提高巖巷掘進爆破效果研究與應用

李勝利

（平頂山天安煤業股份十礦，河南 平頂山467000）

1 引言

我礦現在巖巷掘進主要運用光面爆破技術，采用“多鉆眼、少裝藥”方式，合理布置炮眼和適量裝藥，獲得光爆預留層，使圍巖破壞范圍和破壞程度減小，從而提高圍巖抗拉平衡能力，使巷道成形規整。根據我礦區的地質條件和地壓顯現規律，針對不同的巷道布置和煤巖性質，制定合理的光爆圖表，在掘進爆破過程中，限制炮眼裝藥量，降低煤巖抵抗線，減小爆轟波對圍巖的破壞程度，使巷道開挖后對圍巖應力處于彈塑性狀態。這樣就為錨桿支護創造了有利條件，提高了錨桿支護的安全可靠性，減少了支護材料的浪費。

2 施工巷道基本概況

三水平戊組專回：施工長度1583m，巷道斷面為直墻半圓拱，斷面規格為高×寬=3.8m×4.6m。采用錨網噴支護，錨桿間排距700mm×700mm，全巷掛冷拔絲金屬網或鋼笆網，網規格為2900mm×900mm，網間壓茬50mm-100mm。巷道位于戊8煤老頂砂巖中。巷道采用4部11.4kw絞車，一部40kw絞車，一部30kw耙斗機進行出渣。

3 原施工工藝問題研究與分析

3.1 原有施工工藝存在的問題

3.1.1 現場施工普遍存在少打眼、亂打眼、多裝藥、亂放炮的現象，造成的后果是炮眼利用率低，巖石碎塊拋擲遠，爆堆不集中，不利于裝渣，并且經常出現大塊車多，設備甭壞現象。

3.1.2 周邊超挖量大，成型質量差，圍巖松動破壞嚴重，周邊很難留下半邊眼痕。不僅影響了巷道掘進的速度，增加了出矸量和支護材料消耗，也降低了巷道的穩定性和安全性。

3.2 原因分析及確認

3.2.1 在施工過程中，因風壓跟不上，打眼不能保證足夠的風鉆數量，造成打眼時間過長。

3.2.2 現場施工中，仍存在少打眼、多裝藥現象，導致炮眼利用率降低，大塊車多。

3.2.3 打眼人員在打頂眼時，鉆桿上挑角度大，影響巷道整體成型。

4 巖巷光面爆破技術參數和工藝[1-3]

三水平戊組專回位于戊8煤老頂砂巖中，巷底距戊8煤直接頂沙質泥巖3m。戊8煤老頂砂巖厚度為15m～20m，巖層傾角自南向北由10°逐步變平，煤巖層堅固度系數f值為2-4。

4.1 打眼機具

采用YT-28型風鉆打掘進眼，采用風動錨索機或YT-28風鉆打錨桿眼，采用力矩或風動扳手緊固錨桿。風源來自地面壓風機。

4.2 裝載、運輸

施工采用30KW耙斗機裝巖，3噸礦車運輸，出渣經過4部11.4KW絞車、1部40KW絞車、1部75KW絞車。

4.3 爆破

楔型掏槽，煤礦安全三級乳化炸藥爆破，1-5段毫秒電雷管起爆，采用反向爆破，全斷面一次打眼，分次裝藥，分次爆破，圖表如下。

荒斷面為3.9m×4.8m爆破圖表

4.3.1 炮眼數目的確定

實際工作中為了節省鉆眼時間，掘進工人布置的炮眼數目往往偏少（僅為3～3.8個/m2），造成炮眼利用率低，巷道成形不好。有資料表明，全斷面按5個/m2布置炮眼，炮眼利用率可達90%上下，且炮眼數目增加，炮眼利用率會提高。因此，綜合考慮既節省時間又提高炮眼利用率，全斷面炮眼按4～5個/m2布置較為合理。

4.3.2 周邊眼距和最小抵抗線的確定及周邊眼位的布置

要想合理布置炮眼，首先要確定周邊眼距（一般地應控制在350mm～400mm范圍內）和最小抵抗線（一般地應在400mm～550mm范圍內選取）。周邊眼應布置在設計輪廓線上，眼底向外偏50mm～100mm為宜。

