巖巷爆破參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計

齊國軍

（大同煤礦集團有限責(zé)任公司四臺礦， 山西 大同 037052）

煤炭作為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要工業(yè)原料，極大地推動了我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)，而且在未來很長一段時間內(nèi)煤炭將在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來，隨著綜采工作面采煤工藝及綜采設(shè)備自動化程度的不斷提升，綜采工作面采煤效率不斷提升。但是，我國針對巷道掘進方面開展的研究相對較少，巷道掘進的施工進度一直制約著綜采工作面的開采效率[1]。目前，常用的掘進手段包括掘進機法和鉆眼爆破法，其中由于鉆眼爆破法的適用范圍廣可應(yīng)用于各類巖體中，因此其在未來很長一段時間內(nèi)將為巷道掘進的主流工藝。

1 工程概述

為確保爆破方案中的各項爆破參數(shù)與現(xiàn)場情況相符，需對現(xiàn)場情況進行深入調(diào)研包括：地質(zhì)情況、水文情況等。

本文所研究某礦巷道延長段的巷道長度為410m，該巷道凈斷面的寬為5 640 mm，高為4 820 mm；采用錨桿、錨索、鋼筋網(wǎng)噴漿聯(lián)合支護，噴射混凝土的厚度為120 mm，混凝土強度等級為C20。該巷道的主要功能為運輸、行人、通風(fēng)以及管線鋪設(shè)等，巷道內(nèi)運行的設(shè)備由防爆無軌膠輪車、膠帶機、防爆裝載鏟車等。

根據(jù)設(shè)計，巷道掘進期間，原則上以找煤為主，現(xiàn)煤層位于底板下方，需探清煤層具體位置結(jié)合前方鉆孔制定合理掘進坡度；開始掘進時按設(shè)計坡度向前掘進。巷道沿南東方向55°方向掘進，巷道之中包含有一定的褶曲，進而對巖巷的走向造成一定的干擾。此外，褶曲的構(gòu)成在一定程度上破壞巷道頂板的連續(xù)性和完整性，導(dǎo)致頂板的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。因此，巷道在掘進過程中應(yīng)特別注意對其頂板進行管理，避免冒頂、片幫等事故的發(fā)生。

2 巖巷爆破參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計

對于巖巷而言，衡量其爆破效果的要求主要包括：基于最少炸藥的基礎(chǔ)上提升炮眼的利用；要求光面爆破的超挖量不得大于150 mm；在爆破過程中應(yīng)盡可能的減少對巷道頂板、圍巖的破壞，保證下一階段掘進工作的安全運行；巷道爆破后要求石塊均勻，不能太大也不能太小，以便于后續(xù)工序的順利進行[2]。因此，將對巖巷爆破的掏槽方式、爆破參數(shù)以及炮眼布置情況等環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，以確保最終的爆破效果盡可能的滿足上述要求。

2.1 掏槽方式的優(yōu)化

由于巷道的掘進工作面有限，若想確保最后的爆破效果能夠滿足生產(chǎn)需求必須要求炮眼位置的合理布置。掏槽方式在一定程度上決定工作面炮眼所布置的位置，進而影響最終的爆破效果。一般的，掏槽方式的選取應(yīng)根據(jù)巷道的巖性、斷面尺寸以及地質(zhì)條件決定。目前，常規(guī)巖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。

掏槽方式直接影響掏槽眼的位置，為了提升本巷道工作面掏槽眼爆破時的利用率，該巷道選用不同階微差掏槽法[3]。與不同階微差掏槽法相對應(yīng)的掏槽方式為楔形掏槽。此外，掏槽眼的位置確定后還需為該巷道多打幾個輔助掏槽眼，要求輔助掏槽眼的深度較掏槽眼深20 mm?；谛ㄐ翁筒鄯绞较绿筒酆洼o助掏槽的相互配合不僅可以確保最終爆破石塊的均勻性，還能夠提升循環(huán)進尺。

2.2 爆破參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計

2.2.1 爆破參數(shù)優(yōu)化理論分析

2.2.1.1 炮眼直徑

1）巖巷爆破炮眼直徑主要與開孔設(shè)備、炸藥類型以及所選爆破方案相關(guān)。一般情況下，炮眼直徑大于所選炸藥卷直徑的5～10 mm。根據(jù)相關(guān)標準要求，炮眼直徑一般不小于25 mm。炮眼直徑過大需太長時間打眼，炮眼直徑過小會影響爆破的穩(wěn)定性。

