曹 祺，吳 偉

(1.淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.淮河能源控股集團(tuán)有限責(zé)任公司顧橋礦，安徽 淮南 232100)

近年來，在隧道工程、水利工程、邊坡控制等巖土工程中，聚能爆破都得到了廣泛的應(yīng)用。目前，常見的聚能裝置有聚能凹槽、聚能切縫和聚能孔等，不少廠家配合工程需要，批量生產(chǎn)聚能裝藥器，促進(jìn)聚能爆破工藝的發(fā)展。早在20世紀(jì)70年代，我國就利用大型計(jì)算機(jī)對聚能爆破的裂隙成形機(jī)理進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，提高了人們對聚能爆破的認(rèn)識。90年代國內(nèi)外眾多科技工作者設(shè)計(jì)了各種形式、各種材質(zhì)的聚能藥管進(jìn)行聚能爆破試驗(yàn)研究，還有學(xué)者試圖采用金屬聚能結(jié)構(gòu)突破聚能預(yù)裂(光面)爆破技術(shù)的瓶頸，但高昂的造價(jià)阻礙了該裝置推廣應(yīng)用的步伐。進(jìn)入21世紀(jì)，聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)性應(yīng)用的突破性發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)的突破，秦健飛等人采用常見的聚氯乙烯材料，成功研制出結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉的“雙聚能槽藥管”，并用它成形成“雙聚能槽藥卷”，實(shí)現(xiàn)“雙聚能預(yù)裂與光面爆破”，該項(xiàng)技術(shù)被住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部作為2010年的《建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)》 在全國推廣應(yīng)用[1-2]。羅寧等人深入研究了切縫藥包定向斷裂機(jī)理，利用數(shù)值模擬的方法，演示爆炸過程中沖擊波相互作用，計(jì)算出管縫前的壓力超前且明顯高于非管縫區(qū)域[3]。在煤礦中，由于沿空留巷無煤柱開采技術(shù)的推廣和應(yīng)用，對沿空留巷頂板壓力控制提出更高要求，黃陵等煤礦利用聚能爆破切頂卸壓，提高了留巷的穩(wěn)定性，確保成巷效果，達(dá)到安全生產(chǎn)要求[4-5]?；诖?，結(jié)合淮河能源股份有限公司張集礦炮掘工作面進(jìn)行聚能爆破分析與優(yōu)化，結(jié)果表明聚能光面爆破取得預(yù)期效果，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

淮河能源股份有限公司張集礦開拓303隊(duì)施工的-960 m矸石轉(zhuǎn)載膠帶機(jī)巷和掘進(jìn)101隊(duì)施工的北二排矸聯(lián)絡(luò)巷，主要由石灰?guī)r和砂礫巖組成，f=6～8，屬于中硬巖石，部分裂隙發(fā)育較破碎，巷道為半圓拱形，巷道寬5.6 m，幫高2.1 m，采用毫秒光面爆破，施工中圍巖損傷較嚴(yán)重，輪廓不平整，周邊眼痕率僅為40 %，尤其在軟弱破碎巖體中題更為突出，超欠挖嚴(yán)重，很難保證周邊質(zhì)量，為了增強(qiáng)光面爆破管理，有效控制圍巖超挖、欠挖，保證巷道成型規(guī)整，減少圍巖破壞，確保巷道支護(hù)質(zhì)量，同時(shí)通過少打眼、少裝藥以提高進(jìn)尺工效，采用礦用型爆破聚能管 BTC-1500，實(shí)施周邊眼聚能光面爆破技術(shù)。