4.3.3 周邊眼定向爆破設計

在裝藥合理的情況下，堵塞炮泥對提高炮眼利用率作用甚大。試驗表明，每個眼的炮泥應分次堵塞，充填長度必須大于300mm，而且充填得越密實越好，這樣炸藥起爆時可以在封堵密實的炮眼內形成一個高壓密封室，使炸藥的能量充分破壞巖石。

4.4 施工工藝

勞動組織：采用“三八”工作制，穿插一中午班進行噴漿。

施工工藝：采用“三掘三錨一噴”施工工藝。

“三、八”制施工方案勞動組織表

4.5 施工工序

接班—查找隱患、敲邦問頂—打下部掘進眼—裝藥、灑水、爆破—通風、灑水、敲邦問頂—出、盤碴—延中心、腰線、畫巷道輪廓線—打頂錨桿眼、鋪頂網上錨桿—打上部掘進眼—出、盤碴—打幫錨桿眼、鋪幫網上錨桿—驗收交班。

5 巖巷光面爆破對策的制定與實施

5.1 制定對策

5.1.1 制定專門提高巖巷掘進爆破效果的安全技術措施，建立工程質量驗收制度等。

5.1.2 強力落實“三定”原則（定人、定鉆、定眼位），保證推行光面爆破的有效實施。

5.1.3 制定合理的獎罰制度，爆破結束后，驗收員驗收光爆眼并進行記錄，以便按制定的制度進行獎罰。

5.1.4 必須在施工過程中對各作業循環的炮眼布置、裝藥量及裝藥結構進行有效控制，為總結出爆破參數提供詳細的原始依據。

5.2 對策實施

5.2.1 巖巷爆破主要取決于周邊眼及其抵抗線和周邊眼的單孔裝藥量，而掏槽眼、輔助眼為擴大自由面和減少大塊產生，所以接班時在領取火藥、雷管時，施工人員必須按原措施中的爆破圖標要求領取足量的火藥及雷管，以備當班爆破時使用。

5.2.2 為提高現場施工人員的積極性，施工單位必須制定合理的獎懲制度，強力落實“三定”原則（定人、定鉆、定眼位），來保證推行巖巷爆破的有效實施。

5.2.3 施工人員接班后，驗收員在做完常規的安檢工作外，必須仔細檢查巷道的中心、腰線。發現異常必須重新校驗，使中心、腰線準確無誤。

5.2.4 中心、腰線檢查、校驗完后，及時拉中心、腰線，并按技術人員所給數據畫巷道輪廓線，標眼位。

5.2.5 標眼位時，驗收員必須用紅漆進行標注，嚴禁用粉筆，以防打眼過程中噴灑出的水將標注的眼位沖掉。

5.2.6 定眼原則。因在施工過程中，巷道巖性隨工程推進而變化，所以驗收員在標定眼位時，可根據巖性進行調整，具體參數如下。砂巖：根據圍巖層理的發育情況，周邊眼為300mm-400mm，抵抗線400mm-500mm，輔助眼距450mm-600mm。沙質泥巖、泥巖：周邊眼為300mm-350mm，抵抗線為450mm-550mm，輔助眼距550mm-650mm。遇構造帶、圍巖破碎時，周邊眼距為200mm，抵抗線及輔助眼距視圍巖破碎程度定，但控制在500mm-800mm之間，輔助眼距以爆破后不產生大塊為宜，掏槽眼中間必須打一開花眼[4]。

5.2.7 眼位標定好后，迎頭施工人員必須嚴格按所標定眼位及巷道施工方位、腰線打掘進眼。

5.2.8 打掘進眼時，應先將中線處頂眼打好，插入炮棍，以示孔向。炮眼必須平、順、直，各眼底除掏槽眼可深200mm外，其余眼底必須在同一斷面上，以確保爆破后迎頭掌子面平整。

5.2.9 掘進眼打完后，施工人員必須用吹風管將炮眼逐一吹凈，以防影響爆破質量。

5.2.10 在吹風過程中，施工人員應及時將火藥、炮泥運至迎頭，以便及時組織裝藥工作。炮泥必須干濕適中，炮泥標準：黃泥袋裝為松散狀，強力手捏為柱狀。

5.2.11 裝藥必須在爆破工的監護下進行。裝藥量：砂巖，周邊眼為200g-300g，幫眼200g-400g，輔助眼為600g，底眼、掏槽眼為800g；沙質泥巖、泥巖，周邊眼200g，幫眼為200g-300g，輔助眼400g-600g，底眼、掏槽眼800g；過破碎帶圍巖破碎時，周邊眼采取隔眼裝藥，藥量100g-200g，幫眼為200g，輔助眼400g，底眼、掏槽眼600g-800g。裝藥結構均為反向裝藥。周邊眼采取單段空氣柱裝藥，過構造帶、過老巷以其補充措施為準。必須使用毫秒延期雷管，掏槽為1段，輔助眼2段，幫眼為3段，底眼為4段，頂眼為5段，炮泥必須封滿填實[5]。

