岩巷长钻孔大空眼中深孔直眼掏槽爆破新技术.pdf

第2 9 卷第3 期 爆破 V o l 2 9N o 3 2 0 1 2 年9 月B L A S T I N GS e p ．2 0 1 2 ■_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ ●_ _ _ _ _ _ _ ■■_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ■●●●_ _ - _ _ _ _ ●_ _ _ - ●_ _ I ■■_ _ _ _ ●_ _ _ _ _ _ _ _ ●●_ d o i 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 4 8 7 X ．2 0 1 2 ．0 3 ．0 1 4 岩巷长钻孔大空眼中深孔直眼掏槽爆破新技术 蒲文龙，张国华，毕业武 黑龙江科技学院安全工程学院，哈尔滨1 5 0 0 2 7 摘要我国煤矿岩石巷道多采用浅眼小循环钻爆掘进方式，循环进度小、月进尺低，严重影响巷道5 - 程进 度并造成采掘接替紧张，不利于当前煤矿高产高效生产目标的实现。通过对“掘前必探”的现场施工存在弊 端的分析，结合“一孔双用”的技术目标，创造性提出“超长钻孔大直径空眼导向中深孔直眼掏槽新3 2 艺”，开 拓岩石巷道中深孔爆破大循环进尺的新局面，是岩巷钻爆法施工技术的一次革新。现场试验证明，该项技术 具有良好的经济技术效益，可在我国煤矿岩巷工作面进行推广使用。 关键词超长钻孔；大直径空眼；定向钻进；直眼掬槽 中图分类号T D 2 3 6 文献标识码A 文章编号1 1 3 0 1 4 8 7 X 2 0 1 2 0 3 0 0 5 8 0 3 N e wP a r a l l e lC u tB l a s t i n go fS t o n eD r i f tw i t hL o n g a n dL a r g eE m p yB l a s t h o l e P UW e n l o n g ，Z H A N GG u o h u a ，B IY e 一协u H e i l o n g j i a n gS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yI n s t i t u t e ，H a e r b i n15 0 0 2 7 ，C h i n a A b s t r a c t T h ea d v a n c em e t h o do fd r i l l i n ga n db l a s t i n gw i t hs m a l lh o l ea n dm i n o rc y c l ew a su s e di nm o s to fd o m e s t i cc o l l i e r ys t o n ed r i f ta d v a n c e m e n t ，f o rt h el o ww o r ke f f i c i e n c y ，w h i c hd i r e c t l yi n f l u e n c e st h ep r o g r e s so fr o c kd r i f t a d v a n c e m e n ta n dp r o d u c t i o n s ．C o m b i n e dw i t ht h et e c h n o l o g yo fd u a l - p u r p o s ef o roneh o l e ，t h en e wt e c h n i q u eo fp a r - a l l e lc u tb l a s t i n gw i t hs u p e rl o n ga n dl a r g ee m p t yd r i l l i n gb l a s t h o l ew a sp u tf o r w a r df i r s t l y ．