中深孔爆破技術(shù)在邢東礦大斷面巖巷掘進中的應(yīng)用

白忠勝，潘長春，李 清，李喜柱，趙 晶

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院，北京 100083；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院，北京 100083；3.冀中能源股份有限公司，河北 邢臺 054000)

邢東礦是一個現(xiàn)代化大型礦井，巖巷施工采用鉆眼爆破施工工藝。炮眼設(shè)計深度多為1.6～1.8m，實際循環(huán)進尺1.5～1.6m，屬淺孔爆破，平均月進尺僅為80～90m，這樣遠遠滿足不了采掘要求。因此，提高巖巷掘進速度，實現(xiàn)高效快速掘進，保證采掘正常銜接和礦井的可持續(xù)發(fā)展，是邢東礦亟待解決的問題。根據(jù)實際調(diào)查研究和查閱學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進經(jīng)驗，采用中深孔爆破是解決開拓緊張的有效途徑。運用中深孔爆破技術(shù)，可以增大循環(huán)進尺，提高耙斗裝巖機的有效工時利用率和生產(chǎn)效率，減少輔助作業(yè)時間比例，有利于提高掘進速度和工效。

該礦-760軌道大巷延伸工程是礦上的重點工程。-760軌道大巷延伸段所穿巖層為砂質(zhì)泥巖、粉砂巖；巖性以砂質(zhì)泥巖為主，深灰色、厚層狀、性脆、平坦狀斷口、易風(fēng)化，巖石硬度系數(shù)為f=5～6。該大巷斷面為半圓拱形，巷道凈寬為4.3m，凈高為3.7m， 凈斷面13.94m2，掘進荒斷面14.93m2。施工中，采用錨網(wǎng)噴加錨索的支護方式。

1 爆破參數(shù)設(shè)計

爆破參數(shù)主要包括炮孔參數(shù)(深度、直徑、間距和角度等)、裝藥參數(shù)(藥卷直徑、裝藥量和炸藥品種等)和起爆方式(正(反)向起爆、雷管段數(shù)、起爆順序等)。這些參數(shù)的設(shè)計影響因素很多，主要有巖石性質(zhì)、巷道斷面大小、循環(huán)作業(yè)方式、炸藥威力、設(shè)備配套和工人技術(shù)水平等等。并且這些參數(shù)之間又相互影響相互作用，導(dǎo)致目前爆破參數(shù)的設(shè)計過程中經(jīng)驗法仍占主導(dǎo)地位。其中，作為中深孔爆破技術(shù)最核心的參數(shù)之一炮眼深度的選取，需要考慮裝藥的不耦合系數(shù)、各炮眼的最小抵抗線，以及炮眼間距布置等問題，還必須結(jié)合具體的施工條件，綜合分析和試驗再進行確定。且中深孔爆破要求巖石具有自穩(wěn)定能力，即安全空頂距，則巖石硬度系數(shù)越大、裂隙越不發(fā)育，中深孔爆破技術(shù)就越適合[1]。根據(jù)現(xiàn)場多次試驗和優(yōu)化，總結(jié)出適合上述巖性的爆破參數(shù)。

1.1 炮孔直徑

采用CMJ-17型液壓鉆車打眼，配用長度為2.8m、直徑為22mm的中空六角釬桿。采用1～5段煤礦許用毫秒延期電雷管，最后一段延期時間不超過130ms，其腳線長2.5m。MFB-200直流型發(fā)爆器，礦用二級乳化炸藥。

由于巖巷埋深較大，且炮孔深度較大，圍巖夾制作用更加明顯。所以，掏槽眼、輔助掏槽眼、中心眼的炮孔設(shè)計直徑和選用的炮卷直徑較原設(shè)計要大。同時，若仍繼續(xù)采用小直徑藥卷用于中深孔爆破，會由于“管隙效應(yīng)”產(chǎn)生拒爆現(xiàn)象。設(shè)計掏槽眼、輔助掏槽眼、中心眼的炮孔直徑為42mm，藥卷直徑為35mm；其他炮眼仍采用直徑27mm的藥卷。這樣通過增大藥徑和不耦合裝藥系數(shù)，延長爆炸應(yīng)力波的作用時間，提高爆破效果。

