聚能爆破在巖巷快速掘進技術(shù)中的應(yīng)用與研究

曹祺 劉旭

摘要：介紹了煤破巖巷鉆爆法快速掘進技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展，指出聚能預(yù)裂（光面）爆破是鉆爆法是實現(xiàn)快速掘進的方法之一。通過兩個工程實例，分別說明多向聚能爆破技術(shù)增加掏槽和雙向聚能爆破定向斷裂效應(yīng)的應(yīng)用，兩種方法爆破效果和經(jīng)濟效益明顯，勻能實現(xiàn)巖巷快速掘進。

關(guān)鍵詞：快速掘進 多向聚能爆破 雙向聚能爆破

中圖分類號：TD263文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-5349（2017）09-0197-02

隨著我國煤礦巖巷的掘進深度的不斷增加，巖巷所受圍壓增大，巖石的夾制效應(yīng)明顯。同時，為了加強通風(fēng)和瓦斯治理的力度，巷道面積增加，傳統(tǒng)的爆破方法無法適應(yīng)目前巖巷的掘進要求，所以多向聚能爆破掏槽技術(shù)、雙向聚能爆破定向斷裂技術(shù)等一系列巖巷快速掘進技術(shù)的推廣使用，大大提高了掘進效率，實現(xiàn)巖巷的快速掘進。

一、鉆爆法快速掘進技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

鉆眼爆破法在煤礦巖巷掘進施工中仍占主導(dǎo)地位，針對于目前鉆爆法“進尺低、成形差”的問題，推廣快速掘進技術(shù)，應(yīng)該從以下三個方面發(fā)展。

（一）推廣中深孔爆破

巖巷掘進的進尺低，跟爆眼深度有關(guān)，單純提高爆眼深度無法取得好的效果，中深孔爆破關(guān)鍵在于掏槽的效果。目前全國煤礦巖巷的炮眼深度基本為18-20m，單循環(huán)進尺15-18m。掏槽方式有兩種，分別是斜眼掏槽和直眼掏槽。由于直眼掏槽眼多、技術(shù)復(fù)雜、炮孔間距和平行度誤差對掏槽效果影響較大，我國煤礦巖巷采用楔形掏槽技術(shù)仍占90%，其炮眼利用率平均約為83%，無法適用于中深孔爆破，所以在中深孔爆破中應(yīng)優(yōu)先推廣采用楔直復(fù)合掏槽技術(shù)或準(zhǔn)直眼掏槽技術(shù)，實踐表明，這種掏槽方式的掏槽效率能達到設(shè)計深度的90%以上。[1]

（二）采用高威力煤礦許用炸藥

由于煤礦巖巷埋藏深，地質(zhì)條件復(fù)雜，瓦斯?jié)舛纫壮?，所以鉆爆法多采用三級煤礦許用炸藥，對于中硬以上的巖巷，現(xiàn)有的三級煤礦許用炸藥爆破能力不足，爆破炮孔利用率低，巖巷掘進效率差。安徽理工大學(xué)等單位研制的高威力三級煤礦許用水膠炸藥，爆速3300m/s，作功能力228mL、猛度13mm，達到了二級煤礦許用炸藥標(biāo)準(zhǔn)，其安全性、儲存穩(wěn)定性也滿足三級煤礦許用炸藥要求。[2]在淮南新莊孜礦-774m北一-北部B4底板回風(fēng)巷試驗使用中，爆破效果顯著，平均循環(huán)進尺提高了018m，平均循環(huán)炸藥量減少099kg，炸藥單耗降低了023kg/m3。因此，推廣使用高威力煤礦許用炸藥是實現(xiàn)高效巖巷掘進的必要方法之一。

（三）利用聚能藥包控制巷道成形

目前實現(xiàn)巖巷聚能爆破的方法主要利兩種藥卷。一是切縫藥包。[3]其實質(zhì)是在具有一定強度和密度的炸藥外殼上，開有不同形式的切縫，利用切縫形成的聚能效應(yīng)控制爆炸能量的分布，達到控制被破壞介質(zhì)開裂方向的目的。[4]與傳統(tǒng)的光面爆破技術(shù)相比，使用切縫藥包控制技術(shù)，巷道輪廓超（欠）挖能控制在100以下，眼痕率達到90%以上，同時炮眼間距達到550mm，周邊眼的數(shù)量減少20%左右[5]，大大降低施工量，提高掘進速度。二是雙（多）向聚能槽藥卷，配合相應(yīng)的對中裝置，能有效降低藥卷爆炸時在炮孔中內(nèi)旋效應(yīng)，使聚能射流面與預(yù)裂面完全吻合，從而成功實現(xiàn)了“雙聚能預(yù)裂與光面爆破”。該項技術(shù)能最大限度提高藥柱爆炸的成縫能量，比普通預(yù)裂與光面爆破擴大孔距2-3倍，同時也減小了對保留巖體的爆破危害并提高了保留巖體的穩(wěn)定性和安全度，提高了半孔殘留率，爆后沒有爆破再生裂隙。該項新技術(shù)不僅節(jié)能環(huán)保還可以降低施工成本50%以上。[6]

