短距定向爆破拋擲技術(shù)在巖巷快速作業(yè)線掘進(jìn)中的應(yīng)用

王新剛

（棗莊礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司田陳煤礦，山東 滕州 277500）

隨著巖巷掘進(jìn)機(jī)械化的發(fā)展，以液壓掘進(jìn)鉆車、挖掘式裝載機(jī)為主的機(jī)械化作業(yè)線越來越多的應(yīng)用在掘進(jìn)工作面中。當(dāng)巖石硬度系數(shù)較大時(shí)，需在爆破前，將設(shè)備后退較長距離并進(jìn)行復(fù)雜的保護(hù)，但仍不能避免拋擲的矸石崩壞設(shè)備，同時(shí)部分巖塊拋擲過遠(yuǎn)，增加了裝巖工作量。為確保設(shè)備完好使用，簡化施工工序，減輕工人勞動強(qiáng)度，研究大斷面硬巖巷道短距定向爆破拋擲尤為重要。

1 實(shí)現(xiàn)短距定向拋擲要素分析

通過對爆破拋擲理論分析，結(jié)合礦井爆破經(jīng)驗(yàn)，具體可總結(jié)得出，在依據(jù)現(xiàn)場條件選擇合理的用藥量和最小抵抗線后，采取以下手段能較好地實(shí)現(xiàn)巖巷爆破短距定向拋擲：

（1）增加掏槽孔數(shù)目，降低掏槽孔高度，適當(dāng)降低掏槽孔的裝藥量。增加掏槽孔的數(shù)目可以增強(qiáng)掏槽效果，但要適當(dāng)降低掏槽孔裝藥量，防止爆破產(chǎn)生的巖塊拋擲過遠(yuǎn)。巷道爆破產(chǎn)生的破碎巖塊拋擲過程，可以近似看作自由落體運(yùn)動，適當(dāng)降低掏槽孔高度也對降低拋擲距離起輔助作用。

（2）增加起爆段數(shù)，減少同段起爆裝藥量。在增加起爆段數(shù)的同時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小裝藥量，否則隨著增加起爆段數(shù)、減小最小抵抗線，巖體提供的夾支力減小，爆破產(chǎn)生的能量會更多地轉(zhuǎn)化為拋擲巖塊的動能，增大了巷道爆破產(chǎn)生的巖塊拋擲距離。

（3）隨自由面擴(kuò)大，減少輔助眼的裝藥量。掏槽孔爆破完成掏槽，形成槽腔，隨后隨著輔助眼依次起爆，自由面不斷擴(kuò)大，巖體產(chǎn)生的夾制力隨之減小。為避免炸藥爆破產(chǎn)生的能量過多轉(zhuǎn)化為巖塊的拋擲動能，應(yīng)適當(dāng)減小輔助眼裝藥量，以達(dá)到控制巖塊拋擲距離的效果。

（4）增強(qiáng)炮泥封堵質(zhì)量，適當(dāng)增加炮泥封堵長度，提高炸藥爆破效率。炮泥封填不足時(shí)，爆破產(chǎn)生的爆生氣體不能更好地?cái)U(kuò)張巖石裂隙，破碎的巖塊在爆生氣體還處于高壓狀態(tài)時(shí)就拋擲出去，獲得的動能大，拋擲距離遠(yuǎn)，且爆破成巷效果不好。

（5）選用直眼掏槽方式，輔助選用空心眼。現(xiàn)場實(shí)際施工證明，直眼掏槽比斜眼掏槽拋擲距離近。相同的裝藥量直眼掏槽相對于斜眼掏槽，在爆破時(shí)炸藥爆炸產(chǎn)生的能量更多的作用于深部巖體的裂隙擴(kuò)張和破碎，爆破產(chǎn)生的巖塊拋擲距離相對更小，但是由于掏槽眼方向垂直于巖壁，爆破后的巖塊很難全部拋擲出槽腔，在中深孔爆破時(shí)也會出現(xiàn)瞎炮。因此，在選用直眼掏槽的炮眼布置時(shí)，打設(shè)空心眼就至關(guān)重要了。空心眼孔徑一般大于炮眼直徑，施工條件允許的話空心眼孔徑大些能更好的為掏槽眼爆破提供增大自由面效果。

（6）選用適當(dāng)?shù)难b藥量。在巖巷爆破中，炮孔裝藥量直接關(guān)系到爆破的成巷效果以及爆破產(chǎn)生巖塊的拋擲距離。在對炮孔裝藥量進(jìn)行試驗(yàn)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，單個(gè)炮孔裝藥量增加，爆破后產(chǎn)生爆破漏斗的體積變化不大，這說明隨著裝藥量的增多，炸藥爆破產(chǎn)生的能量對巖體破壞變化不大，而是有更多的能量作用在了爆破巖塊的拋擲上。

