某煤礦不同孔間距爆破程度模擬試驗研究

王京斌

摘 要：針對我國煤礦普遍存在的中硬巖質爆破效果較差，鉆爆法掘進效率較低的問題，分析了裝藥直徑對某煤礦不同孔徑炸藥爆速的影響程度，對某煤礦不同孔間距和不同孔排距進行了計算和相應設計參數調整。采用某煤礦調整后的不同孔間距爆破設計參數進行模擬試驗研究，得到了良好的效果，明顯提高了煤礦井下巖石爆破效率和炮眼利用率，改善了巷道成型效果，同時大大提高了巷道掘進進度。

關鍵詞：某煤礦 不同孔間距 爆破程度 模擬試驗

中圖分類號：TD824 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（b）-0018-02

某煤礦井下巖巷通常具有斷面小、巖石夾制作用大的特點，由于煤礦井下存在著巖層瓦斯的潛在危險，《煤礦安全規程》中明令規定在煤礦礦井下進行孔間距爆破時只能采用威力較低的煤礦安全炸藥和炸藥總體延遲時間不超過130ms的毫秒電雷管進行爆破[1]。這些限定因素大大影響了煤礦巖石巷道掘進工作爆破的效率。煤礦巖石巷道掘進工作中最為突出的問題是工作面經常有積水，積水遭遇松散膨脹的煤礦巖層工作面會形成泥漿，泥漿抽排工作比較困難，耗時長，且清理不干凈，導致鉆孔很難到位，鉆出的炮眼吹孔不夠徹底，容易發生回淤、炸藥量達不到爆破要求等，造成某煤礦不同孔間距爆破效果差，煤礦巖石巷道掘進速度慢的問題[2]。為了解決這些問題，需要對某煤礦不同孔間距爆破程度進行模擬實驗研究。

1 裝藥直徑對某煤礦不同孔徑炸藥爆速的影響

通常情況下煤礦井下巖石巷道掘進工作常用的爆破炸藥藥卷直徑是Φ27mm、Φ29mm和Φ35mm3種，為了檢驗某煤礦井下巖石巷道裝藥直徑對不同孔間距爆速的影響，對不同直徑三級煤礦許用水膠炸藥進行了爆速實測[3]，某煤礦不同孔間距爆速測試結果平均值如表1所示。

某煤礦不同孔間距的爆破粉碎區與爆破裂隙區半徑的計算表達式分別如下：

其中，為某煤礦巷道炮孔半徑；為某煤礦井下巖石抗壓強度；為某煤礦井下巖石抗拉強度；為某煤礦井下巖石巷道的側壓力系數；α表示某煤礦井下巖石的應力波衰減指數；為某煤礦巷道炮孔初始沖擊壓力峰值，其計算表達式如下：

其中，代表某煤礦采用的炸藥密度；D代表某煤礦井下巖石的爆速。

2 某煤礦不同孔間距和不同孔排距的計算

根據深孔微差爆破某煤礦孔內氣體對井下巖石的作用機理，前排爆破必然會為后排爆破創造臨空面，某煤礦每排孔內的炸藥所承擔的爆破巖石量應該是兩排孔之間的體積[4]，要想實現該煤礦井下巖石巷道的安全爆破，同時兼顧經濟成本和完美的巖石破碎效果，需要滿足相應條件，即煤礦每孔的實際裝藥量等同于承擔的巖石體積所需要的炸藥量[5]。設置某煤礦單孔所能容納的炸藥量表示為Q1，爆破某煤礦井下單孔所承擔的巖體所需要的炸藥量表示為Q2，可得：

其中，Ψ為某煤礦的臺階高度，即煤礦井下每排需要垂直下挖的深度；β為某煤礦的炮孔傾斜角，通常在80°左右；K1和K2分別為某煤礦的炮孔阻塞系數和超鉆系數，二者值的大小均取決于巖質的軟硬；a和b分別為某煤礦的孔間距和孔排距；ε為某煤礦炮孔的炸藥容量；q表示某煤礦井下巖石單耗系數。

