硬岩松动爆破加综掘机下山联合掘进

付路军，袁文辉

（江西丰龙矿业公司，江西 丰城331131）

1 概述

丰龙矿业有限责任公司丰龙矿井设计生产能力为0.9 Mt／a。矿井采用立井开拓方式，共有5个井筒，工业广场内布置主立井与副立井，在南、北翼布置南翼进、回风立井井筒及北翼西回风立井井筒。共划分二个水平，其中一水平为－900m，二水平为－1100m。

井筒落底后从－900m水平向北施工北翼上仓胶带斜巷，按－16°下山施工，在掘进过程中巷道要穿过侏罗系下统门口山组、三叠系下统大冶组，距离472m，岩石富含石英，节理不发育，经湖南勘测设计院试验检测中心化验，岩石硬度f值分别为9～12。北翼上仓胶带斜巷、副暗斜井巷道断面形式均为半圆拱型，巷道净断面13.32m2，净宽4.4 m，净高3.5m，巷道施工方式采用EBZ200H岩巷综掘机施工，EBZ200H岩巷综掘机材料成本消耗大，综掘机截齿消耗月平均465个，施工进度缓慢，月进平均55m。为加快巷道施工进度，降低材耗成本，由湖南勘测设计院与江西丰龙公司联合研究对巷道岩层先进行松动爆破，再用BZ200H岩巷综掘机联合掘进，加快巷道施工进度。

2 松动爆破方案设计

根据《湖南省勘测设计院试验检测中心测试报告》，在北翼胶带下山（起坡点以下620m）地点，取3块规格为5 cm×5cm×5cm岩石标本，测得其单轴抗压强度分别为101.13MPa、93.83MPa、96.74MPa，平均为97.2MPa；在－900m水平胶带石门2270m地点，取3块规格为5cm×5cm×5cm岩石标本，测得其单轴抗压强度分别为102.54MPa、107.40MPa、97.94MPa，平均为102.6MPa。从测试结果可知，巷道岩石单轴抗压强度已经达到或超过EBZ200H（Ⅱ）掘进机最大破岩硬度，再加上巷道围岩通常处于多向受力状态，抗压强度远大于单轴抗压强度。因此，单独采用综掘机掘进较困难。为加快掘进进度，施工方法采用松动爆破加掘进机联合掘进方式。

2.1 爆破施工方式

爆破施工方式可分为浅孔松动爆破和深孔松动爆破两种。一般情况下，如巷道断面较小，岩石硬度不大，采用浅孔松动爆破；如巷道断面较大，岩石硬度大，采用深孔松动爆破。经分析比较，本次爆破采用深孔松动爆破。考虑掘进巷道原配备的掘进机及进尺进度要求，决定采用减弱松动爆破进行破岩，爆破作用指数nc＝0.6～0.75，采用少量装药和不耦合装药。

2.2 钻眼机械及炸药

采用地质探钻或矿山现有的YT－29风动凿岩机。炸药型号为安全级别不低于二级的煤矿许用水胶炸药，药卷直径为Φ32mm。

3 爆破参数

3.1 单位炸药消耗量

参考类似工程爆破经验，根据现场拟爆岩石情况，本次工程爆破选择的标准抛掷爆破单位炸药消耗量K为2.1kg／m3。那么，在该条件下的松动爆破的炸药单耗K′为：

实取 K′＝1.0kg／m3。

3.2 爆破最小抵抗线

光面爆破所使用的炸药在岩石中爆炸，可以根据爆炸对岩石的破碎效果范围分为以下类型：爆破压碎圈、爆破松动圈、爆破振动圈，岩石爆炸后，在爆破松动圈内，岩石爆破后所产生的冲击波和爆炸所生成的气体将岩石破碎成为裂隙体。

（1）爆破最小抵抗线

爆破所使用的炸药在一定深度范围内岩石自由面爆破，只有当最小抵抗线大于爆破松动圈半径时，形成压缩爆破（内部爆破）；当最小抵抗线小于或等于松动圈半径时，形成松动爆破。因此，在实践工作中确定最小抵抗线为松动圈半径。

