聚能管光爆技术在煤矿掘进中的应用

田衡山TIAN Heng-shan

（中煤第一建设有限公司第十工程处，邯郸056000）

0 引言

从当前的发展角度上看，光面爆破技术的应用面积很广，在提高质量标准化、加快进度、降低成本方面取得了一定的效果。但常规光面爆破，存在炮眼装药范围会形成裂缝，甚至会造成顶帮片冒；往往使巷道顶帮凹凸不平，增加喷射砼的使用量，增高费用；打孔作业耗时较长，降低施工效率等缺陷。

聚能管光爆技术是近年新兴起来的新技术。不仅能减小爆炸对岩体的扰动，提高巷道顶帮轮廓的平整度，使轮廓半眼痕率大幅度增高，并且还能提高掘进进尺，缩短辅助工序时间，降低费用。为达到以上良好效果，在万年矿500 水平回风巷掘进中进行了岩巷聚能管光爆技术的应用，实现了预期目标，取得了明显的技术经济效果。

1 试验巷道概况

1.1 巷道地质条件

万年矿-500 水平回风巷掘进坡度为+4‰，巷道主要布置在4#煤顶、底板层位，主要为粉砂岩，灰黑色，细致、性脆、含黄铁矿结核，岩石坚固程度为比较坚固。

1.2 断面特征及支护参数

巷道为半圆拱形，规格为宽×高=4.7×3.55m，掘进断面14.3m2。采用锚网喷联合锚索支护，-500 水平回风巷采用Ф20×2400mm 无纵肋螺纹钢锚杆，托盘采用Q235 钢板，规格为200×200×10mm，间排距800×800mm；顶板采用φ21.8×8000mm 锚索，配300×300×16mm 锚索托盘；锚杆预紧力100kN，锚索预紧力200kN；钢筋网采用φ6×1500×900mm，网孔规格为100×100mm，搭接长度为100mm，每隔200 用12#铁丝绑扎一道；喷射混凝土厚度100mm。

1.3 工程质量要求

-500 水平回风巷为准备巷道，要求巷道的支护质量高，爆破质量达到围岩凹凸度＜90mm，周边半眼痕率达到90%，围岩喷层的回弹率＜30%。一般的巷道需要具备高质量、稳定性能良好、承载能力优良等特点。爆破质量以及效果要严格按照相关规定执行，巷道周围的平整度也会大幅提升。

2 聚能管爆破技术

2.1 原理介绍

聚能管爆破技术是近年来新奇的新型掘进爆破技术，不仅可以提升巷道的成型质量，也能在一定程度上降低对围岩的影响。由于该种爆破技术能力密度较高，并且穿透能力较好，所以在当前的岩巷施工中，逐渐成为重要的爆破方式。聚能管爆破技术可以提升循环进尺，全面降低材料成本，相关的工序耗时也能得到相应减缩。该种爆破形式主要是利用线性聚能药型罩，有效聚集炸药爆炸时产生的能量，在保护巷道周圈围岩的同时，也能对目标进行切割，全面提升炸药的利用效率，获得良好的爆破效果。在实际的应用当中，通过控制爆破方向、用药量多少等，制定不同的爆破力度，满足不同岩巷工程的施工目的，为后期的巷道支护提供便捷。爆炸产物在线性药型罩上产生聚能作用，产生的能量通过对称的药型罩转化成射流动能，在岩石上切割出裂缝，在高压爆破气体准应力及气体气刃作用下，根据应力集中现象，在聚能角中心线方向上被拉断，相邻炮孔连线上形成贯通缝隙，使其沿轮廓线方向产生定向切割，避免了爆炸能量向眼孔四周释放对岩体的损坏，从而达到光爆的效果。

聚能管就是用塑料引药放在聚能管的一端，管槽开口部分是用来装填乳化炸药入口，在聚能管两端使用定位块，这样易入孔，入孔不易转动、方便孔中定位，周边眼装药后使用水沙袋或炮泥进行封孔。聚能管采用特殊的抗静电阻燃的塑料管，并且可以根据炮眼的深度进行适当调节。聚能管在进行装置时要保证对准开挖轮廓面，保证爆破的有效性。聚能管中装置的炸药为通用炸药，使用的传爆线以及起爆雷管都为施工现场常用的器材。光面爆破技术将爆破参数和施工方式进行结合的一种应用，采用分区分段的爆破形式，从而达到爆破设计要求。光面爆破可以在爆破后保持形状规整，轮廓质量也得以提升，岩体产生的裂缝相对较小，爆破后所需的支护工作量也相对较低，实现减少材料消耗，提升岩巷的掘进速度，在控制施工成本的同时，也能保障该项目施工的安全性。

图1 周边眼装药结构示意图

2.2 基本参数

聚能管采用一种抗静电阻燃的非金属材料pvc 加工成的带有聚能槽的管，管壁厚2mm，聚能管两侧对称各有一个凹进去的异型“聚能槽”。聚能管截面为椭圆形，长轴长28.35mm，短轴长24.18mm，聚能管一侧有可开启的装药口。聚能管长度为1000-2000mm，具体长度根据装药量及周边眼炮眼深度确定。

