聚能管光爆技術(shù)在煤礦掘進中的應用

田衡山TIAN Heng-shan

（中煤第一建設(shè)有限公司第十工程處，邯鄲056000）

0 引言

從當前的發(fā)展角度上看，光面爆破技術(shù)的應用面積很廣，在提高質(zhì)量標準化、加快進度、降低成本方面取得了一定的效果。但常規(guī)光面爆破，存在炮眼裝藥范圍會形成裂縫，甚至會造成頂幫片冒；往往使巷道頂幫凹凸不平，增加噴射砼的使用量，增高費用；打孔作業(yè)耗時較長，降低施工效率等缺陷。

聚能管光爆技術(shù)是近年新興起來的新技術(shù)。不僅能減小爆炸對巖體的擾動，提高巷道頂幫輪廓的平整度，使輪廓半眼痕率大幅度增高，并且還能提高掘進進尺，縮短輔助工序時間，降低費用。為達到以上良好效果，在萬年礦500 水平回風巷掘進中進行了巖巷聚能管光爆技術(shù)的應用，實現(xiàn)了預期目標，取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟效果。

1 試驗巷道概況

1.1 巷道地質(zhì)條件

萬年礦-500 水平回風巷掘進坡度為+4‰，巷道主要布置在4#煤頂、底板層位，主要為粉砂巖，灰黑色，細致、性脆、含黃鐵礦結(jié)核，巖石堅固程度為比較堅固。

1.2 斷面特征及支護參數(shù)

巷道為半圓拱形，規(guī)格為寬×高=4.7×3.55m，掘進斷面14.3m2。采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合錨索支護，-500 水平回風巷采用Ф20×2400mm 無縱肋螺紋鋼錨桿，托盤采用Q235 鋼板，規(guī)格為200×200×10mm，間排距800×800mm；頂板采用φ21.8×8000mm 錨索，配300×300×16mm 錨索托盤；錨桿預緊力100kN，錨索預緊力200kN；鋼筋網(wǎng)采用φ6×1500×900mm，網(wǎng)孔規(guī)格為100×100mm，搭接長度為100mm，每隔200 用12#鐵絲綁扎一道；噴射混凝土厚度100mm。

1.3 工程質(zhì)量要求

-500 水平回風巷為準備巷道，要求巷道的支護質(zhì)量高，爆破質(zhì)量達到圍巖凹凸度＜90mm，周邊半眼痕率達到90%，圍巖噴層的回彈率＜30%。一般的巷道需要具備高質(zhì)量、穩(wěn)定性能良好、承載能力優(yōu)良等特點。爆破質(zhì)量以及效果要嚴格按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，巷道周圍的平整度也會大幅提升。

2 聚能管爆破技術(shù)

2.1 原理介紹

聚能管爆破技術(shù)是近年來新奇的新型掘進爆破技術(shù)，不僅可以提升巷道的成型質(zhì)量，也能在一定程度上降低對圍巖的影響。由于該種爆破技術(shù)能力密度較高，并且穿透能力較好，所以在當前的巖巷施工中，逐漸成為重要的爆破方式。聚能管爆破技術(shù)可以提升循環(huán)進尺，全面降低材料成本，相關(guān)的工序耗時也能得到相應減縮。該種爆破形式主要是利用線性聚能藥型罩，有效聚集炸藥爆炸時產(chǎn)生的能量，在保護巷道周圈圍巖的同時，也能對目標進行切割，全面提升炸藥的利用效率，獲得良好的爆破效果。在實際的應用當中，通過控制爆破方向、用藥量多少等，制定不同的爆破力度，滿足不同巖巷工程的施工目的，為后期的巷道支護提供便捷。爆炸產(chǎn)物在線性藥型罩上產(chǎn)生聚能作用，產(chǎn)生的能量通過對稱的藥型罩轉(zhuǎn)化成射流動能，在巖石上切割出裂縫，在高壓爆破氣體準應力及氣體氣刃作用下，根據(jù)應力集中現(xiàn)象，在聚能角中心線方向上被拉斷，相鄰炮孔連線上形成貫通縫隙，使其沿輪廓線方向產(chǎn)生定向切割，避免了爆炸能量向眼孔四周釋放對巖體的損壞，從而達到光爆的效果。

