聚能爆破在巖巷快速掘進技術中的應用與研究

曹祺 劉旭 ??

摘要：介紹了煤破巖巷鉆爆法快速掘進技術的現狀與發展，指出聚能預裂（光面）爆破是鉆爆法是實現快速掘進的方法之一。通過兩個工程實例，分別說明多向聚能爆破技術增加掏槽和雙向聚能爆破定向斷裂效應的應用，兩種方法爆破效果和經濟效益明顯，勻能實現巖巷快速掘進。

關鍵詞：快速掘進 多向聚能爆破 雙向聚能爆破

中圖分類號：TD263文獻標識碼：A文章編號：1009-5349（2017）09-0197-02

隨著我國煤礦巖巷的掘進深度的不斷增加，巖巷所受圍壓增大，巖石的夾制效應明顯。同時，為了加強通風和瓦斯治理的力度，巷道面積增加，傳統的爆破方法無法適應目前巖巷的掘進要求，所以多向聚能爆破掏槽技術、雙向聚能爆破定向斷裂技術等一系列巖巷快速掘進技術的推廣使用，大大提高了掘進效率，實現巖巷的快速掘進。

一、鉆爆法快速掘進技術的現狀和發展趨勢

鉆眼爆破法在煤礦巖巷掘進施工中仍占主導地位，針對于目前鉆爆法“進尺低、成形差”的問題，推廣快速掘進技術，應該從以下三個方面發展。

（一）推廣中深孔爆破

巖巷掘進的進尺低，跟爆眼深度有關，單純提高爆眼深度無法取得好的效果，中深孔爆破關鍵在于掏槽的效果。目前全國煤礦巖巷的炮眼深度基本為18-20m，單循環進尺15-18m。掏槽方式有兩種，分別是斜眼掏槽和直眼掏槽。由于直眼掏槽眼多、技術復雜、炮孔間距和平行度誤差對掏槽效果影響較大，我國煤礦巖巷采用楔形掏槽技術仍占90%，其炮眼利用率平均約為83%，無法適用于中深孔爆破，所以在中深孔爆破中應優先推廣采用楔直復合掏槽技術或準直眼掏槽技術，實踐表明，這種掏槽方式的掏槽效率能達到設計深度的90%以上。[1]

（二）采用高威力煤礦許用炸藥

由于煤礦巖巷埋藏深，地質條件復雜，瓦斯濃度易超限，所以鉆爆法多采用三級煤礦許用炸藥，對于中硬以上的巖巷，現有的三級煤礦許用炸藥爆破能力不足，爆破炮孔利用率低，巖巷掘進效率差。安徽理工大學等單位研制的高威力三級煤礦許用水膠炸藥，爆速3300m/s，作功能力228mL、猛度13mm，達到了二級煤礦許用炸藥標準，其安全性、儲存穩定性也滿足三級煤礦許用炸藥要求。[2]在淮南新莊孜礦-774m北一-北部B4底板回風巷試驗使用中，爆破效果顯著，平均循環進尺提高了018m，平均循環炸藥量減少099kg，炸藥單耗降低了023kg/m3。因此，推廣使用高威力煤礦許用炸藥是實現高效巖巷掘進的必要方法之一。

（三）利用聚能藥包控制巷道成形

目前實現巖巷聚能爆破的方法主要利兩種藥卷。一是切縫藥包。[3]其實質是在具有一定強度和密度的炸藥外殼上，開有不同形式的切縫，利用切縫形成的聚能效應控制爆炸能量的分布，達到控制被破壞介質開裂方向的目的。[4]與傳統的光面爆破技術相比，使用切縫藥包控制技術，巷道輪廓超（欠）挖能控制在100以下，眼痕率達到90%以上，同時炮眼間距達到550mm，周邊眼的數量減少20%左右[5]，大大降低施工量，提高掘進速度。二是雙（多）向聚能槽藥卷，配合相應的對中裝置，能有效降低藥卷爆炸時在炮孔中內旋效應，使聚能射流面與預裂面完全吻合，從而成功實現了“雙聚能預裂與光面爆破”。該項技術能最大限度提高藥柱爆炸的成縫能量，比普通預裂與光面爆破擴大孔距2-3倍，同時也減小了對保留巖體的爆破危害并提高了保留巖體的穩定性和安全度，提高了半孔殘留率，爆后沒有爆破再生裂隙。該項新技術不僅節能環保還可以降低施工成本50%以上。[6]