T h et e s t sp r o v e dt h a tt h i s t e c h n o l o g yh a se c o n o m i ca n dt e c h n o l o g i c a lb e n e f i t s ，w h i c hcanb ea p p l i e dt ot h ec o a lm i n ei no u rc o u n t r y ． K e yw o r d s s u p e rl o n gb l a s th o l e ；l a r g ee m p yh o l e ；d i r e c t i o n a ld r i l l i n gp a r a l l e lc u t 1 概述 在我国煤矿岩石巷道掘进主要有2 种作业方 式一种为钻爆法施工，另一种为机械掘进施工。我 国岩石巷道机械化掘进程度很低，钻爆法施工由于 具有良好的适用性是我国目前主要的一种岩石巷道 掘进方式引。但是，由于煤矿巷道掘进爆破作业仅 有一个自由面，岩石夹制作用大，爆破作业条件差， 再加上传统的小循环斜眼掏槽方式，造成我国煤矿 收稿日期2 0 1 2 0 3 2 7 作者简介蒲文龙 1 9 7 7 一 ，男，黑龙江省讷河市人，黑龙江科技学 院安全工程学院教师，讲师，主要从事煤矿围岩控制与灾 害防治、矿山爆破安全等方面的教学与科研工作， E m a i l p w l M - 5 1 1 2 6 ．c o r n 。 岩石巷道在进尺方面往往难尽人意。根据相关资 料，我国煤矿岩石巷道多采用浅眼小循环钻爆掘进 方式，炮眼深度约1 ．8m ，循环进尺1 ．5 1 ．6m 左 右，月进尺5 5m 左右。随着我国煤矿高强度、机械 化开采程度的提高，传统的钻爆法施工需改进，必须 采用中深孔爆破技术解决当前被动的局面。 根据当前煤矿岩石巷道钻爆法施工工艺现状， 进行钻爆掏槽方式的大胆创新，提出“超长钻孔大 直径空眼导向中深孑L 直眼掏槽新技术”，旨在改变 当前斜眼掏槽槽口深度浅造成循环进尺小的现状。 2 中深孑L 掏槽方式分析与先进掏槽方 式确定 影响巷道掘进进尺的关键因素是掏槽方式‘6 j ， 万方数据 第2 9 卷第3 期蒲文龙，张国华，毕业武岩巷长钻孔大空眼中深孔直眼掏槽爆破新技术 5 9 掏槽方式不同，其效果和炮眼利用率也有所差异，因 此，必须选择合适的掏槽方式。 2 ．1 掏槽方式对比分析 掏槽孔也叫拔心孔是作业面最先起爆的一组炮 孔，利用它炸开一个槽口，为其他炮孔的爆破创造自 由面。实践表明，只有掏出的槽口达到设计的漏斗 深度，其他炮孔的爆破效果才有保障。掏槽眼的布 置形式有很多种类，归纳起来可分成斜眼掏槽、直眼 掏槽和混合掏槽3 大类。 下面对直眼掏槽和斜眼掏槽方式进行对比分析。 1 直眼掏槽炮眼深度不受巷道断面和岩性限 制，作用于岩体上的炸药能量较高且分布均匀，完整 坚硬岩石中炮眼利用率高，爆破循环进尺大。而斜 眼掏槽炮眼深度受断面大小限制，循环进尺小。 2 直眼掏槽打眼定位复杂，炮眼精度对掏槽 效果影响较大，并且在塑性变形岩石中爆破效果较 差。而斜眼掏槽在层理和裂隙发育的岩石中炮眼利 用率高，炮眼布置和爆出掏槽形状容易，炮眼精度对 掏槽效果影响相对较小。 3 直眼掏槽最大的特点为可充分利用空孔提供 爆破补充自由面、破碎岩石补偿膨胀空间，提高了直眼 掏槽爆破效果，而斜眼掏槽方式无法实现这一点。 综上所述，直眼掏槽和斜眼掏槽各有其优缺点，但 岩石巷道要实现大循环进尺应该选择直眼掏槽方式。 2 ．2 超长钻孔直眼爆提出背景及施工关键技术 随着国家对煤矿安全生产愈发重视，坚决杜绝生 产安全事故发生，我国煤矿相关文件要求必须执行 “掘前必探”。黑龙江龙煤集团公司要求岩巷超前探 眼长度不小于2 0m ，探眼个数不少于3 个；煤及半煤 岩超前探眼眼深不小于5m ，破碎带超前不少于7m ， 探眼不少于2 个。煤矿现场在执行这一刚性规定时 有现实问题超前探眼需要使用坑道液压钻机，而钻 机要移到掘进工作面，就需做许多辅助工作，如退出 耙装机或钻装机、掌子面矸石出干净和铺轨至工作 面，然后再移钻机、稳钻机、打钻孔、退钻杆和撤钻机 等一系列工作，完成超前探钻工作至少需要2d 的时 间。