聚能爆破技术在淮南矿区张集矿的应用研究

曹 祺，吴 伟

(1.淮南职业技术学院，安徽 淮南 232001；2.淮河能源控股集团有限责任公司顾桥矿，安徽 淮南 232100)

近年来，在隧道工程、水利工程、边坡控制等岩土工程中，聚能爆破都得到了广泛的应用。目前，常见的聚能装置有聚能凹槽、聚能切缝和聚能孔等，不少厂家配合工程需要，批量生产聚能装药器，促进聚能爆破工艺的发展。早在20世纪70年代，我国就利用大型计算机对聚能爆破的裂隙成形机理进行数值计算，提高了人们对聚能爆破的认识。90年代国内外众多科技工作者设计了各种形式、各种材质的聚能药管进行聚能爆破试验研究，还有学者试图采用金属聚能结构突破聚能预裂(光面)爆破技术的瓶颈，但高昂的造价阻碍了该装置推广应用的步伐。进入21世纪，聚能预裂与光面爆破综合技术，实现了生产性应用的突破性发展和关键技术的突破，秦健飞等人采用常见的聚氯乙烯材料，成功研制出结构简单、造价低廉的“双聚能槽药管”，并用它成形成“双聚能槽药卷”，实现“双聚能预裂与光面爆破”，该项技术被住房和城乡建设部作为2010年的《建筑业10项新技术》 在全国推广应用[1-2]。罗宁等人深入研究了切缝药包定向断裂机理，利用数值模拟的方法，演示爆炸过程中冲击波相互作用，计算出管缝前的压力超前且明显高于非管缝区域[3]。在煤矿中，由于沿空留巷无煤柱开采技术的推广和应用，对沿空留巷顶板压力控制提出更高要求，黄陵等煤矿利用聚能爆破切顶卸压，提高了留巷的稳定性，确保成巷效果，达到安全生产要求[4-5]。基于此，结合淮河能源股份有限公司张集矿炮掘工作面进行聚能爆破分析与优化，结果表明聚能光面爆破取得预期效果，可为类似工程提供参考。

1 工程概况

淮河能源股份有限公司张集矿开拓303队施工的-960 m矸石转载胶带机巷和掘进101队施工的北二排矸联络巷，主要由石灰岩和砂砾岩组成，f=6～8，属于中硬岩石，部分裂隙发育较破碎，巷道为半圆拱形，巷道宽5.6 m，帮高2.1 m，采用毫秒光面爆破，施工中围岩损伤较严重，轮廓不平整，周边眼痕率仅为40 %，尤其在软弱破碎岩体中题更为突出，超欠挖严重，很难保证周边质量，为了增强光面爆破管理，有效控制围岩超挖、欠挖，保证巷道成型规整，减少围岩破坏，确保巷道支护质量，同时通过少打眼、少装药以提高进尺工效，采用矿用型爆破聚能管 BTC-1500，实施周边眼聚能光面爆破技术。

2 施工工艺

2.1 聚能管爆破

该工程掘进巷道周边眼使用的矿用聚能管为非金属PVC管，分管体及盖板两部分，结合后呈字母C形状，主管体两侧对称分布一个凹进去的聚能槽，如图1所示。基于高速纹影聚能爆破实验观察表明，炸药爆破时，首先在聚能管的聚能槽方向产生聚能射流，定向切割岩石，两个相邻炮孔连线方向产生应力集中，形成裂隙，在非聚能槽方向冲击波峰值压力无叠加，没有超过岩石动载抗压强度，保护周边围岩不受破坏；其次，爆破产生的大量气体，在两相邻炮孔之间产生气楔效应，进一步扩大裂隙，使之贯通，形光滑巷道轮廓线。由些可见，装药时，聚能槽与巷道轮廓线一致是关键，并且起爆瞬间聚能管在不对称爆炸应力波和爆生气体准静力的影响下会产生内旋，聚能槽角度发生偏移，影响聚能爆破对裂隙产生方向的控制，需要加入定位块固定聚能管的角度，确保产生定向裂隙。

图1 聚能管结构

2.2 聚能管参数及装药工艺

聚能管长度为500 mm，截面为椭圆形，长轴长28.35 mm，短轴长24.18 mm，聚能槽顶角70°，聚能槽顶部距离17.27 mm，聚能管一侧有可开启的装药口。装药时，聚能管在后方巷道宽敞且通风良好地点提前制作，将聚能管并排放置在工作平台上，平台长2 m，宽1 m，可采用长2 m、宽200 mm、厚70 mm的大板拼接而成，并要保证操作台面平整，然后，把一根药卷一端包装皮切开，然后将聚能管一端插入药卷内，再取一根药卷从中间切开后将聚能管另一端插入药卷内。为保障聚能管装置中的聚能槽对准巷道轮廓面以防止转动，要在炮眼孔口20 cm位置套放矩形定位块，定位块用胶布绑紧，在施工过程中，底部两排炮眼必须使用阻燃胶带，阻燃胶带在装药时固定在炮头中部，用雷管脚线将阻燃胶带和炮头至少缠绕两圈，确保在装药时阻燃胶带不脱落，阻燃胶带在炮眼外部外露长度不小于300 mm，这样聚能管组装才完全组装好。为确保煤矿井下爆破安全，采用正向起爆，在对准孔口方向的聚能管药卷上插入雷管。组装后的聚能管装入周边眼时，聚能管放置方向应与轮廓线切线方向一致。孔口使用水沙袋堵塞，掏槽眼、辅助眼及底眼仍使用黄土炮泥及水炮泥。每个周边眼使用不少于2卷水沙袋，袋口朝眼底，规格为φ42 mm×320 mm，并保证水沙袋完整和充水饱满，水沙袋至眼口距离不小于30 mm，如图2所示。

