岩巷掘进爆破技术措施

2010-12-31刘新

中国新技术新产品 2010年5期

刘新

（恒源煤电五沟煤矿开拓事业部，安徽淮北 235000）

掘进工作面巷道掘进爆破的特点是巷道宽度小,自由面少,岩石所受夹制作用强。而现场施工的不规范，不仅影响了巷道掘进的速度,增加了出矸量和支护材料消耗,也降低了巷道的稳定性和安全性。因此，如何提高爆破效率、改善爆破效果、增加进尺、保证成型,是岩巷掘进爆破工作中应解决的主要问题。

1 炮眼深度

影响炮眼深度的因素主要有：岩石性质、钻眼机械、循环作业方式、炸药威力等，在选择炮眼深度时应综合考虑。

1.1 根据钻眼机械确定

合理的炮眼深度应与钻眼机械相适应，即合理的炮眼深度要保证钻眼时有较高的钻眼速度。有资料表明：对于普通的气腿式凿岩机（如常用的7655 型和YT-24 型），在相同的凿岩条件下，采用同一根钎子钻眼，每增加1m 炮眼，其钻眼速度就下降4%～10%，且随着钻眼深度的增加，钻眼速度就下降得越快。特别当炮眼深度超过3.0m时，由于钎子重量增加，使克服钎子弹性变形的冲击功增大，排粉难度也增大；其次钎杆与眼壁间摩擦阻力增大，能量消耗增加；再者人工拔钎也相当困难。

1.2 根据循环作业方式确定

合理的炮眼深度应与循环作业方式想适应，即合理的炮眼深度应能保证每班或圆班完成整循环，保证实现正规循环作业，这样，每班工作任务明确，便于组织和管理，配合锚喷支护及其掘支作业方式，在合理的炮眼深度内，力争达到一班多循环或中深孔爆破一班一循环。

1.3 根据单位工时消耗确定

据我们长期研究和现场经验，当炮眼深度变化时，各主要工序，如钻眼爆破（包括钻眼、装药、联线、放炮等）、装运岩石、临时支护和永久支护、铺设轨道等，其纯的单位工时消耗量基本保持不变，但各种转换工序和各种辅助工序，如交接班、钻眼准备、工作面清整、放炮前撤人撤物、通风排烟、安全检查等的单位工时消耗量却随着炮眼深度的增加而明显减少。

2 掏槽爆破

决定掘进进尺的关键是掏槽爆破。要提高炮眼利用率，就应首先选择合理的掏槽形式和掏槽参数。

2.1 掏槽形式

在目前浅眼多循环的巷道掘进爆破中，最常用的掏槽形式是垂直楔形掏槽。而中深孔爆破时垂直楔形掏槽的应用就受到了巷道断面宽度的限制，多采用直眼掏槽。直眼掏槽的形式有多种，较为常见的有菱形掏槽、角柱掏槽、螺旋掏槽等多种。各种掏槽形式的共同特点是利用数量不等的平行空眼作为首爆装药眼的辅助自由面和破碎岩石的膨胀补偿空间。

目前较为有效的中深孔爆破直眼掏槽方式是阶段直眼掏槽和孔内分段直眼掏槽。前者是将掏槽眼深度分成若干段（多为两段）不同掏槽眼的眼底位于不同的平面上，按由浅入深的顺序分阶段进行掏槽。后者则是在掏槽装药炮眼内实施上下两分段，分段装药间以一定长度的炮泥相隔，由外向内顺序起爆。研究结果表明这两种掏槽方式可增大槽腔体积，提高掏槽深度，抛掷作用小，爆堆集中，利于装岩。对于坚固性较高（f>8～10）的坚硬岩石，当巷道断面较大时，除采用以上两种分段直眼掏槽外，直眼和斜眼复合式掏槽（线形和垂直楔形、菱形和垂直楔形复合）也不失为一种较好的掏槽方式。

2.2 掏槽参数

2.2.1 炮眼间距

斜眼楔形掏槽参数多由经验确定。笔者认为，掏槽爆破主要是利用装药爆炸后岩石中产生的破碎破裂作用，因此对于直眼掏槽，要保证槽腔内岩石充分破裂破坏，掏槽炮眼就应布置在破裂区内，即a＜R k，a 为槽孔间距，R K 为破裂区半径。

