深孔爆破技術在薄煤層巷道掘進中的應用

陳志峰 趙 寧 王清華

（1.滕州郭莊礦業有限責任公司錦丘煤礦，山東 滕州 277521；2.山東省煤炭技術服務有限公司，山東 濟南 250032）

滕州郭莊礦業有限責任公司錦丘煤礦二水平（-356m水平）六采區工作面巷道為半煤巖巷道，以往的掘進采用淺眼爆破方式，推進速度較慢，為提高掘進效率，公司引進了深孔爆破技術。通過選用合理的技術參數，取得了成功的應用，半煤巖巷道推進速度大大提高。

1 開采技術條件

1.1 巖性特征

16煤六采區工作面呈近南北方向布置，地面標高+47.6～ +48.8m。根據揭露的地質資料可知，煤層賦存穩定，呈黑色，玻璃光澤，光亮型亮煤，薄煤層狀結構，含較多的黃鐵礦小塊；煤層傾角2～7°，平均為5°，煤層厚度0.85～0.95m，平均厚度為0.90m，無夾矸，結構簡單，屬穩定煤層。

老頂、直接頂為十下灰，深灰色，裂隙發育，沿裂隙充填炭質及方解石，含水性弱，以靜儲量為主，平均厚度5.31m。直接底為泥巖，棕灰色，含泥質，有黃鐵礦結晶體，底部有植物化石碎片，平均厚度6.931m。老底為十一灰，灰、深灰色，含植物化石碎片，貝殼狀斷口，屬穩定底板，平均厚度0.87m。

1.2 支護情況

工作面巷道斷面為矩形，凈寬3.0m，凈高2.2m，斷面面積6.6m2。支護方式為幫部錨桿鋼梯支護，選用Φ16×1200mm的螺紋鋼錨桿，間排距1000×1000mm，沿巷道橫向壓鋼梯，頂部不支護。巷道內設置排水管路、供水防塵管路、壓風管路、運輸絞車、氣動鉆和乳化泵站及部分供電電纜設備。

2 深孔爆破機理及技術參數

2.1 深孔爆破機理

炸藥在煤巖體發生爆炸時，會以爆炸點為中心依次向外產生不同的破壞，根據破壞程度可分為壓碎區、裂隙區和震動區。壓碎區受到炸藥強烈壓碎產生塑性變形，同時形成45°的徑向滑移面破壞巖體結構。裂隙區范圍內的壓力降低，巖體不再壓碎而是通過拉伸使巖體產生塑性滑移，形成輻射狀裂隙。震動區巖體不會受到破壞。

裂隙區是爆破控制的主要區域，爆破時，沖擊應力通過衰減的方式向外傳播，會在徑向產生壓應力和壓縮變形，切向產生拉應力和拉伸變形。當徑向拉應力大于煤巖體的抗拉強度會形成環向裂隙，當切向拉應力大于巖體抗拉強度時就會把巖體拉斷形成徑向裂隙，兩種裂隙和巖體中存在的剪切裂隙相互交織在一起形成了裂隙區。巷道斷面的大小對深孔爆破效果影響明顯，斷面越大效果越好，小斷面受到的夾制力大，會造成一定的影響。

2.2 技術參數

（1）炮孔間距和排距

根據爆破理論，炸藥爆炸后形成破碎區半徑為：

式中：

Rp-破碎區半徑，mm；

K-裝藥徑向不耦合系數；

db，dc-炮孔直徑和藥包直徑，32mm，26mm；

ρ0-炸藥密度，kg/m3；

Dv-煤體炸藥爆速，m/s；

lc-裝藥軸向系數，取1；

n-炸藥爆炸時壓力增大系數；

η-爆轟產物的膨脹絕熱指數，取3；

σcd-動態抗壓強度，MPa；

μd-煤巖體動態泊松比；

b-側向應力系數。

裂隙區半徑為：

式中：

σtd-動態抗拉強度，MPa，其他參數同前。

帶入數據得出，在炮眼Φ32mm，藥卷Φ26mm情況下，形成破碎區和裂隙區半徑為748mm。

根據計算結果，結合現場條件，確定炮眼鉆孔間距為1.5m。

（2）鉆孔深度

根據錦丘煤礦六采區工作面的巖性特征及生產需要，鉆孔深度確定為3m。

（3）裝藥量及裝藥結構

在爆破過程中，每孔裝入乳化炸藥長度為0.85m，藥卷長度0.17m，采用黃泥對炮眼進行封孔，長度為1.5m。采用孔內并聯、空間串聯的連線方式，一次性爆破，炮眼采用正向裝藥結構，如圖1所示。

圖1 深孔炮眼裝藥結構圖

3 爆破施工工藝

（1）鉆孔采用氣腿式巖石風動鑿炭機，一字型釬頭,釬頭Φ28～35mm，藥卷Φ32mm。

（2）根據現場情況，使用3m鉆桿，掏槽眼3m，其他2.5m。掏槽眼采用楔形斜眼，底眼間距控制在200～300mm。周邊炮眼應布置在巷道輪廓線外50～100mm，炮眼相互平行，在施工過程中，要注意控制周邊眼間距，幫眼間距400mm。

（3）將炸藥裝到鉆孔底部后，用水炮泥5～6個進行充填，最后用炮泥搗實封堵，封堵長度不少于1.5m。

（4）輔助眼與掏槽眼間距為250～300mm，其他眼間距與排均勻布置在550～700mm。

（5）底眼距離巷道底板100～150mm。

（6）所有的炮眼都采用正向起爆的方式，且一次起爆，起爆順序：掏槽眼→輔助眼→周邊眼。

（7）注意線路串聯過程中要連接牢固，無大線頭電阻。

（8）隨著掘進的進行要掌握巖性的情況及爆破效果，通過現場情況及時調整爆破參數。

4 應用效果

（1）通過采用深孔爆破掘進工藝，提高了爆破效率，降低了材料消耗，材料費用從1086元/m降至647元/m。

（2）采用深孔爆破施工，加快了施工循環進尺，緩解了采掘接續緊張，產生良好的經濟效益。