煤巷爆破掘進(jìn)優(yōu)化設(shè)計研究

秦云龍， 康志強(qiáng)， 高 潔

(汾西礦業(yè)柳灣煤礦，山西 呂梁 033000)

引 言

柳灣煤礦主采11#煤層六盤區(qū)軌道巷受臨近小煤窯采空區(qū)影響顯著，巷道掘進(jìn)過程中頻繁揭露空巷，小煤窯空巷內(nèi)漏頂、漏風(fēng)、積水現(xiàn)象時有發(fā)生，使得掘進(jìn)期間施工工序復(fù)雜繁瑣，施工強(qiáng)度加大，巷道掘進(jìn)速度慢。因此，如何在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)安全快速掘進(jìn)，已成為該礦亟待解決的問題。

1 工程概況

柳灣煤礦9#煤、10#煤大部分已被臨近的小煤窯開采多年，而該礦9#煤、10#煤、11#煤平均層間距僅2.5 m、4.6 m，導(dǎo)致11#煤頂板的不同程度地遭到損毀，局部破碎嚴(yán)重。柳灣煤礦11#煤層六盤區(qū)南翼軌道巷設(shè)計服務(wù)年限8年以上，承擔(dān)著該盤區(qū)材料運(yùn)輸?shù)闹厝?。該條巷道的早日完工對于六盤區(qū)的生產(chǎn)具有重要的作用。受小煤窯采空區(qū)影響，該巷在掘進(jìn)過程中遭遇頂板破碎、冒落，嚴(yán)重影響了掘進(jìn)速度。

11#煤六盤區(qū)軌道巷原采用2.0 m、2.5 m孔深爆破掘進(jìn)，單循環(huán)進(jìn)尺分別為1.7 m、2.3 m，日進(jìn)尺分別為3.4 m、4.6 m?？紤]到巷內(nèi)采用出渣效率高的耙矸機(jī)加遛子出渣方式，為提高掘進(jìn)速度，在原成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，礦方提出了3.0 m孔深爆破方案。

2 快速爆破掘進(jìn)方案設(shè)計

1) 炮眼及乳化炸藥直徑

根據(jù)該巷道的巖性、地質(zhì)、水文情況，采用規(guī)格Φ35×200 mm二級乳化炸藥；1-5段位的雷管全部應(yīng)用，充分利用前段爆破產(chǎn)生的新自由面，提高炸藥的利用效率，從而提高炮眼的破巖能力，增大不耦合系數(shù)，延長應(yīng)力波作用時間。

2) 炮孔深度

炮孔深度主要是根據(jù)試驗(yàn)要求、循環(huán)進(jìn)尺、以能夠獲得最高的掘進(jìn)速度和最低的工時消耗為標(biāo)準(zhǔn)決定。根據(jù)現(xiàn)場2.0 m、2.5 m孔深爆破經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將炮孔深調(diào)整為3.0 m，采用兩節(jié)長2.5 m釬桿鑿巖，輔助掏槽眼的垂直深度與周邊眼、二圈、三圈眼深度一致。

3) 掏槽爆破

采用復(fù)式雙楔形掏槽[3-4]，布置三對楔形掏槽眼和兩對輔助楔形掏槽眼，中間加2個中心眼。中心眼的垂直深度比掏槽眼大200 mm，掏槽眼的角度應(yīng)保證其孔口距離、孔底距離嚴(yán)格符合設(shè)計要求。當(dāng)炮眼深度改變時，掏槽布置可不變，只需調(diào)整裝藥量即可。復(fù)式雙楔形掏槽爆破炮眼利用率高，采用全斷面巷道爆破時，巖石的拋擲距離較近，爆堆集中，不易崩壞巷道內(nèi)的設(shè)備和支架。

4) 輔助眼、周邊眼

輔助眼包括視斷面大小有三圈眼、二圈眼，主要是用來繼續(xù)擴(kuò)大掏槽，輔助眼間距為600 mm，布置在掏槽眼與周邊眼之間，方向基本垂直于工作面，保證爆落下來的巖塊均勻，為裝巖創(chuàng)造有利的條件。周邊眼直接決定巷道輪廓成形的好壞，一般周邊眼眼口距離巷道周邊50 mm～100 mm，巖石愈堅固，靠周邊應(yīng)愈近，周邊眼間距不宜過大，一般為350 mm～500 mm，以利于保證巷道斷面輪廓，盡量減少刷幫或噴漿量。輔助眼和周邊眼的眼底應(yīng)盡量落在同一深度的平面上，這樣爆出來的工作面平整，有利于下一次打眼。