1.2 掏槽方式

中深孔爆破的關(guān)鍵是掏槽眼爆破是否成功，以往巖巷中深孔爆破主要采用直眼掏槽[2]。但從爆破角度講，直眼掏槽對鉆孔質(zhì)量要求極高，掏槽眼間距對掏槽爆破的影響很大，稍有偏差即可造成“沖炮”或“拒爆”現(xiàn)象，導(dǎo)致掏槽失敗，即對現(xiàn)場施工水平要求相當(dāng)高，現(xiàn)場施工難度較大；其次，應(yīng)用直眼掏槽必須增加一定數(shù)量的空孔，才能達到一定的掏槽效果，這樣就增加了鉆眼數(shù)量和鉆眼時間；再則掏槽眼所需的裝藥量大，經(jīng)濟效益低。鑒于以上問題的存在，為克服直眼掏槽的不足，在大斷面巖巷掘進中，采用復(fù)式楔形掏槽中深孔爆破技術(shù)[3]。在邢東礦-760軌道大巷延伸工程掘進工作面，采用雙楔形掏槽，布置三對楔形掏槽眼和兩對輔助楔形掏槽眼，中間加2個中心眼。

1.3 炮眼深度

炮眼深度是確定掘進循環(huán)勞動量和工作組織的主要鉆爆參數(shù)，它基本決定了各工序的作業(yè)時間長短以及當(dāng)班循環(huán)是否能夠順利完成[4]。設(shè)計炮孔深度宜根據(jù)現(xiàn)場試驗、施工水平及地質(zhì)條件等綜合考慮。邢東礦軌道大巷采用掏槽眼深2.4m，中心眼深度為2.6m。中心眼的垂直深度比掏槽眼、輔助掏槽眼深100～200mm；掏槽眼、輔助掏槽眼的垂直深度比周邊眼、二圈眼、三圈眼深0～100mm；周邊眼間距300m，抵抗線500m，崩落眼、二圈眼間距分別為700m、550m，抵抗線分別為550m、650m。

1.4 裝藥結(jié)構(gòu)和起爆順序

起爆藥包的位置決定著炸藥起爆后爆轟波的傳播方向，也決定了爆轟氣體的作用時間。理論和實驗表明，在有良好堵塞的情況下，采用反向起爆時，炸藥產(chǎn)生的沖擊波和爆生氣體的能量多用于對炮孔壁的破壞，大大降低了爆生氣體從炮孔中噴出的數(shù)量。為提高掏槽效果和炮眼利用率，全巖巷道掘進采用反向裝藥結(jié)構(gòu)；遇煤層時，采用正向裝藥結(jié)構(gòu)。

全巖巷道掘進采用全斷面一次裝藥、一次起爆。在成組藥包爆破時，先起爆的藥包為后續(xù)起爆藥包創(chuàng)造自由面。為了使掏槽徹底，先給其它藥包提供一個自由面。三對掏槽眼用一段雷管起爆，二對輔助掏槽眼、中心眼用二段，其它炮眼的段數(shù)由內(nèi)往外依次排下去。中心眼主要起后續(xù)拋渣的作用，所以適當(dāng)裝入一定量炸藥，有利于提高槽腔的成型質(zhì)量及底部破巖能力，擴大槽腔體積，加深掏槽有效深度。

炮眼布置見圖1，爆破參數(shù)見表1。實際爆破參數(shù)應(yīng)根據(jù)巖性做相應(yīng)小調(diào)整，以實現(xiàn)最好爆破效果、增產(chǎn)提效的目的。

