某煤礦不同孔間距爆破程度模擬試驗(yàn)研究

王京斌

摘 要：針對(duì)我國煤礦普遍存在的中硬巖質(zhì)爆破效果較差，鉆爆法掘進(jìn)效率較低的問題，分析了裝藥直徑對(duì)某煤礦不同孔徑炸藥爆速的影響程度，對(duì)某煤礦不同孔間距和不同孔排距進(jìn)行了計(jì)算和相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整。采用某煤礦調(diào)整后的不同孔間距爆破設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行模擬試驗(yàn)研究，得到了良好的效果，明顯提高了煤礦井下巖石爆破效率和炮眼利用率，改善了巷道成型效果，同時(shí)大大提高了巷道掘進(jìn)進(jìn)度。

關(guān)鍵詞：某煤礦 不同孔間距 爆破程度 模擬試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TD824 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（b）-0018-02

某煤礦井下巖巷通常具有斷面小、巖石夾制作用大的特點(diǎn)，由于煤礦井下存在著巖層瓦斯的潛在危險(xiǎn)，《煤礦安全規(guī)程》中明令規(guī)定在煤礦礦井下進(jìn)行孔間距爆破時(shí)只能采用威力較低的煤礦安全炸藥和炸藥總體延遲時(shí)間不超過130ms的毫秒電雷管進(jìn)行爆破[1]。這些限定因素大大影響了煤礦巖石巷道掘進(jìn)工作爆破的效率。煤礦巖石巷道掘進(jìn)工作中最為突出的問題是工作面經(jīng)常有積水，積水遭遇松散膨脹的煤礦巖層工作面會(huì)形成泥漿，泥漿抽排工作比較困難，耗時(shí)長，且清理不干凈，導(dǎo)致鉆孔很難到位，鉆出的炮眼吹孔不夠徹底，容易發(fā)生回淤、炸藥量達(dá)不到爆破要求等，造成某煤礦不同孔間距爆破效果差，煤礦巖石巷道掘進(jìn)速度慢的問題[2]。為了解決這些問題，需要對(duì)某煤礦不同孔間距爆破程度進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)研究。

1 裝藥直徑對(duì)某煤礦不同孔徑炸藥爆速的影響

通常情況下煤礦井下巖石巷道掘進(jìn)工作常用的爆破炸藥藥卷直徑是Φ27mm、Φ29mm和Φ35mm3種，為了檢驗(yàn)?zāi)趁旱V井下巖石巷道裝藥直徑對(duì)不同孔間距爆速的影響，對(duì)不同直徑三級(jí)煤礦許用水膠炸藥進(jìn)行了爆速實(shí)測(cè)[3]，某煤礦不同孔間距爆速測(cè)試結(jié)果平均值如表1所示。

某煤礦不同孔間距的爆破粉碎區(qū)與爆破裂隙區(qū)半徑的計(jì)算表達(dá)式分別如下：

其中，為某煤礦巷道炮孔半徑；為某煤礦井下巖石抗壓強(qiáng)度；為某煤礦井下巖石抗拉強(qiáng)度；為某煤礦井下巖石巷道的側(cè)壓力系數(shù)；α表示某煤礦井下巖石的應(yīng)力波衰減指數(shù)；為某煤礦巷道炮孔初始沖擊壓力峰值，其計(jì)算表達(dá)式如下：

其中，代表某煤礦采用的炸藥密度；D代表某煤礦井下巖石的爆速。

2 某煤礦不同孔間距和不同孔排距的計(jì)算

根據(jù)深孔微差爆破某煤礦孔內(nèi)氣體對(duì)井下巖石的作用機(jī)理，前排爆破必然會(huì)為后排爆破創(chuàng)造臨空面，某煤礦每排孔內(nèi)的炸藥所承擔(dān)的爆破巖石量應(yīng)該是兩排孔之間的體積[4]，要想實(shí)現(xiàn)該煤礦井下巖石巷道的安全爆破，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)成本和完美的巖石破碎效果，需要滿足相應(yīng)條件，即煤礦每孔的實(shí)際裝藥量等同于承擔(dān)的巖石體積所需要的炸藥量[5]。設(shè)置某煤礦單孔所能容納的炸藥量表示為Q1，爆破某煤礦井下單孔所承擔(dān)的巖體所需要的炸藥量表示為Q2，可得：