煤矿现场岩石巷道原本浅眼爆破单进就低，再加 上必须探钻造成的影响，造成现场巷道掘进循环慢、 单进低，严重制约煤矿高产高效目标的实现。 在这种政策背景下，创新性提出“超长钻孔大 直径空眼直眼爆破新技术”，即利用超前探眼做大 空眼实施直眼爆破，即实现“一孔双用” 地质探测 孔和直眼爆空孔 。大孔空眼作为首爆装药眼的辅 助自由面和破碎岩石的膨胀补偿空间，进而能够实 现大循环进尺。 施工关键技术为利用3 4 个小班，沿巷道中 线方向采用液压钻机，先用直径9 4n l l n 钻头一次完 成导向孔钻进，再利用大直径变径钻头扩孔至设计 目标位置作为大空眼，实施直眼掏槽爆破。钻孔长 度根据试验工程岩石巷道月进尺计划、围岩具体地 质条件、钻机能力和工人的技术水平综合确定，一般 可为6 0 ～1 0 0m 。 3 超长钻孔大直径空眼中深孔爆破关 键技术 结合东保卫煤矿实际围岩条件进行现场工业试 验，一5 0 0 西大巷巷道毛宽4 ．8m ，毛高4 ．4 5m ，设 计毛断面2 2m 2 。岩石为粉砂岩，坚硬系数为f 4 ～6 。该掘进区域属单斜构造，区域断层不发育。 超长钻孔大直径空眼中深孔爆破的关键技术主 要在2 大方面，一方面为沿巷道中线的保直定向钻 进技术，技术要求为钻孔沿巷道中线方向至设计深 度，百米偏离误差在1m 内；另外一方面为大直径空 眼条件下的直眼掏槽方式，技术目标为循环进度大 于2m ，炮眼利用率在9 0 ％以上。 3 。1 保直定向钻进施工工艺 目前国内受控定向钻进技术主要有稳定组合钻 具和孔底马达钻进工艺2 种施工工艺技术，而前者 在我国应用较多。稳定组合钻具对钻孔方向的控制 主要取决于其在前2 0m 长的钻柱上的稳定器的排 列位置。为达到控制钻孔倾角和方位角的目的，必 须在前端钻柱上配装3 ～5 个稳定器，根据各稳定器 位置的不同，可产生相应的稳向控制力。 3 ．1 ．1 钻孔结构设计 钻孔结构是指开孔至终孔孔身直径的变化。一 般来说，换径次数愈多，钻孔结构愈复杂；换径次数 少，则钻孔结构简单。现场工业试验钻孔目标任务 为实现大空孔预期定向钻进目标，为研究不同空孔 直径条件下最佳直眼掏槽爆破技术参数奠定基础。 根据现场实际情况，大直径长钻孔设计采用3 级结 构，即先用直径9 4m m 的钻头先导孔6 0m ，然后再 用直径为1 5 3m m 的钻头扩孔4 0m ，最后再用直径 为1 9 3m m 的钻头扩孔2 0m 。见图1 。 图l超长钻孔大直径空眼结构参数 单位n l n l F i g ．1 S u p e rl o n gd r i l l i n gl a r g ed i a m e t e re m p t y e y es t r u c t u r ep a r a m e t e r s u n i t m m 万方数据 爆破2 0 1 2 年9 月 3 ．1 ．2 稳定组合钻具形式 从以上拟定的3 次成孔工艺来看，钻孑L 轨迹控 制的关键在于先导定向钻孔的轨迹能否有效控制。 根据钻孑L 设计，先导钻孔采用保直钻进，以具有保直 作用的稳定组合钻具为主控制钻孔轨迹。由于东保 卫煤矿现有钻机型号为Z D Y 2 4 0 0 ，因此稳定组合钻 具为由西9 4m m 内凹先导钻头接稳定器再接外平 钻杆，见图2 。 l 一母9 4 m m 钻头；2 一咖9 4 m m 稳定器；3 咖7 3 ／r i m 钻杆 图2 施工所用稳定组合钻具结构图 F i g ．2 U s e db yt h ec o n s t r u c t i o n0 fs t a b l e 髂s e m b l ys t r u c t u r e 东保卫煤矿一5 0 0 西大巷超长钻孔大直径空眼施 钻采用保直定向钻进工艺，全方位多点测斜仪测量钻 孔轨迹。从测斜结果分析，实际钻孑L 比设计钻孔在 6 0m 处下偏0 ．4 5m ，钻孔轨迹在前3 0m 基本保直，总 体保直效果较好，实现预期定向钻进目标。工业试验 定向保直钻进采用的主要设备和配套器具见表1 。 3 ．2 眼掏槽方式及参数确定 3 ．2 ．