聚能光面爆破技術(shù)研究

張龍濤

(平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十一礦，河南 平頂山 467000)

1 試驗巷道工程概況及圍巖力學(xué)性質(zhì)

平煤股份十一礦己二下段軌道下山位于二水平己二采區(qū)，該巷道整體均位于己16-17煤層底板以下巖石中，為全巖施工。巷道上距己16-17煤層法線間距25～40 m以上，地層傾角為10°左右，頂、底板均為砂質(zhì)泥巖及細(xì)砂巖互層，灰色，含植物根莖化石。巷道埋藏較深，礦壓顯現(xiàn)明顯。預(yù)計標(biāo)高-878～-978 m，地面標(biāo)高+290～+295 m；地面相對位置為紅石寨北30 m。

2 聚能光面爆破技術(shù)

2.1 聚能光面爆破的基本概念

聚能光面爆破技術(shù)是在巷道周邊眼中采用聚能管裝置代替常規(guī)藥卷和雷管，通過聚能管聚集炸藥能量，爆破時能量通過聚能管上對稱的聚能槽轉(zhuǎn)化成射流動能，巖石在高壓爆破氣體應(yīng)力及氣體氣刃作用下，在聚能槽中心線方向，即沿巷道輪廓面被拉斷，同時相鄰炮孔形成貫通縫隙，實現(xiàn)了對工程目標(biāo)進(jìn)行定向切割的目的，保護(hù)了巷道周向圍巖不被破壞，提高了炸藥能量利用率。

2.1.1 聚能效應(yīng)原理

當(dāng)一個普通的圓柱體或球形體藥包，無論從中間還是從一端起爆，其爆炸產(chǎn)物和沖擊波以類似球形由小到大向外擴(kuò)散傳播。其運(yùn)動特點是壓力、速度和密度等爆破參數(shù)，隨著傳播半徑不斷增大而下降得很快，其原因是爆炸能量隨著爆炸產(chǎn)物和沖擊波的運(yùn)動，在不斷增大的球形體積內(nèi)分布的結(jié)果。如果把圓柱體藥包一端設(shè)計成凹槽(也稱聚能穴)，當(dāng)圓柱體藥包在另一端起爆時，在凹槽范圍內(nèi)，壓力、速度和密度等不但不會下降，而且還會加強(qiáng)。這是因為在凹槽附近的炸藥爆炸產(chǎn)生的爆炸產(chǎn)物和沖擊波向凹槽的軸向聚合，進(jìn)而碰撞，結(jié)果形成一股高壓力、高密度的高速氣流，沿著軸向向外射出。這種射出的氣流，稱之為聚能射流，這種現(xiàn)象和作用通稱為聚能效應(yīng)。

假如在凹槽的表面覆蓋一層厚度適中的非金屬材料(金屬材料更好)，其聚能射流作用更大，這是由于非金屬射流的能量密度比氣體射流大所造成的。

在凹槽表面無論覆蓋非金屬材料還是金屬材料，其厚度要適中，過薄時射流密度小，過厚時形成射流過程中消耗炸藥能量過多，降低流速度與壓力。通過穿孔試驗可得出一個結(jié)論：每一種類型的聚能包都有相應(yīng)的最佳厚度。

2.1.2 聚能藥包炸高

所謂“炸高”，就是聚能藥包距離作用對象的高度。穿孔試驗表明，不同炸高對穿孔深度影響很大，每一種聚能藥包都有一定的最佳炸高。這對聚能水壓光面爆破中聚能管裝置離光爆炮眼眼壁間隙大小很有指導(dǎo)意義。

2.2 聚能管裝置

聚能管裝置結(jié)構(gòu)由以下5部分組成。

2.2.1 聚能管

聚能管截面尺寸有2種。單管聚能管外形近似葫蘆圓形，聚能管其實質(zhì)就是把多個聚能穴連在一起，由“點”變成“線”。“點”是指單個聚能穴，“線”是指若干多個聚能穴連在一起。

聚能管裝置由聚能管、炸藥、封堵棉、起爆雷管和定位圈5部分組成，聚能管分主體管和蓋片。聚能管材質(zhì)為PVC，管壁厚2 mm。管主體兩側(cè)有一個對稱凹進(jìn)去的槽，即“聚能槽”，其作用舉足輕重。聚能槽頂角60°，聚能槽頂部距離17.79 mm，外形尺寸27.96 mm×20.71 mm。蓋片截面寬19 mm、高5.47 mm，片厚也是2 mm。

2.2.2 炸藥

聚能管中的炸藥是施工現(xiàn)場常用的乳化炸藥。

2.2.3 封堵棉

在聚能管裝置端頭，起封堵作用，防止炸藥溢出。

2.2.4 起爆雷管

起爆雷管用于起爆聚能管裝置。

2.2.5 定位圈

定位圈的作用有二：其一起炸高作用，保證聚能管裝置中的聚能穴不直接接觸炮眼巖壁；其二起定位作用，保證聚能管裝置中的聚能槽與開挖輪廓面平行。

2.3 聚能管裝置組裝

2.3.1 設(shè)備

注藥槍，施工現(xiàn)場壓風(fēng)。注藥槍為利用風(fēng)壓對聚能管注藥的工具，由膠嘴、槍筒(直徑 120 mm)、扳機(jī)3部分組成，注藥槍通過氣壓線(直徑 6 mm)連接至巷道進(jìn)風(fēng)管上。

