康 萌

(陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司，陜西 韓城 715400)

0 引言

回采巷道是礦井開采的必要通道之一，提高回采巷道掘進速度對采煤工作的正常接續(xù)具有著非常重要的意義?；夭上锏涝诰蜻M過程中會遇到各種不同的巖性，其中半煤巖巷道掘進過程中普遍存在因煤巖性質(zhì)不一導(dǎo)致的爆破效果差，炮眼利用率低，留底現(xiàn)象嚴(yán)重，爆破斷面不規(guī)整等問題，而且半煤巖巷道掘進常采用淺眼爆破，嚴(yán)重影響了回采巷道的掘進速度。積極改善掏槽爆破形式，合理選擇爆破參數(shù)是提高巷道掘進進尺，保證巷道成型的有效方式之一[1]。

基于不同的原理，不同的方法，國內(nèi)外學(xué)者對此進行了研究[1]。錢七虎等[2]以巖石爆破破碎理論為基礎(chǔ)，深入研究了巷道硐室的掏槽爆破理論，其巷道爆破的炮眼布置技術(shù)在現(xiàn)場得到了廣泛應(yīng)用；梁為民等[3]通過楔形掏槽對稱性爆破相似模擬試驗得出了掏槽眼炮孔角度對稱布置能夠充分利用炸藥的爆破能，增大爆破槽腔體積，增加槽腔深度的結(jié)果；戴俊等[4]認(rèn)為爆破槽孔的形成主要分為巖石破壞階段和破碎巖石拋出階段；董方庭等[5]通過現(xiàn)場試驗對直眼掏槽和斜眼掏槽的優(yōu)缺點和適用條件進行了總結(jié)；東兆星等[6]在大量試驗的基礎(chǔ)上給出了巷道硐室爆破的輔助眼布置計算方法。掏槽方式、炮眼布置、裝藥結(jié)構(gòu)等一直是提高爆破質(zhì)量的重要措施，基于下峪口煤礦半煤巖巷道的地質(zhì)特征，文中以23210進順掘進面為背景，采用理論設(shè)計和現(xiàn)場實測相結(jié)合的方法，進行半煤巖巷道爆破掘進技術(shù)試驗，總結(jié)半煤巖巷道爆破規(guī)律，揭示半煤巖巷道爆破機理，并針對不同情況提出針對性爆破措施。

1 工程概況

23210進順掘進巷道位于礦井二三采區(qū)北翼，其北部與2-2采區(qū)回風(fēng)下山相鄰，淺部為北翼2號回風(fēng)大巷。巷道開口位置位于2-3采區(qū)輸送機大巷S13點后64.76 m處，該巷道以295°方位向前施工30.334 m與2-3采區(qū)回風(fēng)大巷貫通；采用錨網(wǎng)索梁進行支護，巷道凈寬4 600 mm，凈高3 000 mm，掘進斷面面積13.8 m2。

2號煤厚一般為0.8～1.0 m，該區(qū)域煤層傾角為-2°～4°，距上覆2號上煤間距3.5～6.0 m，距下覆3號煤21～25 m。偽頂為泥巖，黑色，薄層狀，厚0～0.5 m；直接頂為粉砂巖，黑色，結(jié)構(gòu)致密，塊狀，有少量的植物化石碎片，厚1.2～2.0 m；老頂為細(xì)砂巖，灰白色，結(jié)構(gòu)致密，堅硬，中夾有煤線及炭質(zhì)泥巖條帶(2號上煤厚0.1～0.4 m，沉積不穩(wěn)定)有云母星點，厚約4.0～6.0 m。底板為砂質(zhì)泥巖，黑色，易風(fēng)化，中夾薄層細(xì)砂巖條帶，有少量的植物化石碎片，局部有一層厚0～0.2 m煤線，距2號煤底板0.8～1.5 m，層厚4.5～5.5 m。在施工范圍內(nèi)煤層主要受煤層頂板層滑或擠壓構(gòu)造影響，導(dǎo)致煤層頂、底板有一定的起伏變化，工作面地質(zhì)條件相對簡單。

