坚硬岩层中井巷掘进采用直眼掏槽的研究

天湖山能源实业有限公司铅坑矿 林志民

在坚硬岩层中井巷掘进存在难于钻眼、难于爆破的现象，据我矿掘进队现场施工资料统计，坚硬岩层中岩巷掘进的平均月进尺仅为60m～70m左右，特别是对于f＞10的较为坚硬岩石，其炮眼利用率一般在60%以下，炮眼利用率低，造成围岩超挖或欠挖，巷道成型质量差，不仅影响了巷道掘进的速度，增加了出矸量，也降低了巷道的稳定性和安全性。

因此，如何提高坚硬岩层爆破效率、改善爆破效果、提高掘进单进、保证巷道成型，仍是坚硬岩巷掘进爆破工作中要解决的主要问题。笔者针对这个问题进行研究，组织作业队现场试验，于2010年6月～12月在625水平南一集中运输巷进行爆破试验，收集爆破参数。试验表明，在坚硬岩层爆破中，采用中空直眼掏槽的布眼方式，爆破效果良好，现场跟班的最好效果是掏槽眼 1.26m，爆破效率可以提高15%～20%。

1 现场岩性条件

铅坑矿625水平南一集中运输巷巷道断面设计为三心拱断面，净断面积为 5.5m2，该集中运输巷所揭露的岩层是二迭系童子岩组第一亚段下带的含煤岩系地层，揭露62#、63#煤层，地层构造复杂；多为线状紧密褶皱，常伴有煤岩倒转，并伴有小断层出现。煤层变化很大。各煤层的顶底板岩性特征如下：

62#煤层：直接顶板为中薄层状细粉砂岩,水平层理清晰,底板根茎层厚,含眼球状、小瘤状，黄铁矿结核，直接底板细粉砂岩，中常夹有薄煤线，间接底为一套较厚的石英细砂岩，并夹多层状细粉砂岩和粗粉砂岩，含砂质泥岩条带，呈互层状。

63#煤层：其顶板或间接顶板为细砂岩，直接顶为细粉砂岩，其厚度小，且呈隐蔽水平层理；底板为细粉砂岩，夹有1～2层煤线；间接底板为深灰色中厚层状石英砂岩，夹薄层细粉砂条带，见表1。

表1 岩石物理力学性能

2 掏槽眼爆破技术参数选择

决定掘进进尺的关键是掏槽眼爆破。掏槽眼的作用是首先在工作面将某一部分岩石破碎并抛出，在一个爆破自由面的基础上崩出第二个自由面，为其他炮眼的爆破创造有利条件。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

在我矿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。这种掏槽的特点是可充分利用自由面，逐步扩大爆破范围，但炮眼角度不好掌握。而直眼掏槽应用较少，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。各种掏槽形式的共同特点是各炮眼之间保持平行，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。

试验中采用的直眼掏槽方式是中空双层直眼掏槽：在中空眼外布置两层掏槽眼，内层掏槽先爆破，外层掏槽后爆破，间隔1秒先后起爆。

其掏槽机理是：利用中空眼作为一个爆破膨胀空间，为内层掏槽眼爆破创造条件。内层掏槽爆破后，在应力波和爆轰气体的综合作用下，中空眼被破碎，形成槽腔，为外层掏槽创造了一个新自由面。内外层掏槽爆破后形成的槽腔内岩石被破碎并向工作面方向推移，同时为后续的其他炮眼的爆破能量更多地用于岩石破裂破碎和更少的能量用于碎块的抛掷。试验结果表明，这种掏槽方式可增大槽腔体积，提高掏槽深度，抛掷作用小。

2.2 掏槽参数

2.2.1 炮眼深度

在确定炮眼深度时，不仅要考虑钻眼机械，还需考虑巷道断面的大小、岩石的坚硬程度、所用炸药的爆炸威力等。巷道断面小、岩石坚固性高，掏槽难度就大；装药直径大、爆炸威力高，就能获得较高的掏槽效果。

我矿集运巷道断面为 5.5平方米的小断面(行驶XK2.5-6/48A蓄电池式电机车)，使用普通的气腿式凿岩机（ZY-24型）施工，据现场使用情况，随着钻眼深度的增加，钎杆与眼壁间摩擦阻力增大，能量消耗增加；人工拔钎也比较困难。试验中，掏槽眼深度控制在2.0m以内。

2.2.2 炮眼间距

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＜w，a为槽孔间距，w为最小抵抗线。我矿采用32mm直径的药卷，炮眼直径d取40mm。最小抵抗线w和炮眼间距a可由下式求出：

试验中，内层掏槽眼间距、排距均取 40mm，外层掏槽眼间距取800 mm、排距取200 mm（详见炮眼布置图）。

2.2.3 炮眼装药量

掏槽爆破要求装药爆破后要将槽腔内岩石充分破碎并抛出，因此，装药量较其它炮眼要大。试验中每个掏槽眼装药量为0.75公斤。

3 技术比较

在同一巷道采取不同的掏槽眼布置形式进行技术试验，对爆破效果进行技术对比。

图1 集运断面图

3.1 掏槽眼布置形式一： 楔形掏槽

表2 爆破说明书

图2 炮眼布置图(楔形掏槽)

3.2 掏槽眼布置形式二： 中空直眼掏槽

表3 爆破说明书

图3 炮眼布置图(中空直眼掏槽)

试验表明，在坚硬岩层爆破中，采用中空直眼掏槽的掏槽布置方式，能够取得较好的爆破效果。在现场最好的爆破是1.26m，爆破效率较楔形掏槽提高15%～20%。目前在我公司各生产矿井中得到广泛推广。

4 结束语

中空直眼掏槽的这种掏槽布置方式，最关键的技术要点是一要控制好内外层掏槽眼的深度、与中空直眼的距离，这要根据施工现场具体的岩性来确定；二是要合理选择内、外层掏槽眼间距与排距；三是内层掏槽眼要均匀布置在中空直眼周围。若采用中空直眼掏槽与斜眼掏槽相结合的布眼方式，所取得的爆破效果也比较理想，但打眼难度较大。

[1]刘会文. 井巷工程（修订二版）[M]. 北京: 煤炭工业出版社, 1991.