大直径中空孔角柱形掏槽在岩巷掘进的应用

陈建 周淋

摘要：赵家坝煤矿+115m水平东翼运输大巷原采用浅孔钻眼爆破，楔形掏槽，单循环进度低、火工产品消耗量大。为加快+115m水平东翼运输大巷掘进工作面施工进度，根据该掘进工作面的实际地质情况，优化了掏槽方式和装药结构，重新设计了爆破参数，改用大直径中空孔角柱形掏槽方式进行爆破掘进。经过15天的现场试验，掘进进尺有明显提高，提高单循环进度39.1%，有效缓解采区接续较为紧张的局面，火工品消耗大幅降低，取得了良好的爆破效果及显著经济效益。

关键词：大直径中空孔；掏槽眼；爆破掘进；火工品单耗；单循环进度

引言

赵家坝煤矿+115m水平东翼运输大巷为开拓巷道，服务于该矿+115m水平106采区，该巷道的施工进度直接影响了106采区的接续。该巷道原采用浅孔钻眼爆破，楔形掏槽，全断面一次起爆，在掘进过程中该矿发现原有掘进方式单循环进度低，导致106采区接替紧张，火工品消耗量大，不满足成本控制。该矿决定试验大直径中空孔角柱形掏槽的方式进行爆破，但是赵家坝煤矿对大直径中空孔角柱形掏槽在岩巷掘进的应用经验很少，因此，以+115m水平东翼运输大巷为工程背景，研究大直径中空孔角柱形掏槽在岩巷掘进的应用，为岩巷掘进提供理论依据，具有重要意义。

1 工程概况

赵家坝煤矿+115m水平东翼运输大巷设计全长约1807m，设计坡度为+3‰，顺层全岩掘进。根据相关地质资料及+115m水平东翼运输大巷实际揭露的岩层情况显示，该巷道顺三叠系须家河组中厚层状细粒砂岩掘进，砂岩力学性质较高，抗压强度62.32-75.02MPa，抗拉强度2.76-4.32MPa，抗风化能力较强，节理裂隙发育，硬度f=5-6，工程性质较好。局部地段裂隙较为发育，有裂隙水涌出且涌水较大。

巷道设计掘进断面宽3.2m，高3.3m，墙高1.75m，掘进断面积为9.594㎡。

2 爆破参数的计算[1，2，，3]

2.1炮孔深度的确定

炮孔加深可使每循环进尺增加，相对地减少辅助时间，爆破材料的单位消耗量也可降低，但炮孔加深时，凿岩速度会明显降低，爆破后槽腔深部破碎岩石不能被抛出，就会降低掏槽效果和全断面巷道炮孔利用率。但随着炮眼深度的增加，岩石的夹制也加大，钻眼速度大幅度降低，增加了钻眼时间。所有根据巷道断面大小的不同岩石条件的差异，钻眼深度可以根据经验公式确定：

L=（0.6～0.8）B （1）

式中：L—钻眼深度，m；

B—掘进断面宽度，m。

由公式（1）计算可得，钻眼深度的最佳取值范围为1.92～2.56m，同时又结合YT29风动凿岩机钻钎的实际长度，确定炮眼深度为1.8m，中空眼深度2.0m。

2.3掏槽参数的计算

2.3.1掏槽眼间距

掏槽眼与主空眼之间的距离（即粉碎半径）是一个重要的爆破参数。因为距离过小，打眼难度打，容易打穿相邻炮孔，而且使受爆岩石的体积变小，使槽腔容积变小，不利于炮孔爆破，如距离过大，就会使受爆岩石体积增大，甚至大于粉碎半径或不能粉碎，或是补偿空间变小，同时使粉碎角度小，增大岩石的夹制作用，从而影响爆破，所以炮眼间距的大小必须根据炮眼爆破的破碎圈半径来确定。炮眼的穿爆距离与药卷直径、炸药性能、岩石性质和碎胀系数有关，根据公式（2）来计算炮眼的间距。

