某煤矿不同孔间距爆破程度模拟试验研究

王京斌

摘 要：针对我国煤矿普遍存在的中硬岩质爆破效果较差，钻爆法掘进效率较低的问题，分析了装药直径对某煤矿不同孔径炸药爆速的影响程度，對某煤矿不同孔间距和不同孔排距进行了计算和相应设计参数调整。采用某煤矿调整后的不同孔间距爆破设计参数进行模拟试验研究，得到了良好的效果，明显提高了煤矿井下岩石爆破效率和炮眼利用率，改善了巷道成型效果，同时大大提高了巷道掘进进度。

关键词：某煤矿 不同孔间距 爆破程度 模拟试验

中图分类号：TD824 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（b）-0018-02

某煤矿井下岩巷通常具有断面小、岩石夹制作用大的特点，由于煤矿井下存在着岩层瓦斯的潜在危险，《煤矿安全规程》中明令规定在煤矿矿井下进行孔间距爆破时只能采用威力较低的煤矿安全炸药和炸药总体延迟时间不超过130ms的毫秒电雷管进行爆破[1]。这些限定因素大大影响了煤矿岩石巷道掘进工作爆破的效率。煤矿岩石巷道掘进工作中最为突出的问题是工作面经常有积水，积水遭遇松散膨胀的煤矿岩层工作面会形成泥浆，泥浆抽排工作比较困难，耗时长，且清理不干净，导致钻孔很难到位，钻出的炮眼吹孔不够彻底，容易发生回淤、炸药量达不到爆破要求等，造成某煤矿不同孔间距爆破效果差，煤矿岩石巷道掘进速度慢的问题[2]。为了解决这些问题，需要对某煤矿不同孔间距爆破程度进行模拟实验研究。

1 装药直径对某煤矿不同孔径炸药爆速的影响

通常情况下煤矿井下岩石巷道掘进工作常用的爆破炸药药卷直径是Φ27mm、Φ29mm和Φ35mm3种，为了检验某煤矿井下岩石巷道装药直径对不同孔间距爆速的影响，对不同直径三级煤矿许用水胶炸药进行了爆速实测[3]，某煤矿不同孔间距爆速测试结果平均值如表1所示。

某煤矿不同孔间距的爆破粉碎区与爆破裂隙区半径的计算表达式分别如下：

其中，为某煤矿巷道炮孔半径；为某煤矿井下岩石抗压强度；为某煤矿井下岩石抗拉强度；为某煤矿井下岩石巷道的侧压力系数；α表示某煤矿井下岩石的应力波衰减指数；为某煤矿巷道炮孔初始冲击压力峰值，其计算表达式如下：

其中，代表某煤矿采用的炸药密度；D代表某煤矿井下岩石的爆速。

2 某煤矿不同孔间距和不同孔排距的计算

根据深孔微差爆破某煤矿孔内气体对井下岩石的作用机理，前排爆破必然会为后排爆破创造临空面，某煤矿每排孔内的炸药所承担的爆破岩石量应该是两排孔之间的体积[4]，要想实现该煤矿井下岩石巷道的安全爆破，同时兼顾经济成本和完美的岩石破碎效果，需要满足相应条件，即煤矿每孔的实际装药量等同于承担的岩石体积所需要的炸药量[5]。设置某煤矿单孔所能容纳的炸药量表示为Q1，爆破某煤矿井下单孔所承担的岩体所需要的炸药量表示为Q2，可得：

其中，Ψ为某煤矿的台阶高度，即煤矿井下每排需要垂直下挖的深度；β为某煤矿的炮孔倾斜角，通常在80°左右；K1和K2分别为某煤矿的炮孔阻塞系数和超钻系数，二者值的大小均取决于岩质的软硬；a和b分别为某煤矿的孔间距和孔排距；ε为某煤矿炮孔的炸药容量；q表示某煤矿井下岩石单耗系数。

