煤矿硬岩掘进中爆破参数的优选实践

孙茂来，孙 健

(1.徐州机电工程高等职业学校，江苏徐州 221011，2广东石油化工学院，广东茂名 525000)

煤矿硬岩掘进中爆破参数的优选实践

孙茂来1，孙 健2

(1.徐州机电工程高等职业学校，江苏徐州 221011，2广东石油化工学院，广东茂名 525000)

针对煤矿在坚硬岩石巷道中掘进，从影响岩巷爆破效果的等因素出发，对影响岩巷掘进速度和巷道质量的炮眼深度、掏槽爆破和光面爆破等问题进行了分析和实践探索，总结了较为合理的掏槽形式和掏槽爆破参数及光面爆破参数。

坚硬岩石;掏槽爆破;光面爆破

在煤矿巷道掘进过程中，当遇到较坚硬的岩石时，使用在钻眼这道工序上的时间增长，爆破岩石困难，经常出现爆破“打筒”现象，爆破效率较低，掘进速度缓慢。为了克服硬岩石的高阻抗，合理选择爆破参数，提高爆破效率，增加循环进尺，需要适当增加炮眼数量和装药量，但是否得到充分合理的利用，是值得研究的课题。

1.掏槽眼布置设计

正确爆破参数设计是取得良好爆破效果的前提。由于地质条件、岩石性质因素较多，故掘进工作面炮眼的布置不能一成不变，必须根据岩石性质、巷道断面形状、所使用的炸药等影响因素的实际情况，灵活地布置炮眼，并合理确定各类炮眼的装药量，这样才能获得良好的爆破效果。而掏槽爆破技术作为巷道掘进爆破的关键技术，直接关系到一茬炮的成败，必须认真进行科学、合理的技术设计。巷道掘进中的掏槽眼应根据巷道岩石的性质以及巷道断面形状、大小进行设置。掏槽眼通常布置在巷道中央偏下，并尽量选择有弱面的地方。在巷道掘进爆破过程中，掏槽眼首先得到爆破，其原因是自由面和空间小，受到四周岩石的约束力大，一般掏槽眼中要求装药量较大。目前在巷道掘进中常用的掏槽方式，按掏槽眼的方向可分为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。

1.1 斜眼掏槽法

这是常见的一种掘进时掏槽法，其优点是：可以充分利用已掘的自由面，逐渐扩大爆破范围;掏槽面积较大，适用于大断面巷道掘进。但其缺点是：炮眼深度受巷道宽度限制，因此循环进尺受到限制，不利于多台凿岩机同时作业。主要有：(1)单向掏槽法。这种方法用于明显的松软夹岩，均质坚硬岩层很少应用。(2)锥形掏槽法。这种方法掏出的槽腔面锥体形，炮眼数一般为3个或4个，由于装药量比较集中，爆破效果好。但由于炮眼深度受到较大的限制，而且钻眼很不方便。(3)楔形掏槽法。这种方法掏出的槽控成楔形，应用广泛。坚硬岩石多数情况下采用垂直楔形掏槽。掏槽眼数根据断面和岩石性质，一般6个～8个，炮眼与工作面的夹角大致为65°～75°，槽口宽度根据眼深和夹角，一般为1.0m～1.4m，掏槽眼的排距为 0.4m ～0.6m。

1.2 直眼掏槽法

这种掏槽法的特点是，所有掏槽眼都垂直于工作面，彼此间距较小，而且保持平行，同时留有不装药的空眼。(1)平行龟裂掏槽法：适应于中硬岩石小断面巷道。它要求所有炮眼底部都要落在同一平面上并彼此保持平行，否则将影响掏槽效果。由于掏槽面积小，故应用不广泛。(2)角柱掏槽法：这种掏槽法的形式很多，掏槽眼一般都对称布置，适用于中硬岩石，现场应用较多。眼深一般2.0m～2.5m，眼距100mm～300mm。(3)菱形掏槽法。中心眼为不装药的空眼，各眼距根据岩石性质而定，一般a=100mm～150mm，b=170mm～200mm。苦岩石坚硬，可采用间距100mm的两个中心空眼，起爆用毫秒雷管分为两段，1号眼至2号眼为一段，3号眼至4号眼为二段。每眼的装药量为炮眼长的70%～80%。这种掏槽法简单，效果很好。(4)螺旋掏槽法这种掏槽法是槽眼绕中空眼逐步扩大槽腔，能形成较大的掏槽面积。它用于中硬以上岩石，掏槽效果良好。中心空眼最好采用大直径(75mm～120mm)炮孔，掏槽效果更好。一般除空眼外，有4个炮眼即可。采用毫秒雷管起爆顺序按眼号1、2、3、4进行。综上所述，直眼掏槽的破碎岩石不是以工作面作为主要自由面，而是以空眼作为主要自由面，因此岩石破碎的方向主要指向空眼。所以采用直眼掏槽时，应注意以下几点：(1)空眼与装药之间的距离，一般为空眼直径的2～4倍。(2)随着炮眼深度和槽腔体积的增加，空眼数相应增加。(3)直眼掏槽一般都是过量装药，装药系数一般为70% ～80%。(4)由于空心眼内往往聚集瓦斯，所以在有瓦斯爆炸危险的地区，应慎重使用，有周密的安全措施。