2 半煤巖巷道掘進爆破技術(shù)研究

根據(jù)下峪口煤礦的現(xiàn)場施工情況來看，巷道掘進采用的炮眼和藥卷直徑普遍較小，且由于廠家在考慮安全性能的基礎(chǔ)上降低了炸藥性能，導(dǎo)致煤礦巷道掘進難以取得較大進尺，尤其是半煤巖巷道，難度更大。半煤巖巷道由于巖層和煤層厚度一直處于動態(tài)變化范圍內(nèi)，工人很難根據(jù)爆破設(shè)計情況對現(xiàn)場施工情況進行方案調(diào)整，因此經(jīng)常出現(xiàn)欠挖、超挖、留底、補炮等情況。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)煤層厚度在1 m左右，巖石較軟時，巷道進尺可以達到1.6 m左右；當(dāng)煤層厚度小于0.7 m，巖石較硬時，巷道進尺下降到1.3 m左右，且常會出現(xiàn)掏槽效果差、留底等問題，嚴(yán)重影響了煤礦生產(chǎn)的接續(xù)性。造成上述現(xiàn)象深層次的原因主要有以下幾個方面：掏槽方法的選擇；炮眼布置形式；打孔方式和炮眼深度；裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方法；炮眼內(nèi)封泥質(zhì)量。

2.1 掏槽方法的選擇

在巷道掘進過程中，掏槽眼主要發(fā)揮破碎部分巖石形成第2個自由面的作用。掏槽眼一般布置在巷道斷面中央靠近底板處，這樣既方便工人打眼施工又能加快巖石自重崩落。根據(jù)下峪口煤礦試驗巷道的地質(zhì)條件，本研究采用“抓兩頭、帶中間”的原則進行掏槽方式的選擇。即首先選擇掏槽方式和掏槽眼位置，其次是布置好周邊眼，最后根據(jù)斷面大小布置崩落眼。

2.2 炮眼布置優(yōu)化

炮眼布置方式優(yōu)化：炮眼布置方式主要根據(jù)巖石物理力學(xué)性質(zhì)、巷道斷面形狀和炸藥的種類來進行選擇，合理的炮眼布置方式能大大提高巷道爆破效果。

輔助眼：輔助眼又稱崩落眼，主要發(fā)揮崩落大部分巖石和擴大掏槽的作用。輔助眼要均勻布置在掏槽眼與周邊眼之間，其間距一般500～700 mm，炮眼方向一般垂直于工作面，裝藥系數(shù)一般為0.45～0.60。

周邊眼：在進行光面爆破試驗時，周邊眼一般布置在巷道設(shè)計斷面輪廓上，眼底略向輪廓線外偏斜，一般不超過100～150 mm，這樣既可以保證下循環(huán)打眼工作空間又可以較少超挖量。

底眼：底眼主要發(fā)揮控制巷道底板標(biāo)高的作用，當(dāng)?shù)籽垩劭诒认锏赖装甯叱?50～200 mm時，有利于鉆眼和防止灌水。底眼間距一般為500～700 mm，裝藥系數(shù)一般為0.5～0.7。根據(jù)實踐經(jīng)驗，巷道掘進采用光面爆破時，掏槽眼、崩落眼、控制光爆層的崩落眼和周邊眼(頂、幫)的每眼裝藥數(shù)量的比例大致為4∶3∶2∶1。

炮眼布置規(guī)則：除合理地選擇掏槽方式和爆破參數(shù)外，還需合理布置炮眼，取得理想爆破效果。炮眼布置方法和原則有以下幾點。①工作面上各類炮眼布置是“抓兩頭、帶中間”。即首先選擇掏槽方式和掏槽眼位置，其次是布置好周邊眼，最后根據(jù)斷面大小布置崩落眼；②掏槽眼布置在斷面的中央偏下，并考慮輔助眼的布置較為均勻和減少崩壞支護及其他設(shè)施的可能；③周邊眼一般布置在巷道斷面輪廓線上，頂眼和幫眼按光面爆破要求，各炮眼相互平行，眼底落在在同一平面上；④輔助眼均勻地布置在掏槽眼和周邊眼之間，以掏槽眼形成的槽腔為自由面層層布置。

