煤矿岩巷中深孔爆破技术的研究与应用

摘要：为了提高煤矿岩巷掘进工作面爆破作业工效，采用了中深孔钻眼爆破技术，结果表明：按选定的炮眼布置方式和装药结构及参数，循环进尺明显提高了，材料消耗降低了，结论：中深孔爆破技术适合在煤矿岩巷炮掘工作面推广应用。

Abstract: In order to improve the efficiency of blasting work of the coal mine rock heading face, this paper used the middle and deep hole drilling and blasting techniques. The results show the circulating footage is significantly increased, the materials consumption is reduced through the layout way and blast-hole charge structure and parameters according to the selected embrasure. The conclusion is that the middle and deep hole blasting technology can be applied in the excavation work of coal mine.

关键词：煤矿岩巷；中深孔爆破；研究；应用

Key words: coal mine roadway；the middle and deep hole blasting；research；application

中图分类号：TD8文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）13-0068-01

0 引言

北宿煤矿井下掘进工作面一直采用传统的浅眼爆破作业方式，浅眼爆破作业存在循环转换过程中重复工艺多、辅助作业时间长、成本高、劳动强度大等问题。为了达到快速掘进的目的，北宿煤矿与煤科总院南京研究所合作开展了中深孔光面爆破技术研究，并于2009年10月开始在“1816轨道下山”掘进工作面试验。

1 中深孔爆破技术的研究应用

1.1 巷道围岩特性 1816轨道下山为全岩、半圆拱形、穿层巷道，掘宽3.6m,掘高3.3m。巷道爆破岩石以铝质泥岩、砂岩、石灰岩为主，岩石普氏系数在4～7之间。所爆岩石在岩体结构类型上属于碎裂结构或碎裂块状结构；地质类型和构造特征上呈现“坚硬”、“脆性”岩体的节理密集带和断层交叉带、强烈皱褶带、弱风化带的特征，或呈现构造变形较强烈的厚层沉积岩、变质岩和岩浆岩体以及中厚层及薄层沉积岩和变质岩的单斜及正常皱褶构造地区的特征；岩体动力学特征表现为岩体破碎，强度不高，变形、破坏受结构面发育程度控制，波速和声学阻抗中等，或岩体为几组结构面切割成不连续的块体，岩体的强度变形和破坏均受控制性结构面控制，波速快，声学阻抗大，但爆炸波的传播受控制性结构面控制。岩体的可爆性属于中等可爆和难爆之间。

1.2 爆破技术研究的内容 通过分析研究，确定工作面爆破技术的改进方向围绕“掏槽”和“光面爆破”两个技术层面进行。①中深孔光面爆破掏槽爆破技术研究。②中深孔光面爆破技术研究。③中深孔光面爆破合理参数研究。④中深孔光面爆破新型作业图表制订。

1.3 “复合眼强力掏槽”爆破技术 经研究，对于属于“碎裂结构或碎裂块状结构”的岩体，宜采用的最佳掏槽爆破形式为直眼和斜眼组合的“复合眼强力掏槽”方式。掏槽模式采用双空眼菱形掏槽，掏槽眼布置在拱基线以下400mm处，共有7个炮眼，5个装药眼，2个空眼（眼底装药），空眼超深200mm，适量装药，滞后1～2段起爆。掏槽眼总面积为0.96m2，占掘进断面积的9.15%。试验证明，掏槽面积占全断面面积的比例不宜再为缩小，否则难以达到很好的掏槽效果，应在8%～10%范围内比较好。掏槽眼布置方式详见图1。

经试验证明，在采用“复合眼强力掏槽”方式的情况下，掏槽中心最佳眼深为3.2m，其余掏槽眼深为3.0m。

1.4 光面爆破技术 ①“切缝药卷定向光面爆破技术”。本次爆破技术应用了一种新型定向断裂爆破技术——切缝药卷定向光面爆破技术。具体内容为：周边眼用药卷全部实施“切缝”处理，即：在药卷对称两侧用刀片分别切出一长140mm（160mm长药卷）、宽2～3mm的规则细缝，细缝处的药卷包装材料切除，露出药体。对药卷切缝时采用特制的切缝卡件。药卷切缝方式详见附图。②周边眼装药时，注意切缝方向，切缝必须对准炮孔连心线方向，否则将起反效果。该装药方式可有效使炸药能量爆炸后发生转化，沿炮孔连心方向产生较为强烈的定向切割作用，弱化炮孔其它方向的爆破作用。周边眼药卷装药示意图详见附图。

1.5 光面爆破工艺及参数 ①周边眼用药卷实施“切缝”处理，实施中深孔切缝药卷能量定向光面爆破技术。②炮眼深度，掏槽眼深度3.0m，其余炮眼深度2.8m。掏槽眼采用￠35mm×200mm×150g药卷；其它炮眼采用￠27mm×160mm×100g药卷。③炮眼间距，掏槽眼布置在拱基线以下400mm处，共有7个炮眼，5个装药眼，2个空眼（眼底装药）。掏槽眼上下炮眼间距200mm，左右炮眼间距300mm。辅助眼4个，分布在掏槽眼两边，分别与掏槽眼的横向距离350mm。二圈眼与辅助眼距650mm，与周边眼距500mm。拱基线以下周边眼距500mm，拱基线以上周边眼距470mm，二圈眼距离507mm，三圈眼距离500mm。底眼间距600mm。④装药量，掏槽眼采用￠35mm×200mm×150g药卷；其它炮眼采用￠27mm×160mm×100g药卷。掏槽眼每孔装药量1.2Kg，空眼每孔装药量0.075Kg，辅助眼（8-19眼）每孔装药量0.9Kg，辅助眼（20-32眼）每孔装药量0.6Kg，周边眼每孔装药量0.3Kg，底眼每孔装药量1.0Kg。⑤反向装药结构。⑥起爆顺序为先掏槽，后辅助，再周边；一次装药、分次起爆；联线方式为串联联线。⑦￠35mm二级煤矿许用乳化炸药主要爆炸性能为：爆速5000m/s，殉爆80mm，猛度16mm；￠27mm二级煤矿许用乳化炸药主要爆炸性能为：爆速4700m/s，殉爆30mm，猛度13mm。

2 中深孔爆破技术工业试验结果

2009年10月至12月，在北宿煤矿“1816轨道下山”按上述定型工艺进行了工业试验，结果表明：①循环进尺显著提高了。②新型光面爆破技术提高光爆效果的同时减少了炮眼数。“中深孔切缝药卷能量定向光面爆破技术”具有光爆效果好、便于现场操作的特点。③显著减少了掘进作业的材料消耗。消耗炸药由原工艺的19.40kg/m降到15.35kg/m，消耗雷管由原工艺的39发/m降到22.5发/m。爆破材料消耗年节约金额约8万元。

3 结论

在目前煤矿岩巷的炮掘工作面施工中，由于传统的生产管理方式，加之施工中受限于运输能力，均采用浅眼爆破方式进行爆破作业，这种方式制约了掘进生产率的提高。而采用中深孔爆破技术，可显著提高掘进效率及降低生产成本。虽然不同地点掘进工作面的围岩及水文地质条件千差万别，但中深孔爆破技术几乎不受这种变化的影响，中深孔爆破技术可在煤矿岩巷的炮掘工作面普遍推广使用。