近距離立體交叉巷道掘進施工中爆破作業的精細化管理

楊小明

（山西蒲縣蛤蟆溝煤業有限公司，山西 臨 汾 041200）

1 工程概況

蛤蟆溝煤業下組煤延深開采建設項目，新建主斜井井底清煤平巷巷道掘進施工，依據礦井初步設計，巷道布置在已成巷的11#煤甩車場下部巖層當中，巖性為灰色、致密、較堅硬的細粒砂巖，單項抗壓強度為23.3～42.2 MPa，單項抗拉強度為1.09～1.27 MPa，抗剪強度2.45～4.02 MPa，巖石硬度f=6～8，屬中等穩定巖層。清煤平巷巷道斷面形狀為半圓拱，掘進寬度3.7 m，掘進墻高1.5 m，與甩車場立體交叉區內，清煤平巷巷道頂板至甩車場巷道底板間距僅為6.2 m 左右。清理平巷與甩車場巷道平面、立面位置關系如圖1、圖2。

2 掘進方案

清煤平巷布置在較為堅硬的11#煤底板巖層當中，因EBZ160 型掘進機無法實現有效的切割作業，故選用鉆爆法組織掘進施工[1-5]。爆破材料為Ⅲ級煤礦巖石乳化炸藥Ф35×200 mm，單管藥卷重量0.2 kg，1-5 段毫秒延期電雷管。工藝流程為標定巷道中線→標定巷道輪廓線→定眼→鉆眼→爆破→臨時支護→出渣→錨網索+噴砼+U 型鋼密集架棚永久支護，循環進度1.0 m。甩車場巷道采用錨網索+噴砼聯合支護，因清煤平巷頂板至甩車場巷道底板層間距較小，加強爆破工序的施工組織管理，是確保施工安全和巷道成型質量的重中之重。

2.1 爆破管理

一般情況下，爆破施工作業設計較多的采用套用經驗公式和類比工程法，依據爆破對象的巖性、斷面形狀及尺寸大小、循環進度等要素，確定炮眼布置方式和裝藥量，編入《作業規程》后，即可實施爆破作業。現場管理方面，礦方安全管理人員也多依據《煤礦安全規程》、《爆破作業規程》等相關規定和要求，對“一炮三檢”、“三人連鎖”以及爆破警戒進行監督，屬較為粗放的管理模式。但在實際作業當中，常常出現爆破后爆轟波沖擊力大，導致巷道原有支護的支護強度損失嚴重，對巷道圍巖尤其是軟弱巖的失穩和破（斷）裂影響較大。分析原因，主要是爆破參數的設計為機械式的復制模式，制定后，不能及時地根據工作面巖性、巷道圍巖完整度和應力、支護結構物及構件受損、炮煙排除時間等情況的變化調整爆破參數。很顯然，這種常規的爆破作業模式很難滿足清理平巷與甩車場巷道立體交叉特殊施工的安全需要，有必要實施更為精細化的爆破作業管理。

2.2 爆破設計及優化

實施優良爆破工程質量的前提是科學、合理、可靠的爆破設計，針對清煤平巷工作面巖性特點以及斷面形狀和尺寸，依據爆破理論，進行爆破原始工程條件的經驗設計，具體參數詳見表1（原始爆破參數）。經過工程實踐，分別進行了第二次爆破參數修改、第三次爆破參數修改，最終確定爆破各參數實施量。

圖1 清煤平巷與車場巷道平面關系示意圖

圖2 清煤平巷與車場巷道立面關系示意圖

表1 原始爆破參數

2.2.1 第一次爆破效果評價及分析

第一次爆破掏槽采用楔形掏槽，爆破參考進尺3 m。爆破后，巷道成型質量較差，周邊眼眼痕率35%；巷道斷面輪廓線上均出現80～120 mm 的欠挖量，且工作面平整度差，巷壁出現新生裂隙較多，間距550～700 mm，裂隙深度影響在200～350 mm；爆落巖塊塊度較大，平均350 mm，最大410 mm；炮煙（塵）延續時間將近18 min；安裝在爆破地點30 m 范圍內以及上部車場巷道的MCZS-100 錨桿測力計顯示，錨桿載荷普遍增加了3～5 kN。

