關(guān)于煤礦下山巷道掘進(jìn)全斷面一次爆破若干技術(shù)問(wèn)題研究

馬宏偉，王夢(mèng)想，宗 琦，汪海波

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001)

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關(guān)于煤礦下山巷道掘進(jìn)全斷面一次爆破若干技術(shù)問(wèn)題研究

馬宏偉，王夢(mèng)想，宗 琦，汪海波

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001)

為解決煤礦下山巷道掘進(jìn)全斷面爆破中普遍存在的炮眼利用率低、巷道成型差、拖底現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題。在分析其形成原因的基礎(chǔ)上，提出宜采用的技術(shù)措施，包括優(yōu)選楔形掏槽方式，增加中心拋渣直眼，優(yōu)化爆破參數(shù)，有選擇的采用較大直徑的炮眼和藥卷，周邊眼采用水墊層不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，設(shè)置兩排底眼，即增加一排用于拋擲巖石的拋渣眼，以及合理安排起爆順序，采用反向起爆技術(shù)，加強(qiáng)炮孔堵塞，使用鐵套管防淤等?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況證明了所研究提出的施工技術(shù)和工藝的合理性和實(shí)用性。

煤礦下山巷道；全斷面一次爆破；楔形拋渣掏槽技術(shù)；水墊層裝藥；拋渣眼

下山是在煤礦巖石巷道中僅次于平巷的一大類(lèi)巷道群體，且多聚集在采區(qū)，是采煤的必要通道，因此，提高下山巷道掘進(jìn)速度對(duì)保證采區(qū)的正常接續(xù)具有非常重要的意義。然而，目前我國(guó)煤礦巖石下山巷道掘進(jìn)速度和質(zhì)量還不盡人意，本文試圖就煤礦下山巷道掘進(jìn)全斷面一次爆破施工中存在的若干技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行分析研究，以求提出適宜的改進(jìn)措施。

1 存在的問(wèn)題及分析

1.1 存在的問(wèn)題

1) 掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺低，炮眼利用率低。目前國(guó)內(nèi)煤礦巖石下山巷道施工仍較多采用淺眼爆破作業(yè)方式，眼深1.6～1.8 m，平均炮眼利用率60%～80%，平均循環(huán)進(jìn)尺1.2～1.4 m，月進(jìn)尺平均只有60 m左右。即使是采用2.0～2.2 m的中深孔爆破，效果也普遍較差。巖石較軟時(shí)，進(jìn)尺能達(dá)到1.5 m左右，巖石硬度達(dá)到f=8以上時(shí)，單炮進(jìn)尺減少到1.2m左右，甚至更低[1-5]。

2) 拖底現(xiàn)象嚴(yán)重。拖底是下山掘進(jìn)普遍存在的現(xiàn)象，拖底造成巷道底板高度不夠，巷道斷面越來(lái)越小，且底眼抵抗線變大，容易出現(xiàn)拒爆和落炮事故。拖底高度少的0.5～0.8 m，多的可達(dá)1.0 m以上，需要二次爆破起底[4-8]。

3) 巷道周邊成型質(zhì)量不高。除拖底外，巷道拱部超挖現(xiàn)象頻現(xiàn)，甚至巷道上漂，嚴(yán)重影響了巷道成型質(zhì)量和施工安全。

1.2 原因分析

造成以上問(wèn)題的原因是多方面的，有技術(shù)方面的，也有施工方面的，現(xiàn)分析如下：

1) 掏槽爆破效果差。掏槽方式和掏槽眼的布置位置不合理是掏槽效率低的主要原因，如平巷施工一樣，現(xiàn)場(chǎng)也較多采用普通楔形掏槽，掏槽眼的位置一般布置在巷道的中下部，且掏槽眼(尤其是下面一對(duì)槽眼)和崩落眼一樣順巷道下扎，改變了楔形掏槽的爆破破巖作用，降低了掏槽效率，且不利于拋渣。

2) 爆破材料使用受限，煤礦井下只能采用與煤礦瓦斯等級(jí)相對(duì)應(yīng)的煤礦許用炸藥和1～5段毫秒延期電雷管。目前，主要是三級(jí)煤礦許用炸藥(三級(jí)煤礦水膠或三級(jí)煤礦乳化炸藥)，炸藥爆破威力低，破巖能力弱，對(duì)于較為堅(jiān)硬的巖石更為明顯；雷管段別不夠，在中小掘進(jìn)斷面尚能實(shí)現(xiàn)全斷面一次爆破，而對(duì)于較大的掘進(jìn)斷面時(shí)，就影響了爆破效果，特別是段數(shù)少，起爆順序不合理，影響底眼拋渣；再者25 ms的延遲時(shí)間明顯不合理，特別是掏槽眼與緊隨掏槽眼起爆的輔助眼間的延遲時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，以便能充分利用掏槽爆破產(chǎn)生的新自由面。即輔助眼或第一排崩落眼應(yīng)在槽腔內(nèi)巖石充分破碎并拋出、形成槽洞后再起爆[9]。