其中，Ψ為某煤礦的臺(tái)階高度，即煤礦井下每排需要垂直下挖的深度；β為某煤礦的炮孔傾斜角，通常在80°左右；K1和K2分別為某煤礦的炮孔阻塞系數(shù)和超鉆系數(shù)，二者值的大小均取決于巖質(zhì)的軟硬；a和b分別為某煤礦的孔間距和孔排距；ε為某煤礦炮孔的炸藥容量；q表示某煤礦井下巖石單耗系數(shù)。

布孔的合理布置形式為正三角形，根據(jù)上述計(jì)算可知，某煤礦不同孔間距a和b之間的關(guān)系表達(dá)式為：

根據(jù)上式即可求出某煤礦的不同孔間距a，再將結(jié)果帶入式（9）即可求得某煤礦的排間距b。

在以上各參數(shù)確定、某煤礦孔間距和排間距計(jì)算結(jié)果出來后，按照設(shè)計(jì)的各參數(shù)值進(jìn)行某煤礦井下巖石巷道打眼、裝藥、堵塞、聯(lián)網(wǎng)、引爆，通常情況下一次爆破炮孔排數(shù)不應(yīng)該過多，一般為2～3排，在第一次爆破結(jié)束后，及時(shí)對(duì)某煤礦不同孔間距爆破程度進(jìn)行檢查，對(duì)相應(yīng)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿意的爆破效果為止。

3 模擬實(shí)驗(yàn)研究與結(jié)果分析

某煤礦井下巖石巷道斷面形狀為三心拱形，設(shè)計(jì)該煤礦井下巖石巷道凈寬為5.0m，凈高為4.1m，巷道掘進(jìn)寬度和掘進(jìn)高度分別為5.4m和4.2m，巷道凈斷面積和掘進(jìn)斷面分別為17.8m2和10.5m2。該煤礦井下巖石為砂質(zhì)泥巖，巖石裂隙有3～5條，此次巷道掘進(jìn)爆破工作難度較大。炸藥選取煤礦需用的二級(jí)炸藥，其爆速為3300m/s，爆破猛度大于等于17mm，炸藥藥卷長度為155～165mm，炸藥藥卷直徑為35mm，炸藥質(zhì)量為200g/卷。該煤礦不同孔徑裝藥后均用炮泥填滿，每個(gè)炮孔都用一個(gè)水泡泥，雷管為煤礦通用的毫秒延期雷管。煤礦井下巖石巷道炮眼實(shí)際打眼深度為2.4m。模擬試驗(yàn)選取的掏槽方式為直眼楔型復(fù)式掏槽，如圖1所示，巖石爆破拋擲順序如圖2所示，該煤礦不同孔間距爆破參數(shù)如表2所示。

為了使該煤礦井下巖石掏槽更加徹底，模擬試驗(yàn)過程中對(duì)巖石掏槽炮眼用一段秒延期雷管起爆，巖石中心炮眼用兩段，巖石其他炮眼的段數(shù)從內(nèi)至外依次排列，該煤礦巖石的中心炮眼深度比巖石掏槽眼深0.1～0.3m左右，裝入等量延長起爆的巖石爆破炸藥。

在不改變某煤礦原有的鉆孔深度，僅改變?cè)撁旱V井下巖石掏槽方式和炮孔數(shù)目，巖石炸藥全部選用煤礦許用二級(jí)炸藥，上述模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，某煤礦不同孔間距爆破效率顯著提高，巖石爆破效果和巷道成型效果比較好，且炮眼利用率大大提高了。（我國煤礦井下巖石掘進(jìn)普遍效率較低，通常平均月進(jìn)尺為60～70m，炮眼利用率在70%～80%之間，有的甚至低于50%，特別是對(duì)于巖質(zhì)比較堅(jiān)硬的井下巖石，本文研究將巷道平均月進(jìn)尺提高到了100～120m，巷道掘進(jìn)進(jìn)度提高了70%左右，炮眼利用率也提高到了90%以上。

4 結(jié)語

某煤礦不同孔間距爆破程度模擬實(shí)驗(yàn)研究取得了良好的預(yù)期效果，提高了煤礦井下巖石巷道的平均月進(jìn)尺，明顯改善了巷道成型效果，且?guī)r石爆破效果較好，炮眼利用率顯著提高。

參考文獻(xiàn)

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[5] 袁璞，徐穎，薛俊華.錨固支護(hù)深部巷道爆破開挖模型試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2016，35（9）：1830-1836.