2.3 装药操作

①装填炸药所需材料以及工具：聚能管、定位块、乳化炸药、可调压式气动胶枪、刀具等。②装药前将可调节式气动胶枪（注药枪）接好风源，将风压调至0.2-0.25MPa。③把乳化炸药装到可调压式气动胶枪，拧紧后盖。④用可调压式气动胶枪将乳化炸药从枪口连续装到聚能管中。⑤炸药装入聚能管后，盖上盖，并确保两端头装药饱满。⑥为保障聚能管装置中的聚能槽对准隧道轮廓面以防止转动，要在聚能管两端套放定位块并用专用胶布粘紧，保证聚能管组装完好，可以投入后续使用当中。⑦将雷管插入聚能管起爆药包内，将雷管线绑扎在聚能管上。⑧组装后的聚能管装入周边眼，聚能槽必须与轮廓面一致。如图1 所示。

2.4 炮眼布置方式以及装药量优化形式

为了达到预期的爆破效果，需对常规的炮眼布置方式以及装药量优化形式进行如下优化：

①周边眼使用聚能管进行光面爆破，眼距600-800mm，装药量0.3-0.35kg/m。②对炮眼布置进行了整体优化，主要为：1）采用两级楔形掏槽方式掏槽，且一级掏槽眼为65 度，要比辅助眼深200mm，二级掏槽眼为75 度，要比辅助眼浅。2）从原本的三段管爆破改为四段管爆破。

2.5 水沙袋使用要求

①炮眼装药结束后使用水沙袋进行封孔。②每个炮眼使用1-2 卷水沙袋，规格为φ30×250mm。③水沙袋使用前必须充满水，不得使用破损的水沙袋或充水不饱满的水沙袋进行封孔。④使用水沙袋封孔结束后，保证水沙袋距离眼口250-300mm，使用专用工具进行控制。⑤水沙袋袋口朝向眼底。

3 应用效果分析

3.1 技术效果

①采用聚能管光爆技术，减轻了对岩体的扰动破坏，巷道成型较好，因聚能管光爆技术可以有效降低爆破对周围岩体带来的影响，全面提升爆破质量，防止周围岩体受到不必要的影响。因减少巷道周边超欠挖而提高轮廓平整度，巷道成型质量大幅度提高。②减少巷道施工工程量，大幅节省工程材料的费用支出。造孔率减少，大大降低爆破作业工班的工作量，节约了钻眼时间。光爆效果好，出矸量减少，节约炸药、雷管等爆破装置的使用，减少了工时消耗，劳动效率明显提高。③提高单进速度。钻眼数量减少节约出时间，从而增加钻眼深度，使单进提高1.5 倍，施工进度提升。④应用该项技术后，减少延米进尺的工作量，生产效率提高，工人的劳动薪酬相应提升，工作积极性相应提升。

3.2 经济效果

①降低材料成本。一是由于钻眼减少节约炸药、雷管等爆破材料费用。二是由于钻眼减少节约钎头、钎杆、凿岩机等施工工器具费用。三是由于巷道成型好，降低喷射混凝土、钢筋网、托盘等支护材料费用。②由于延米进尺的生产效率提高，用工成本降低。由于巷道成型优良，可以节省支护材料费用的支出。③降低排矸费用。由于减少了巷壁的超挖，每米巷道出矸石需用的机械费和人工费降低。④聚能管相关费用提升。在利用聚能管爆破技术之后，聚能管的消耗也会进一步的提升。

4 结语

①聚能管爆破技术无需改变凿岩工艺，对于爆破技术也没有严格的要求，只需要在周边眼内放入相应的药包。由于聚能管爆破工艺较为简单，其效果也远远优于普通光面爆破效果，适用当前各种巷道应用，尤其是在大断面岩巷的掘进中，聚能管爆破技术可与钻炮眼平行作业，装药简便易行，适用各种非软岩巷炮掘。②聚能管爆破可以使周边眼定向断裂，在巷道的成型上也能进行有效把控。从巷道的层面上提升自身承载能力，对于周围岩体的稳定性也能起到保障作用，保证岩体的完整性、稳定性，保障项目的施工生产处于安全状态，起到降低安全风险的作用。③有利于生产进度提高，生产成本降低，有良好的经济效益和社会效益。在现有的机械施工的基础上，相关建筑施工方可以在不增加设备投资的情况下，对周边岩体进行周边断裂控制爆破，全面提升岩巷的施工速度，也能大幅度降低资金成本，保证施工质量。从当前的发展形式上来看，聚能管爆破技术可以适用于多种爆破环境。尤其在中深孔爆破当中，可以进一步推动深孔循环作业形式，在现有的技术之下，大幅提升大断面岩巷的掘进工作，并提出行之有效的措施。