硬巖松動爆破加綜掘機下山聯(lián)合掘進

付路軍，袁文輝

（江西豐龍礦業(yè)公司，江西 豐城331131）

1 概述

豐龍礦業(yè)有限責(zé)任公司豐龍礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為0.9 Mt／a。礦井采用立井開拓方式，共有5個井筒，工業(yè)廣場內(nèi)布置主立井與副立井，在南、北翼布置南翼進、回風(fēng)立井井筒及北翼西回風(fēng)立井井筒。共劃分二個水平，其中一水平為－900m，二水平為－1100m。

井筒落底后從－900m水平向北施工北翼上倉膠帶斜巷，按－16°下山施工，在掘進過程中巷道要穿過侏羅系下統(tǒng)門口山組、三疊系下統(tǒng)大冶組，距離472m，巖石富含石英，節(jié)理不發(fā)育，經(jīng)湖南勘測設(shè)計院試驗檢測中心化驗，巖石硬度f值分別為9～12。北翼上倉膠帶斜巷、副暗斜井巷道斷面形式均為半圓拱型，巷道凈斷面13.32m2，凈寬4.4 m，凈高3.5m，巷道施工方式采用EBZ200H巖巷綜掘機施工，EBZ200H巖巷綜掘機材料成本消耗大，綜掘機截齒消耗月平均465個，施工進度緩慢，月進平均55m。為加快巷道施工進度，降低材耗成本，由湖南勘測設(shè)計院與江西豐龍公司聯(lián)合研究對巷道巖層先進行松動爆破，再用BZ200H巖巷綜掘機聯(lián)合掘進，加快巷道施工進度。

2 松動爆破方案設(shè)計

根據(jù)《湖南省勘測設(shè)計院試驗檢測中心測試報告》，在北翼膠帶下山（起坡點以下620m）地點，取3塊規(guī)格為5 cm×5cm×5cm巖石標(biāo)本，測得其單軸抗壓強度分別為101.13MPa、93.83MPa、96.74MPa，平均為97.2MPa；在－900m水平膠帶石門2270m地點，取3塊規(guī)格為5cm×5cm×5cm巖石標(biāo)本，測得其單軸抗壓強度分別為102.54MPa、107.40MPa、97.94MPa，平均為102.6MPa。從測試結(jié)果可知，巷道巖石單軸抗壓強度已經(jīng)達到或超過EBZ200H（Ⅱ）掘進機最大破巖硬度，再加上巷道圍巖通常處于多向受力狀態(tài)，抗壓強度遠大于單軸抗壓強度。因此，單獨采用綜掘機掘進較困難。為加快掘進進度，施工方法采用松動爆破加掘進機聯(lián)合掘進方式。

2.1 爆破施工方式

爆破施工方式可分為淺孔松動爆破和深孔松動爆破兩種。一般情況下，如巷道斷面較小，巖石硬度不大，采用淺孔松動爆破；如巷道斷面較大，巖石硬度大，采用深孔松動爆破。經(jīng)分析比較，本次爆破采用深孔松動爆破。考慮掘進巷道原配備的掘進機及進尺進度要求，決定采用減弱松動爆破進行破巖，爆破作用指數(shù)nc＝0.6～0.75，采用少量裝藥和不耦合裝藥。

2.2 鉆眼機械及炸藥

采用地質(zhì)探鉆或礦山現(xiàn)有的YT－29風(fēng)動鑿巖機。炸藥型號為安全級別不低于二級的煤礦許用水膠炸藥，藥卷直徑為Φ32mm。

3 爆破參數(shù)

3.1 單位炸藥消耗量

參考類似工程爆破經(jīng)驗，根據(jù)現(xiàn)場擬爆巖石情況，本次工程爆破選擇的標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破單位炸藥消耗量K為2.1kg／m3。那么，在該條件下的松動爆破的炸藥單耗K′為：

實取 K′＝1.0kg／m3。

3.2 爆破最小抵抗線

光面爆破所使用的炸藥在巖石中爆炸，可以根據(jù)爆炸對巖石的破碎效果范圍分為以下類型：爆破壓碎圈、爆破松動圈、爆破振動圈，巖石爆炸后，在爆破松動圈內(nèi)，巖石爆破后所產(chǎn)生的沖擊波和爆炸所生成的氣體將巖石破碎成為裂隙體。

（1）爆破最小抵抗線

爆破所使用的炸藥在一定深度范圍內(nèi)巖石自由面爆破，只有當(dāng)最小抵抗線大于爆破松動圈半徑時，形成壓縮爆破（內(nèi)部爆破）；當(dāng)最小抵抗線小于或等于松動圈半徑時，形成松動爆破。因此，在實踐工作中確定最小抵抗線為松動圈半徑。