聚能管就是用塑料引藥放在聚能管的一端，管槽開口部分是用來裝填乳化炸藥入口，在聚能管兩端使用定位塊，這樣易入孔，入孔不易轉(zhuǎn)動、方便孔中定位，周邊眼裝藥后使用水沙袋或炮泥進行封孔。聚能管采用特殊的抗靜電阻燃的塑料管，并且可以根據(jù)炮眼的深度進行適當調(diào)節(jié)。聚能管在進行裝置時要保證對準開挖輪廓面，保證爆破的有效性。聚能管中裝置的炸藥為通用炸藥，使用的傳爆線以及起爆雷管都為施工現(xiàn)場常用的器材。光面爆破技術(shù)將爆破參數(shù)和施工方式進行結(jié)合的一種應用，采用分區(qū)分段的爆破形式，從而達到爆破設(shè)計要求。光面爆破可以在爆破后保持形狀規(guī)整，輪廓質(zhì)量也得以提升，巖體產(chǎn)生的裂縫相對較小，爆破后所需的支護工作量也相對較低，實現(xiàn)減少材料消耗，提升巖巷的掘進速度，在控制施工成本的同時，也能保障該項目施工的安全性。

圖1 周邊眼裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 基本參數(shù)

聚能管采用一種抗靜電阻燃的非金屬材料pvc 加工成的帶有聚能槽的管，管壁厚2mm，聚能管兩側(cè)對稱各有一個凹進去的異型“聚能槽”。聚能管截面為橢圓形，長軸長28.35mm，短軸長24.18mm，聚能管一側(cè)有可開啟的裝藥口。聚能管長度為1000-2000mm，具體長度根據(jù)裝藥量及周邊眼炮眼深度確定。

2.3 裝藥操作

①裝填炸藥所需材料以及工具：聚能管、定位塊、乳化炸藥、可調(diào)壓式氣動膠槍、刀具等。②裝藥前將可調(diào)節(jié)式氣動膠槍（注藥槍）接好風源，將風壓調(diào)至0.2-0.25MPa。③把乳化炸藥裝到可調(diào)壓式氣動膠槍，擰緊后蓋。④用可調(diào)壓式氣動膠槍將乳化炸藥從槍口連續(xù)裝到聚能管中。⑤炸藥裝入聚能管后，蓋上蓋，并確保兩端頭裝藥飽滿。⑥為保障聚能管裝置中的聚能槽對準隧道輪廓面以防止轉(zhuǎn)動，要在聚能管兩端套放定位塊并用專用膠布粘緊，保證聚能管組裝完好，可以投入后續(xù)使用當中。⑦將雷管插入聚能管起爆藥包內(nèi)，將雷管線綁扎在聚能管上。⑧組裝后的聚能管裝入周邊眼，聚能槽必須與輪廓面一致。如圖1 所示。

2.4 炮眼布置方式以及裝藥量優(yōu)化形式

為了達到預期的爆破效果，需對常規(guī)的炮眼布置方式以及裝藥量優(yōu)化形式進行如下優(yōu)化：

①周邊眼使用聚能管進行光面爆破，眼距600-800mm，裝藥量0.3-0.35kg/m。②對炮眼布置進行了整體優(yōu)化，主要為：1）采用兩級楔形掏槽方式掏槽，且一級掏槽眼為65 度，要比輔助眼深200mm，二級掏槽眼為75 度，要比輔助眼淺。2）從原本的三段管爆破改為四段管爆破。