L=π/4·[2d0?+（k-1）（d0?+d?）]/[（k-1）（d0+d）]=201.9mm（2）

式中：d0—空眼直径为100mm；

d—装药眼直径为42mm；

k—巖石碎胀系数为1.55。

由公式（2）计算可得，掏槽眼至中空孔的距离为210mm；同时根据现场经验确定，掏槽眼之间的距离应为掏槽眼至中空孔距离的2倍以内。

2.3.2掏槽眼的单孔装药量

掏槽眼的单孔装药量可以根据兰格福斯提出的掏槽装药集中度的公式计算：

q=1.5×10?-3（A/ ）3/2）（A- /2）（3）

式中：q—掏槽眼装药集中度，kg/m；

A —装药炮眼距中空孔的距离，取210mm；

—中空孔的直径，取100mm。

由公式（3）计算可得，掏槽眼装药集中度为0.73kg/m，已知炮眼深度1.8m，故得出每个掏槽眼的装药量是1.31kg。

2 施工方法

2.1 施工方案

钻眼时，先施工好中空孔。中空孔布置在巷道腰线以上0.25m处巷道中心线位置，采用YT-29风动凿岩机、YG9C扩孔钻头施工，中空孔直径0.1m，长度2.0m。其余炮眼采用YT-29风动凿岩机、Φ42mm钻头打眼，炮眼直径42mm，长度1.8m。

此次巷道施工为一次成巷。装药结构采用正向装药，使用煤矿毫秒延期电雷管串联起爆，使用直径为35mm的三级煤矿许用乳化炸药进行爆破，一次装药、一次起爆。

2.2 现场实践

（1）中空孔布置在巷道腰线以上0.25m处巷道中心线位置，中空孔直径0.1m，长度2.0m，其余炮眼直径42mm，长度1.8m。

（2）巷道共布置炮眼60个，其中：中空孔1个，掏槽眼4个，装药4-5卷，扩槽眼3个，每眼装药3卷；辅助眼24个，每眼装药3卷；周边眼19个，每眼装药1.5卷；底板眼6个，每眼装药3卷，水沟眼2个，每眼装药2卷；实际爆破炮眼个数为59个，循环装药量30.5kg，循环雷管消耗量59发。

（3）实施效果：根据7月2日早班—5日夜班的试验情况，工作面共掘进12个小班，其中2个小班因炮眼布置和火工产品的影响造成当班工作面无掘进进尺，其余10个小班共计掘进进尺16m，平均循环进度为1.6m，炮眼利用率92%，平均每米炸药消耗为23.46kg，平均每米消耗雷管个数为45.38发，单进115.2米/月，正规循环率80%。

3 现场实测

（1）单循环进度明显提高。较原施工方案提高0.45m，炮眼利用率达至87%。月进尺较原提高32.2 m。

（2）火工产品费用降低，较原施工方案减少67.7元/米。

（3）爆堆相对较集中，爆落的矸石基本集中在工作面10m范围内，有利于机械装矸，减少对机械设备的损坏。

4 结 论

（1）此次试验，该矿采用大直径中空孔角柱形掏槽眼，优化了炮眼布置及装药结构，特别要在炮眼角度、眼位布置、眼距控制等进行重点分析，效果明显。

（2）采用大直径中空孔角柱形掏槽眼施工，单循环进度提高明显，火工产品费用降低。

参考文献

[1]刘刚，井巷工程，中国矿业大学出版社，2005年.

[2]轮廓爆破专用药卷及其现场试验，煤炭科学技术，1999年（10）.

[3]井巷掘进中掏槽方式对炮眼利用率的影响，煤矿爆破，2001年（04）.

作者简介：陈建（1971-），男，四川盐亭人，大学专科学历，现为赵家坝煤矿人力资源科科长。

（作者单位：四川广旺能源发展（集团）有限责任公司赵家坝煤矿）