硬塑性紅粘土層斜井高效爆破技術(shù)研究

吳信遠(yuǎn)

【摘 要】紅粘土層的井巷施工的理論、技術(shù)和工程實(shí)踐都較為缺乏，本文結(jié)合寧東礦區(qū)紅石灣煤礦斜井掘進(jìn)，解決了紅粘土斜井爆破的鑿巖機(jī)具設(shè)備配置，提出了適用于紅粘土層優(yōu)化的中深孔爆破方案，大大提高了紅粘土層爆破效率，解決了紅粘土層拒爆率高的技術(shù)問題，掘進(jìn)速度比原有提高30%以上。

【關(guān)鍵詞】斜井，中深孔爆破，紅粘土層

1 引言

紅粘土層廣泛分布，以其特殊的物理力學(xué)性質(zhì)區(qū)別于一般粘性土。從地表至基巖面，寧東礦區(qū)以堅(jiān)硬、硬塑狀態(tài)紅粘土層為主在地表廣泛分布，具有較大的塑性變形。紅粘土鉆爆相比巖石層爆破具有不同的特性，鉆孔排粉困難，紅粘土變形大，爆破參數(shù)設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格，炮眼利用率低，爆破效率差。

巷道鉆爆法的施工水平及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)受多種因素制約。由于紅粘土特殊的工程特性，其施工水平及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)受多種因素制約，主要包括設(shè)備配置、施工組織管理以及鉆掘工藝水平三方面，三者之間相互聯(lián)系、相互制約。其中設(shè)備配置是最基本的影響因素，科學(xué)合理的施工組織是實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的前提條件，鉆掘工藝水平是影響掘進(jìn)水平的關(guān)鍵。目前對于紅粘土爆破的現(xiàn)場應(yīng)用研究不多，施工中爆破技術(shù)和機(jī)械化配套仍存在一些不足，表現(xiàn)為掘進(jìn)循環(huán)效率低，爆破效果差，炮孔拒爆率高，嚴(yán)重的拒爆率達(dá)到30%，嚴(yán)重制約紅粘土斜井掘進(jìn)效率。

2 斜井全斷面中深孔控制爆破技術(shù)

采用全斷面一次爆破成巷工序簡單、協(xié)調(diào)方便、效率高，便于組織管理。主要爆破參數(shù)包括以下內(nèi)容。

（1）掏槽方式。巷道掏槽爆破近似為逐段等效集中裝藥下單自由漏斗爆破，掏槽眼間距主要利用條形裝藥在介質(zhì)中產(chǎn)生的破碎區(qū)大小為依據(jù)確定。為取得良好的掏槽效果，對于眼深在1.8m左右中深孔爆破，多采用多對斜眼的復(fù)式楔形掏槽方式，保證每對斜眼的孔底距在200mm左右。

（2）掏槽中心孔設(shè)置與作用。由于掏槽爆破夾制大，有部分紅土層難以拋出，造成炮眼利用率較低，在掏槽眼內(nèi)部設(shè)置中心孔，中心孔起爆后，可以克服紅粘土的“再生”，能把掏槽孔破碎的紅粘土拋出槽外，大大加深掏槽的有效深度，解決炮眼利用率低的問題。

（3）輔助眼和周邊眼的布置。輔助眼和周邊眼的作用主要是繼續(xù)擴(kuò)大掏槽，形成巷道輪廓。輔助眼距一般700mm，方向垂直于工作面，均勻地布置在掏槽眼與周邊眼之間。輔助眼和周邊眼的眼深應(yīng)盡量一致，周邊眼間距不宜過小，一般500mm，由于紅粘土屬于硬塑性，不同于巖石，周邊眼藥量可以適當(dāng)加大，但也應(yīng)考慮周邊成型。

（4）炮眼深度。炮眼深度主要由試驗(yàn)要求、鉆眼機(jī)具的鑿巖能力及工人操作水平?jīng)Q定，還與爆后空頂距有關(guān)，空頂距直接影響圍巖的支護(hù)和安全施工。基于快速掘進(jìn)的需要考慮，循環(huán)進(jìn)尺設(shè)計(jì)在一個(gè)班內(nèi)能完成一個(gè)正規(guī)作業(yè)循環(huán)的所有工序。

3 紅粘土層斜井高效掘進(jìn)優(yōu)化技術(shù)方案與工程實(shí)踐

3.1 斜井基本技術(shù)特征與施工方案

紅石灣煤礦斜井傾角250，穿越200m以上紅粘土層，巷道斷面為半圓拱形，掘進(jìn)斷面面積14.42m2，掘進(jìn)高度3.9m、寬度4.1m。通過比較最后選用規(guī)格￠43mm梅花鉆頭、￠40×2200mm梅花鉆桿。炸藥采用礦用乳化炸藥。支護(hù)材料為￠20×2200mm螺紋鋼樹枝錨桿、MSCK3540型及MSCK3535型的樹脂藥卷、￠18mm圓鋼的鋼帶，網(wǎng)片為網(wǎng)孔100mm×100mm、規(guī)格￠6.5×1000mm×2000mm，噴射混凝土的水泥為PO42.5太西牌水泥，速凝劑采用北京邁克龍力牌，選用砂為中砂、米粒石5～10mm。臨時(shí)支護(hù)采用￠75mm鋼管制作。噴射混凝土厚度100?，錨桿間排距為800×800?。

