近距離立體交叉巷道掘進(jìn)施工中爆破作業(yè)的精細(xì)化管理

楊小明

（山西蒲縣蛤蟆溝煤業(yè)有限公司，山西 臨 汾 041200）

1 工程概況

蛤蟆溝煤業(yè)下組煤延深開(kāi)采建設(shè)項(xiàng)目，新建主斜井井底清煤平巷巷道掘進(jìn)施工，依據(jù)礦井初步設(shè)計(jì)，巷道布置在已成巷的11#煤甩車(chē)場(chǎng)下部巖層當(dāng)中，巖性為灰色、致密、較堅(jiān)硬的細(xì)粒砂巖，單項(xiàng)抗壓強(qiáng)度為23.3～42.2 MPa，單項(xiàng)抗拉強(qiáng)度為1.09～1.27 MPa，抗剪強(qiáng)度2.45～4.02 MPa，巖石硬度f(wàn)=6～8，屬中等穩(wěn)定巖層。清煤平巷巷道斷面形狀為半圓拱，掘進(jìn)寬度3.7 m，掘進(jìn)墻高1.5 m，與甩車(chē)場(chǎng)立體交叉區(qū)內(nèi)，清煤平巷巷道頂板至甩車(chē)場(chǎng)巷道底板間距僅為6.2 m 左右。清理平巷與甩車(chē)場(chǎng)巷道平面、立面位置關(guān)系如圖1、圖2。

2 掘進(jìn)方案

清煤平巷布置在較為堅(jiān)硬的11#煤底板巖層當(dāng)中，因EBZ160 型掘進(jìn)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的切割作業(yè)，故選用鉆爆法組織掘進(jìn)施工[1-5]。爆破材料為Ⅲ級(jí)煤礦巖石乳化炸藥Ф35×200 mm，單管藥卷重量0.2 kg，1-5 段毫秒延期電雷管。工藝流程為標(biāo)定巷道中線→標(biāo)定巷道輪廓線→定眼→鉆眼→爆破→臨時(shí)支護(hù)→出渣→錨網(wǎng)索+噴砼+U 型鋼密集架棚永久支護(hù)，循環(huán)進(jìn)度1.0 m。甩車(chē)場(chǎng)巷道采用錨網(wǎng)索+噴砼聯(lián)合支護(hù)，因清煤平巷頂板至甩車(chē)場(chǎng)巷道底板層間距較小，加強(qiáng)爆破工序的施工組織管理，是確保施工安全和巷道成型質(zhì)量的重中之重。

2.1 爆破管理

一般情況下，爆破施工作業(yè)設(shè)計(jì)較多的采用套用經(jīng)驗(yàn)公式和類比工程法，依據(jù)爆破對(duì)象的巖性、斷面形狀及尺寸大小、循環(huán)進(jìn)度等要素，確定炮眼布置方式和裝藥量，編入《作業(yè)規(guī)程》后，即可實(shí)施爆破作業(yè)?，F(xiàn)場(chǎng)管理方面，礦方安全管理人員也多依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《爆破作業(yè)規(guī)程》等相關(guān)規(guī)定和要求，對(duì)“一炮三檢”、“三人連鎖”以及爆破警戒進(jìn)行監(jiān)督，屬較為粗放的管理模式。但在實(shí)際作業(yè)當(dāng)中，常常出現(xiàn)爆破后爆轟波沖擊力大，導(dǎo)致巷道原有支護(hù)的支護(hù)強(qiáng)度損失嚴(yán)重，對(duì)巷道圍巖尤其是軟弱巖的失穩(wěn)和破（斷）裂影響較大。分析原因，主要是爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)為機(jī)械式的復(fù)制模式，制定后，不能及時(shí)地根據(jù)工作面巖性、巷道圍巖完整度和應(yīng)力、支護(hù)結(jié)構(gòu)物及構(gòu)件受損、炮煙排除時(shí)間等情況的變化調(diào)整爆破參數(shù)。很顯然，這種常規(guī)的爆破作業(yè)模式很難滿足清理平巷與甩車(chē)場(chǎng)巷道立體交叉特殊施工的安全需要，有必要實(shí)施更為精細(xì)化的爆破作業(yè)管理。

2.2 爆破設(shè)計(jì)及優(yōu)化

實(shí)施優(yōu)良爆破工程質(zhì)量的前提是科學(xué)、合理、可靠的爆破設(shè)計(jì)，針對(duì)清煤平巷工作面巖性特點(diǎn)以及斷面形狀和尺寸，依據(jù)爆破理論，進(jìn)行爆破原始工程條件的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，具體參數(shù)詳見(jiàn)表1（原始爆破參數(shù)）。經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐，分別進(jìn)行了第二次爆破參數(shù)修改、第三次爆破參數(shù)修改，最終確定爆破各參數(shù)實(shí)施量。

圖1 清煤平巷與車(chē)場(chǎng)巷道平面關(guān)系示意圖

圖2 清煤平巷與車(chē)場(chǎng)巷道立面關(guān)系示意圖

表1 原始爆破參數(shù)

2.2.1 第一次爆破效果評(píng)價(jià)及分析

第一次爆破掏槽采用楔形掏槽，爆破參考進(jìn)尺3 m。爆破后，巷道成型質(zhì)量較差，周邊眼眼痕率35%；巷道斷面輪廓線上均出現(xiàn)80～120 mm 的欠挖量，且工作面平整度差，巷壁出現(xiàn)新生裂隙較多，間距550～700 mm，裂隙深度影響在200～350 mm；爆落巖塊塊度較大，平均350 mm，最大410 mm；炮煙（塵）延續(xù)時(shí)間將近18 min；安裝在爆破地點(diǎn)30 m 范圍內(nèi)以及上部車(chē)場(chǎng)巷道的MCZS-100 錨桿測(cè)力計(jì)顯示，錨桿載荷普遍增加了3～5 kN。