2 施工工藝

2.1 聚能管爆破

該工程掘進(jìn)巷道周邊眼使用的礦用聚能管為非金屬PVC管，分管體及蓋板兩部分，結(jié)合后呈字母C形狀，主管體兩側(cè)對稱分布一個(gè)凹進(jìn)去的聚能槽，如圖1所示?；诟咚偌y影聚能爆破實(shí)驗(yàn)觀察表明，炸藥爆破時(shí)，首先在聚能管的聚能槽方向產(chǎn)生聚能射流，定向切割巖石，兩個(gè)相鄰炮孔連線方向產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成裂隙，在非聚能槽方向沖擊波峰值壓力無疊加，沒有超過巖石動(dòng)載抗壓強(qiáng)度，保護(hù)周邊圍巖不受破壞；其次，爆破產(chǎn)生的大量氣體，在兩相鄰炮孔之間產(chǎn)生氣楔效應(yīng)，進(jìn)一步擴(kuò)大裂隙，使之貫通，形光滑巷道輪廓線。由些可見，裝藥時(shí)，聚能槽與巷道輪廓線一致是關(guān)鍵，并且起爆瞬間聚能管在不對稱爆炸應(yīng)力波和爆生氣體準(zhǔn)靜力的影響下會產(chǎn)生內(nèi)旋，聚能槽角度發(fā)生偏移，影響聚能爆破對裂隙產(chǎn)生方向的控制，需要加入定位塊固定聚能管的角度，確保產(chǎn)生定向裂隙。

圖1 聚能管結(jié)構(gòu)

2.2 聚能管參數(shù)及裝藥工藝

聚能管長度為500 mm，截面為橢圓形，長軸長28.35 mm，短軸長24.18 mm，聚能槽頂角70°，聚能槽頂部距離17.27 mm，聚能管一側(cè)有可開啟的裝藥口。裝藥時(shí)，聚能管在后方巷道寬敞且通風(fēng)良好地點(diǎn)提前制作，將聚能管并排放置在工作平臺上，平臺長2 m，寬1 m，可采用長2 m、寬200 mm、厚70 mm的大板拼接而成，并要保證操作臺面平整，然后，把一根藥卷一端包裝皮切開，然后將聚能管一端插入藥卷內(nèi)，再取一根藥卷從中間切開后將聚能管另一端插入藥卷內(nèi)。為保障聚能管裝置中的聚能槽對準(zhǔn)巷道輪廓面以防止轉(zhuǎn)動(dòng)，要在炮眼孔口20 cm位置套放矩形定位塊，定位塊用膠布綁緊，在施工過程中，底部兩排炮眼必須使用阻燃膠帶，阻燃膠帶在裝藥時(shí)固定在炮頭中部，用雷管腳線將阻燃膠帶和炮頭至少纏繞兩圈，確保在裝藥時(shí)阻燃膠帶不脫落，阻燃膠帶在炮眼外部外露長度不小于300 mm，這樣聚能管組裝才完全組裝好。為確保煤礦井下爆破安全，采用正向起爆，在對準(zhǔn)孔口方向的聚能管藥卷上插入雷管。組裝后的聚能管裝入周邊眼時(shí)，聚能管放置方向應(yīng)與輪廓線切線方向一致。孔口使用水沙袋堵塞，掏槽眼、輔助眼及底眼仍使用黃土炮泥及水炮泥。每個(gè)周邊眼使用不少于2卷水沙袋，袋口朝眼底，規(guī)格為φ42 mm×320 mm，并保證水沙袋完整和充水飽滿，水沙袋至眼口距離不小于30 mm，如圖2所示。

圖2 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 爆破工藝

針對普通光面爆破出現(xiàn)的圍巖損傷較嚴(yán)重，巷道輪廓不平整，超挖量較大，噴砼超方嚴(yán)重以及初支平整度差等問題，利用聚能爆破技術(shù)定向斷裂技術(shù)，提高周邊孔的間距，將原本周邊眼眼距由300～400mm提高到600～800mm，從而減小炮眼數(shù)目，增加工作效率。另外，改變掏槽方式，增加掏槽眼個(gè)數(shù)和裝藥量，確保巷道有效進(jìn)尺。優(yōu)化前后炮眼布置圖，如圖3所示。