1 直眼掏槽方式确定 根据现场实际创新提出大空孔直眼三圈桶形掏 槽方式由一个不装药的大直径空孔和围绕在它周 围的小直径装药炮孔组成，小孔到大孑乙的抵抗线较 小，爆破孔围绕着空孔呈桶形布置。装药孔3 圈分 别采用1 段、3 段和5 段毫秒延期雷管一次起爆方 式。见图3 。 表1 施钻用主要设备机具 T a b l e1E f f e c to fd r i l l i n gw i t hm a i ne q u i p m e n t ．．一装药孔；o 一空孔 图3 三圈桶形直眼爆破掏槽图 F i g ．3T h r e e J 骣b a 口e ls t r a ／够h t 亩eb l a s t i n g c u t t i n g 幽馨啦 3 ．2 ．2 大循环进尺合理炮眼长度确定 众所周知，随着钻眼深度的增加，钻进速度会明 显降低，根据东保卫煤矿当前1 ．8m 的炮眼深度增 加至2 ．5m ，对钻进速度影响不大，因此确定炮孔深 度2 ．4m 。为掌握不同大直径空眼孔径对直眼爆破 影响，现场进行工业试验，技术数据见表2 。 通过I 业试验．采用直径为大空孔直径为 由1 9 3m m 直眼掏槽爆破效果最好，循环进尺由原来 1 ．5 ～1 ．6m 能够提高到2 ．2 ～2 ．4m ，单次循环提高 了0 ．5 ～0 。6m ，月进尺由原来的5 0 ～5 5m 增加 8 0 8 5m ，进尺提高约6 0 ％，效果非常明显。东保 卫煤矿一5 0 0 西大巷工程全长为1 8 0 0m ，传统浅眼 爆破需要约3y 时间才能完成，而采用中深孔爆破 只需要约1 ．8Y ，经济效益非常显著。 4 结论 “超长钻孔大直径空眼导向中深孔直眼掏槽新 技术”是岩巷钻爆法施工技术的一次革新。通过该 技术在东保卫煤矿现场的实际应用，改变了该矿一 直沿用的浅眼爆破、小循环进尺造成单进低的被动 局面，开拓岩石巷道中深孔爆破大循环进尺的新局 面，解决该矿采掘接替紧张问题，保证该矿正常有 序、安全高进工作开展。此项技术具有良好的经济 技术效益。 下转第8 5 页 万方数据 第2 9 卷第3 期付天杰，王全杰，刘刚1 2 3m 双曲线冷却塔控制爆破拆除 8 5 梁部分的破坏很有必要，一方面有利于塔体的触地 解体破碎，一方面有利于降低塌落振动。 4 对爆破切口进行简化和优化可以减小爆破 量，加快施工进度。在爆破切口设计中，尽量减少钻 孔数量，简化并规范起爆网路。采用机械预处理方 式对缺口内的圈梁分断成多个小段，使塔壁失去完 整的底盘支撑，便于解体坍塌。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 付天杰，赵超群，梁儒，等．竖向切缝在高大冷却塔 [ 2 ] [ 2 ] 拆除爆破中的作用[ J ] ．工程爆破，2 0 1 1 ，1 7 4 5 8 6 2 ． F UT i a n - j i e ，Z H A OC h a o - q u n ，H A N GR u ，e ta l ，A p p l i c a t i o n o fv e r t i c a lc u ti nd e m o l i t i o nb l a s t i n go ft a l l c o o l i n gt o w e r [ J ] ．E n g i n e e r i n gB l a s t i n g ，2 0 1 1 ，1 7 4 5 8 6 2 ． i nC h i n e s e 夏卫国，武双章，唐勇．2 座1 1 0m 高双曲线冷却塔 爆破拆除[ J ] ．爆破，2 0 1 1 ，2 8 2 6 8 - 7 1 ． X I AW e i - g u o ，W US h u a n g z h a n g ，T A N GY o n g ．E x p l o s i v e d e m o l i t i o no ft w o11 0mh y p e r b o l i cc o o l i n gt o w e r s [ J ] ． B l a s t i n g ，2 0 1 1 ，2 8 2 6 8 - 7 1 ． i nC h i n e s e 上接第6 0 页 表2 不同孔径条件下直眼掏槽爆破参数对比表 。 