聚能、定向爆破技術(shù)

單雄龍

摘 要：隨著煤礦采掘工藝和設(shè)備的不斷地提升，從傳統(tǒng)的炮采發(fā)展到現(xiàn)在的綜合機(jī)械化采煤，煤炭產(chǎn)量得到飛速增長;煤層掘進(jìn)巷道從傳統(tǒng)的爆破掘進(jìn)發(fā)展到現(xiàn)在的綜合機(jī)械化掘進(jìn)，巷道的掘進(jìn)進(jìn)度成倍增長。但是井下地質(zhì)條件復(fù)雜多變，掘進(jìn)同一條巷道時(shí)往往遇到煤層、巖層、半煤巖層等，巖巷掘進(jìn)的設(shè)備沒有太大的變化仍舊沿用打眼爆破掘進(jìn)巷道，從工程質(zhì)量方面和工程進(jìn)度方面，嚴(yán)重制約了煤炭企業(yè)的發(fā)展速度，如何提高巖巷的工程質(zhì)量和掘進(jìn)進(jìn)度是擺在我們面前的主要問題。

關(guān)鍵詞：聚能管;定向孔;壓縮區(qū);裂隙區(qū);震動區(qū)

0 引言

煤炭一直是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源，隨著我國煤炭需求的不斷增加，煤礦井下開拓巷道的工程量也不斷增加。由于井下地質(zhì)條件復(fù)雜煤巖層變化較大，在巖層開掘巷道時(shí)爆破掘進(jìn)仍是巖巷的主要掘進(jìn)方式。目前爆破掘進(jìn)巷道的施工方法主要是在爆破工作面打眼，除掏槽眼帶角度打入外，輔助眼、周邊眼都垂直巷道斷面。爆破時(shí)，掏槽眼、輔助眼、周邊眼依次起爆，其目的是利用掏槽眼爆破時(shí)形成的擴(kuò)大空腔增加了自由面有助于輔助眼、周邊眼的爆破，從而達(dá)到巷道的成形。但是在實(shí)際爆破作業(yè)中存在一些問題主要表現(xiàn)受煤、巖體的物理狀態(tài)和物理性質(zhì)的影響，如硬度、斷層、節(jié)理、層理、粘度、裂隙、彈性等的影響，巷道的工程質(zhì)量和進(jìn)度大幅度降低。

1 爆破原理及內(nèi)部作用：

當(dāng)藥包在煤、巖體中爆炸產(chǎn)生內(nèi)部作用時(shí)由于生成氣體和在煤、巖體中形成的應(yīng)力波作用，以藥包為中心，煤、巖體由里向外遭到不同程度的破壞。除在裝藥處形成擴(kuò)大的空腔外，還形成壓縮區(qū)、裂隙區(qū)和震動區(qū)三個(gè)區(qū)，如圖1所示：

①壓縮區(qū)：此處煤、巖體受高壓作用，結(jié)構(gòu)完全破壞而被強(qiáng)烈壓碎;

②裂隙區(qū)：因壓力下降，巖石不再被壓碎，而拉伸應(yīng)力起作用，形成徑向裂縫和環(huán)形裂縫交錯的區(qū)域;

③震動區(qū)：煤、巖體的結(jié)構(gòu)未受破壞，只發(fā)生震動，其強(qiáng)度隨距爆炸中心的距離增大而逐漸衰減，以致完全消失。

煤、巖層開掘的巷道主要是在爆破時(shí)以藥包為中心形成的壓縮區(qū)、裂隙區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的。通過爆破產(chǎn)生的高溫、高壓氣體，對壓縮區(qū)內(nèi)的煤、巖整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行完全壓碎;同時(shí)爆破還產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，對裂隙區(qū)內(nèi)的煤、巖整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行完全拉伸形成徑向裂縫和環(huán)形裂縫交錯的區(qū)域，使煤、巖整體成為碎塊。震動區(qū)對煤、巖體的結(jié)構(gòu)沒有任何破壞。

2 影響爆破效果的主要因素及造成的結(jié)果

煤、巖層是煤礦爆破工作的主要對象，它們的物理狀態(tài)和物理性質(zhì)對爆破造成很大的影響，影響爆破的主要因素表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①煤、巖體的粒度越細(xì)巖石越硬，越難于爆破;

