地下矿山工程井巷掘进爆破技术探究

张健 张波

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

作者简介：张健（1988—），男，本科，工程师，研究方向为矿山建设与开采。

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-8880

摘  要：掘进爆破是地下矿山工程开采的重要一环，爆破技术的应用效果直接关乎地下矿山工程井巷开采效益。因此，简单介绍了地下矿山工程井巷开采背景，以深孔控制预裂爆破技术为例，提出了地下矿山工程井巷掘进爆破技术方案，并对地下矿山工程井巷掘进爆破技术实践要点进行了进一步探究，希望为掘进爆破技术在地下矿山工程井巷中的有效应用提供一些参考。

关键词：地下矿山工程  井巷掘进  深孔控制预裂爆破  技术分析

中图分类号：TD23

在国家地下矿山开采工程大规模推进的21世纪，井巷掘进爆破被广泛应用到基础作业中。在地下矿山工程中，井巷掘进爆破技术的类型选择与应用参数，直接关乎开采成本与作业效率。因此，综合考虑岩体破碎要求、周边围岩损害控制要求与掘进要求，探究地下矿山工程井巷掘进爆破技术具有非常重要的意义。

1  地下矿山工程井巷掘进背景

某地下矿山工程井巷设计断面为U形，净高3.6 m，宽5.2 m。井巷直接顶板为石灰岩，岩层厚度6.89 m，质密。直接底板为铝土质泥岩夹杂砂质泥岩，厚度为0.98～8.90 m。工程轨道下山下部车场由矿钻机队钻设前探孔、测压孔，前探孔开孔位置为巷道迎头中顶板下2.6 m、1.2 m，测压孔开孔位置为巷道东帮迎头后3.2 m、底板上1.5 m，以及巷道西帮迎头后1.6 m、底板上1.3 m。测压管孔内设置2趟管路，管路内放入4分注浆钢管，侧压管长度为24 m，在测压管前端3.0 m位置测量，得到气体流量最大值为120 mL/s，突涌风险较大[1]。

2  地下矿山工程井巷掘进爆破技术方案

2.1  钻孔方案

2.1.1  抽采钻孔

根据轨道大巷情况，在进入矿层前10 m位置，沿掘进巷道两帮分别设置1个钻孔场地。抽采钻孔分上、下两层布置，巷道两帮钻孔场地内抽采孔数量共20个（钻孔布置参数如表1所示），孔径小于等于95 mm，抽采钻孔终孔位于巷道轮廓线外12 m范围内。

根据表1参数布置抽放孔，进一步降低气体压力释放潜能，促使地应力下降，矿物层透气性系数上升，降低矿物层内气体突涌风险[2]。

2.1.2爆破钻孔

在井巷掘进工作面中心点，迎头布置1个爆破孔，钻孔方向即矿层倾角，取5°，钻孔孔径为95 mm，最大孔长50 m。同时，根据地下矿山工程井巷设计断面，在断面上布置10个φ93 mm爆破孔，爆破孔参数见表2。

2.1.3 注浆孔布置

根据地下矿山工程倾角大、矿物层松软的特点，在11个爆破孔爆破、20个抽放孔抽放完毕后，钻设注浆孔，完成超前支护，避免揭露矿物层时巷道顶部矿物层冒落形成大面积冒顶。注浆孔沿巷道顶板布置，分上下两层，上层、下层法向距离为1。其中上层注浆孔数量为4个，孔深为穿越岩层进入矿物层1 m以上，孔内放入阀管；下层注浆孔数量为8个，孔深为穿越矿物层、顶板岩层1 m，钻孔内布置阀管。

2.2 爆破方案

地下矿山工程井巷掘进爆破方案包括装填炸药、封孔、起爆几个环节。

技术人员可先分析巷道技术特征和地质条件，再配置基础材料，包括放炮胶质线、深孔预裂爆破专用药管、专用炮泥（粒度小于5 mm，略潮湿，具有一定流动性）。同时准备1台封孔器（输泥机含胶管）、1台大功率放炮器等。在设备材料准备完毕后，有序装填炸药、封孔，联网起爆[3]。

3  地下矿山工程井巷掘进爆破技术实践要点

3.1 钻设孔洞

根据地下矿山工程现场条件，先后实施抽采孔洞钻设、两帮压风孔洞钻设、加水孔洞钻设。同时借助专用探孔塑料管进行成孔实际深度检查，确定钻机穿越岩层进入矿物层后，更换钻杆并记录岩石段钻孔深度。

在穿越矿物层后，记录所穿越矿物层段孔深，判定装药长度。每完成一个抽采孔洞钻设，第一时间开展核查抽采，并全程监测瓦斯抽采流量。若钻孔期间遇孔洞坍塌，第一时间开展压风处理，配合探孔塑料管，清扫长钻孔，确保长钻孔内无碎屑残渣。