布孔的合理布置形式为正三角形，根据上述计算可知，某煤矿不同孔间距a和b之间的关系表达式为：

根据上式即可求出某煤矿的不同孔间距a，再将结果带入式（9）即可求得某煤矿的排间距b。

在以上各参数确定、某煤矿孔间距和排间距计算结果出来后，按照设计的各参数值进行某煤矿井下岩石巷道打眼、装药、堵塞、联网、引爆，通常情况下一次爆破炮孔排数不应该过多，一般为2～3排，在第一次爆破结束后，及时对某煤矿不同孔间距爆破程度进行检查，对相应设计参数进行适当调整，直到获得满意的爆破效果为止。

3 模拟实验研究与结果分析

某煤矿井下岩石巷道断面形状为三心拱形，设计该煤矿井下岩石巷道净宽为5.0m，净高为4.1m，巷道掘进宽度和掘进高度分别为5.4m和4.2m，巷道净断面积和掘进断面分别为17.8m2和10.5m2。该煤矿井下岩石为砂质泥岩，岩石裂隙有3～5条，此次巷道掘进爆破工作难度较大。炸药选取煤矿需用的二级炸药，其爆速为3300m/s，爆破猛度大于等于17mm，炸药药卷长度为155～165mm，炸药药卷直径为35mm，炸药质量为200g/卷。该煤矿不同孔径装药后均用炮泥填满，每个炮孔都用一个水泡泥，雷管为煤矿通用的毫秒延期雷管。煤矿井下岩石巷道炮眼实际打眼深度为2.4m。模拟试验选取的掏槽方式为直眼楔型复式掏槽，如图1所示，岩石爆破抛掷顺序如图2所示，该煤矿不同孔间距爆破参数如表2所示。

为了使该煤矿井下岩石掏槽更加彻底，模拟试验过程中对岩石掏槽炮眼用一段秒延期雷管起爆，岩石中心炮眼用两段，岩石其他炮眼的段数从内至外依次排列，该煤矿岩石的中心炮眼深度比岩石掏槽眼深0.1～0.3m左右，装入等量延长起爆的岩石爆破炸药。

在不改变某煤矿原有的钻孔深度，仅改变该煤矿井下岩石掏槽方式和炮孔数目，岩石炸药全部选用煤矿许用二级炸药，上述模拟试验结果表明，某煤矿不同孔间距爆破效率显著提高，岩石爆破效果和巷道成型效果比较好，且炮眼利用率大大提高了。（我国煤矿井下岩石掘进普遍效率较低，通常平均月进尺为60～70m，炮眼利用率在70%～80%之间，有的甚至低于50%，特别是对于岩质比较坚硬的井下岩石，本文研究将巷道平均月进尺提高到了100～120m，巷道掘进进度提高了70%左右，炮眼利用率也提高到了90%以上。

4 结语

某煤矿不同孔间距爆破程度模拟实验研究取得了良好的预期效果，提高了煤矿井下岩石巷道的平均月进尺，明显改善了巷道成型效果，且岩石爆破效果较好，炮眼利用率显著提高。

参考文献

[1] 郭东明，李旭鹏，王汉军，等.益新煤矿中心大空孔掏槽爆破现场试验研究[J].中国矿业，2016，25（4）：82-86.

[2] 高富强，张光雄，杨军.露天煤矿爆破震动的模型试验及数值计算[J].煤矿安全，2017，48（1）：55-58.

[3] 宗琦，马亚东，汪海波.煤矿硬岩巷道掘进大直径炮孔爆破试验研究[J].爆破，2017，34（1）：47-51.

[4] 刘建东，王湖鑫，陈何，等.煤矿岩巷束状孔掏槽爆破掘进试验研究[J].中国矿业，2016，25（1）：103-106.

[5] 袁璞，徐颖，薛俊华.锚固支护深部巷道爆破开挖模型试验研究[J].岩石力学与工程学报，2016，35（9）：1830-1836.