圖1 炮眼布置圖

表1 爆破參數(shù)表

2 施工技術(shù)保證措施

(1)堅持交接班制度，并按作業(yè)規(guī)程設(shè)計要求進行施工，確保每班完成一個正規(guī)循環(huán)。

(2)要嚴格按爆破圖表布置炮眼。打眼前，應(yīng)畫好輪廓線，確定好周邊眼位置；打眼工必須經(jīng)過專門培訓(xùn)。打眼時，應(yīng)先打一個與激光平行的炮眼，并插入炮棍做導(dǎo)向，以便控制炮眼角度，保證炮眼角度符合設(shè)計要求。

(3)打眼工序要充分利用大斷面作業(yè)環(huán)境，需精心調(diào)配鑿巖機的布置，定人、定鉆、定眼位，每個打眼工固定眼位，責(zé)任到人。

(4)采用反向裝藥結(jié)構(gòu)，每眼至少使用一袋水炮泥，封泥量一定要滿足規(guī)定要求，掏槽眼用炮泥填滿封實，連線方式一律采用大串聯(lián)。

(5)施工時，巷道坡度應(yīng)嚴格按腰線控制。

(6)雷管使用前，必須進行導(dǎo)通測試并編組，否則不準使用，以防止出現(xiàn)瞎跑。

3 應(yīng)用效果

原循環(huán)作業(yè)方式中，炮眼深度1.8m，循環(huán)進尺1.5～1.6m，每班完成一個循環(huán)，三掘兩噴，日平均成巷進尺4.6m，每月平均進尺85m左右。-760軌道大巷延伸工程采用中深孔爆破后，循環(huán)進尺提高到2.0m，月進尺得到顯著提高，達到120m。詳細爆破效果見表2。

采用雙楔形掏槽全斷面中深孔爆破掘進工藝，在炸藥、雷管、噴料、釬頭費用等方面則比原消耗少，經(jīng)計算，巷道平均每米進尺節(jié)約費用101.87元。施工成本降低，工程質(zhì)量優(yōu)，安全無事故，實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)、快速、安全、高效施工。后來，邢東礦引進更高效先進機械設(shè)備和優(yōu)化施工工藝，采用液壓鉆車打眼，挖斗裝巖機扒矸，皮帶配合水平矸石倉和礦車出矸，及二次支護等工藝，實現(xiàn)日均進尺8.0m，月進尺最高達到151m的炮掘最高歷史記錄。

表2 爆破效果表

4 結(jié)論

結(jié)合邢東礦的現(xiàn)場實際情況，采用中深孔爆破技術(shù)，主要從炮孔深度、掏槽方式、中心孔的設(shè)置和周邊光面爆破等方面進行優(yōu)化分析，大大提高了單進水平和巷道成型質(zhì)量，大大提高了巖巷掘進速度。該技術(shù)在邢東礦得到了很好的推廣和應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟效益。文中提到的所有工藝和爆破參數(shù)，是面向邢東礦區(qū)的現(xiàn)場實際情況和地質(zhì)條件研究的，對于國內(nèi)其他具有類似生產(chǎn)情況的礦井建設(shè)單位具有參考和指導(dǎo)意義。

[1] 徐穎,張平,張登龍. 巖巷掘進中深孔爆破技術(shù)探討[J]. 建井技術(shù),2001,22(5):34-36.

[2] 裘士軍,劉現(xiàn)貴,滿為民. 采用直眼菱形掏槽中深孔爆破技術(shù)實現(xiàn)巖巷快速掘進[J]. 煤炭技術(shù),2001,20(11):28-30.

[3] 楊仁樹,胡坤倫,肖同社,等. 提高煤礦深部巖巷掘進爆破效率的試驗研究[J]. 煤礦爆破,2005(3):1-4.

[4] 宗琦,任軍. 關(guān)于巷道掘進爆破中的合理炮眼深度和掏槽技術(shù)[J]. 煤礦爆破,2001(1):7-11.