2.2.1.2 炮眼深度

在我國現(xiàn)有金融體制下，政府對銀行業(yè)高度保護，包括對利率水平的管制、對銀行隱性擔保以及對銀行業(yè)準入的限制等都不利于我國銀行業(yè)競爭力的提升，而在我國金融對外開放力度不斷加大的情況下，要想穩(wěn)定利潤水平，實現(xiàn)穩(wěn)健經(jīng)營，必須提高我國銀行業(yè)的競爭力。因此，改革勢在必行。

炮眼深度與作業(yè)人員勞動量、勞動組織的相關(guān)參數(shù)相關(guān)。一般的，炮眼深度主要受巷道圍巖特性、斷面尺寸及形狀、掘進工作方式以及所選炸藥類型所決定。目前對炮眼深度影響最大的因素為所選開孔設(shè)備的性能。以我國當前開孔設(shè)備的現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，炮眼深度一般為2～3 m。隨著大功率巖鑿臺車以及先進施工技術(shù)和管理水平的提高炮眼深度可發(fā)展到3～5 m[4]。此外，炮眼深度還與斷面巖層硬度相關(guān)。當斷面巖層較軟時不宜將炮眼打太深。

2.2.1.3 炮眼數(shù)目

炮眼數(shù)目的確定原則為在保證爆破效果的基礎(chǔ)上盡可能的減少炮眼的數(shù)目。炮眼也需現(xiàn)場實際情況布置，當炮眼數(shù)量太少時，炮眼間距過大容易在爆破后出現(xiàn)大塊；炮眼數(shù)量過多會增加打眼時間，降低效率。炮眼數(shù)目的確定依據(jù)式（1）所得：

式中：N為炮眼數(shù)目，個（取整數(shù)）；q為單位體積炸藥消耗量，一般取1.2～2.4 kg/m3；S為巷道掘進斷面積，m2；η 為炮眼利用率；T為裝藥系數(shù)，即裝藥長度與炮眼長度的比值，一般取0.5～0.7；μ 為藥卷的炸藥質(zhì)量，kg/m。

根據(jù)公式（1）確定每茬炮所需炮眼數(shù)目

考慮到巷道發(fā)生超挖和欠挖的情況及爆破后產(chǎn)生的大塊矸石造成裝碴的難易程度，本巷斷面實際采用炮眼88 個。

2.2.1.4 一次爆破炸藥消耗總量

一次爆破所需的總炸藥量（Q）：

式中：q為單位體積炸藥消耗量，一般取1.2～2.4 kg/m3；V為每循環(huán)爆落煤（巖）實體，m3。

根據(jù)巷道斷面，確定實際一次爆破所需總炸藥量。

2.2.2 爆破方案的優(yōu)化設(shè)計

基于上述理論基礎(chǔ)的研究，對影響最終爆破效果的相關(guān)參數(shù)進行計算分析，得出如下優(yōu)化的爆破方案。

1）該巷道所選雷管為毫秒延期電雷管。由于該礦井巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛雀?，因此爆破時采用正向起爆方式。

2）該巷道爆破掘進所選炸藥類型為三號煤礦許用粉狀乳化炸藥；毫秒延期電雷管引爆，且起爆方式為全斷面一起起爆，減少由于第一次爆破產(chǎn)生的煤塵或者粉塵在二次爆破時引起爆炸的概率[5]。

3）爆破參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果。本巷道選掏槽方式為楔形掏槽，并增加3 個輔助掏槽眼炮眼要求其間距為400 mm，每個炮眼的深度為2.2 m，要求本次爆破炮眼的密集度為0.8。優(yōu)化后爆破參數(shù)如表1 所示。

表1 優(yōu)化后的爆破參數(shù)統(tǒng)計表

4）周邊眼中的頂眼和幫眼的眼距分別調(diào)整為370 mm 和399 mm，并且調(diào)整裝藥量為每眼0.6 kg；有助于光面爆破時巷道的成型效果和減小巷道爆破后對周邊圍巖的破壞，減免爆破后冒頂、片幫等事故的發(fā)生，炮眼布置如60 頁圖1 所示。

3 結(jié)語

目前，鉆眼爆破掘進工藝為應(yīng)用最為廣泛、采用頻率較高的技術(shù)。在現(xiàn)場爆破過程中需根據(jù)地質(zhì)條件、水文條件、所選炸藥類型等因素對爆破方案中的掏槽方式、炮眼直徑及深度、炮眼布置以及炸藥等參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，為提升爆破效果為下一階段工作的順利開展奠定扎實基礎(chǔ)。

圖1 巷道炮眼布置示意圖（mm）