、T a b l e2E f f e c to fd i f f e r e n td i a m e t e ro fp a r a l l e l - c u tb l a s t i n gp a r a m e t e r s 孔径／m m 眼距／m m 窒兰 二三 3 0 03 5 04 5 0 2 5 03 0 04 5 0 炮眼个数／个 1 圈2 圈 3 圈 81 0 1 6 81 11 6 1 圈 7 8 装药数／个 2 圈 6 7 3 圈 5 7 西1 9 3 西1 5 3 童 型 孔径／m m均循环进度／m总装药个数／个 三圈掏槽总装药量／k g 炮眼利用率／％ 参考文献 R e f e r e n c e s [ 4 ] 谷守生，孙磊，郭景秋．硬岩巷道中深孔爆破的实践 与认识[ J ] ．煤矿现代化，2 0 0 4 6 2 5 2 6 ． G US h o u s h e n g ，S U NL e n g ，G U OY i n g q i u ．P r a c t i c ea n d u n d e r s t a n d i n go fh a r dr o c kr o a d w a yi nm i d d l e d e e pb l a s h ． i n g 『J ] ．J o u m a lo fC o a lM i n eM o d e r n i z a t i o n ，2 0 0 4 6 2 5 - 2 6 ． i nC h i n e s e 宗琦，任军，关于巷道掘进爆破中的合理炮眼深 度和掏槽技术[ J ] ．煤矿爆破，2 0 0 1 1 7 1 1 ． Z O N GQ i ，R E NJ u n ．R e a s o n a b l eh o l ed e p t ha n dc u t t i n g t e c h n o l o g yo ft u n n e le x c a v a t i o nb l a s t i n g [ J ] ．J o u r n a lo f c o a lm i n eb l a s t i n g ，2 0 0 1 1 7 一1 1 ． i nC h i n e s e 林大能，陈寿如．直眼掏槽效率敏感因子的理论与试 验分析[ J ] ．煤炭学报，2 0 0 5 ，3 0 1 4 0 4 3 ． L I ND a - n e n g ，C H E NS h o u 1 3 1 ．T h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a la n a l y s i so fs e n s i t i v ef a c t o r sa b o 血s t r a i g h tc u tb l a s t i n g e f f i c i e n c y [ J ] ．J o u r n a lo f C h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 0 5 ， [ 4 ] [ 5 ] [ 5 ] [ 6 ] 3 0 1 4 0 ．4 3 ． i nC h i n e s e 单仁亮，周纪军，黄宝龙，等．巷道掏槽爆破影响因素 分析[ J ] ．煤炭科学技术，2 0 1 0 ，3 8 2 2 5 - 2 7 ，5 4 ． S H A NR e n l i a n g ，Z H O UJ i j u n ，H U A N GB a o l o n g ，e ta 1 ． A n a l y s i so fs l o t t i n gb l a s t i n gi n f l u e n c e f a c t o r so fm i n e ‘r o a d w a y [ J ] ．C o a lS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，2 0 1 0 ，3 8 2 2 5 - 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