根據(jù)設(shè)備性能、施工順序、施工要求，全斷面掘進(jìn)的機(jī)械化作業(yè)線的主要設(shè)備有EZL-21/2型手持式氣動(dòng)鉆機(jī)鑿孔配麻花鉆桿，MQB-50型手動(dòng)手持錨桿鉆機(jī)打錨桿孔，運(yùn)輸采用￠2.5mm絞車提升，6立方箕斗運(yùn)輸。

根據(jù)現(xiàn)場條件、設(shè)備配制及施工水平，采用“三八”制組織生產(chǎn)和“三班掘進(jìn)、邊掘邊噴”的施工工藝。迎頭采用全斷面一次掘進(jìn)，施工操作主要程序如下：迎頭打眼→裝藥→放炮→敲幫問頂→初噴→排矸→浮矸臺(tái)上錨網(wǎng)噴支護(hù)→排矸→支護(hù)兩幫（滯后迎頭兩循環(huán)）。

為了充分利用掘進(jìn)循環(huán)時(shí)間，在平巷快速掘進(jìn)中積極采用多工序平行交叉作業(yè)。從整個(gè)平巷施工工序來看，主要是掘進(jìn)、支護(hù)平行作業(yè)，而掘進(jìn)主要是鑿巖和裝巖兩個(gè)主要工序的平行作業(yè)。為充分利用大斷面空間，采用“前面打眼，后面裝車；前面施工，后面復(fù)噴；前面初噴，后面裝車”作業(yè)方式。為更好提高工效和施工進(jìn)度，工序安排原則上是能后放的盡量放后，使迎頭集中力量掘進(jìn)，從而加快巖巷施工速度。

3.2 紅粘土層的爆破參數(shù)優(yōu)化

現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)原方案微差爆破技術(shù)實(shí)施不合理，爆破效果較差，炮眼利用率僅為70%左右，同時(shí)拒爆率高，殘眼多，出現(xiàn)區(qū)域一般在斷面上中部的崩落眼或周邊眼上，基本情況是雷管響了，而炮眼內(nèi)的炸藥未起爆，循環(huán)進(jìn)尺低，原有施工方案平均1.3m，拒爆率高導(dǎo)致全斷面一個(gè)循環(huán)的爆破次數(shù)達(dá)到2次以上，有的甚至達(dá)到4次，降低了炸藥爆轟的共同作用，炸藥消耗量大。主要是由于槽眼布置的掏槽眼間距大、槽眼未超深、起爆順序不合理等造成。通過對現(xiàn)場條件和爆破效果分析，該斜井急需解決的問題：（1）提高循環(huán)進(jìn)尺；（2）控制拋擲量；（3）改善斷面成型；（4）提高炮眼利用率；（5）降低爆破次數(shù)；（6）降低單位炸藥消耗量；（7）降低炮眼拒爆率。

3.3 紅粘土層的現(xiàn)場爆破效果比較

紅石灣煤礦斜井掘進(jìn)的紅粘土層現(xiàn)場爆破試驗(yàn)前后歷時(shí)近40天，主要從爆破參數(shù)上進(jìn)行調(diào)整，輔助部分施工工序調(diào)整。通過改變爆破參數(shù)，加大打眼深度，打眼深度由以前的1.6m提高到1.8m；同時(shí)針對巖性特點(diǎn)，采用優(yōu)化炮眼排列、角度、深度、裝藥量以及爆破順序，炮眼利用率顯著提高了，循環(huán)進(jìn)尺加大了，提高了掘進(jìn)速度，而且巷道周邊成形好。

爆破參數(shù)優(yōu)化后，從現(xiàn)場記錄和統(tǒng)計(jì)，打1.8m深的炮眼，其炮眼爆后殘眼深度為0～0.15m，單班循環(huán)的炮眼數(shù)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上減少5個(gè)，單班循環(huán)進(jìn)尺由原來的1.3m平均提高到1.72m，炮眼利用率由原來的80%提高到達(dá)90%以上，有的循環(huán)炮眼利用率達(dá)到100%。

爆破參數(shù)優(yōu)化后炸藥消耗量得到降低，單班循環(huán)原有共計(jì)用藥31.7kg，采用爆破優(yōu)化方案后單班循環(huán)共計(jì)用藥29.6kg，單位炸藥消耗量由原來的1.69kg/m3顯著降低到1.25kg/m3。

特別在嚴(yán)格執(zhí)行微差爆破技術(shù)，微差時(shí)間控制在一個(gè)段別，不允許跳段，炮眼間距交叉布置，解決了高塑性紅粘土爆破的高拒爆率問題，由原來的拒爆率達(dá)到24%到3%左右。

4 結(jié)論

通過改變爆破參數(shù)，采用優(yōu)化炮眼排列、角度、深度、裝藥量以及爆破順序，適當(dāng)加大打眼深度，提高了炮眼的利用率及循環(huán)進(jìn)尺。分析現(xiàn)有爆破中存在的問題，從現(xiàn)場下山掘進(jìn)的試驗(yàn)實(shí)施來看，解決了制約掘進(jìn)單進(jìn)水平的最為關(guān)鍵的爆破拒爆的技術(shù)難題，采用新的科學(xué)勞動(dòng)組織形式，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，實(shí)現(xiàn)了煤礦深部巷道安全優(yōu)質(zhì)高效掘進(jìn)，降低了材料消耗，大大提高了井巷工程質(zhì)量，掘進(jìn)速度比原有提高30%以上，具有顯著的技術(shù)效果和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。提出的紅粘土層爆破技術(shù)方案在同類地質(zhì)條件具有廣闊的推廣和應(yīng)用前景。