2.3.2 材料

組裝聚能管裝置所需要的材料有：聚能管，由廠家專門提供；乳化炸藥、雷管，井下正常使用的；定位圈為蜂窩狀塑料制品，由聚能管生產(chǎn)廠家提供；封堵棉，定位圈內(nèi)部一塊分離塑料制品；阻燃膠帶，刀具等。

2.3.3 聚能管裝置裝藥工藝

組裝聚能管裝置，需要有專門的工作平臺，還要有壓風(fēng)，除2名操作人員以外，其他人不得干涉。組裝聚能管裝置分以下步驟逐步進(jìn)行。為縮短組裝時間，必須嚴(yán)格遵守組裝程序。

1)裝藥使用工具及材料：聚能管、封堵綿、定位圈、阻燃膠帶、水膠炸藥、注藥槍、刀具等。

2)裝藥前將注藥槍接好風(fēng)源，通過注藥槍扳機(jī)處風(fēng)壓調(diào)節(jié)閥將風(fēng)壓調(diào)至0.18～0.22 MPa。

3)把藥卷一端，沿藥卷縱向?qū)b皮切開，打開槍筒前蓋，然后將藥卷內(nèi)炸藥擠入槍筒中，最后擰緊前蓋。

4)使用封堵綿對聚能管一端進(jìn)行封堵，之后手握注藥槍從聚能管封堵端開始從頭至尾移動，炸藥從膠嘴連續(xù)不斷裝入聚能管中，裝藥后炸藥必須飽滿。

5)炸藥裝入聚能管后，扣上另一片半壁管。

6)從聚能管一端把定位圈套在聚能管外面，定位圈距聚能管端頭約50 cm即可，并用膠布綁緊一半，確保聚能槽對準(zhǔn)輪廓面不轉(zhuǎn)動。

7)將雷管插入聚能管藥卷內(nèi)。

8) 將聚能管裝入周邊眼，聚能管的聚能槽方向與輪廓線切線方向一致。

2.3.4 組裝聚能管裝置及往光爆炮眼裝填注意事項

1)組裝聚能管裝置注意事項：①給注藥槍加壓控制在0.2 MPa以內(nèi)。加壓過大，容易造成聚能管中的乳化炸藥敏感度降低，造成半爆或不起爆；加壓過小，則炸藥從槍嘴流不出或流出太慢。②往聚能管中注藥，要連續(xù)不斷且均勻，絕不能出現(xiàn)斷藥。③起爆雷管千萬不能在組裝聚能管裝置時裝入，聚能管裝置運(yùn)到巷道迎頭，往光爆炮眼裝填前再裝入。

2)往光爆炮眼中裝填注意事項：①往光爆炮眼裝填聚能管裝置時，聚能槽必須與輪廓面平行不得有偏離，否則爆破后輪廓面不會平順整齊，還會出現(xiàn)超欠挖。這條注意事項務(wù)必重視，不能有任何差錯。②光爆炮眼上部的水砂袋，必須與聚能管裝置緊緊銜接，不得有空隙。③回填堵塞的炮泥，必須一直回填到光爆炮眼口，并搗固堅實。

3 技術(shù)分析對比

1)常規(guī)光面爆破光爆炮眼間距為300 mm，而聚能光面爆破光爆炮眼間距則擴(kuò)大到600 mm，顯著減少光爆炮眼數(shù)量，縮短鉆眼時間約40 min。

2)聚能光面爆破平均每循環(huán)進(jìn)尺1.65 m，常規(guī)光面爆破平均每循環(huán)1.5 m，相比而言，聚能光面爆破平均每循環(huán)增加進(jìn)尺0.15 m。

3)爆破效果得到了極大的提高，半眼痕幾乎都保留了下來，半眼痕保留率由常規(guī)光面爆破的86%提高到現(xiàn)在的95%以上，使輪廓面更加平順整齊，超欠挖得到直接有效的控制。

4)由于光爆炮眼間距擴(kuò)大了1倍，數(shù)量僅為常規(guī)光爆炮眼數(shù)量一半，從而減少了對圍巖的破壞影響。

5)常規(guī)光面爆破常常出現(xiàn)超欠挖問題，該項目采用常規(guī)光面爆時超欠挖控制效果一般，經(jīng)常會出現(xiàn)欠挖補(bǔ)炮或者超挖掛網(wǎng)補(bǔ)噴。采用聚能光面爆破技術(shù)后，超欠挖控制得到極大的改善，幾乎不存在補(bǔ)炮或者掛網(wǎng)補(bǔ)噴的現(xiàn)象，對后續(xù)施工提供了可靠保障。