2.2.2 炮眼装药量

据掏槽爆破要求，装药爆后要将槽腔内岩石充分破碎并抛出，因此，装药量较其它炮孔要大，且不同种类的岩石装药量有变。

3 光面爆破

较好的光面爆破效果是保证巷道成型规整、减少周边围岩破坏的关键。岩巷掘进均应采取周边光面爆破技术。

3.1 光爆原理

光爆的实质，是在井巷掘进设计断面的轮廓线上布置间距较、相互平行的炮眼，控制每个炮眼的装药量，选用低密度和低爆速的炸药，采用不耦合装药，同时起爆，使炸药的爆炸作用刚好产生炮眼连线上的贯通裂缝，并沿革炮眼的连线——井巷轮廓线，将岩石崩落下来。

3.2 光爆参数

3.2.1 炮眼深度。炮眼深度的确定取决于岩石的性质、钻眼机具、循环作业方式、炸药的类别等，在选择炮眼深度时应综合考虑。

3.2.2 钻眼机具。合理的炮眼深度应与钻眼机具相适应，即合理的炮眼深度要保证钻眼有较高的钻眼速度。研究表明：对于普通的气腿式凿岩机在相同的凿岩条件下，采用同一根钎子钻眼，每增加1m 炮眼，其钻眼速度经下降4%～10%，且随着深度的增加钻眼速度就下降得越快。特别当炮眼深度超过3.0m时，钻眼速度仅有0.5m的31%，由于钎子重量增加，使克服钎子弹性变形的冲击力增加，排岩粉难度也增加；其次钎杆与眼壁间摩擦阻力增大，并且人工拔钎也有相当大的难度，因此，是使用普通气腿式凿岩机，炮眼深度宜控制在2.5m 以内；如果采用凿岩台车，可以克服上述缺点，炮眼深度可达3.5～4.0m，对于巷道掘进中深孔爆破非常有利。

3.2.3 循环作业方式。合理的炮眼深度应与循环作业方式相适应，即合理的炮眼深度应能保证每班或圆班完成完整循环，保证实施正规循环作业，这样，每班工作任务明确，便于组织和管理，配合锚网喷支护及其掘支作业方式，在合理的炮眼深度内，力争达到一班多循环或中深孔爆破一班一循环。

3.2.4 其他因素。巷道断面大小、巷道迎头岩性、地质构造等也对炮眼深度的确定有着很大的影响，甚至有着决定作用。断面太小，围岩对爆破的夹制太大，不适合用中深孔爆破，岩石不易被抛出并且对围岩损伤较大；迎头岩性差时宜采用小炮掘进；有地质构造时，宜用小炮，采取特殊方式爆破。

3.3 不耦合系数。不耦合系数选取的原则是使作用在孔壁上的压力低于岩石的抗压强度，而高于抗拉强度。不耦合系数Kd 式中：

ρ0 和D-炸药的密度和爆速；db 和dc-炮孔直径和装药直径；Kb-体积应力状态下的岩石抗压强度增大系数；n-压力增大系数；σc-岩石单轴卡呀强度

不耦合系数的大小因炸药和岩性不同，一般取在1.5～2.5。

3.4 炮眼间距合适的间距应使炮眼间形成贯通裂缝。综合考虑爆炸应力波和爆生气体在贯通裂隙形成过程中的作用，光爆周边眼间距与其最小抵抗线存在着如下比例关系：

K=E/W 式中：

K-炮眼密集系数，一般为0.6～1.0 岩石坚硬时取大值，岩石软时取小值。

E-周边眼间距，一般去400～600mm。

W-最小抵抗线

3.5 起爆时差。周边眼同时起爆时，炮眼间的贯穿裂缝形成较早，一旦裂缝形成，使其周围岩体内的应力下降，从而抑制了其他方向的裂缝形成和扩展，若周边眼起爆时差超过0.1s，各炮眼就如同单独起爆一样炮眼周围将产生较多的裂缝，并形成凸凹不平的壁面。因此，在光面爆破中应尽可能减小周边眼爆破的起爆时差。周边眼与其相邻炮眼的起爆时差队爆破效果的影响也很大。如果起爆时差选择合理，可获得料号的光爆效果。理想的起爆时差应该使先发爆破的岩石应力作用尚未完全消失，且岩体刚开始断裂移动时，后发爆破立即起爆。在这种状态下，既为后发爆破创造了自由面，又能造成应力叠加，发挥微差爆破的优势。时间证明，起爆时差随炮眼深度的不同而不同，炮眼愈深，起爆的时差应愈大，一般在50ms～100ms。

3.6 光爆施工

为了保证光爆的良好效果，除了根据岩层条件、工程要求正确选择光爆参数外，精确的钻眼也是极为重要的，是保证光爆质量的前提。