②順著煤、巖層的層理爆破最容易使煤、巖體分裂成塊。煤、巖層中的節(jié)理為縱向裂縫，順著縱向裂縫爆破容易使煤、巖體裂開成塊;

③當(dāng)工作面方向與煤、巖層頂板的節(jié)理方向平行或近于平行，爆破時(shí)容易造成大面積冒頂;

④一般煤、巖層順著層理的粘結(jié)性較小，垂直層理的粘結(jié)性較大。爆破時(shí)煤、巖層粘結(jié)性較小的容易爆破，煤、巖層的粘性較大的很難爆破炸藥的消耗量就越大;

⑤煤、巖層的硬度越大，越難爆破;

⑥煤、巖體的彈性越大，越難爆破;

⑦越脆的巖石越易破碎;

⑧煤巖層的含水性越強(qiáng)，越容易爆破;

⑨煤巖層的含氣性越強(qiáng)，越容易爆破。

由于井下地質(zhì)條件復(fù)雜多變，在爆破作業(yè)過程中往往會遇到以上問題，造成的結(jié)果就是爆破后的巷道沿中線方向偏左或偏右超寬、超高、成形差、爆破后的渣大小不均勻運(yùn)輸困難等等，

3 聚能、定向爆破原理

為了解決以上問題采用聚能定向爆破技術(shù)，炸藥在起爆時(shí)能量主要從聚能管的各個(gè)小孔均勻釋放，避免出現(xiàn)“欺軟怕硬、見縫就鉆”的現(xiàn)象，做到能量均勻釋放以下是聚能管的結(jié)構(gòu)原理：

炸藥在聚能管內(nèi)起爆時(shí)能量主要從聚能管上的定向孔定向釋放出來。工作面各個(gè)位置安裝的聚能管的結(jié)構(gòu)原理各不相同，分為以下幾種，如圖2所示：

①左上角聚能管，在聚能管的270°～360°之間分別鉆三排定向孔，爆破時(shí)能量主要從定向孔釋放出來;

②頂部聚能管，在聚能管的180°～360°之間分別鉆五排定向孔，爆破時(shí)能量主要從定向孔釋放出來;

③右上角聚能管，在聚能管的180°～270°之間分別鉆三排定向孔，爆破時(shí)能量主要從定向孔釋放出來;

④左幫聚能管，在聚能管的-90°～90°之間分別鉆五排定向孔，爆破時(shí)能量主要從定向孔釋放出來;

⑤中部聚能管，在聚能管的0°～360°之間分別鉆八排定向孔，爆破時(shí)能量主要從定向孔釋放出來;

⑥右?guī)途勰芄埽诰勰芄艿?0°～270°之間分別鉆五排定向孔，爆破時(shí)能量主要從定向孔釋放出來;

⑦左下角聚能管，在聚能管的0°～90°之間分別鉆三排定向孔，爆破時(shí)能量主要從定向孔釋放出來;

⑧底部聚能管，在聚能管的0°～180°之間分別鉆五排定向孔，爆破時(shí)能量主要從這五排眼釋放出來;

⑨右下角聚能管，在聚能管的90°～180°之間分別鉆三排定向孔，爆破時(shí)能量主要從定向孔釋放出來。

由如圖2可以看出不同位置的炮眼，安放的聚能管也不同。每根聚能管上定向孔的方向與相鄰炮眼內(nèi)聚能管上孔定的方向彼此相對，爆破時(shí)能量沿聚能管的定向孔釋放，與相鄰炮眼內(nèi)聚能管定向孔釋放向的能量相對而行，聚能管的定向孔將爆破斷面連接成一張網(wǎng)格均勻的能量網(wǎng)，將斷面內(nèi)的煤、巖大小均勻的進(jìn)行破碎。

4 聚能、定向爆破技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

①解決了工作面出渣過程中遇大塊煤、巖的問題，特別對運(yùn)輸過程中的溜子、皮帶損害嚴(yán)重;

②解決了巷道沿中線方向偏左或偏右超寬、超高、成形差的問題，有利于巷道按設(shè)計(jì)的方向、形狀進(jìn)行施工，便于支護(hù)。