布孔的合理布置形式為正三角形，根據上述計算可知，某煤礦不同孔間距a和b之間的關系表達式為：

根據上式即可求出某煤礦的不同孔間距a，再將結果帶入式（9）即可求得某煤礦的排間距b。

在以上各參數確定、某煤礦孔間距和排間距計算結果出來后，按照設計的各參數值進行某煤礦井下巖石巷道打眼、裝藥、堵塞、聯網、引爆，通常情況下一次爆破炮孔排數不應該過多，一般為2～3排，在第一次爆破結束后，及時對某煤礦不同孔間距爆破程度進行檢查，對相應設計參數進行適當調整，直到獲得滿意的爆破效果為止。

3 模擬實驗研究與結果分析

某煤礦井下巖石巷道斷面形狀為三心拱形，設計該煤礦井下巖石巷道凈寬為5.0m，凈高為4.1m，巷道掘進寬度和掘進高度分別為5.4m和4.2m，巷道凈斷面積和掘進斷面分別為17.8m2和10.5m2。該煤礦井下巖石為砂質泥巖，巖石裂隙有3～5條，此次巷道掘進爆破工作難度較大。炸藥選取煤礦需用的二級炸藥，其爆速為3300m/s，爆破猛度大于等于17mm，炸藥藥卷長度為155～165mm，炸藥藥卷直徑為35mm，炸藥質量為200g/卷。該煤礦不同孔徑裝藥后均用炮泥填滿，每個炮孔都用一個水泡泥，雷管為煤礦通用的毫秒延期雷管。煤礦井下巖石巷道炮眼實際打眼深度為2.4m。模擬試驗選取的掏槽方式為直眼楔型復式掏槽，如圖1所示，巖石爆破拋擲順序如圖2所示，該煤礦不同孔間距爆破參數如表2所示。

為了使該煤礦井下巖石掏槽更加徹底，模擬試驗過程中對巖石掏槽炮眼用一段秒延期雷管起爆，巖石中心炮眼用兩段，巖石其他炮眼的段數從內至外依次排列，該煤礦巖石的中心炮眼深度比巖石掏槽眼深0.1～0.3m左右，裝入等量延長起爆的巖石爆破炸藥。

在不改變某煤礦原有的鉆孔深度，僅改變該煤礦井下巖石掏槽方式和炮孔數目，巖石炸藥全部選用煤礦許用二級炸藥，上述模擬試驗結果表明，某煤礦不同孔間距爆破效率顯著提高，巖石爆破效果和巷道成型效果比較好，且炮眼利用率大大提高了。（我國煤礦井下巖石掘進普遍效率較低，通常平均月進尺為60～70m，炮眼利用率在70%～80%之間，有的甚至低于50%，特別是對于巖質比較堅硬的井下巖石，本文研究將巷道平均月進尺提高到了100～120m，巷道掘進進度提高了70%左右，炮眼利用率也提高到了90%以上。

4 結語

某煤礦不同孔間距爆破程度模擬實驗研究取得了良好的預期效果，提高了煤礦井下巖石巷道的平均月進尺，明顯改善了巷道成型效果，且巖石爆破效果較好，炮眼利用率顯著提高。

參考文獻

[1] 郭東明，李旭鵬，王漢軍，等.益新煤礦中心大空孔掏槽爆破現場試驗研究[J].中國礦業，2016，25（4）：82-86.

[2] 高富強，張光雄，楊軍.露天煤礦爆破震動的模型試驗及數值計算[J].煤礦安全，2017，48（1）：55-58.

[3] 宗琦，馬亞東，汪海波.煤礦硬巖巷道掘進大直徑炮孔爆破試驗研究[J].爆破，2017，34（1）：47-51.

[4] 劉建東，王湖鑫，陳何，等.煤礦巖巷束狀孔掏槽爆破掘進試驗研究[J].中國礦業，2016，25（1）：103-106.

[5] 袁璞，徐穎，薛俊華.錨固支護深部巷道爆破開挖模型試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2016，35（9）：1830-1836.