陳壽安

(國(guó)投新集能源股份有限公司新集二礦，安徽 淮南 232180)

某礦軌道大巷是服務(wù)于采區(qū)的主要運(yùn)輸、通風(fēng)巷道，海拔標(biāo)高為+400 m，掘進(jìn)長(zhǎng)度4290 m。巷道設(shè)計(jì)斷面為半圓拱形，斷面凈寬5000 mm、凈高4600 mm、掘?qū)?240 mm、掘高4940 mm。巷道掘進(jìn)采用鉆爆法施工，周邊孔采用光面爆破，巷道斷面采用臺(tái)階法施工。目前，該軌道大巷平均月進(jìn)尺僅為60 m，相對(duì)緩慢的掘進(jìn)速度嚴(yán)重制約了礦井的高產(chǎn)高效開采，延長(zhǎng)了礦井的接替周期，成為礦井?dāng)U大生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益的“瓶頸”。掏槽的深度決定了掘進(jìn)的循環(huán)進(jìn)尺，掏槽效果受到地質(zhì)條件、掏槽深度及形式等多因素的影響。因此，基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)試掏槽爆破因素分析，確定該礦軌道大巷掏槽形式和掏槽爆破參數(shù)，對(duì)于提高爆破工程質(zhì)量及巷道掘進(jìn)速度具有重要意義。

1 試驗(yàn)方案

在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合該礦軌道大巷巖石的物理力學(xué)性能參數(shù)測(cè)試結(jié)果及爆破掘進(jìn)方案，確定試驗(yàn)方案。巷道圍巖強(qiáng)度可分為3個(gè)等級(jí)，即38.5 MPa、50 MPa和25 MPa。巖石強(qiáng)度38.5 MPa試塊5塊，調(diào)整掏槽孔傾角進(jìn)行試驗(yàn);巖石強(qiáng)度50 MPa試塊2塊。巖石強(qiáng)度25 MPa試塊2塊;試塊尺寸為300 mm×300 mm×300 mm的水泥沙漿，見圖1。根據(jù)相似準(zhǔn)則確定3種強(qiáng)度試塊材料配比分別為1∶2.3∶7.2、1∶2.5∶8.0 和 1∶1.9∶8.4(水∶水泥∶沙子)。水泥選用強(qiáng)度等級(jí)為32.5(R)的普通硅酸鹽水泥，養(yǎng)護(hù)28天進(jìn)行試驗(yàn)。

圖1 試塊模型示意圖

根據(jù)巖石強(qiáng)度等級(jí)試驗(yàn)分3組進(jìn)行，在每種強(qiáng)度試塊試驗(yàn)中分別調(diào)整掏槽孔傾角依次進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)方案共制作試塊9塊，主要研究楔形掏槽炮孔傾角對(duì)掏槽效果的影響、楔形掏槽爆破機(jī)理、炮孔堵塞作用，最終確定適合該巖巷的掏槽爆破方式和參數(shù)。具體試驗(yàn)方案見表1。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在爆破實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，為了保證掏槽孔傾角的準(zhǔn)確性，掏槽孔采用電錘人工鉆孔，見圖2(a)。量角器和鋼尺控制傾角和孔深;裝藥為單質(zhì)黑索金炸藥，單孔藥量為0.1 g，引火藥頭起爆;采用黑膠皮覆蓋防護(hù);爆破后掏槽深度采用鋼尺確定，確定深度時(shí)量取相互垂直的兩個(gè)方向的深度，最后取2個(gè)垂直深度的平均值作為槽腔深度，見圖2(b)。槽腔體積確定時(shí)先將塑料袋放入槽腔，向塑料袋內(nèi)灌水，當(dāng)水充滿整個(gè)槽腔后，把塑料袋內(nèi)水放入量筒確定槽腔體積，見圖2(c)。

表1 試驗(yàn)方案表

圖2 試驗(yàn)方法示意圖

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 槽腔深度及體積

試驗(yàn)過程中，記錄了試塊爆破后槽腔深度、槽腔體積、炮孔利用率和槽腔爆破塊度等參數(shù)，通過對(duì)比試驗(yàn)記錄參數(shù)，分析對(duì)比掏槽孔傾角變化對(duì)掏槽效果的影響，并簡(jiǎn)單分析楔形掏槽爆破槽腔形成過程。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果表