式中：Rp為松動圈半徑；p為應(yīng)力波初始徑向應(yīng)力峰值，p＝ρ0.D12（γc／γb）6n／8；α為應(yīng)力波衰減值，α＝2－v／（1－v）；D1為炸藥爆速，m／s；ρ0為炸藥密度，kg／m3；γc為藥包半徑，mm；γb為炮眼半徑，mm；St為巖體抗拉強度；ν為泊松比；n為壓力增大系數(shù)，8～11。

根據(jù)爆破實驗數(shù)據(jù)，D1＝3000m／s（一般水膠炸藥爆速為3000～4200m／s，這里取小值）、ρ0＝1100kg／m3、γc＝32mm、γb＝50mm、St＝100MPa、ν＝0.36、n＝10，代入（1）式可得Rp＝0.90m，因為是減弱松動爆破，初步確定炮眼間距為0.6～0.8m。

（2）炮眼深度

為加快掘進速度，爆眼深度8～15m比較合適，但考慮到礦上現(xiàn)用鉆孔設(shè)備鉆眼深度限制，決定炮眼深度不少于4m。

（3）總裝藥量計算

式中：K′為減弱松動爆破每單位體積所需炸藥量，實取K′＝1.0kg／m3；V為所爆破巖石的體積，V ＝ LS，m3（其中，L為炮眼深度，m；S為巷道斷面，m2）e為主要換算系數(shù)，即爆力系數(shù)，這里水膠炸藥取0.8。

把L＝4m，S＝14.4m2，代入公式（2），可得 Q＝47.5 kg，考慮掏槽眼和底眼加強裝藥，調(diào)整總裝藥量為57kg。

（4）單孔裝藥量計算

式中：p1為每個炮眼實際裝藥量，kg；e為即爆力系數(shù)，這里水膠炸藥取0.8；K為爆破每單位體積所需炸藥量，實取2.1kg／m3；g為炮眼裝藥，這里取0.7；L為炮眼深度，m；w為最小抵抗線，m；nc為爆破作用指數(shù)，因是減弱松動爆破，這里取0.7。

將e＝0.8、K＝2.1、g＝0.7、L＝4、w＝0.7、nc＝0.7代入公式（3）得P1＝1.32kg，實取1.3kg。底部巖石夾制作用大，故底眼裝藥量調(diào)整為1.5kg。

掏槽長度需要超深，一般炮眼0.1～0.2m（這里按0.1m取值），按照掏槽炮眼與開挖面間的夾角α＝80°計算，掏槽炮眼長度l＝4.1／sin80°＝4.16m，上下兩對炮眼間的距離a＝600mm，同一平面上兩炮眼眼底的距離b＝200mm，同一平面上兩炮眼眼口的距離為：

s＝2×4.1／cos80°＋0.2＝1.62m

掏槽爆破需要形成自由面，故裝藥按形成標(biāo)準(zhǔn)爆破漏斗計算，將e＝0.8、K＝2.1、g＝0.7、L＝4.16、w＝1.3、nc＝1代入公式（3）得q1＝5.84kg，因是錐形掏槽，故掏槽眼每孔裝藥量調(diào)整為2.2kg。炮眼布置見圖1。

圖1 炮眼布置

4 爆破說明

掏槽眼、輔助眼、一圈眼、周邊眼和底眼的布置及爆破情況見表1。

表1 炮眼布置及裝藥等情況一覽

炸藥消耗量說明：炸藥種類為水膠炸藥，雷管型號為1＃～4＃，每循環(huán)耗炸藥為57kg，耗雷管為40發(fā)，每米耗藥量為14.25kg。考慮掘進巷道原配備的掘進機及進尺進度要求，決定采用減弱松動爆破進行破巖，爆破作用指數(shù)nc＝0.6～0.75，采用少量裝藥和不耦合裝藥。

5 效果

1）在全巖層中采用綜合掘進機，填補了豐城礦務(wù)局使用機械化技術(shù)掘進的空白，大大提高了礦井的機械化程度和科技含量。

2）在豐龍礦建井期間采用全巖綜合掘進機，縮短建井工期18個月，為今后全巖工作面上綜合掘進機積累經(jīng)驗。

3）可提高單進水平，提高礦井的綜合掘進率。月進尺達234m，月平均進尺180m，比炮掘提高了一倍。

4）減少了掘進工作面作業(yè)人員，降低了勞動強度，現(xiàn)每小班作業(yè)人員只需8人，提高了掘進效率。