2.3 裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方式優(yōu)化

在爆破過程中，裝藥結(jié)構(gòu)和起爆方法對爆破效果有著非常重要的影響。因此，合理選擇裝藥方式和起爆方法是提高爆破效果的重要途徑。

下峪口煤礦為煤與瓦斯突出礦井，為避免瓦斯煤塵爆炸及誘發(fā)沖擊危險，全部炮眼統(tǒng)一采用正向連續(xù)柱狀裝藥結(jié)構(gòu)，串聯(lián)連線全斷面一次起爆。研究表明，空氣柱間隔裝藥爆破可以降低作用在炮孔孔壁上的峰值壓力，減少炮震裂隙[7]，因此掏槽眼和輔助眼采用連續(xù)正向裝藥，周邊眼采用單段空氣柱式裝藥結(jié)構(gòu)。裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 炮眼裝藥結(jié)構(gòu)

3 半煤巖巷道爆破掘進試驗

3.1 爆破參數(shù)計算

炮眼直徑：目前，國內(nèi)巖巷掘進均采用32 mm、35 mm這2種藥卷，因炮眼直徑比藥卷直徑大10 mm左右，下峪口試驗巷道采用的炮眼直徑為42～45 mm。

炮眼深度：合理的炮眼深度應(yīng)使得炮眼利用率達到85%～90%，同時保證鉆眼和掘進速度快，掘進成本低。下峪口煤礦使用的掘進設(shè)備為氣腿式鑿巖機，此設(shè)備較適宜的鉆眼深度為2.2～3.0 m。

炮眼數(shù)目：炮眼數(shù)目的多少直接影響鉆眼工作量、爆破巖石的塊度、巷道的形狀等。炮眼數(shù)目取決于巖石性質(zhì)，巷道斷面形狀和尺寸、炮眼直徑和炸藥性能等因素。合理的炮眼數(shù)目應(yīng)以保證爆破效果為原則，一般是先以巖層性質(zhì)和斷面大小進行初步估算，然后在設(shè)計斷面圖上做炮眼布置圖，得出炮眼總數(shù)，并通過實踐調(diào)整修正。

炸藥消耗量：按照光面爆破技術(shù)，依據(jù)典型實例，見表2。該表均采用2號巖石硝銨炸藥，其炸藥消耗量一般略低于國家定額。表中所列定額是按2號巖石硝銨炸藥、延期電雷管制定的，若采用其他炸藥時，則需根據(jù)爆力大小加以適當(dāng)修正。

表2 光面爆破掘進巖巷炸藥消耗量

(1)

式中，q—炸藥消耗量，kg·m-3；P—巖石堅固性系數(shù)。

3.2 爆破施工控制

打眼要求：平、直、準(zhǔn)、齊，并根據(jù)煤層的變化情況進行合理的調(diào)整。工作面炮眼布置情況，如圖2所示。

圖2 工作面炮眼布置

裝藥要求：周邊眼采用單段空氣柱間隔正向裝藥結(jié)構(gòu)，必須保證有足夠的空氣柱及封泥長度，其他眼采用連續(xù)正向裝藥結(jié)構(gòu)，必須保證藥卷之間的良好接觸和封孔質(zhì)量。

裝藥量要求：嚴(yán)格按爆破圖表作業(yè)，不得隨意更改炸藥用量，見表3。

表3 裝藥量及起爆順序

4 試驗效果分析

現(xiàn)場試驗表明，爆破參數(shù)優(yōu)化后的巷道成形良好，煤巖壁基本平直，解決了原來部分巷道爆破欠挖、超挖問題，且巷道維護量和炸藥消耗量相對于試驗前都有所降低，巷道圍巖穩(wěn)定性有了較大提升，巷道掘進單進平均提高40 m/月，相對于試驗前月進尺提高了50%。爆破參數(shù)優(yōu)化前后部分技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表4。

表4 爆破參數(shù)優(yōu)化前后部分技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

5 結(jié)論

(1)周邊眼采用單段空氣柱間隔正向裝藥結(jié)構(gòu)，減小了爆破震動對巷道圍巖的影響，提高了巷道圍巖穩(wěn)定性。

(2)控制掏槽眼深度和裝藥量保證巷道進尺，控制周邊眼間距和藥量確保巷道成形平直。

(3)半煤巖巷道煤層厚度處于動態(tài)變化之中，因此爆破參數(shù)也需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整。

(4)現(xiàn)場施工質(zhì)量與爆破效果息息相關(guān)，工程技術(shù)人員要確保每個環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。