)及其掘支作業(yè)方式，在合理的炮眼深度內(nèi)，力爭達(dá)到一班多循環(huán)或中深孔爆破一班一循環(huán)。

1.3 根據(jù)單位工時消耗確定

據(jù)我們長期研究和現(xiàn)場經(jīng)驗，當(dāng)炮眼深度變化時，各主要工序，如鉆眼爆破（包括鉆眼、裝藥、聯(lián)線、放炮等）、裝運(yùn)巖石、臨時支護(hù)和永久支護(hù)、鋪設(shè)軌道等，其純的單位工時消耗量基本保持不變，但各種轉(zhuǎn)換工序和各種輔助工序，如交接班、鉆眼準(zhǔn)備、工作面清整、放炮前撤人撤物、通風(fēng)排煙、安全檢查等的單位工時消耗量卻隨著炮眼深度的增加而明顯減少。

2 掏槽爆破

決定掘進(jìn)進(jìn)尺的關(guān)鍵是掏槽爆破。要提高炮眼利用率，就應(yīng)首先選擇合理的掏槽形式和掏槽參數(shù)。

2.1 掏槽形式

在目前淺眼多循環(huán)的巷道掘進(jìn)爆破中，最常用的掏槽形式是垂直楔形掏槽。而中深孔爆破時垂直楔形掏槽的應(yīng)用就受到了巷道斷面寬度的限制，多采用直眼掏槽。直眼掏槽的形式有多種，較為常見的有菱形掏槽、角柱掏槽、螺旋掏槽等多種。各種掏槽形式的共同特點是利用數(shù)量不等的平行空眼作為首爆裝藥眼的輔助自由面和破碎巖石的膨脹補(bǔ)償空間。

目前較為有效的中深孔爆破直眼掏槽方式是階段直眼掏槽和孔內(nèi)分段直眼掏槽。前者是將掏槽眼深度分成若干段（多為兩段）不同掏槽眼的眼底位于不同的平面上，按由淺入深的順序分階段進(jìn)行掏槽。后者則是在掏槽裝藥炮眼內(nèi)實施上下兩分段，分段裝藥間以一定長度的炮泥相隔，由外向內(nèi)順序起爆。研究結(jié)果表明這兩種掏槽方式可增大槽腔體積，提高掏槽深度，拋擲作用小，爆堆集中，利于裝巖。對于堅固性較高（f>8～10）的堅硬巖石，當(dāng)巷道斷面較大時，除采用以上兩種分段直眼掏槽外，直眼和斜眼復(fù)合式掏槽（線形和垂直楔形、菱形和垂直楔形復(fù)合）也不失為一種較好的掏槽方式。

2.2 掏槽參數(shù)

2.2.1 炮眼間距

斜眼楔形掏槽參數(shù)多由經(jīng)驗確定。筆者認(rèn)為，掏槽爆破主要是利用裝藥爆炸后巖石中產(chǎn)生的破碎破裂作用，因此對于直眼掏槽，要保證槽腔內(nèi)巖石充分破裂破壞，掏槽炮眼就應(yīng)布置在破裂區(qū)內(nèi)，即a＜R k，a 為槽孔間距，R K 為破裂區(qū)半徑。

2.2.2 炮眼裝藥量

據(jù)掏槽爆破要求，裝藥爆后要將槽腔內(nèi)巖石充分破碎并拋出，因此，裝藥量較其它炮孔要大，且不同種類的巖石裝藥量有變。

3 光面爆破

較好的光面爆破效果是保證巷道成型規(guī)整、減少周邊圍巖破壞的關(guān)鍵。巖巷掘進(jìn)均應(yīng)采取周邊光面爆破技術(shù)。

3.1 光爆原理

光爆的實質(zhì)，是在井巷掘進(jìn)設(shè)計斷面的輪廓線上布置間距較、相互平行的炮眼，控制每個炮眼的裝藥量，選用低密度和低爆速的炸藥，采用不耦合裝藥，同時起爆，使炸藥的爆炸作用剛好產(chǎn)生炮眼連線上的貫通裂縫，并沿革炮眼的連線——井巷輪廓線，將巖石崩落下來。

3.2 光爆參數(shù)

3.2.1 炮眼深度。炮眼深度的確定取決于巖石的性質(zhì)、鉆眼機(jī)具、循環(huán)作業(yè)方式、炸藥的類別等，在選擇炮眼深度時應(yīng)綜合考慮。