原因主要是：眼距和光面層厚度設(shè)計(jì)較大，光面爆破密集系數(shù)m=1.4 偏大；鉆眼施工中打眼定位不準(zhǔn)，打眼方向控制不到位，眼底位置均不在輪廓線上，周邊眼（包括底眼）距巷道輪廓線150 mm設(shè)計(jì)過(guò)大；掏槽眼設(shè)計(jì)不合理，掏槽區(qū)形成爆破漏斗，破碎不良，導(dǎo)致大直徑巖塊較多；采用1-4 段毫秒電雷管，以及單孔裝藥系數(shù)a2過(guò)大，放炮產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊波能量過(guò)于集中。

2.2.2 第二次爆破效果評(píng)價(jià)及分析

第二次爆破時(shí)采用單空孔型直眼掏槽，并增加4 個(gè)擴(kuò)槽眼，眼距L=200 mm，a2=0.7，其他參數(shù)見(jiàn)表2（第二次爆破改進(jìn)參數(shù)）。爆破后，有效降低了掏槽區(qū)爆破漏斗的形成范圍；減小各圈圈距和眼距，相對(duì)增加炮眼數(shù)目后酌情降低裝藥系數(shù)，同時(shí)增加了雷管段位至Ⅴ段間隔爆破，有效降低了集中爆破對(duì)附近巷道及上部車(chē)場(chǎng)巷道圍巖震動(dòng)影響，MCZS-100 錨桿測(cè)力計(jì)顯示，錨桿載荷增加量普遍為1～1.5 kN；爆破后工作面堆矸比較集中，沖擊波對(duì)臨近巷道支護(hù)體的破壞變形量明顯降低（U 型架未出現(xiàn)明顯的位移和變形），破碎的巖塊塊度也比較均勻，最大塊度直徑≤300 mm；炮煙（塵）延續(xù)時(shí)間將＜15 min，周邊眼距巷道輪廓線100 mm，光面爆破密集系數(shù)m=0.8，每循環(huán)眼痕率＞70%，巷道成型質(zhì)量較好，斷面尺寸未出現(xiàn)較大偏差，整體爆破效果較好，爆破參考進(jìn)尺5 m。缺點(diǎn)是有片幫現(xiàn)象，針對(duì)此情況進(jìn)行第二次爆破設(shè)計(jì)改進(jìn)。

表2 第二次爆破改進(jìn)參數(shù)

2.2.3 第三次爆破效果評(píng)價(jià)

第三次爆破時(shí)主要對(duì)爆破順序進(jìn)行了改進(jìn)，兩底腳眼的裝藥系數(shù)比其他底眼少30%，并且在起爆順序上比其他底眼延遲一個(gè)段位，與周邊眼同時(shí)起爆，有效避免了巷道兩幫爆破后片幫現(xiàn)象，整體爆破效果比較理想。具體爆破參數(shù)見(jiàn)表3（第三次爆破改進(jìn)參數(shù)）。

表3 第三次爆破改進(jìn)參數(shù)

3 結(jié)論

第一次爆破時(shí)，爆破參數(shù)設(shè)計(jì)主要為經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，爆破質(zhì)量對(duì)巷道成型影響以及巷道圍巖整體性破壞較大。 經(jīng)過(guò)第二次改進(jìn)后，絕大多數(shù)的不良影響基本消除，尤其是基本保證了巷道成型質(zhì)量和圍巖的完整。第三次爆破設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)各圈眼起爆順序的改進(jìn)和個(gè)別炮眼裝藥系數(shù)的微調(diào)，取得了非常理想的爆破效果。

在此次近距離立體交叉巷道爆破掘進(jìn)管理中，總結(jié)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）造成爆破震動(dòng)和爆破沖擊力過(guò)大是由于在炮眼眼距、圈距過(guò)大的情況下，單孔裝藥量也比較大，同時(shí)雷管段位使用不當(dāng)，起爆時(shí)間過(guò)于集中也是重要的影響因素。

（2）眼痕率低主要是周邊眼打眼定位不準(zhǔn)，眼孔方位控制不嚴(yán)，眼底位置偏差大，眼孔角度不合理、設(shè)計(jì)過(guò)大。

（3）破碎巖塊體積和尺寸過(guò)大主要是因?yàn)樘筒坌问?、圈距、眼距以及裝藥系數(shù)設(shè)計(jì)不合理，形成爆破漏斗所致。

（4）在此次爆破作業(yè)過(guò)程中，除了爆破設(shè)計(jì)缺陷造成的不良影響，打眼工不能夠嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)的眼位、眼孔方位精準(zhǔn)操作，班干部、技術(shù)員不能?chē)?yán)格執(zhí)行工序驗(yàn)收制度，實(shí)施嚴(yán)格的炮眼鉆孔質(zhì)量驗(yàn)收和爆破后效果檢驗(yàn)，未實(shí)施精細(xì)化爆破施工的勞動(dòng)組織管理也是一個(gè)非常重要原因。

因此，要取得理想、可靠的爆破施工效果，必須加強(qiáng)技術(shù)和施工組織兩方面的管理工作。一是結(jié)合工程實(shí)際條件進(jìn)行同步的爆破施工設(shè)計(jì)及優(yōu)化，二是實(shí)施更為精細(xì)的爆破施工勞動(dòng)組織管理。