煤礦井下巷道爆破方案的優(yōu)化研究

林維山

（華陽五礦，山西 陽泉 045000）

華陽五礦8228回風(fēng)順槽井下位于中央?yún)^(qū)擴(kuò)區(qū)，該工作面含矸2～3層，距頂板2.0 m左右有一層厚夾矸，厚約1.2 m，較穩(wěn)定。煤巖類型為半光亮型，屬于低瓦斯礦井，自開采以來并未發(fā)生過瓦斯事故，因此在進(jìn)行巷道掘進(jìn)時(shí)會采用爆破法進(jìn)行輔助。但在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的爆破方案成巷效果差，巷道圍巖的穩(wěn)定性差，大塊率高，不僅降低了巷道支護(hù)效率和安全性，也增加了巷道掘進(jìn)成本。結(jié)合華陽五礦井下的實(shí)際情況，本文提出了一種新的井下巷道爆破方案，根據(jù)在五陽煤礦的實(shí)際應(yīng)用表明，該新的爆破方案能夠?qū)⒁淮伪瞥上锫侍嵘?7.4%，將爆破后的大塊率降低79.3%，顯著提升煤礦井下的爆破效果和經(jīng)濟(jì)性。

1 原爆破方案不足分析

華陽五礦的煤層平均傾角為6°，煤層的平均厚度7.9 m，堅(jiān)固性系數(shù)為2。老頂為細(xì)粒砂巖，平均厚度2.2 m，成分以石英為主；直接頂為砂質(zhì)泥巖，平均厚度9.0 m，含砂量較均勻；直接底為砂質(zhì)泥巖，平均厚度0.3 m；老底為細(xì)砂巖，平均厚度3.0 m，致密、堅(jiān)硬。在對華陽五礦煤礦井下巷道爆破后的情況分析后發(fā)現(xiàn)，其最突出的不足主要是巷道成型效果差和爆破后的大塊多，嚴(yán)重影響了井下巷道成型效率和經(jīng)濟(jì)性，通過對多重因素分析，最終確定了導(dǎo)致爆破效果差的原因。

井下巷道爆破后成型效果差、邊緣不規(guī)則且超挖嚴(yán)重，主要是由于爆破孔的數(shù)量設(shè)置較少。為了滿足擴(kuò)大爆破范圍的需求，在單個(gè)爆破孔內(nèi)的裝藥量極多，在進(jìn)行爆破時(shí)爆破藥能量集中釋放，使爆破中心位置受到嚴(yán)重的沖擊[1]，因此造成了邊緣區(qū)域極不規(guī)則，而且由于爆破威力大、爆破孔間距大，導(dǎo)致在遠(yuǎn)離爆破孔中心的位置大塊率極高。因此要提高井下巷道的爆破效果，需要增加爆破孔數(shù)量，盡量使各爆破沖擊區(qū)域重疊，以降低爆破時(shí)的大塊率，提高鏟裝效率。五陽煤礦現(xiàn)有爆破參數(shù)見表1。

表1 華陽五礦現(xiàn)有爆破孔參數(shù)

2 爆破方案優(yōu)化

根據(jù)對華陽五礦爆破方案不足的分析，結(jié)合8228回風(fēng)順槽的實(shí)際情況，提出了一種新的井下巷道爆破方案，將井下巷道周邊孔的數(shù)量增加到15個(gè)（圖1中編號為17～31的孔），巷道垂直和拱頂處的周邊孔距離設(shè)置為440 mm，爆破孔的直徑設(shè)置為200 mm，爆破孔深1300 mm。在巷道斷面上設(shè)置6個(gè)掏槽眼，孔深設(shè)置為1500 mm，孔徑設(shè)置為200 mm，掏槽眼的個(gè)數(shù)為6個(gè)（圖1中編號為1～6的孔）。在巷道斷面上設(shè)置10個(gè)輔助眼（圖1中編號為7～16的孔），孔深設(shè)置為1300 mm，鉆孔直徑設(shè)置為200 mm，水平方向鉆孔間距設(shè)置為511 mm，斜距設(shè)置為660 mm。在巷道的底部設(shè)置6個(gè)底眼（圖1中編號為32～37的孔），孔深設(shè)置為1300 mm，孔徑設(shè)置為200 mm，各個(gè)孔之間的距離為540 mm。優(yōu)化后的爆破孔布置結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 井下巷道爆破孔布置結(jié)構(gòu)示意圖