图2 周边眼装药结构示意图

2.3 爆破工艺

针对普通光面爆破出现的围岩损伤较严重，巷道轮廓不平整，超挖量较大，喷砼超方严重以及初支平整度差等问题，利用聚能爆破技术定向断裂技术，提高周边孔的间距，将原本周边眼眼距由300～400mm提高到600～800mm，从而减小炮眼数目，增加工作效率。另外，改变掏槽方式，增加掏槽眼个数和装药量，确保巷道有效进尺。优化前后炮眼布置图，如图3所示。

a. 常规光面爆破

b. 聚能光面爆破

3 爆破效果

3.1 循环时间减小

以掘进101队施工的北二排矸联络巷为例，通过优化炮眼布置，减少了炮眼数量，缩短了打眼和扫眼时间。实际工程中，使用常规光面爆破，全断面布置炮眼110～120个，每次打眼的时间在4～5小时，采用聚能管爆破，只需施工70～75个炮眼，按液压钻车打眼一个5分钟计算，每次爆破可少打35～40个炮眼，两个大臂打眼预计少用1.5～2小时，每次打眼的时间在2.5～3小时，同时扫眼也可节约半小时，故每循环打眼、扫眼可缩短2～2.5小时。另外，聚能管装药工序简化，周边眼装药操作简单，不存在落炮、穿炮的情况，同时采用聚能管、水沙袋等新工艺，缩短了装药时间，每次装药可提前1小时完成。因此，聚能管爆破每循环缩短工时4～5小时，普通光面爆破最快3个小班放一炮完成一个循环进尺，采用聚能管爆破后可提高到2个小班放一炮完成一个循环进尺。按月计算(不考虑其它影响因素)，普通光面爆破每月放30炮，每炮进尺1.5～1.8米，月进尺最多54米。采用聚能管爆破每月可提高到45炮，每炮进尺1.8～2.1米，月进尺可提高到90米以上。

3.2 成巷质量高

根据观察可知，优化后的掏槽方式，循环进尺增加0.3米。巷道成型好，眼痕保留率达到80 %～90 %，巷道爆破面光滑平整，减小围岩扰动，保证围岩的自承稳定能力，有利于锚杆支护，巷道没有大面积超挖、欠挖现象，减少出矸量，降低了混凝土喷浆量。

3.3 经济效益好

炮眼个数的减少，相应的雷管、炸药消耗减少，降低了成本费用。北二排矸联络巷施工中，每循环聚能管爆破雷管少用45发，单价2.68元，可降低费用约120元；炸药少用19 kg，单价20元，炸药费用可降低380元。每循环进尺雷管、炸药费用合计节省500元。聚能管爆破除节约雷管、炸药爆破器材消耗外，少打的炮眼降低了钻杆、钻头磨损、耗电、耗油等费用，降低了巷道施工支护材料费用，扣除增加的聚能管和水沙袋等配件的费用，经济效益得到明显改善。

表1 技术效果对比

采用聚能管的聚能爆破技术与常规煤矿巷道爆破技术相比，炮眼布置数目减小约37 %，大幅度降低巷道掘进成本，提高巷道掘进速度，爆破后巷道轮廓面整齐，围岩扰动较小，有效提升安全作业系数。

Application of Accumulative Blasting Technology in Zhangji Mine of Huainan Mining Area

CAO Qi1,WU Wei2

(1.HuainanVocationalandTechnicalCollege,HuainanAnhui232001; 2.GuqiaoMine,HuaiheEnergyCo.,Ltd.HuainanAnhui232100)

AbstractWith the wide application of energy-gathering devices such as energy-gathering tubes, the directional fracture technology of energy-gathering blasting has been greatly applied. The energy gathering blasting technology was used in many roadways such as belt conveyor roadway and contact roadway in Zhangji Coal Mine of Huaihe Energy Co., Ltd. The test results show that compared with the conventional smooth blasting, the working time of each cycle is shortened by 4-5 hours, the footage is increased by 0.3 m, the cost of detonators and explosives is saved by 500 yuan, the roadway blasting surface is flat and smooth, the disturbance of surrounding rock is reduced, the self-supporting stability of surrounding rock is ensured, and the safety operation coefficient is effectively improved.

Keywordssmooth blasting；energy-gathering blasting；Huainan mining area