二、巖巷聚能爆破工程實例

聚能預裂（光面）爆破是鉆爆法提高掘進效應，實現快速掘進的方法之一，是聚能爆破應用于預裂爆破的一種新技術。根據炮眼作用不同，將不同的聚能方式應用于不同種類炮眼中，增加掏槽效果采用多向聚能爆破技術，為增加周邊眼的光面爆破效果，保證巷道輪廓穩定性，采用雙線聚能定向斷裂爆破。

實例一：淮南朱集東礦1141（1）工作面軌道順槽施工，該巷道設計長度22533m，其中鉆爆法施工1721m，巷道巖石為砂巖、砂質泥巖，f=6-8。多向聚能裝置由PVC材料訂制而成，其結構為圓柱形，周圍均勻分布有6個內凹“V”形槽，“V”形槽的錐角為55°，深度為5 mm。圓柱管內徑為38mm，長300mm。掏槽采用四角柱式直眼掏槽，中空眼少量裝藥，起拋擲作用。炸藥爆炸時，沿“V”形槽方向產生高速射流，切割周邊圍巖，成形碎塊，提高掏槽或崩落的效率和炸藥的利用率。實踐表明，采用多向聚能爆破掏槽范圍比普通掏槽多12-15倍，如圖2。

實例二：新集三礦某巖巷，巷道巖石為泥巖、砂質泥巖，f=4-6，巖石裂隙發育完全，采用普通光面爆破，經常會出超欠挖現象，給后期巷道支護帶來困難。聚能結構為圓柱形，雙側對稱聚能槽。裝藥時，必須保證聚能槽朝向與巷道輪廓方向保持一致，同時做到安裝牢固，確保炸藥爆炸時，雙向聚能裝置不會因為沖擊波和爆生氣體作用而發生聚能方向的變化。實踐表明，爆破后炮眼周邊沒有明顯的損傷，在輪廓面上可找到聚能射流殘留物，裂縫沿輪廓面貫通，切割面平整光滑，孔內爆破后的斷裂痕跡清晰可見，凸凹量小，最大值不超過95mm，眼痕率由之前的20%增加到90%，對巷道圍巖保護效果明顯，切片檢驗結果表明，石料內部未受傷。雷管消耗量和炸藥消耗量分別下降了283%和277%，爆破效果和生產效率顯著提高，經濟效益顯著，見表1。

表1新集三礦普通光面爆破與雙向聚能爆破效果對比表

三、結語

隨著聚能裝置的不斷完善，聚能爆破技術的不斷進步。多向聚能爆破掏槽技術與雙向聚爆破定向斷裂技術將不單獨應用于巖巷掘進中，必將這兩種技術綜合應用，考慮兩者之間的相互影響，相互利用，取得更好的爆破效果。

參考文獻：

[1]楊仁樹，張志帆，孫強等.淮南礦區深部硬巖巷道鉆爆技術研究[J].煤炭科學技術，2005，33（2）：42-45.

[2]汪海波，郭子如，宗琦.高威力三級煤礦許用水膠炸藥的試驗研究[J].含能材料，2014，22（6）：857-861.

[3]謝華剛，吳玲麗.切縫藥包定向斷裂控制爆破研究綜述[J].工程爆破，2011，17（2）：16-30.

[4]莆傳金，張志呈，郭學彬等.切縫藥包爆破研究現狀與存在的問題[J].四川冶金，2006，28（4）：1-5.

[5]楊仁樹，張召冉，楊立云等.基于硬巖快掘技術的切縫藥包聚能爆破試驗研究[J].巖石力學與工程學報， 2013，32（2）：317-323.

[6]秦健飛.雙聚能預裂與光面爆破綜合技術[M].中國水利水電出版社， 2014， 7（3）：58-60.

責任編輯：孫瑤