中深孔爆破技术在岩巷快速掘进中的应用
2018-09-11张永兵
张永兵
(潞安集团常村煤矿,山西 长治 046102)
常村煤矿属于突出矿井,根据防突规定要求,近千米的采煤工作面需施工3000m底抽巷工程量。面对大量的底板岩石抽放巷道,必须实现岩巷快速掘进,才能保证矿井的正常接替。目前常村煤矿岩巷掘进采用钻眼爆破法,作业效率低,巷道成型较差等一系列问题,影响了正常接替。常村煤矿以11204工作面底板岩巷作为试验对象,研究了中深孔爆破技术。
1 概况
11204工作面底板岩巷设计层位在L灰岩,岩石的坚固性系数f=7~8。巷道断面为半圆拱形,净断面12.9m2,掘进断面为13.3m2,下净宽×净高=4400×3400mm。采用气腿式凿岩机(YT28)+耙斗装载机(P-60B)+胶带输送机(DSJ80/2×55)作业线。巷道采用硬质塑料网+冷拔丝编织网护帮顶,锚杆间排距0.8×1m,锚杆配合H型钢带支护上半部,沿灰岩掘进期间锚索隔排单根布置。
为验证中深孔爆破技术方案的爆破效果,2017年11月~2018年1月在岩性相同、地质条件基本一致的11204下底板岩巷作为试验地点,进行中深孔爆破试验。
2 中深孔爆破参数设计
2.1 掏槽布置
采用斜眼掏槽方法。一般而言,当围岩的坚固系数f=4~8时,斜眼楔形掏槽的效果相对较好。掏槽眼数由岩巷的断面面积大小及围岩的坚硬程度确定,通常情况下在6~8个。根据实际情况,确定掏槽的眼数为6个。
2.2 炮眼深度
炮眼深度应根据工作面计划月进度和凿岩、装岩设备能力等综合确定,根据下式:
式中:
ι-炮眼深度,m;
L-计划月进度,m;
N-每月实际掘进天数,取值为27d;
k-正规循环率,取值为1;
n-每日完成循环次数,取值为3次;
η-炮眼利用率,取90~95%。
经计算,11204下底板岩巷试验炮眼深度确定为2m。
2.3 炮眼直径和药卷直径
采用的YT28气腿式凿岩机钻头直径Φ38mm,由于炮眼的直径一般情况下比药卷的直径大6~8mm,因此,炸药选用Φ32mm乳化炸药。
2.4 炮眼数目
合理的炮眼数目需保证炮眼利用率不小于90%,且爆破后的巷道轮廓符合施工和设计要求。结合11204下底板岩巷巷道断面、岩石坚固性系数和采用的楔形掏槽方式,布置掏槽眼6个,辅助眼21个,周边眼30个,共计57个炮眼。周边眼炮眼间距0.35m,具体炮眼布置见图1。
图1 工作面炮眼布置三视图
2.5 装药结构
相关规定在突出矿井中放炮时,都应采取正向起爆,采用连续、不耦合、正向起爆装药结构。
3 中深孔爆破工艺与以往施工的差异
(1)以往岩巷工作面爆破采用周边眼、辅助眼深度为1.5m,掏槽眼深度1.7m的浅孔爆破方案,本次试验采用周边眼、辅助眼深度为2m,掏槽眼深度为2.2m的中深孔爆破技术方案进行爆破,钻头直径Φ38mm,药卷直径Φ32mm,掏槽布置选择斜眼楔形掏槽,采用连续、不耦合、正向起爆装药结构。
(2)工作面炮眼以往采用2~3台YT28型气腿式凿岩机打眼,本次试验使用4台YT28型气腿式凿岩机平行作业同时打眼。
(3)以往岩巷工作面采用锚网喷支护,本次试验采用2~3台KMQT-130/3.1气动振动式锚杆钻机平行作业施工锚杆孔,对巷道顶帮进行锚网支护,不再喷浆。
(4)以往岩巷工作面采用硬质塑料网+钢筋网护帮顶,锚杆间排距为0.8m×0.8m,锚索呈“212”布置,本次试验采用硬质塑料网+冷拔丝编织网护帮顶,锚杆间排距优化为0.8m×1m,锚索布置优化为“101”,即锚索隔排单根布置。
(5)本次试验将巷道施工层位调整到沿L7灰或上半部,沿L7灰施工。
4 爆破效果
中深孔爆破技术方案使用前后爆破相关指标对比情况如图2~4所示。炸药消耗量由55.6kg/m降低到20.92kg/m,炸药消耗量降低62%;日进尺由4.14m/d提高到5.85m/d,提高1.71m/d。炮眼利用率由76.6%提高到97%,提高21%。
同时,采用优化爆破方案爆破后,巷道成型质量和速度得到明显提高。爆破后掘进工作面基本无瞎炮、残炮现象;巷道周边眼采用光面爆破,轮廓成型规整,有效控制了超挖和欠挖现象;爆破对围岩的破坏影响较小,围岩保留了较高的稳定性和承载力;不仅提高了炮眼利用率,也使崩落的岩块破碎充分,块度均匀,提高了出矸效率。
图2 试验前后每米炸药消耗量对比
图3 试验前后炮眼利用率对比
图4 试验前后日进尺对比
5 结论
(1)中深孔爆破参数设计试验表明,巷道成型质量和掘进速度都得到明显提高,且对巷道周边围岩破坏较小,较好地保证围岩稳定性,崩落石块破碎充分,有效地提高了出矸率。
(2)通过中深孔爆破技术方案试验前后对比,炸药消耗量降低62%,日进尺提高1.71m/d,在节约成本的同时,提高了作业效率,保证了矿井正常接替。