在最后一个抽采孔洞钻设完毕后，利用同样的方法，进行主爆破孔钻设。

3.2 装填炸药

在确定孔洞内无碎屑残渣的前提下，准备φ63 mm药柱，在药柱内丝盖中心钻孔，孔径为16 mm。

药柱内丝盖中心钻孔后，借助自黏性胶带，黏结2段毫秒延期电雷管（发脚线长度为20 cm）、铜芯电线接线位置。随后利用PVC胶带（阻燃表面抗静电PVC）密封接线，控制接头位置短路、断路风险。

在接头密封的基础上，向药柱内插入双雷管起爆头。在制作的炮头内，利用不耦合正向装药方法，装填专用爆破炸药（威力大于250 mL，猛度大于10 mm，殉爆大于3 cm，装药密度1 090～1 150 kg/m3），炸药外径为63 mm，装药长度为钻孔长度减去封孔长度（10 m）。每一个药柱管之间利用螺纹连接为一个整体，逐管对接，母线附着于管壁侧面并经胶带固定，规避药柱管与孔壁摩擦引发雷管脚线、母线脱落事故。装药结构见图1。

根据图1，考虑含矿物层与普通岩层地质条件存在差异，在含矿物层中爆破时，需考虑其成孔性，在孔深达到一定长度时，成孔性较差，装药难度较大，无法保证爆破效果。基于此，可将专门制作的传爆体（爆速6 500～7 500 m/s）插入炸药内，消除管道效应，促使不耦合装药可靠传爆，提高药柱有效起爆长度，促使炸药爆炸后有毒气体含量小于100 L/kg，可燃气安全度超出400 g（以半数引火量计）。

装填炸药后，利用粒度小于5 mm的专用封孔黄泥密封药柱内炸药，覆盖堵头，确保压风超出0.4 MPa，且封孔长度超出10 m，完成炮头制作。封孔时，经进风管道接入输泥机，输泥机、装有雷管引药之间经输泥皮管相连，输泥皮管下方为雷管引出线，经输泥皮管有序输送封孔黄泥。因输泥机主体为倒圆锥状罐体，罐体顶部封闭，中间设加料口，加料口下铰链连接封堵门。罐体底部设置出口及出料阀，出料阀经三通连接封孔送料管，三通接头的剩余管口连接进水管进水阀门，黄泥土在出料阀门位置与水混合后进入输泥皮管喷出。罐体上部设进风阀门与进风管、卸压阀门，确保黄泥土输送流畅不堵塞，从源头规避炸药爆炸能量时爆轰气体喷射出孔洞问题[4]。

3.3 起爆操作

确认起爆条件满足后，指派专人起爆。起爆方式为爆破孔外2发雷管胶质线并联，借助1台大功率放炮器执行远距离放炮，11个孔间串联网路起爆。放炮30 min后，由救护队进入巷道掘进头检查，排除险情，确定巷道掘进头处于正常状态，并测量巷道风流中风量、气体浓度。整个过程中，应保证进风风流稳定，回风独立，且全部进回风之间的反向风门间距超出4 m，内墙嵌入风筒，满足防逆流要求[5]。

第一次完成爆破后，进行实际爆破长度测量，判定掘进爆破效果，为下一次爆破提供依据。在爆破后掘进到爆破孔底5 m时，重复爆破操作，继续掘进，直至消除区域突出风险。在爆破孔成孔较佳无塌孔情况下，进一步增加爆破孔长度，控制爆破孔长度低于60 m，为地下矿山工程井巷掘进速度提升提供良好条件。

根据案述煤矿轨道下山层实施深孔预裂爆破情况，卸压增透效果明显。深孔预裂爆破前，气体流量最大值为120 mL/s，含矿物层透气性系数为0.106 m2/MPa2·d。深孔预裂爆破后，爆破孔周边矿物体出现大量纵向裂纹，与矿物中发育较佳层理结构形成纵横交错的裂隙网络，含矿物层透气性系数为1.895 m2/MPa2·d，增加到以往的17.9倍，掘进速度加快，日进尺达到4.5 m，满足计划要求。

4  结语

综上所述，深孔控制预裂爆破技术可以有效卸除地应力，增加钻孔周边矿体裂隙，缩短矿层有害气体预抽时间，提高生产效率。因此，地下矿山工程开采应以深孔控制预裂爆破机理为基础，确定深孔控制预裂爆破参数的最优方案。同时根据工作面实际情况，有序开展深孔控制预裂爆破技术实践，确保深孔控制预裂爆破技术优势的充分发挥。

参考文献

[1]张阳，王利军，陈国瑞，等.现场混装乳化炸药在地下铁矿的爆破漏斗试验及应用[J].工程爆破，2023，29（3）：80-84.

[2]冯朝会.成庄矿深孔预裂爆破切顶卸压护巷技术研究[J].山西冶金，2023，46（9）：218-220.

[3]王立伟.建新煤业厚硬顶板深孔预裂爆破控制技术研究与应用[J].山东煤炭科技，2023，41（8）：62-65.

[4]夏方顺.煤矿岩巷掘进爆破参数优化及应用研究[D].廊坊：华北科技学院，2021.

[5]郭闯.硬岩巷道高效掘进爆破技术探究[J].能源与节能，2021（3）：133-134，137.