3) 周邊光面爆破技術(shù)應(yīng)用不好。一是周邊眼打眼不規(guī)范，質(zhì)量不高，眼底多超過(guò)巷道輪廓線，外扎現(xiàn)象嚴(yán)重，且外扎角度不一，眼底不在同一水平面，光爆層厚度(即周邊眼最小抵抗線)前后不同，還有周邊眼間距控制不嚴(yán)等；二是裝藥參數(shù)和裝藥結(jié)構(gòu)不合理，通常，因懼怕欠挖，周邊眼都是過(guò)量裝藥，且集中在炮眼底部，不采用軸向不耦合裝藥結(jié)構(gòu)等。

4) 拖底的主要原因：① 底眼設(shè)計(jì)不合理。多數(shù)情況僅設(shè)一排底眼，且鉆鑿底眼時(shí)，下扎角度過(guò)大，導(dǎo)致底眼與相鄰炮眼的抵抗線過(guò)大，底眼炸藥的爆破作用難以克服巖石的抗爆阻力，留有殘根，即拖底；② 如若采用與崩落眼同樣的釬桿，由于下扎角度大，實(shí)際鉆眼深度淺，通常2.0 m左右的炮眼， 要小約200 mm， 因此破巖深度不夠而拖底； ③ 起爆順序不合理。一般的起爆順序都是掏槽眼、輔助眼、周邊眼，底眼為最下方一排炮眼，多為最后起爆的炮眼，這樣就減少了底眼的爆破自由面，容易造成底眼爆破負(fù)擔(dān)大，產(chǎn)生拖底現(xiàn)象。

5) 下山巷道工作面易積水，加劇了掘進(jìn)工作面環(huán)境惡劣程度。在松散膨脹巖層中，工作面將形成水泥漿，難以抽排徹底。同時(shí)，爆破后的矸石也堆在工作面，造成出渣困難、清理不干凈，清底時(shí)間長(zhǎng)，使得下茬炮底眼鉆孔很難到位；爆破后底板巖石破碎、易夾釬桿，或鉆出的炮眼易堵塞、難以徹底清孔，炸藥裝不進(jìn)等，造成爆破效果差，炮眼利用率低。底眼有積水時(shí)，裝藥時(shí)雷管腳線和炮泥在水中浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，腳線易受潮漏電、出現(xiàn)拒爆，炮泥也會(huì)變軟、失去了封口泥的作用，容易沖炮等，造成落底現(xiàn)象。

2 宜采用的技術(shù)措施

2.1 優(yōu)選掏槽方式

常用的掏槽形式有直眼掏槽和楔形掏槽，對(duì)于較大的斷面，楔形掏槽可以獲得較大的掏槽體積，應(yīng)優(yōu)先采用。根據(jù)巷道高度， 布置3～4對(duì)楔形傾斜槽眼， 為提高槽腔中巖石的爆破作用和破碎效果、加強(qiáng)拋擲作用， 可在楔形掏槽中間位置布置2～3個(gè)直眼，超深200 mm(即比掏槽眼深200 mm)，形成楔形斜眼和中心直眼復(fù)合的混合掏槽方式。為提高掏槽效果，中心直眼可采用分層裝藥結(jié)構(gòu)、兩段雷管起爆，即外層裝藥和楔形斜眼裝藥1段雷管起爆，內(nèi)層裝藥(每眼一卷)用2段雷管起爆，實(shí)現(xiàn)掏槽破碎巖石的拋擲，即拋渣。加深槽腔，為輔助眼、崩落眼爆破提供較好的自由面。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)研究后提出的底部集能裝藥掏槽爆破技術(shù)就十分有效[9-11]。

另外，在水平巷道掘進(jìn)時(shí)，為了防止矸石拋擲太遠(yuǎn)及鉆眼方便，一般將掏槽眼布置在巷道的中下部。而下山掘進(jìn)時(shí)，掏槽眼的位置可以適當(dāng)提高，可布置在巷道的中部或中上部，既鉆眼，也有利于拋渣。

2.2 優(yōu)化爆破參數(shù)