二、巖巷聚能爆破工程實例

聚能預(yù)裂（光面）爆破是鉆爆法提高掘進效應(yīng)，實現(xiàn)快速掘進的方法之一，是聚能爆破應(yīng)用于預(yù)裂爆破的一種新技術(shù)。根據(jù)炮眼作用不同，將不同的聚能方式應(yīng)用于不同種類炮眼中，增加掏槽效果采用多向聚能爆破技術(shù)，為增加周邊眼的光面爆破效果，保證巷道輪廓穩(wěn)定性，采用雙線聚能定向斷裂爆破。

實例一：淮南朱集東礦1141（1）工作面軌道順槽施工，該巷道設(shè)計長度22533m，其中鉆爆法施工1721m，巷道巖石為砂巖、砂質(zhì)泥巖，f=6-8。多向聚能裝置由PVC材料訂制而成，其結(jié)構(gòu)為圓柱形，周圍均勻分布有6個內(nèi)凹“V”形槽，“V”形槽的錐角為55°，深度為5 mm。圓柱管內(nèi)徑為38mm，長300mm。掏槽采用四角柱式直眼掏槽，中空眼少量裝藥，起拋擲作用。炸藥爆炸時，沿“V”形槽方向產(chǎn)生高速射流，切割周邊圍巖，成形碎塊，提高掏槽或崩落的效率和炸藥的利用率。實踐表明，采用多向聚能爆破掏槽范圍比普通掏槽多12-15倍，如圖2。

實例二：新集三礦某巖巷，巷道巖石為泥巖、砂質(zhì)泥巖，f=4-6，巖石裂隙發(fā)育完全，采用普通光面爆破，經(jīng)常會出超欠挖現(xiàn)象，給后期巷道支護帶來困難。聚能結(jié)構(gòu)為圓柱形，雙側(cè)對稱聚能槽。裝藥時，必須保證聚能槽朝向與巷道輪廓方向保持一致，同時做到安裝牢固，確保炸藥爆炸時，雙向聚能裝置不會因為沖擊波和爆生氣體作用而發(fā)生聚能方向的變化。實踐表明，爆破后炮眼周邊沒有明顯的損傷，在輪廓面上可找到聚能射流殘留物，裂縫沿輪廓面貫通，切割面平整光滑，孔內(nèi)爆破后的斷裂痕跡清晰可見，凸凹量小，最大值不超過95mm，眼痕率由之前的20%增加到90%，對巷道圍巖保護效果明顯，切片檢驗結(jié)果表明，石料內(nèi)部未受傷。雷管消耗量和炸藥消耗量分別下降了283%和277%，爆破效果和生產(chǎn)效率顯著提高，經(jīng)濟效益顯著，見表1。

表1新集三礦普通光面爆破與雙向聚能爆破效果對比表

三、結(jié)語

隨著聚能裝置的不斷完善，聚能爆破技術(shù)的不斷進步。多向聚能爆破掏槽技術(shù)與雙向聚爆破定向斷裂技術(shù)將不單獨應(yīng)用于巖巷掘進中，必將這兩種技術(shù)綜合應(yīng)用，考慮兩者之間的相互影響，相互利用，取得更好的爆破效果。

參考文獻：

[1]楊仁樹，張志帆，孫強等.淮南礦區(qū)深部硬巖巷道鉆爆技術(shù)研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2005，33（2）：42-45.

[2]汪海波，郭子如，宗琦.高威力三級煤礦許用水膠炸藥的試驗研究[J].含能材料，2014，22（6）：857-861.

[3]謝華剛，吳玲麗.切縫藥包定向斷裂控制爆破研究綜述[J].工程爆破，2011，17（2）：16-30.

[4]莆傳金，張志呈，郭學(xué)彬等.切縫藥包爆破研究現(xiàn)狀與存在的問題[J].四川冶金，2006，28（4）：1-5.

[5]楊仁樹，張召冉，楊立云等.基于硬巖快掘技術(shù)的切縫藥包聚能爆破試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報， 2013，32（2）：317-323.

[6]秦健飛.雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)[M].中國水利水電出版社， 2014， 7（3）：58-60.

責(zé)任編輯：孫瑤endprint