1.3 混合掏槽法直眼掏槽时，槽腔内的岩碴往往抛不出来，影响其他炮眼的爆破效果，因此在直眼掏槽的外圈再补加斜眼掏槽，利用斜掏槽眼抛出槽腔内的岩碴，这样就形成了混合掏槽法。一般斜眼作楔形布置，它与工作面的夹角为85°;在有条件的情况下，斜眼尽量朝向空眼，这样更利于抛碴，装药系数以0.4～0.5为宜。

2.辅助眼布置

根据试验研究，硬岩掘进的爆破合理布孔原则是“抓两头，带中间”，即一头抓掏槽眼，一头抓周边眼的分类布孔法，中间为辅助眼或崩落眼辅助眼双称崩浇眼，是布置在掏槽与周边眼之间的炮眼。崩落眼以槽洞为中心层层布置，崩落眼的间距应根据岩石的最小抵抗线确定，一般均为500mm～650mm，方向基本垂直工作面，布置要比较均匀。紧邻周边眼的的辅助眼应为周边眼的光爆创造条件，所以应采取与巷道的轮廓线相似形状布置，使之与周边眼的间距处处相等。

3.炮眼深度设计

巷道掘进中的炮眼深度直接决定每个循环掘进的进尺量，也就是决定着掘进中钻眼和装岩等主要工序的工作量和完成各工序所需要的时间，是确定掘进循环劳动量和工作组织的主要钻爆参数，需要综合考虑施工设备、掘进任务和劳动组织等多方面因素进行优化设计。炮眼深度的大小还受到凿岩机具能力的制约，合理的炮眼深度应与钻眼机具相适应，合理的炮眼深度要保证钻眼时有较高的钻眼速度。对于普通的气腿式凿岩机(如常用的7655型凿岩机)，在相同的凿岩条件下掘进时，采用同一根钎杆钻眼，炮眼每增加1m深，其钻眼速度就下降4%～10%，并且随着钻眼深度的增大，钻眼速度就下降得越快。特别当炮眼深度超过2.5m时，由于钎杆重量的增加，使克服钎杆弹性变形的冲击功增大，排粉难度也随着增大;其次，钎杆与眼壁间摩擦阻力增大，能量消耗增加;再者，人工拔钎也较困难。因此，使用气腿凿岩机钻眼时，炮眼深度超过2.5m后钻速剧烈下降，炮眼深度太深将增加钻眼时间，从凿岩机能力方面考虑以不超过2.5m眼深是较适宜的;同时，眼深还受岩层稳定程度和断面的限制。另外，煤矿安全规程规定，炮眼深度超过lm时，封泥长度不得小于0.5m;炮眼深度超过2.5m时，封泥长度不得小于1m。为了使槽眼药量加大，炮眼深度不宜超过2.5m。掏槽眼深2.3m(净深)，辅助眼、周边眼、底眼眼深2.1m(净深)。采用直径￠42mm一字型风钻头。

4.炮眼直径和装药直径

炮眼直径对凿岩速度、眼数、巷道成形情况和装药参数等都有影响。直径过小会影响装药和炸药稳定爆炸;过大则影响凿眼速度。一般根据药卷直径和标准钻头直径来确定炮眼直径。

5.光面爆破参数设计光面爆破是一种使掘进巷道的轮廓保持平整，围岩不受明显破坏的爆破技术，简称光爆。

5.1 锚、喷巷道光面爆破的标准

(1)眼痕率：硬岩不小于80%，中硬岩不小于60%。(2)软岩巷道，周边成型应符合设计轮廓。(3)两炮的衔接台阶尺寸：眼深小于3m时，不得大于150mm;眼深为5m时，不得大于250mm。(4)岩面不应有明显的炮震裂缝。(5)巷道周边不应欠挖，平均线性超挖值应小于200mm。