2.5 水沙袋使用要求

①炮眼裝藥結(jié)束后使用水沙袋進行封孔。②每個炮眼使用1-2 卷水沙袋，規(guī)格為φ30×250mm。③水沙袋使用前必須充滿水，不得使用破損的水沙袋或充水不飽滿的水沙袋進行封孔。④使用水沙袋封孔結(jié)束后，保證水沙袋距離眼口250-300mm，使用專用工具進行控制。⑤水沙袋袋口朝向眼底。

3 應用效果分析

3.1 技術(shù)效果

①采用聚能管光爆技術(shù)，減輕了對巖體的擾動破壞，巷道成型較好，因聚能管光爆技術(shù)可以有效降低爆破對周圍巖體帶來的影響，全面提升爆破質(zhì)量，防止周圍巖體受到不必要的影響。因減少巷道周邊超欠挖而提高輪廓平整度，巷道成型質(zhì)量大幅度提高。②減少巷道施工工程量，大幅節(jié)省工程材料的費用支出。造孔率減少，大大降低爆破作業(yè)工班的工作量，節(jié)約了鉆眼時間。光爆效果好，出矸量減少，節(jié)約炸藥、雷管等爆破裝置的使用，減少了工時消耗，勞動效率明顯提高。③提高單進速度。鉆眼數(shù)量減少節(jié)約出時間，從而增加鉆眼深度，使單進提高1.5 倍，施工進度提升。④應用該項技術(shù)后，減少延米進尺的工作量，生產(chǎn)效率提高，工人的勞動薪酬相應提升，工作積極性相應提升。

3.2 經(jīng)濟效果

①降低材料成本。一是由于鉆眼減少節(jié)約炸藥、雷管等爆破材料費用。二是由于鉆眼減少節(jié)約釬頭、釬桿、鑿巖機等施工工器具費用。三是由于巷道成型好，降低噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、托盤等支護材料費用。②由于延米進尺的生產(chǎn)效率提高，用工成本降低。由于巷道成型優(yōu)良，可以節(jié)省支護材料費用的支出。③降低排矸費用。由于減少了巷壁的超挖，每米巷道出矸石需用的機械費和人工費降低。④聚能管相關(guān)費用提升。在利用聚能管爆破技術(shù)之后，聚能管的消耗也會進一步的提升。

4 結(jié)語

①聚能管爆破技術(shù)無需改變鑿巖工藝，對于爆破技術(shù)也沒有嚴格的要求，只需要在周邊眼內(nèi)放入相應的藥包。由于聚能管爆破工藝較為簡單，其效果也遠遠優(yōu)于普通光面爆破效果，適用當前各種巷道應用，尤其是在大斷面巖巷的掘進中，聚能管爆破技術(shù)可與鉆炮眼平行作業(yè)，裝藥簡便易行，適用各種非軟巖巷炮掘。②聚能管爆破可以使周邊眼定向斷裂，在巷道的成型上也能進行有效把控。從巷道的層面上提升自身承載能力，對于周圍巖體的穩(wěn)定性也能起到保障作用，保證巖體的完整性、穩(wěn)定性，保障項目的施工生產(chǎn)處于安全狀態(tài)，起到降低安全風險的作用。③有利于生產(chǎn)進度提高，生產(chǎn)成本降低，有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。在現(xiàn)有的機械施工的基礎(chǔ)上，相關(guān)建筑施工方可以在不增加設(shè)備投資的情況下，對周邊巖體進行周邊斷裂控制爆破，全面提升巖巷的施工速度，也能大幅度降低資金成本，保證施工質(zhì)量。從當前的發(fā)展形式上來看，聚能管爆破技術(shù)可以適用于多種爆破環(huán)境。尤其在中深孔爆破當中，可以進一步推動深孔循環(huán)作業(yè)形式，在現(xiàn)有的技術(shù)之下，大幅提升大斷面巖巷的掘進工作，并提出行之有效的措施。