堅硬巖層中井巷掘進采用直眼掏槽的研究

天湖山能源實業有限公司鉛坑礦 林志民

在堅硬巖層中井巷掘進存在難于鉆眼、難于爆破的現象，據我礦掘進隊現場施工資料統計，堅硬巖層中巖巷掘進的平均月進尺僅為60m～70m左右，特別是對于f＞10的較為堅硬巖石，其炮眼利用率一般在60%以下，炮眼利用率低，造成圍巖超挖或欠挖，巷道成型質量差，不僅影響了巷道掘進的速度，增加了出矸量，也降低了巷道的穩定性和安全性。

因此，如何提高堅硬巖層爆破效率、改善爆破效果、提高掘進單進、保證巷道成型，仍是堅硬巖巷掘進爆破工作中要解決的主要問題。筆者針對這個問題進行研究，組織作業隊現場試驗，于2010年6月～12月在625水平南一集中運輸巷進行爆破試驗，收集爆破參數。試驗表明，在堅硬巖層爆破中，采用中空直眼掏槽的布眼方式，爆破效果良好，現場跟班的最好效果是掏槽眼 1.26m，爆破效率可以提高15%～20%。

1 現場巖性條件

鉛坑礦625水平南一集中運輸巷巷道斷面設計為三心拱斷面，凈斷面積為 5.5m2，該集中運輸巷所揭露的巖層是二迭系童子巖組第一亞段下帶的含煤巖系地層，揭露62#、63#煤層，地層構造復雜；多為線狀緊密褶皺，常伴有煤巖倒轉，并伴有小斷層出現。煤層變化很大。各煤層的頂底板巖性特征如下：

62#煤層：直接頂板為中薄層狀細粉砂巖,水平層理清晰,底板根莖層厚,含眼球狀、小瘤狀，黃鐵礦結核，直接底板細粉砂巖，中常夾有薄煤線，間接底為一套較厚的石英細砂巖，并夾多層狀細粉砂巖和粗粉砂巖，含砂質泥巖條帶，呈互層狀。

63#煤層：其頂板或間接頂板為細砂巖，直接頂為細粉砂巖，其厚度小，且呈隱蔽水平層理；底板為細粉砂巖，夾有1～2層煤線；間接底板為深灰色中厚層狀石英砂巖，夾薄層細粉砂條帶，見表1。

表1 巖石物理力學性能

2 掏槽眼爆破技術參數選擇

決定掘進進尺的關鍵是掏槽眼爆破。掏槽眼的作用是首先在工作面將某一部分巖石破碎并拋出，在一個爆破自由面的基礎上崩出第二個自由面，為其他炮眼的爆破創造有利條件。要提高炮眼利用率，就應首先選擇合理的掏槽形式和掏槽參數。

2.1 掏槽形式

在我礦目前淺眼多循環的巷道掘進爆破中，最常用的掏槽形式是垂直楔形掏槽。這種掏槽的特點是可充分利用自由面，逐步擴大爆破范圍，但炮眼角度不好掌握。而直眼掏槽應用較少，直眼掏槽的形式有多種，較為常見的有菱形掏槽、角柱掏槽、螺旋掏槽等。各種掏槽形式的共同特點是各炮眼之間保持平行，利用數量不等的平行空眼作為首爆裝藥眼的輔助自由面和破碎巖石的膨脹補償空間。

試驗中采用的直眼掏槽方式是中空雙層直眼掏槽：在中空眼外布置兩層掏槽眼，內層掏槽先爆破，外層掏槽后爆破，間隔1秒先后起爆。

其掏槽機理是：利用中空眼作為一個爆破膨脹空間，為內層掏槽眼爆破創造條件。內層掏槽爆破后，在應力波和爆轟氣體的綜合作用下，中空眼被破碎，形成槽腔，為外層掏槽創造了一個新自由面。內外層掏槽爆破后形成的槽腔內巖石被破碎并向工作面方向推移，同時為后續的其他炮眼的爆破能量更多地用于巖石破裂破碎和更少的能量用于碎塊的拋擲。試驗結果表明，這種掏槽方式可增大槽腔體積，提高掏槽深度，拋擲作用小。

2.2 掏槽參數

2.2.1 炮眼深度

在確定炮眼深度時，不僅要考慮鉆眼機械，還需考慮巷道斷面的大小、巖石的堅硬程度、所用炸藥的爆炸威力等。巷道斷面小、巖石堅固性高，掏槽難度就大；裝藥直徑大、爆炸威力高，就能獲得較高的掏槽效果。

我礦集運巷道斷面為 5.5平方米的小斷面(行駛XK2.5-6/48A蓄電池式電機車)，使用普通的氣腿式鑿巖機（ZY-24型）施工，據現場使用情況，隨著鉆眼深度的增加，釬桿與眼壁間摩擦阻力增大，能量消耗增加；人工拔釬也比較困難。試驗中，掏槽眼深度控制在2.0m以內。

2.2.2 炮眼間距

掏槽爆破主要是利用裝藥爆炸后巖石中產生的破碎破裂作用，因此對于直眼掏槽，要保證槽腔內巖石充分破裂破壞，掏槽炮眼就應布置在破裂區內，即a＜w，a為槽孔間距，w為最小抵抗線。我礦采用32mm直徑的藥卷，炮眼直徑d取40mm。最小抵抗線w和炮眼間距a可由下式求出：

試驗中，內層掏槽眼間距、排距均取 40mm，外層掏槽眼間距取800 mm、排距取200 mm（詳見炮眼布置圖）。

2.2.3 炮眼裝藥量

掏槽爆破要求裝藥爆破后要將槽腔內巖石充分破碎并拋出，因此，裝藥量較其它炮眼要大。試驗中每個掏槽眼裝藥量為0.75公斤。

3 技術比較

在同一巷道采取不同的掏槽眼布置形式進行技術試驗，對爆破效果進行技術對比。

圖1 集運斷面圖

3.1 掏槽眼布置形式一： 楔形掏槽

表2 爆破說明書

圖2 炮眼布置圖(楔形掏槽)

3.2 掏槽眼布置形式二： 中空直眼掏槽

表3 爆破說明書

圖3 炮眼布置圖(中空直眼掏槽)

試驗表明，在堅硬巖層爆破中，采用中空直眼掏槽的掏槽布置方式，能夠取得較好的爆破效果。在現場最好的爆破是1.26m，爆破效率較楔形掏槽提高15%～20%。目前在我公司各生產礦井中得到廣泛推廣。

4 結束語

中空直眼掏槽的這種掏槽布置方式，最關鍵的技術要點是一要控制好內外層掏槽眼的深度、與中空直眼的距離，這要根據施工現場具體的巖性來確定；二是要合理選擇內、外層掏槽眼間距與排距；三是內層掏槽眼要均勻布置在中空直眼周圍。若采用中空直眼掏槽與斜眼掏槽相結合的布眼方式，所取得的爆破效果也比較理想，但打眼難度較大。

[1]劉會文. 井巷工程（修訂二版）[M]. 北京: 煤炭工業出版社, 1991.