準直眼掏槽爆破技術在半煤巖巷掘進中的應用

黃寶龍

(天地科技股份有限公司建井研究院,北京 100013)

目前，鉆爆法施工工藝在半煤巖巷掘進中仍占主導地位，但對于硬度f>8～10的堅硬巖石，其炮眼利用率多為60%～80%[1]。

如何提高爆破效率和改善爆破效果，仍是半煤巖巷掘進爆破工作中應解決的主要課題。眾多學者和工程技術人員對半煤巖巷爆破掘進的研究取得了長足進展[2-6]，但由于半煤巖巷爆破掘進的特殊性，中深孔爆破效果仍不理想。準直眼掏槽爆破技術已在多個煤礦巖巷、隧道工程中得到可靠檢驗[7-9]。與巖巷及隧道工程相比，半煤巖巷巖性復雜、斷面小、夾制力大。本文結合工程實際，首次將準直眼掏槽爆破技術應用在半煤巖巷掘進，并分析了應用結果，希望能為類似工程提供參考。

1 準直眼掏槽爆破技術

半煤巖巷爆破掘進的關鍵在于掏槽爆破效果。準直眼掏槽爆破技術充分結合了直眼掏槽和斜眼掏槽的優點，掏槽效果良好。準直眼掏槽爆破技術的基本形式見圖1。

圖1中，1#～6#炮眼與巷道掌子面的夾角范圍為75～85°，故稱之為準直眼；7#炮眼與8#炮眼為中心輔助直眼；準直眼的排距和中心輔助直眼的間距均為a；準直眼的孔口間距、孔底間距分別為b、B；準直眼與中心輔助直眼的深度基本相同，均為L；準直眼的傾斜角度為θ。

圖1 準直眼掏槽爆破的基本形式Fig.1 Basic form of quasi-parallel cutting blast(資料來源：參考文獻[10])

準直眼中裝Ⅰ段雷管，掏槽炸藥量的絕大部分都填裝在準直眼中。中心輔助直眼中裝Ⅱ段雷管，且僅在眼底填裝少量炸藥。準直眼中的炸藥先起爆，掏槽槽腔中、上部的巖石被破碎并拋擲出，而槽腔底部的巖石被損傷形成大量裂紋。中心輔助直眼中的炸藥后起爆，當其起爆后，槽腔底部的剩余巖石在二次爆破作用下全部破碎并被拋擲出，從而形成體積較大的槽腔。

準直眼掏槽爆破技術應用在半煤巖巷掘進尚屬首次，與準直眼掏槽爆破技術在巖巷掘進、隧道開挖等工程中的應用相比，在半煤巖巷中掘進中，可以充分利用煤的強度較低及裂隙較為發育的特點，將全部掏槽眼盡可能地布置在煤層中，準直眼與掌子面的夾角可以取大值，準直眼的排距和中心輔助直眼的間距可以擴大。此外，第一圈輔助眼與掌子面的夾角可接近90°，其余輔助眼可取90°，從而更有利于形成大體積槽腔。

2 工程概況

晉華宮煤礦大井7-4#層307盤區西翼皮軌合一巷為半煤巖巷，其設計毛斷面為：寬×高=4.8 m×2.5 m。巷道采取沿7-4#煤層煤底挑頂的掘進方式掘進。煤層厚度平均1.36 m，煤層傾角平均2°，煤層硬度f=1，瓦斯絕對涌出量為0.5 m3/min。

煤層的直接頂為灰白色粗砂巖，厚度5.2 m，膠結堅實。老頂為粉細砂巖，厚度9.2 m。正常涌水量為0.2 m3/min，最大涌水量為0.4 m3/min，上覆7#層、3#層、2#層為小窯破壞區。

7-4#皮軌合一巷工作面采用7655型氣腿式鑿巖機與P30B耙斗機配套的生產作業線，巖石堅固系數較高，巖石的整體性較好，頂板較穩定，巖石可爆性較差；用手持式鑿巖機鉆眼，鉆眼比較困難。

該工作面原施工情況：采用孔深1.7 m的淺孔爆破，循環進尺約1.3 m，炮眼利用率約76%，單位炸藥消耗1.32 kg/m3，單位雷管消耗2.13個/m3，眼痕率約40%，超欠挖嚴重，巷道成型差，掘進速度受到嚴重影響。

3 準直眼掏槽爆破技術現場應用

經現場考察，根據中深孔爆破理論，利用準直眼掏槽爆破技術，制定了爆破方案，炮眼布置見圖2。

其他掏槽爆破參數見表1，其中，炮眼深度2 m，炮眼直徑44 mm，采用煤礦許用三級乳化炸藥，正向裝藥，藥卷直徑35 mm，每支藥卷質量為200 g，堵塞長度0.5 m。采用煤礦許用毫秒延期電雷管，串聯起爆。

現場重復進行了4次應用試驗，結果見表2。

圖2 炮眼布置圖Fig.2 Layout of blastholes in Jinhuagong coal mine

表1 爆破參數表Table 1 Cutting blast parameter of the scheme

炮眼名稱炮眼編號眼深/m眼距/mm裝藥量角度孔裝藥量/kg總裝藥量/kg水平/(°)垂直/(°)爆破順序掏槽眼1#～6#2.05001.06.08090Ⅰ中心直眼7#～8#2.05000.40.89090Ⅱ輔助眼9#～12#2.06000.62.48490Ⅲ輔助眼13#～24#2.06500.89.69090Ⅳ周邊眼25#～42#2.05000.814.49090Ⅴ

表2 晉華宮煤礦應用結果Table 2 Results of application in Jinhuagong coal mine

由表2可知，應用試驗前的循環進尺約1.3 m，炮眼利用率約76%，而采用準直眼掏槽爆破技術，循環進尺平均1.82 m，炮眼利用率平均91%，比應用試驗前提高了15%；應用試驗前單位炸藥消耗為1.32 kg/m3，而采用準直眼掏槽爆破技術，平均單位炸藥消耗為0.925 kg/m3，比應用試驗前降低了30%；眼痕率得到明顯提高，比應用試驗前提高了41%，巷道成型很好。

4 結 論

在晉華宮煤礦大井7-4#層307盤區西翼皮軌合一巷應用準直眼掏槽爆破技術，獲得了理想的爆破效果。

1) 炮眼利用率平均91%，比應用試驗前提高了15%。

2) 應用試驗前炸藥單耗為1.32 kg/m3，而采用準直眼掏槽爆破技術平均炸藥單耗為0.925 kg/m3，炸藥消耗量降低了30%。

3) 眼痕率比應用試驗前提高了41%，巷道成型得到明顯改善。

準直眼掏槽爆破技術作為一種在煤礦巖巷掘進中得到廣泛應用的技術，希望該技術能在半煤巖巷掘進中也得到廣泛應用，從而為半煤巖巷掘進提供有力的技術保障。