岩巷爆破参数的优化设计

齐国军

（大同煤矿集团有限责任公司四台矿， 山西 大同 037052）

煤炭作为我国国民经济发展的重要工业原料，极大地推动了我国社会主义现代化建设，而且在未来很长一段时间内煤炭将在我国能源结构中占据主导地位。近年来，随着综采工作面采煤工艺及综采设备自动化程度的不断提升，综采工作面采煤效率不断提升。但是，我国针对巷道掘进方面开展的研究相对较少，巷道掘进的施工进度一直制约着综采工作面的开采效率[1]。目前，常用的掘进手段包括掘进机法和钻眼爆破法，其中由于钻眼爆破法的适用范围广可应用于各类岩体中，因此其在未来很长一段时间内将为巷道掘进的主流工艺。

1 工程概述

为确保爆破方案中的各项爆破参数与现场情况相符，需对现场情况进行深入调研包括：地质情况、水文情况等。

本文所研究某矿巷道延长段的巷道长度为410m，该巷道净断面的宽为5 640 mm，高为4 820 mm；采用锚杆、锚索、钢筋网喷浆联合支护，喷射混凝土的厚度为120 mm，混凝土强度等级为C20。该巷道的主要功能为运输、行人、通风以及管线铺设等，巷道内运行的设备由防爆无轨胶轮车、胶带机、防爆装载铲车等。

根据设计，巷道掘进期间，原则上以找煤为主，现煤层位于底板下方，需探清煤层具体位置结合前方钻孔制定合理掘进坡度；开始掘进时按设计坡度向前掘进。巷道沿南东方向55°方向掘进，巷道之中包含有一定的褶曲，进而对岩巷的走向造成一定的干扰。此外，褶曲的构成在一定程度上破坏巷道顶板的连续性和完整性，导致顶板的结构相对复杂。因此，巷道在掘进过程中应特别注意对其顶板进行管理，避免冒顶、片帮等事故的发生。

2 岩巷爆破参数的优化设计

对于岩巷而言，衡量其爆破效果的要求主要包括：基于最少炸药的基础上提升炮眼的利用；要求光面爆破的超挖量不得大于150 mm；在爆破过程中应尽可能的减少对巷道顶板、围岩的破坏，保证下一阶段掘进工作的安全运行；巷道爆破后要求石块均匀，不能太大也不能太小，以便于后续工序的顺利进行[2]。因此，将对岩巷爆破的掏槽方式、爆破参数以及炮眼布置情况等环节进行优化，以确保最终的爆破效果尽可能的满足上述要求。

2.1 掏槽方式的优化

由于巷道的掘进工作面有限，若想确保最后的爆破效果能够满足生产需求必须要求炮眼位置的合理布置。掏槽方式在一定程度上决定工作面炮眼所布置的位置，进而影响最终的爆破效果。一般的，掏槽方式的选取应根据巷道的岩性、断面尺寸以及地质条件决定。目前，常规岩巷的掏槽方式主要包括有斜眼掏槽、直眼掏槽以及混合式掏槽。

掏槽方式直接影响掏槽眼的位置，为了提升本巷道工作面掏槽眼爆破时的利用率，该巷道选用不同阶微差掏槽法[3]。与不同阶微差掏槽法相对应的掏槽方式为楔形掏槽。此外，掏槽眼的位置确定后还需为该巷道多打几个辅助掏槽眼，要求辅助掏槽眼的深度较掏槽眼深20 mm。基于楔形掏槽方式下掏槽和辅助掏槽的相互配合不仅可以确保最终爆破石块的均匀性，还能够提升循环进尺。

2.2 爆破参数的优化设计

2.2.1 爆破参数优化理论分析

2.2.1.1 炮眼直径

1）岩巷爆破炮眼直径主要与开孔设备、炸药类型以及所选爆破方案相关。一般情况下，炮眼直径大于所选炸药卷直径的5～10 mm。根据相关标准要求，炮眼直径一般不小于25 mm。炮眼直径过大需太长时间打眼，炮眼直径过小会影响爆破的稳定性。