5) 起爆藥包位置

起爆藥包的位置決定著炸藥起爆后爆轟波的傳播方向，也決定了爆轟氣體的作用時間。本方案將起爆藥包放在孔底，爆轟波沿孔底向孔口反向，確保爆破的效果和避免產(chǎn)生拒爆。

6) 起爆順序

在成組藥包爆破時，先起爆的藥包為后續(xù)起爆藥包創(chuàng)造自由面。為了使掏槽徹底，先給其它藥包提供一個自由面，三對掏槽眼用一段雷管起爆，二對輔助掏槽眼、中心眼用二段，其它炮眼的段數(shù)由內(nèi)往外依次排下去。中心眼適當(dāng)裝入一定量炸藥，起到了后續(xù)拋渣的作用，提高槽腔的成型質(zhì)量及底部破巖能力，擴(kuò)大槽腔體積，有效破碎底部巖石，使得槽腔的破碎更加充分，加深掏槽有效深度，加強(qiáng)拋渣作用。

7) 光面爆破技術(shù)措施[5]

a)保證打眼質(zhì)量，鉆眼操作規(guī)范，炮眼要打的圓直，必須提高打眼工的技術(shù)水平。

b)炮孔的眼位和角度。為保證掏槽效果，掏槽眼的眼距及眼深應(yīng)按照設(shè)計打眼；輔助眼和二圈眼深度足夠，以保證炮眼利用率及提高循環(huán)進(jìn)尺；二圈眼的眼距要適當(dāng)加密。

c)裝藥與起爆順序。在炸藥裝入炮眼前，應(yīng)將炮眼內(nèi)的殘碴、積水排除干凈并仔細(xì)檢查炮眼的位置、深度、角度是否滿足設(shè)計要求，裝藥時應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計的炸藥量進(jìn)行裝藥；起爆順序按爆破說明書布置，不得隨意改變。

d)保證填塞效果。所有炮裝藥結(jié)束后必須進(jìn)行堵塞，炮孔堵塞的目的是保證炸藥充分反應(yīng)，使之產(chǎn)生最大熱量，防止炸藥不完全爆炸，防止高溫高壓的氣體過早地從炮眼中溢出，使爆炸產(chǎn)生的能量更多地轉(zhuǎn)換成破碎巖體的機(jī)械功，提高炸藥利用率。

3 工程實(shí)驗(yàn)

3.1 方案實(shí)施

2016年4月9日，柳灣煤礦成立快速掘進(jìn)技術(shù)實(shí)施領(lǐng)導(dǎo)組，專項(xiàng)制定巷道快速掘進(jìn)優(yōu)化設(shè)計方案，并迅速組織實(shí)施相關(guān)實(shí)驗(yàn)。巷道爆破優(yōu)化設(shè)計方案，如圖1所示。巷道斷面鉆孔及裝藥匯總參數(shù)，如表1所示。

圖1 炮眼布置斷面圖(單位：mm)

表1 鉆孔及裝藥參數(shù)匯總表

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用2.0 m、2.5 m、3.0 m孔深爆破日掘進(jìn)量、月掘進(jìn)量，如表2所示。工程試驗(yàn)表明，采用3.0 m孔深爆破方案，單循環(huán)進(jìn)尺2.75 m以上，日進(jìn)尺5.5 m以上，日進(jìn)尺較2.0 m孔深爆破方案提高61.8%，較2.5 m孔深爆破方案提高25.0%，進(jìn)尺效果顯著。

表2 爆破孔深與進(jìn)尺關(guān)系統(tǒng)計表

4 總結(jié)

針對柳灣煤礦六盤區(qū)軌道巷受臨近小煤窯采空區(qū)影響掘進(jìn)速度慢的現(xiàn)狀，本文結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場2.0 m、2.5 m孔深爆破掘進(jìn)的成功經(jīng)驗(yàn)，提出3.0 m孔深爆破方案。工程實(shí)踐表明，該爆破掘進(jìn)方案單循環(huán)進(jìn)尺2.75 m以上，日進(jìn)尺5.5 m以上，較原爆破掘進(jìn)方案進(jìn)尺速度提升顯著。