a. 常規(guī)光面爆破

b. 聚能光面爆破

3 爆破效果

3.1 循環(huán)時(shí)間減小

以掘進(jìn)101隊(duì)施工的北二排矸聯(lián)絡(luò)巷為例，通過優(yōu)化炮眼布置，減少了炮眼數(shù)量，縮短了打眼和掃眼時(shí)間。實(shí)際工程中，使用常規(guī)光面爆破，全斷面布置炮眼110～120個(gè)，每次打眼的時(shí)間在4～5小時(shí)，采用聚能管爆破，只需施工70～75個(gè)炮眼，按液壓鉆車打眼一個(gè)5分鐘計(jì)算，每次爆破可少打35～40個(gè)炮眼，兩個(gè)大臂打眼預(yù)計(jì)少用1.5～2小時(shí)，每次打眼的時(shí)間在2.5～3小時(shí)，同時(shí)掃眼也可節(jié)約半小時(shí)，故每循環(huán)打眼、掃眼可縮短2～2.5小時(shí)。另外，聚能管裝藥工序簡化，周邊眼裝藥操作簡單，不存在落炮、穿炮的情況，同時(shí)采用聚能管、水沙袋等新工藝，縮短了裝藥時(shí)間，每次裝藥可提前1小時(shí)完成。因此，聚能管爆破每循環(huán)縮短工時(shí)4～5小時(shí)，普通光面爆破最快3個(gè)小班放一炮完成一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺，采用聚能管爆破后可提高到2個(gè)小班放一炮完成一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺。按月計(jì)算(不考慮其它影響因素)，普通光面爆破每月放30炮，每炮進(jìn)尺1.5～1.8米，月進(jìn)尺最多54米。采用聚能管爆破每月可提高到45炮，每炮進(jìn)尺1.8～2.1米，月進(jìn)尺可提高到90米以上。

3.2 成巷質(zhì)量高

根據(jù)觀察可知，優(yōu)化后的掏槽方式，循環(huán)進(jìn)尺增加0.3米。巷道成型好，眼痕保留率達(dá)到80 %～90 %，巷道爆破面光滑平整，減小圍巖擾動(dòng)，保證圍巖的自承穩(wěn)定能力，有利于錨桿支護(hù)，巷道沒有大面積超挖、欠挖現(xiàn)象，減少出矸量，降低了混凝土噴漿量。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益好

炮眼個(gè)數(shù)的減少，相應(yīng)的雷管、炸藥消耗減少，降低了成本費(fèi)用。北二排矸聯(lián)絡(luò)巷施工中，每循環(huán)聚能管爆破雷管少用45發(fā)，單價(jià)2.68元，可降低費(fèi)用約120元；炸藥少用19 kg，單價(jià)20元，炸藥費(fèi)用可降低380元。每循環(huán)進(jìn)尺雷管、炸藥費(fèi)用合計(jì)節(jié)省500元。聚能管爆破除節(jié)約雷管、炸藥爆破器材消耗外，少打的炮眼降低了鉆桿、鉆頭磨損、耗電、耗油等費(fèi)用，降低了巷道施工支護(hù)材料費(fèi)用，扣除增加的聚能管和水沙袋等配件的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益得到明顯改善。

表1 技術(shù)效果對比

采用聚能管的聚能爆破技術(shù)與常規(guī)煤礦巷道爆破技術(shù)相比，炮眼布置數(shù)目減小約37 %，大幅度降低巷道掘進(jìn)成本，提高巷道掘進(jìn)速度，爆破后巷道輪廓面整齊，圍巖擾動(dòng)較小，有效提升安全作業(yè)系數(shù)。

Application of Accumulative Blasting Technology in Zhangji Mine of Huainan Mining Area

CAO Qi1,WU Wei2

(1.HuainanVocationalandTechnicalCollege,HuainanAnhui232001; 2.GuqiaoMine,HuaiheEnergyCo.,Ltd.HuainanAnhui232100)

AbstractWith the wide application of energy-gathering devices such as energy-gathering tubes, the directional fracture technology of energy-gathering blasting has been greatly applied. The energy gathering blasting technology was used in many roadways such as belt conveyor roadway and contact roadway in Zhangji Coal Mine of Huaihe Energy Co., Ltd. The test results show that compared with the conventional smooth blasting, the working time of each cycle is shortened by 4-5 hours, the footage is increased by 0.3 m, the cost of detonators and explosives is saved by 500 yuan, the roadway blasting surface is flat and smooth, the disturbance of surrounding rock is reduced, the self-supporting stability of surrounding rock is ensured, and the safety operation coefficient is effectively improved.

Keywordssmooth blasting；energy-gathering blasting；Huainan mining area