1) 炮眼深度。一是炮眼深度要與鉆眼機(jī)械相適應(yīng)，即合理的炮眼深度要保證鉆眼時(shí)有較高的鉆眼速度。普通氣腿式鑿巖機(jī)(如YT-27或YT-28)，炮眼深度一般不超過(guò)2.5 m(掏槽眼、底眼可2.6～2.8 m)。若采用大型鑿巖設(shè)備時(shí)(鑿巖臺(tái)車(chē)配重型鑿巖機(jī)，下山傾角較小時(shí)可用)或高效液壓鑿巖機(jī)時(shí)，眼深可達(dá)2.5～3.0 m。二是炮眼深度應(yīng)與所采用的循環(huán)作業(yè)方式相適應(yīng)，即合理的炮眼深度要保證當(dāng)班完成整循環(huán)，實(shí)現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)。此種情況下，各小班任務(wù)明確，有利現(xiàn)場(chǎng)組織和管理；同時(shí)與錨噴作業(yè)相配合，實(shí)現(xiàn)合理炮孔深度內(nèi)最高掘進(jìn)效率。

2) 炮眼直徑和藥卷直徑。較大的炮眼直徑，可采用較大直徑的藥卷，有利于炸藥爆轟時(shí)達(dá)到較高的爆速和穩(wěn)定性，爆炸能量相對(duì)集中，利于巖石的爆破破碎；特別對(duì)于堅(jiān)硬巖石，較大的裝藥直徑能增強(qiáng)巖石的爆破破碎和拋擲作用，提高爆破效率。但是，較大的炮眼直徑增加了鉆孔的難度、延長(zhǎng)了鉆孔時(shí)間，干擾循環(huán)作業(yè)時(shí)間。因此，可根據(jù)下山巷道實(shí)際情況選用炮眼直徑和裝藥直徑。一種較合理的方案為：掏槽眼采用較大直徑的炮眼和藥卷(如Φ40 mm釬頭配Φ35 mm藥卷)，增強(qiáng)掏槽眼爆破破巖能力、加大槽腔內(nèi)巖石的破碎和拋擲；底眼也可采用較大直徑炮眼和藥卷，以增強(qiáng)底眼爆破時(shí)的拋渣作用，減少拖底。其它炮孔采用較小的炮孔和藥卷(如Φ32 mm釬頭配Φ27～29 mm藥卷)，既提高掏槽效率，也不會(huì)過(guò)多地增加鉆孔時(shí)間，保證正常的循環(huán)作業(yè)。

3) 周邊眼、崩落眼爆破參數(shù)。周邊眼應(yīng)采用光面爆破技術(shù)，孔底可落在輪廓線外50～100 mm，且各炮眼需相互平行、深度一致。其中，頂眼間距可設(shè)計(jì)在350～400 mm，幫眼眼距400～450 mm。 周邊眼應(yīng)嚴(yán)格控制裝藥量(特別是頂眼)， 應(yīng)采用水墊層裝藥結(jié)構(gòu)， 即藥卷裝填至眼底， 接著裝若干個(gè)水炮泥， 然后用炮泥封實(shí)， 封堵長(zhǎng)度不小于300 mm。該裝藥結(jié)構(gòu)既可減緩爆炸沖擊壓力對(duì)孔壁周邊圍巖的破壞，又能實(shí)現(xiàn)炮孔全長(zhǎng)均勻爆破作用，避免眼底超挖和眼口欠挖，有利于提高光面爆破效果和巷道成型質(zhì)量。

崩落眼間距和排距宜控制在500～600 mm，并均勻布置，炮眼密集系數(shù)控制在0.8～1.2，最小抵抗線應(yīng)相同或相近。

4) 底眼設(shè)置。針對(duì)下山巷道底板(落底)現(xiàn)象，可在掏槽眼下設(shè)置兩排底眼：① 上排眼主要起到拋渣作用(可稱(chēng)為拋渣眼)，爆破后將其上部破碎的巖石盡可能地拋出工作面，以減輕下排眼爆破的負(fù)擔(dān)，提高底眼的爆破效率，避免留底現(xiàn)象發(fā)生。② 下排底眼為正常設(shè)計(jì)的巷道底部炮眼。

鉆眼時(shí)，上排底眼稍向下偏斜，下排底眼可以合理的傾角傾斜下扎，眼底可落在巷道底板下150～200 mm左右，兩排底眼眼口間距200 mm。下一排底眼應(yīng)比崩落眼深200 mm，兩排底眼都應(yīng)有較大的裝藥量，以加強(qiáng)底部破巖作用和拋渣效果，減少拖底。

2.3 合理安排起爆順序

堅(jiān)持充分利用自由面的原則：起爆時(shí)自巷道中心的掏槽眼開(kāi)始，依次層層向外起爆。同時(shí)起爆的輔助眼宜有相同或相接近的最小抵抗線；上排底眼(拋渣眼)一定要在下排底眼起爆前起爆，從而起到拋渣作用；周邊眼可以單獨(dú)起爆或與底眼同時(shí)起爆。具體起爆順序可設(shè)計(jì)為：掏槽眼→掏槽眼周?chē)妮o助眼→崩落眼→拋渣眼→周邊眼→底眼。