5.2 实现光爆的技术要求

(1)密打眼，近距离。周边眼眼距为350mm～450mm。软岩取小值，硬岩取大值。(2)重视二圈眼。二圈眼的距离也要适当加密，约为550mm～650mm，二圈眼抵抗线取周边眼距的1～1.25倍，软岩取小值，硬岩取大值。(3)钻眼操作规范。准确看线，轮尺定位;预量钎长，长钎打眼;三定(定人、定机、定位)、三点一线(钎头、机头与气腿三点成一直线)打眼法;爆破质量达到：准、平、直、齐。(4)小药巷，光装药。周边眼装直径25mm小药卷，无瓦斯工作面采偶合反向空气柱连续装药结构，有瓦斯工作面采用不偶合正向连续装药结构。装药量为100g/m～150g/m，软岩取小值，硬岩取大值。(5)同段雷管，一次起爆。周边眼最好采用瞬发电雷管或一段毫秒电雷管，同时起爆。(6)预留光面层，分两次起爆。二圈眼以内的全部炮眼先装药，第一次起爆，然后根据周边眼的抵抗线和岩质不同对周边眼进行装药，第二次起爆，崩下预留光面层。

5.3 周边光面爆破设计

5.3.1 炮眼间距。合理的炮眼间距应保证炮眼间贯通裂隙完全形成。根据现场施工经验，为保证巷道成型，周边眼应采取密打眼、近距离的方式进行施工，一般眼距为350～450mm，软岩取小值，硬岩取大值;并重视辅助眼，辅助眼的距离也应适当加密，约为550～650mm，辅助眼抵抗线的距离取周边眼距的1～1.25倍，软岩取小值，硬岩取大值。

5.3.2 炮眼密集系数。根据经验，光面爆破炮眼密集系数多取值为：m=0.8 ～1.0。

5.3.3 装药结构和装药集中度。我矿为高瓦斯突出矿井，在现场施工中均采用正向柱状装药;在全岩巷道或瓦斯涌出量小的巷道中施工时，也可采用反向柱状装药，但必须编制专门的安全技术措施。周边眼装药量为100g/m～150g/m，软岩取小值，硬岩取大值。巷道周边光面炮眼装药量通常用装药集中度来控制，装药量的大小要求爆破后在炮眼周围的岩石中不产生粉碎性破坏，并能在岩壁上留有眼痕。可参考公式gL=K1K2m W确定周边眼装药量。(m—炮眼密集系数;W—为周边眼最小抵抗线，即光爆层厚度，m;K1—为与岩石性质有关的系数，一般软岩 K1=0.5 ～0.7;中硬岩石 K1=0.75 ～0.95;坚硬K1=1.0～1.5;K2—为与炮眼深度有关的系数，一般取K2=0.5;当炮眼深度超过2m时，K2随眼深增加而加大，其加大值为0.2/m。)对于较松散软弱的岩石，因其强度低、塑性大，爆破容易，爆破后岩石易塌落，因此巷道实施光面爆破尤为重要。

6.结语

6.1 掏槽眼是提高爆破效率的关键，宜选用直眼掏槽，一般布置在巷道断面中下部，掏槽面积占巷道断面的5% ～10%，装药满度系数约为70%。

6.2 通过选择合理的爆破参数和使用光面爆破，可最大限度的保持围岩自身的强度，增强围岩自身的支撑力。

6.3 提高炸药能量的有效合理利用，挖掘炸药能量的潜力。采用高效合理的装药结构，使所有装药得到充分起爆。尽可能采用高猛度炸药。

6.4 爆破后断面成形规整，提高了井巷轮廓质量，减少了敲帮问顶工作的时间，降低了通风阻力，且不易产生局部瓦斯积聚。

6.5 极大程度的减少了超挖量，从而减轻了装运排碴量，加快掘进速度，从以前的60m/月提高到80～100m/月。

6.5 减少了支护工作量和材料消耗，每米岩石的成本消耗量降低10～20%，支护材料费下降5～10%。

6.6 由于岩石坚硬，掘进工作面顶板易于管理(与采煤工作面比)，应积极提倡实施中深孔炮眼爆破，巷道掘进施工组织、生产将更为合理。

［1］孙茂来.综合机械化掘进工艺［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2009.

［2］孙茂来.浅论岩巷掘进光面爆破与成本节约［J］.科技信息，2010(32).

The Preferred Practice of Blasting Parameters in the Process of Hard Rock Excavation

SUN Mao－lai1，SUN Jian2

(1.Xuzhou Electrical and Mechanical Higher Vocational School，Xuzhou 221011，China;2.Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China)

According to the present situation of coal mine hard rock roadway excavation，starting from the factors that affect rock roadway blasting effects，this paper analyzes the factors affecting rock roadway excavation speed and quality such as blasthole depth，cut blasting and smooth blasting through the practical exploration，works out the more reasonable cutting form and cut blasting parameters and the parameters of smooth blasting.

hard rock;blasting

TD823 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1671－3974(2012)01－0047－03

2011－09－20

项目资助：中央财政支持的职业教育实训基地建设项目和江苏省职业教育实训基地——煤矿安全实训基地项目。

孙茂来(1956－)男，大学，徐州机电工程高等职业学校高级讲师。从事煤矿安全研究。