2.2.1.2 炮眼深度

在我国现有金融体制下，政府对银行业高度保护，包括对利率水平的管制、对银行隐性担保以及对银行业准入的限制等都不利于我国银行业竞争力的提升，而在我国金融对外开放力度不断加大的情况下，要想稳定利润水平，实现稳健经营，必须提高我国银行业的竞争力。因此，改革势在必行。

炮眼深度与作业人员劳动量、劳动组织的相关参数相关。一般的，炮眼深度主要受巷道围岩特性、断面尺寸及形状、掘进工作方式以及所选炸药类型所决定。目前对炮眼深度影响最大的因素为所选开孔设备的性能。以我国当前开孔设备的现状为基础，炮眼深度一般为2～3 m。随着大功率岩凿台车以及先进施工技术和管理水平的提高炮眼深度可发展到3～5 m[4]。此外，炮眼深度还与断面岩层硬度相关。当断面岩层较软时不宜将炮眼打太深。

2.2.1.3 炮眼数目

炮眼数目的确定原则为在保证爆破效果的基础上尽可能的减少炮眼的数目。炮眼也需现场实际情况布置，当炮眼数量太少时，炮眼间距过大容易在爆破后出现大块；炮眼数量过多会增加打眼时间，降低效率。炮眼数目的确定依据式（1）所得：

式中：N为炮眼数目，个（取整数）；q为单位体积炸药消耗量，一般取1.2～2.4 kg/m3；S为巷道掘进断面积，m2；η 为炮眼利用率；T为装药系数，即装药长度与炮眼长度的比值，一般取0.5～0.7；μ 为药卷的炸药质量，kg/m。

根据公式（1）确定每茬炮所需炮眼数目

考虑到巷道发生超挖和欠挖的情况及爆破后产生的大块矸石造成装碴的难易程度，本巷断面实际采用炮眼88 个。

2.2.1.4 一次爆破炸药消耗总量

一次爆破所需的总炸药量（Q）：

式中：q为单位体积炸药消耗量，一般取1.2～2.4 kg/m3；V为每循环爆落煤（岩）实体，m3。

根据巷道断面，确定实际一次爆破所需总炸药量。

2.2.2 爆破方案的优化设计

基于上述理论基础的研究，对影响最终爆破效果的相关参数进行计算分析，得出如下优化的爆破方案。

1）该巷道所选雷管为毫秒延期电雷管。由于该矿井巷道内的瓦斯浓度高，因此爆破时采用正向起爆方式。

2）该巷道爆破掘进所选炸药类型为三号煤矿许用粉状乳化炸药；毫秒延期电雷管引爆，且起爆方式为全断面一起起爆，减少由于第一次爆破产生的煤尘或者粉尘在二次爆破时引起爆炸的概率[5]。

3）爆破参数的优化结果。本巷道选掏槽方式为楔形掏槽，并增加3 个辅助掏槽眼炮眼要求其间距为400 mm，每个炮眼的深度为2.2 m，要求本次爆破炮眼的密集度为0.8。优化后爆破参数如表1 所示。

表1 优化后的爆破参数统计表

4）周边眼中的顶眼和帮眼的眼距分别调整为370 mm 和399 mm，并且调整装药量为每眼0.6 kg；有助于光面爆破时巷道的成型效果和减小巷道爆破后对周边围岩的破坏，减免爆破后冒顶、片帮等事故的发生，炮眼布置如60 页图1 所示。

3 结语

目前，钻眼爆破掘进工艺为应用最为广泛、采用频率较高的技术。在现场爆破过程中需根据地质条件、水文条件、所选炸药类型等因素对爆破方案中的掏槽方式、炮眼直径及深度、炮眼布置以及炸药等参数进行优化设计，为提升爆破效果为下一阶段工作的顺利开展奠定扎实基础。

图1 巷道炮眼布置示意图（mm）