2.4 其他還需要注意的事項(xiàng)

1) 加強(qiáng)組織管理，嚴(yán)格控制打眼質(zhì)量。周邊眼要做到“平、齊、準(zhǔn)”，即炮眼平行、眼底位置一致、鉆眼位置和方向準(zhǔn)確；底眼開(kāi)眼盡量靠近底板、下扎角度不要過(guò)大。

2) 掏槽眼和拋渣眼宜采用連續(xù)裝藥反向起爆。為避免由于拒爆處理困難而帶來(lái)安全隱患，底眼應(yīng)采用連續(xù)裝藥，正向起爆；輔助眼可正向也可反向起爆，周邊眼宜采用水墊層軸向不耦合裝藥結(jié)構(gòu)。

3) 加大炮泥封堵長(zhǎng)度，提高炮泥的封堵質(zhì)量。

4) 及時(shí)排除工作面積水。打眼前，迎頭清渣到底，松散破碎的巖塊應(yīng)清理干凈，避免打眼成孔及裝藥困難。為防止巖渣淤堵炮眼，可用鐵皮加工成套管，鉆眼完成后即插入，裝藥后再提出。

5) 發(fā)現(xiàn)有拖底應(yīng)及時(shí)處理。

3 工程實(shí)例

3.1 基本情況

某煤礦一回風(fēng)下山巷道傾角16°，直墻半圓拱形，掘進(jìn)寬度4.1 m，掘進(jìn)高度3.55 m，掘進(jìn)斷面積12.75 m2。巷道穿過(guò)的巖石主要為砂質(zhì)泥巖，節(jié)理發(fā)育，中部有少量砂巖，堅(jiān)固性系數(shù)f=6～8。

3.2 爆破參數(shù)

采用YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)鉆眼，三級(jí)煤礦許用水膠炸藥，1～5段毫秒電雷管。根據(jù)實(shí)際施工條件和巖石情況，設(shè)計(jì)采用楔形掏槽，中心加拋渣直眼，同時(shí)采用較大直徑的炮眼和藥卷；周邊光面爆破，水墊層裝藥；兩排底眼，即專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一排拋渣眼；串并聯(lián)全斷面一次起爆。各類(lèi)炮眼的爆破參數(shù)如表1所示。

注：① 掏槽眼直徑40mm，藥卷Φ35mm×300mm×330g，其他炮眼直徑32mm，藥卷Φ27mm×430mm×310g。 ② 中心眼分層裝藥，400mm長(zhǎng)炮泥間隔，外部裝藥2卷，1段起爆；內(nèi)部裝藥1卷，2段起爆。

3.3 爆破效果

統(tǒng)計(jì)了30個(gè)掘進(jìn)循環(huán)，總進(jìn)尺53.8m，單循環(huán)進(jìn)尺基本上在1.8 m左右，平均循環(huán)進(jìn)尺1.79 m，循平均炮眼利用率為89.7%，在如此大角度下山施工中，炮眼利用率是相當(dāng)高的。拖底現(xiàn)象基本消除，巷道成型質(zhì)量好，巖石破碎均勻。另為防止底眼易淤，采用了鐵套管，起到了很好的作用。

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(責(zé)任編輯：李 麗，吳曉紅，編輯：丁 寒)

Research on Several Technical Problems of Whole Section Primary Blasting in Diphead Roadway of Coalmine

MA Hong-wei, WANG Meng-xiang, ZONG Qi, WANG Hai-bo

(School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 232001, China)

In order to overcome the defects of whole section primary blasting in coal mine diphead roadway, such as low utilization rate of blast-hole, roadway poor shape, bottom serious drag and so on， based on the analysis for the reason of its fromation , appropriate technical measures were put forward including: the wedge cut style, adding direct holes in center for dirt throw out, optimizing the blasting parameters, selective use of larger diameter blast-hole and explosive, water cushion uncoupling charging structure for the surrounding holes; the setting of two rows of bottom holes, namely adding a row of holes for throwing rocks; arranging detonate sequence reasonablely, using reverse initiation technology, strengthening the hole plugging, using iron casing sediment prevention, etc. The in-situation application proves that the research on construction technology and process has rationality and practicability.

coal mine diphead roadway; whole section primary blasting; wedge style cut technology; water cushion charge; rock throw hole

2016-01-11

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51274009，51404010，51408006)；安徽省科技攻關(guān)計(jì)劃(1501041123)

馬宏偉(1984-)，男，陜西咸陽(yáng)人，講師，博士，研究方向：地下結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)。

TD235.3

A

1672-1098(2016)05-0011-04