原因主要是：眼距和光面層厚度設計較大，光面爆破密集系數m=1.4 偏大；鉆眼施工中打眼定位不準，打眼方向控制不到位，眼底位置均不在輪廓線上，周邊眼（包括底眼）距巷道輪廓線150 mm設計過大；掏槽眼設計不合理，掏槽區形成爆破漏斗，破碎不良，導致大直徑巖塊較多；采用1-4 段毫秒電雷管，以及單孔裝藥系數a2過大，放炮產生的震動和沖擊波能量過于集中。

2.2.2 第二次爆破效果評價及分析

第二次爆破時采用單空孔型直眼掏槽，并增加4 個擴槽眼，眼距L=200 mm，a2=0.7，其他參數見表2（第二次爆破改進參數）。爆破后，有效降低了掏槽區爆破漏斗的形成范圍；減小各圈圈距和眼距，相對增加炮眼數目后酌情降低裝藥系數，同時增加了雷管段位至Ⅴ段間隔爆破，有效降低了集中爆破對附近巷道及上部車場巷道圍巖震動影響，MCZS-100 錨桿測力計顯示，錨桿載荷增加量普遍為1～1.5 kN；爆破后工作面堆矸比較集中，沖擊波對臨近巷道支護體的破壞變形量明顯降低（U 型架未出現明顯的位移和變形），破碎的巖塊塊度也比較均勻，最大塊度直徑≤300 mm；炮煙（塵）延續時間將＜15 min，周邊眼距巷道輪廓線100 mm，光面爆破密集系數m=0.8，每循環眼痕率＞70%，巷道成型質量較好，斷面尺寸未出現較大偏差，整體爆破效果較好，爆破參考進尺5 m。缺點是有片幫現象，針對此情況進行第二次爆破設計改進。

表2 第二次爆破改進參數

2.2.3 第三次爆破效果評價

第三次爆破時主要對爆破順序進行了改進，兩底腳眼的裝藥系數比其他底眼少30%，并且在起爆順序上比其他底眼延遲一個段位，與周邊眼同時起爆，有效避免了巷道兩幫爆破后片幫現象，整體爆破效果比較理想。具體爆破參數見表3（第三次爆破改進參數）。

表3 第三次爆破改進參數

3 結論

第一次爆破時，爆破參數設計主要為經驗公式計算，爆破質量對巷道成型影響以及巷道圍巖整體性破壞較大。 經過第二次改進后，絕大多數的不良影響基本消除，尤其是基本保證了巷道成型質量和圍巖的完整。第三次爆破設計通過對各圈眼起爆順序的改進和個別炮眼裝藥系數的微調，取得了非常理想的爆破效果。

在此次近距離立體交叉巷道爆破掘進管理中，總結的工程實踐經驗主要有以下幾點：

（1）造成爆破震動和爆破沖擊力過大是由于在炮眼眼距、圈距過大的情況下，單孔裝藥量也比較大，同時雷管段位使用不當，起爆時間過于集中也是重要的影響因素。

（2）眼痕率低主要是周邊眼打眼定位不準，眼孔方位控制不嚴，眼底位置偏差大，眼孔角度不合理、設計過大。

（3）破碎巖塊體積和尺寸過大主要是因為掏槽形式、圈距、眼距以及裝藥系數設計不合理，形成爆破漏斗所致。

（4）在此次爆破作業過程中，除了爆破設計缺陷造成的不良影響，打眼工不能夠嚴格按照爆破設計的眼位、眼孔方位精準操作，班干部、技術員不能嚴格執行工序驗收制度，實施嚴格的炮眼鉆孔質量驗收和爆破后效果檢驗，未實施精細化爆破施工的勞動組織管理也是一個非常重要原因。

因此，要取得理想、可靠的爆破施工效果，必須加強技術和施工組織兩方面的管理工作。一是結合工程實際條件進行同步的爆破施工設計及優化，二是實施更為精細的爆破施工勞動組織管理。