根據(jù)表2繪制38.5 MPa試塊槽腔深度及體積變化圖，見圖3。

在掏槽爆破中，掏槽孔傾角變化將影響槽腔的深度，傾角不對(duì)稱時(shí)槽腔深度減小;掏槽孔傾角變化時(shí)槽腔體積也會(huì)隨之變化，掏槽孔不對(duì)稱時(shí)槽腔體積減小。

圖3 38.5 MPa試塊槽腔深度及體積變化圖

圖4 試塊槽腔深度對(duì)比圖

根據(jù)試塊爆破后槽腔深度、槽腔體積的變化規(guī)律可以看出，炮孔傾角在80°左右槽腔深度及槽腔體積均達(dá)到峰值。因此，在試塊強(qiáng)度為38.5 MPa時(shí)，為了提高槽腔深度和擴(kuò)大槽腔體積應(yīng)控制炮孔傾角在80°左右。繪制不同巖石強(qiáng)度條件下槽腔深度變化圖，見圖4。巖石強(qiáng)度在25～50 MPa范圍內(nèi)，槽腔深度變化范圍為55～68 mm，巖石強(qiáng)度為 38.5 MPa，炮孔傾角為70°、80°條件下，槽腔深度分別達(dá)到 62 mm，68 mm。根據(jù)對(duì)比分析結(jié)果，確定炮孔傾角為80°能夠充分利用爆炸能量，提高鉆孔利用率。

相同掏槽傾角時(shí)不同強(qiáng)度試塊槽腔深度不同，且傾角變化時(shí)槽腔深度也隨之發(fā)生變化;隨著掏槽孔傾角的增大，槽腔深度均相應(yīng)增大。從炸藥能量分配來看，炸藥的爆炸能量消耗在巖石彈性變形，巖石的破碎，巖石的拋移、飛散以及形成空氣沖擊波4個(gè)方面。巖石強(qiáng)度較小，且掏槽孔深度不大時(shí)炸藥能量分配在巖石彈性變形、巖石破碎上的比例減少，較多的能量分配在拋移和形成空氣沖擊波上，造成槽腔深度和槽腔體積減小。

3.2 爆破效果

試塊爆破效果見圖5。

圖5 試塊爆破效果圖

對(duì)比不同巖石強(qiáng)度條件下試塊爆破效果可見，巖石強(qiáng)度越低，爆破周圍裂隙越發(fā)育，爆破影響范圍越大。因此，在巖石強(qiáng)度不同的條件下，可以通過控制單孔裝藥量實(shí)現(xiàn)爆破效果的一致性，實(shí)現(xiàn)進(jìn)尺的統(tǒng)一。

3.3 炮孔堵塞效果

測(cè)試炮孔堵塞條件下爆破效果圖，見圖6。

圖6 炮孔堵塞效果對(duì)比圖

炮孔堵塞后可以提高炸藥能量利用率，保證爆破效果，而不堵塞時(shí)炸藥能量從炮孔口大量逸出，爆炸能量主要消耗在形成空氣沖擊波上。在炮孔堵塞條件下，鉆孔破壞效果較未堵塞條件下明顯增強(qiáng)，對(duì)于提高爆破效果起到積極的作用。

4 結(jié)論

1)掏槽爆破時(shí)掏槽孔傾角影響槽腔深度和槽腔體積，不同強(qiáng)度的巖石掏槽爆破時(shí)需要確定合適的炮孔傾角，才能達(dá)到良好的掏槽效果。

2)掏槽孔傾角不對(duì)稱時(shí)會(huì)降低槽腔深度和槽腔體積。

3)巖石強(qiáng)度較低時(shí)(f=2～5)，隨著巖石強(qiáng)度的增加，掏槽孔傾角應(yīng)適當(dāng)增大。

4)炸藥爆破時(shí)需要對(duì)炮孔進(jìn)行合理堵塞，以提高炸藥能量利用率，保證爆破效果。

5)掏槽爆破槽腔的形成是爆炸應(yīng)力波和爆生氣體共同作用的結(jié)果，為了適應(yīng)不同的巖石條件，應(yīng)根據(jù)理論計(jì)算，確定爆炸應(yīng)力波和爆生氣體兩種能量的合適比例，以求達(dá)到良好的爆破效果。

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