各爆破孔基本參數(shù)見表2。

表2 各爆破孔參數(shù)匯總表

同時(shí)，為了提高爆破時(shí)的破碎率，降低大塊率，在周邊孔和輔助孔處采用了間隔裝藥[2]的方案，可以利用爆破時(shí)的聚能效應(yīng)來提高爆破效果。根據(jù)實(shí)際爆破驗(yàn)證，周邊孔內(nèi)每段的裝藥量為20 g，輔助孔內(nèi)每段的裝藥量設(shè)置為400 g。間隔裝藥結(jié)構(gòu)如圖2[3]。

圖2 間隔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3 爆破工藝要求

炮眼布置采用垂直楔形掏槽，先布置掏槽眼，后布置下部眼，最后布置上部眼。炮眼最小抵抗線，巖層中不小于0.3 m，遇煤層時(shí)不小于0.5 m。炸藥采用三級煤礦許用乳化炸藥，規(guī)格Φ35 mm×200 mm，重200 g/卷；雷管采用毫秒延期電雷管1～5段（最后一段延期時(shí)間不超過130 ms）。在進(jìn)行裝藥布置時(shí)，采用正向連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)。

填塞炮泥時(shí)，用手輕輕拉住腳線，貼住巖壁，先將水炮泥裝入，再用炮土將炮眼封實(shí)。采用“一輕二緊三用力”操作方法搗固炮泥。封泥長度要求眼深0.6～1.0 m時(shí)，封泥不少于眼深的1/2，眼深1.0～2.5 m時(shí)，封泥不少于0.5 m，無封泥或封泥不足不實(shí)的炮眼嚴(yán)禁爆破[4]。

發(fā)爆器采用FD200L三人連鎖數(shù)顯遙控發(fā)爆器，確保起爆的安全性。分次爆破中，每個(gè)循環(huán)炸藥量可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行輕微調(diào)整，封泥長度不少于0.5 m，連線采用串聯(lián)方式，起爆順序?yàn)樘筒垩邸⑾虏垦?、上部眼分次爆破方式。爆破時(shí)若母線出現(xiàn)故障則應(yīng)采用導(dǎo)通法進(jìn)行測量，嚴(yán)禁采用短路法進(jìn)行故障排查。

4 爆破效果對比

優(yōu)化后巷道一次爆破成巷率由最初的46.8%提升到了目前的79.5%，比優(yōu)化前提升了69.9%；爆破后的二次處理時(shí)間由2 h/m降低到了1 h/m，有效提升了爆破后對巷道進(jìn)行二次處理的效率；爆破后大塊巖石的數(shù)量也比優(yōu)化前降低了約79.3%。巷道圍巖穩(wěn)定性好，成型質(zhì)量一致性高，對減少后續(xù)的支護(hù)時(shí)間、提升支護(hù)效率和綜采穩(wěn)定性均具有較大的意義。新的爆破方案，對提升五陽煤礦的井下綜采效率和作業(yè)安全具有積極的意義。

5 結(jié) 論

（1）井下巷道爆破后成型效果差主要是由于爆破孔的數(shù)量設(shè)置較少，單個(gè)爆破孔內(nèi)的裝藥量極多，爆破時(shí)爆破藥能量集中釋放，使爆破中心位置受到嚴(yán)重的沖擊，因此造成了邊緣區(qū)域極不規(guī)則，遠(yuǎn)離爆破孔中心的位置大塊率極高。

（2）將周邊孔數(shù)量由10個(gè)增加到15個(gè)，同時(shí)在周邊孔和輔助孔處采用間隔裝藥的方案能夠優(yōu)化爆破孔分布，提升爆破效果。

（3）新的爆破方案能夠?qū)⒁淮伪瞥上锫侍嵘?7.4%，將爆破后的大塊率降低79.3%，爆破后的二次處理時(shí)間由2 h/m降低到了1 h/m，有效提升了井下巷道成型效率和安全性。