（7）適當(dāng)?shù)呐谘坶g距。選擇合理的炮眼間距，可以適當(dāng)減小炮眼裝藥量，避免炸藥爆破產(chǎn)生的多余能量轉(zhuǎn)化為巖塊的拋擲動能，從而達(dá)到減小爆破拋擲距離的作用。

2 巖巷爆破短距定向拋擲實(shí)例

為驗(yàn)證硬巖巷道爆破短距定向拋擲研究效果，田陳煤礦在七二運(yùn)輸下山進(jìn)行了大量的爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)裝藥均采用反向連續(xù)不耦合裝藥。為保證炮眼施工精度，采用CMJ2-17全液壓掘進(jìn)鉆車施工鉆眼。

如圖1所示布置炮眼，掏槽方式采用直眼掏槽，掏槽眼深2200mm，左右眼距800mm。為保證掏槽眼爆破效果，沿掏槽眼中心線施工3個(gè)空心眼，直徑為78mm，打設(shè)的空心眼深2400mm。爆破采用一次裝藥，一次起爆的方式。經(jīng)多次試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)爆破后矸石的拋擲距離及散射面明顯變小，但偶有瞎炮出現(xiàn)，未能達(dá)到設(shè)定循環(huán)進(jìn)尺。繼續(xù)調(diào)整裝藥量，改變循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行試驗(yàn)，直至循環(huán)進(jìn)尺縮小為1.5m時(shí)效果明顯，能夠取得較好成巷效果，實(shí)現(xiàn)短距定向拋擲需求。機(jī)械設(shè)備約推后至距迎頭12m加以簡單防護(hù)，即可避免設(shè)備損壞，但循環(huán)進(jìn)尺為2.0m時(shí)，改變裝藥量仍無法保證成巷效果，且不能對矸石拋擲實(shí)現(xiàn)有效控制，制約了巖巷掘進(jìn)效率，不能滿足生產(chǎn)需求。

圖1 七二運(yùn)輸下山炮眼布置圖

為解決硬巖巷道中深孔爆破成巷和矸石拋擲效果不理想這一問題，對循環(huán)進(jìn)尺為2.0m繼續(xù)進(jìn)行爆破試驗(yàn)。在3個(gè)空心眼內(nèi)每個(gè)裝藥200g，用炮泥封堵，起爆順序在掏槽眼之后與二圈眼、三圈眼同步起爆。經(jīng)試驗(yàn)，在循環(huán)進(jìn)尺2.0m時(shí)，爆破成巷效果較好，但矸石拋擲距離太遠(yuǎn)，對設(shè)備威脅較大。多次現(xiàn)場試驗(yàn)后，只在2號空心眼內(nèi)裝藥200g進(jìn)行爆破，起爆順序與二圈眼、三圈眼同步，爆破成巷效果較好，且大大縮短了矸石拋擲距離，保證2.0m循環(huán)進(jìn)尺的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了矸石的短距定向拋擲技術(shù)。

3 “阻拋孔”減小拋擲距離效果

經(jīng)過對現(xiàn)場施工工藝的改進(jìn)，七二運(yùn)輸下山已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)進(jìn)尺2.0m，巷道一次起爆，巖塊拋擲距離控制在10～12m，對現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備危害較小。通過改進(jìn)施工工藝，創(chuàng)新提出了“阻拋孔”減拋法：在迎頭后打設(shè)底眼，少量裝藥，利用底眼爆破產(chǎn)生的爆生氣體與爆轟波降低爆破拋擲巖塊的動能。如圖2所示。

施工完迎頭炮眼后，在距迎頭1.5～2.0m位置處打設(shè)幾處底眼，底眼與底板成60°夾角，眼深500～800mm，少量裝藥，起爆順序與周邊眼相同，能更好地降低爆破拋擲距離。“阻拋孔”與周邊眼同步起爆，“阻拋孔”爆破產(chǎn)生的爆生氣體及爆轟波降低了迎頭爆破后拋擲巖塊的拋擲動能，使爆破后的巖塊堆積更加集中，同時(shí)并不阻礙爆破成巷效果。“阻拋孔”數(shù)目、深度、打設(shè)角度及裝藥量可以根據(jù)現(xiàn)場條件進(jìn)行優(yōu)化改變，且“阻拋孔”在底板的爆破，能夠保證巷道高度，平整巷道底板。

圖2 “阻拋孔”示意圖

4 結(jié)論

基于拋擲理論分析、爆破機(jī)理研究，結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定了田陳煤礦七二運(yùn)輸下山的爆破方案。采用直眼空心掏槽的炮眼布置方式，實(shí)現(xiàn)一次性光面爆破，提高了循環(huán)進(jìn)尺，達(dá)到硬巖巷道爆破短距定向拋擲的效果，配合巖巷快速作業(yè)線使用，發(fā)掘了設(shè)備潛力，優(yōu)化了施工工序，實(shí)現(xiàn)礦井巖巷炮掘安全生產(chǎn)。