式中：Rp为松动圈半径；p为应力波初始径向应力峰值，p＝ρ0.D12（γc／γb）6n／8；α为应力波衰减值，α＝2－v／（1－v）；D1为炸药爆速，m／s；ρ0为炸药密度，kg／m3；γc为药包半径，mm；γb为炮眼半径，mm；St为岩体抗拉强度；ν为泊松比；n为压力增大系数，8～11。

根据爆破实验数据，D1＝3000m／s（一般水胶炸药爆速为3000～4200m／s，这里取小值）、ρ0＝1100kg／m3、γc＝32mm、γb＝50mm、St＝100MPa、ν＝0.36、n＝10，代入（1）式可得Rp＝0.90m，因为是减弱松动爆破，初步确定炮眼间距为0.6～0.8m。

（2）炮眼深度

为加快掘进速度，爆眼深度8～15m比较合适，但考虑到矿上现用钻孔设备钻眼深度限制，决定炮眼深度不少于4m。

（3）总装药量计算

式中：K′为减弱松动爆破每单位体积所需炸药量，实取K′＝1.0kg／m3；V为所爆破岩石的体积，V ＝ LS，m3（其中，L为炮眼深度，m；S为巷道断面，m2）e为主要换算系数，即爆力系数，这里水胶炸药取0.8。

把L＝4m，S＝14.4m2，代入公式（2），可得 Q＝47.5 kg，考虑掏槽眼和底眼加强装药，调整总装药量为57kg。

（4）单孔装药量计算

式中：p1为每个炮眼实际装药量，kg；e为即爆力系数，这里水胶炸药取0.8；K为爆破每单位体积所需炸药量，实取2.1kg／m3；g为炮眼装药，这里取0.7；L为炮眼深度，m；w为最小抵抗线，m；nc为爆破作用指数，因是减弱松动爆破，这里取0.7。

将e＝0.8、K＝2.1、g＝0.7、L＝4、w＝0.7、nc＝0.7代入公式（3）得P1＝1.32kg，实取1.3kg。底部岩石夹制作用大，故底眼装药量调整为1.5kg。

掏槽长度需要超深，一般炮眼0.1～0.2m（这里按0.1m取值），按照掏槽炮眼与开挖面间的夹角α＝80°计算，掏槽炮眼长度l＝4.1／sin80°＝4.16m，上下两对炮眼间的距离a＝600mm，同一平面上两炮眼眼底的距离b＝200mm，同一平面上两炮眼眼口的距离为：

s＝2×4.1／cos80°＋0.2＝1.62m

掏槽爆破需要形成自由面，故装药按形成标准爆破漏斗计算，将e＝0.8、K＝2.1、g＝0.7、L＝4.16、w＝1.3、nc＝1代入公式（3）得q1＝5.84kg，因是锥形掏槽，故掏槽眼每孔装药量调整为2.2kg。炮眼布置见图1。

图1 炮眼布置

4 爆破说明

掏槽眼、辅助眼、一圈眼、周边眼和底眼的布置及爆破情况见表1。

表1 炮眼布置及装药等情况一览

炸药消耗量说明：炸药种类为水胶炸药，雷管型号为1＃～4＃，每循环耗炸药为57kg，耗雷管为40发，每米耗药量为14.25kg。考虑掘进巷道原配备的掘进机及进尺进度要求，决定采用减弱松动爆破进行破岩，爆破作用指数nc＝0.6～0.75，采用少量装药和不耦合装药。

5 效果

1）在全岩层中采用综合掘进机，填补了丰城矿务局使用机械化技术掘进的空白，大大提高了矿井的机械化程度和科技含量。

2）在丰龙矿建井期间采用全岩综合掘进机，缩短建井工期18个月，为今后全岩工作面上综合掘进机积累经验。

3）可提高单进水平，提高矿井的综合掘进率。月进尺达234m，月平均进尺180m，比炮掘提高了一倍。

4）减少了掘进工作面作业人员，降低了劳动强度，现每小班作业人员只需8人，提高了掘进效率。