深孔爆破技術(shù)在薄煤層巷道掘進(jìn)中的應(yīng)用

陳志峰 趙 寧 王清華

（1.滕州郭莊礦業(yè)有限責(zé)任公司錦丘煤礦，山東 滕州 277521；2.山東省煤炭技術(shù)服務(wù)有限公司，山東 濟(jì)南 250032）

滕州郭莊礦業(yè)有限責(zé)任公司錦丘煤礦二水平（-356m水平）六采區(qū)工作面巷道為半煤巖巷道，以往的掘進(jìn)采用淺眼爆破方式，推進(jìn)速度較慢，為提高掘進(jìn)效率，公司引進(jìn)了深孔爆破技術(shù)。通過選用合理的技術(shù)參數(shù)，取得了成功的應(yīng)用，半煤巖巷道推進(jìn)速度大大提高。

1 開采技術(shù)條件

1.1 巖性特征

16煤六采區(qū)工作面呈近南北方向布置，地面標(biāo)高+47.6～ +48.8m。根據(jù)揭露的地質(zhì)資料可知，煤層賦存穩(wěn)定，呈黑色，玻璃光澤，光亮型亮煤，薄煤層狀結(jié)構(gòu)，含較多的黃鐵礦小塊；煤層傾角2～7°，平均為5°，煤層厚度0.85～0.95m，平均厚度為0.90m，無夾矸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬穩(wěn)定煤層。

老頂、直接頂為十下灰，深灰色，裂隙發(fā)育，沿裂隙充填炭質(zhì)及方解石，含水性弱，以靜儲(chǔ)量為主，平均厚度5.31m。直接底為泥巖，棕灰色，含泥質(zhì)，有黃鐵礦結(jié)晶體，底部有植物化石碎片，平均厚度6.931m。老底為十一灰，灰、深灰色，含植物化石碎片，貝殼狀斷口，屬穩(wěn)定底板，平均厚度0.87m。

1.2 支護(hù)情況

工作面巷道斷面為矩形，凈寬3.0m，凈高2.2m，斷面面積6.6m2。支護(hù)方式為幫部錨桿鋼梯支護(hù)，選用Φ16×1200mm的螺紋鋼錨桿，間排距1000×1000mm，沿巷道橫向壓鋼梯，頂部不支護(hù)。巷道內(nèi)設(shè)置排水管路、供水防塵管路、壓風(fēng)管路、運(yùn)輸絞車、氣動(dòng)鉆和乳化泵站及部分供電電纜設(shè)備。

2 深孔爆破機(jī)理及技術(shù)參數(shù)

2.1 深孔爆破機(jī)理

炸藥在煤巖體發(fā)生爆炸時(shí)，會(huì)以爆炸點(diǎn)為中心依次向外產(chǎn)生不同的破壞，根據(jù)破壞程度可分為壓碎區(qū)、裂隙區(qū)和震動(dòng)區(qū)。壓碎區(qū)受到炸藥強(qiáng)烈壓碎產(chǎn)生塑性變形，同時(shí)形成45°的徑向滑移面破壞巖體結(jié)構(gòu)。裂隙區(qū)范圍內(nèi)的壓力降低，巖體不再壓碎而是通過拉伸使巖體產(chǎn)生塑性滑移，形成輻射狀裂隙。震動(dòng)區(qū)巖體不會(huì)受到破壞。

裂隙區(qū)是爆破控制的主要區(qū)域，爆破時(shí)，沖擊應(yīng)力通過衰減的方式向外傳播，會(huì)在徑向產(chǎn)生壓應(yīng)力和壓縮變形，切向產(chǎn)生拉應(yīng)力和拉伸變形。當(dāng)徑向拉應(yīng)力大于煤巖體的抗拉強(qiáng)度會(huì)形成環(huán)向裂隙，當(dāng)切向拉應(yīng)力大于巖體抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)把巖體拉斷形成徑向裂隙，兩種裂隙和巖體中存在的剪切裂隙相互交織在一起形成了裂隙區(qū)。巷道斷面的大小對(duì)深孔爆破效果影響明顯，斷面越大效果越好，小斷面受到的夾制力大，會(huì)造成一定的影響。

2.2 技術(shù)參數(shù)

（1）炮孔間距和排距

根據(jù)爆破理論，炸藥爆炸后形成破碎區(qū)半徑為：

式中：

Rp-破碎區(qū)半徑，mm；

K-裝藥徑向不耦合系數(shù)；

db，dc-炮孔直徑和藥包直徑，32mm，26mm；

ρ0-炸藥密度，kg/m3；

Dv-煤體炸藥爆速，m/s；

lc-裝藥軸向系數(shù)，取1；

n-炸藥爆炸時(shí)壓力增大系數(shù)；

η-爆轟產(chǎn)物的膨脹絕熱指數(shù)，取3；

σcd-動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度，MPa；

μd-煤巖體動(dòng)態(tài)泊松比；

b-側(cè)向應(yīng)力系數(shù)。

裂隙區(qū)半徑為：

式中：

σtd-動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度，MPa，其他參數(shù)同前。

帶入數(shù)據(jù)得出，在炮眼Φ32mm，藥卷Φ26mm情況下，形成破碎區(qū)和裂隙區(qū)半徑為748mm。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，確定炮眼鉆孔間距為1.5m。

（2）鉆孔深度

根據(jù)錦丘煤礦六采區(qū)工作面的巖性特征及生產(chǎn)需要，鉆孔深度確定為3m。

（3）裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)

在爆破過程中，每孔裝入乳化炸藥長(zhǎng)度為0.85m，藥卷長(zhǎng)度0.17m，采用黃泥對(duì)炮眼進(jìn)行封孔，長(zhǎng)度為1.5m。采用孔內(nèi)并聯(lián)、空間串聯(lián)的連線方式，一次性爆破，炮眼采用正向裝藥結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 深孔炮眼裝藥結(jié)構(gòu)圖

3 爆破施工工藝

（1）鉆孔采用氣腿式巖石風(fēng)動(dòng)鑿炭機(jī)，一字型釬頭,釬頭Φ28～35mm，藥卷Φ32mm。

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，使用3m鉆桿，掏槽眼3m，其他2.5m。掏槽眼采用楔形斜眼，底眼間距控制在200～300mm。周邊炮眼應(yīng)布置在巷道輪廓線外50～100mm，炮眼相互平行，在施工過程中，要注意控制周邊眼間距，幫眼間距400mm。

（3）將炸藥裝到鉆孔底部后，用水炮泥5～6個(gè)進(jìn)行充填，最后用炮泥搗實(shí)封堵，封堵長(zhǎng)度不少于1.5m。

（4）輔助眼與掏槽眼間距為250～300mm，其他眼間距與排均勻布置在550～700mm。

（5）底眼距離巷道底板100～150mm。

（6）所有的炮眼都采用正向起爆的方式，且一次起爆，起爆順序：掏槽眼→輔助眼→周邊眼。

（7）注意線路串聯(lián)過程中要連接牢固，無大線頭電阻。

（8）隨著掘進(jìn)的進(jìn)行要掌握巖性的情況及爆破效果，通過現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。

4 應(yīng)用效果

（1）通過采用深孔爆破掘進(jìn)工藝，提高了爆破效率，降低了材料消耗，材料費(fèi)用從1086元/m降至647元/m。

（2）采用深孔爆破施工，加快了施工循環(huán)進(jìn)尺，緩解了采掘接續(xù)緊張，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。