5.2.12 起爆時，采取預留光爆層的方法。即掏槽眼、輔助眼、幫眼、底眼為一次起爆，周邊眼為二次起爆。

5.2.13 二次起爆連線時，施工人員應先將迎頭活矸危巖找凈，以防連線時掉矸傷人。

5.2.14 爆破結束后，施工人員按原措施要求進行驗炮，驗收員驗收光爆眼并進行記錄，以便按所定制度進行獎罰。瞎炮、殘炮按原措施要求進行處理。

5.2.15 光爆眼驗收標準：為提高施工人員光爆作業的積極性，保證巷道的成形，光爆眼長度定為孔深的50%，即自眼底向外量至孔深的50%以上長度，中間斷裂不超過50mm，眼底與巷道輪廓線間距為-0～+200mm為一個合格的光爆眼。

材料消耗對比表

5.3 使用效果檢查

提高巖巷爆破質量的內容和實質是獲得平整的開挖斷面和控制開挖邊界以外圍巖的破壞程度，以確保邊破和圍巖穩定，在施工中有以下顯著作用。

5.3.1 使巷道周邊規整，消除了圍巖表面凹凸處的應力集中，改善了圍巖應力分布狀態，有利于巷道支護，降低巷道失修率。

5.3.2 控制炮震對圍巖的破壞，保持圍巖自身強度，增強圍巖自承能力，為錨噴支護提供前提條件，有利于提高巷道的穩定性。

5.3.3 減少了圍巖超挖量，可減少掘進排矸量和支護材料消耗，降低成本，加快掘進速度。

5.3.4 消除了圍巖表面的凹凸不平，從而減少通風阻力，防止瓦斯積聚。

6 社會經濟效益分析

在三水平戊組專回施工過程中，通過提高巖巷掘進爆破效果研究項目施工工藝，總結出經驗，大大提高了巖巷工程質量。現在，巷道施工不僅能夠保證質量的標準化，而且能夠降低支護材料消耗。錨桿、網、水泥、石子、沙等較以前施工工藝每米可節約費用1121.4元，該工作面一個月按60m進尺算，每年材料可節約80.7萬元。

6.1 社會效益如下：

6.1.1 減少了圍巖超挖量，可減少掘進排矸量，降低了施工人員出渣的勞動強度，同時也確保了安全運輸生產。

6.1.2 爆破后成型規整，降低了頂板事故率，減少了巷道維修量。

6.1.3 消除了圍巖表面的凹凸不平，從而減少通風阻力，防止瓦斯積聚。

6.2 經濟效益如下：

6.2.1 提高巖巷掘進爆破效果研究項目的施工工藝可降低施工成本。錨桿、網、水泥、石子、沙等較以前施工工藝每米可節約費用1121.4元，按一個月60m進尺算，每年材料可節約80.7萬元。

6.2.2 提高巖巷掘進爆破效果研究項目的施工工藝減少了輔助部門的無效益消耗。該工作面按年進尺720m計算，每年可減少矸石量1620m3，這些矸石從工作面需經多水平面提升排至矸石山，大大減少了輔助單位的人力、物力以及財力。

［1］馮依贊，李圓鴻.基于試驗對小斷面硬巖巷道爆破掘進參數的優化［J］.煤炭工程，2011（1）：22-24.

［2］程真富.影響巖巷掘進中深孔爆破效果的技術因素分析［J］.煤炭技術，2010（5）：65-67.

［3］高文蛟，郭東明.特硬巖立井掘進中合理炮孔深度的試驗研究［J］.地下空間與工程學報，2005（6）：903-907.

［4］宗琦，劉菁華.煤礦巖石巷道中深孔爆破掏槽技術應用研究［J］.爆破，2010（4）：35-39

［5］孟德軍，何愛忠.煤礦堅硬巖石巷道中深孔爆破技術應用研究［J］.工程爆破，2008（3）：31-33.