3.2.2 鉆眼機(jī)具。合理的炮眼深度應(yīng)與鉆眼機(jī)具相適應(yīng)，即合理的炮眼深度要保證鉆眼有較高的鉆眼速度。研究表明：對于普通的氣腿式鑿巖機(jī)在相同的鑿巖條件下，采用同一根釬子鉆眼，每增加1m 炮眼，其鉆眼速度經(jīng)下降4%～10%，且隨著深度的增加鉆眼速度就下降得越快。特別當(dāng)炮眼深度超過3.0m時，鉆眼速度僅有0.5m的31%，由于釬子重量增加，使克服釬子彈性變形的沖擊力增加，排巖粉難度也增加；其次釬桿與眼壁間摩擦阻力增大，并且人工拔釬也有相當(dāng)大的難度，因此，是使用普通氣腿式鑿巖機(jī)，炮眼深度宜控制在2.5m 以內(nèi)；如果采用鑿巖臺車，可以克服上述缺點，炮眼深度可達(dá)3.5～4.0m，對于巷道掘進(jìn)中深孔爆破非常有利。

3.2.3 循環(huán)作業(yè)方式。合理的炮眼深度應(yīng)與循環(huán)作業(yè)方式相適應(yīng)，即合理的炮眼深度應(yīng)能保證每班或圓班完成完整循環(huán)，保證實施正規(guī)循環(huán)作業(yè)，這樣，每班工作任務(wù)明確，便于組織和管理，配合錨網(wǎng)噴支護(hù)及其掘支作業(yè)方式，在合理的炮眼深度內(nèi)，力爭達(dá)到一班多循環(huán)或中深孔爆破一班一循環(huán)。

3.2.4 其他因素。巷道斷面大小、巷道迎頭巖性、地質(zhì)構(gòu)造等也對炮眼深度的確定有著很大的影響，甚至有著決定作用。斷面太小，圍巖對爆破的夾制太大，不適合用中深孔爆破，巖石不易被拋出并且對圍巖損傷較大；迎頭巖性差時宜采用小炮掘進(jìn)；有地質(zhì)構(gòu)造時，宜用小炮，采取特殊方式爆破。

3.3 不耦合系數(shù)。不耦合系數(shù)選取的原則是使作用在孔壁上的壓力低于巖石的抗壓強(qiáng)度，而高于抗拉強(qiáng)度。不耦合系數(shù)Kd 式中：

ρ0 和D-炸藥的密度和爆速；db 和dc-炮孔直徑和裝藥直徑；Kb-體積應(yīng)力狀態(tài)下的巖石抗壓強(qiáng)度增大系數(shù)；n-壓力增大系數(shù)；σc-巖石單軸卡呀強(qiáng)度

不耦合系數(shù)的大小因炸藥和巖性不同，一般取在1.5～2.5。

3.4 炮眼間距 合適的間距應(yīng)使炮眼間形成貫通裂縫。綜合考慮爆炸應(yīng)力波和爆生氣體在貫通裂隙形成過程中的作用，光爆周邊眼間距與其最小抵抗線存在著如下比例關(guān)系：

K=E/W 式中：

K-炮眼密集系數(shù)，一般為0.6～1.0 巖石堅硬時取大值，巖石軟時取小值。

E-周邊眼間距，一般去400～600mm。

W-最小抵抗線

3.5 起爆時差。周邊眼同時起爆時，炮眼間的貫穿裂縫形成較早，一旦裂縫形成，使其周圍巖體內(nèi)的應(yīng)力下降，從而抑制了其他方向的裂縫形成和擴(kuò)展，若周邊眼起爆時差超過0.1s，各炮眼就如同單獨起爆一樣炮眼周圍將產(chǎn)生較多的裂縫，并形成凸凹不平的壁面。因此，在光面爆破中應(yīng)盡可能減小周邊眼爆破的起爆時差。周邊眼與其相鄰炮眼的起爆時差隊爆破效果的影響也很大。如果起爆時差選擇合理，可獲得料號的光爆效果。理想的起爆時差應(yīng)該使先發(fā)爆破的巖石應(yīng)力作用尚未完全消失，且?guī)r體剛開始斷裂移動時，后發(fā)爆破立即起爆。在這種狀態(tài)下，既為后發(fā)爆破創(chuàng)造了自由面，又能造成應(yīng)力疊加，發(fā)揮微差爆破的優(yōu)勢。時間證明，起爆時差隨炮眼深度的不同而不同，炮眼愈深，起爆的時差應(yīng)愈大，一般在50ms～100ms。

3.6 光爆施工

為了保證光爆的良好效果，除了根據(jù)巖層條件、工程要求正確選擇光爆參數(shù)外，精確的鉆眼也是極為重要的，是保證光爆質(zhì)量的前提。

4 結(jié)束語

解決好巖巷中深孔光面爆破設(shè)計及施工中的若干技術(shù)問題，是保證有較高的炮眼利用率、較規(guī)整的周邊成型、較均勻的爆破塊度的技術(shù)關(guān)鍵。

[1]《爆破安全規(guī)程》GB6722-86.