岩巷中深孔爆破合理掏槽型式的确定.pdf

技术经验 岩巷中深孔爆破合理掏槽型式的确定 张德琦1， 田会礼2 （1 辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001； 2 河北工程学院， 河北 邯郸 056038） 摘要 直眼掏槽爆破槽腔的形成过程分为岩石破碎和破碎岩石抛掷两个阶段， 本文结合直眼掏 槽破岩机理和工业试验， 对岩巷中深孔爆破中的掏槽爆破进行了研究， 得出了适用于试验巷道合 理的掏槽型式。 关键词 岩石巷道； 中深孔爆破； 掏槽型式 中图分类号 TD235.4文献标识码 B 文章编号 1003 - 496X （2005） 05 - 0030 - 03 在井巷掘进爆破中， 每循环都必须首先掏槽， 为 大量的继爆炮孔创造破碎补偿空间和自由面。岩巷 掘进影响进尺的关键因素就是掏槽爆破， 要提高炮 眼利用率， 就应首先选择合理的掏槽型式和掏槽参 数。因此， 掏槽爆破是井巷爆破技术中的主要难点 和关键。多年来双鸭山矿业集团双阳煤矿在岩巷掘 进中普遍采用 1.5 m 的浅孔爆破， 月进尺一直徘徊 在 50 ～ 60 m， 而且成巷质量差， 支护费用高， 造成采 掘接续紧张。后来在原有设备条件下进行了中深孔 爆破试验， 取得了一定成功 〔1〕 。但由于凿岩难度大， 工人劳动强度大， 为改善这种现状， 矿方投资购置了 阿特拉斯科普柯凿岩台车， 侧卸式装岩机， 为实施中 深孔爆破， 创造了良好条件。 1直眼掏槽破岩机理 井巷掏槽爆破一般分为直眼掏槽和斜眼掏槽两 种。对于中深孔爆破， 由于斜眼掏槽的应用受到巷 道断面宽度的限制， 所以必须采用直眼掏槽方式。 其突出优点是眼深不受巷道断面的限制， 并利于机 械化钻孔和多台钻机同时作业； 其最大缺点是向工 作面方向的抛渣能力很弱。从技术难易程度上来 讲， 直眼掏槽较为复杂， 要求严格。直眼掏槽爆破实 际上是单自由面下具有一定排列规律和起爆时续的 柱状药卷装药的一种群孔爆破 〔2〕 。它的特点是炮眼 间距小， 炸药单耗高， 抛掷排渣困难。研究表明， 槽 腔在形成过程中， 大体可分为两个阶段 第一阶段， 爆炸冲击波对岩石进行粉碎性破碎， 即破碎过程； 第 二阶段， 爆生气体余压膨胀， 从而将已破碎的岩石抛 出腔外， 即抛掷排渣过程。 对于掏槽爆破来讲， 保证槽腔成型质量及提高 其清洁度是很重要的。根据槽腔形成机理， 掏槽眼 爆破后， 只有装药上端部炸药 （即等效集中装药） 使 岩石破碎， 形成弱抛掷， 产生爆破漏斗， 而柱状装药 则仅产生挤压破碎作用， 只有极少的能量用于岩石 的抛出， 绝大部分破碎岩石仍滞留于掏槽眼内， 这对 后继辅助眼和周边眼的爆破极为不利。为使槽腔体 积大而干净， 并克服岩石的 “再生” 现象， 在掏槽部位 中心钻一同直径 （或较大直径） 超深 200 ～ 300 mm 的 空孔， 不用堵塞， 在中空孔中适当装入一定量、 延迟 起爆的炸药， 以加强抛掷作用。它不仅起到一般空 孔的作用， 提供临空面和破碎补偿空间， 而且还能把 装药孔破碎的岩石， 进一步破碎抛出槽外， 从而加大 掏槽的有效深度与体积。 2直眼掏槽爆破参数的确定 2.1掏槽眼间距确定 一般直眼掏槽均布置空孔， 作为首爆炮孔的自 由面和破碎膨胀空间。首爆炮孔爆炸后， 其柱状冲 击波或应力波在岩体介质中引起破坏， 其破坏区域 可分为粉碎区、 破裂区以及弹性区 〔3〕 。因此， 在掏槽 设计时， 主要以柱状装药在介质中产生的破碎区大 小为依据确定孔距 〔4〕 。对于井下小直径炮孔装药爆 破所产生的破碎圈半径通常为孔径的 3 ～ 5 倍， 即掏 槽眼间距应设计为孔径的 3 ～ 5 倍。同时应保证炮 孔的堵塞长度和质量， 堵塞长度不应小于孔间距的 1.5 倍。这样才能保证反射引起的爆生气体能量释 放前， 将孔间岩石在爆炸应力波作用下完全被挤压 破碎。 03 第 36 卷 第 5 期煤 矿 安 全2005 年 5 月 2.2掏槽药量 根据掏槽爆破要求， 爆后要将槽腔内岩石充分 破碎并抛出， 因此， 装药量较其它炮孔要大。直眼掏 槽药量的经验计算公式为 〔3〕 Q 3 ﾍqLbρ0/ N （2） 式中Q 为单个槽孔装药量， kg； Lb 炮眼长度， m； ρ0 炸药密度， g/cm3； N 为装药掏槽眼数， 个； q 炸药单耗， kg/m3， 取 26 ～ 32 kg/m3， 软 岩取小值， 硬岩取大值。 3选择掏槽型式的试验情况 掏槽爆破效果受多方面因素的影响， 如岩石特 性、 炸药性能、 操作技术水平等， 如何根据该矿的具 体情况， 通过试验选择适合的直眼掏槽爆破型式是 本次试验研究的重点。试验巷道为双阳煤矿 - 450 左翼大巷， 位于中细砂岩中， 岩层完整性较好， 岩石 硬度系数 f 8， 掘进断面15.3 m2。钻眼机具为阿特 拉斯科普柯双臂液压凿岩台车。根据厂家提供的说 明书， 当钻眼深度为 3.0 m 时， 凿岩台车达到最佳工 效。由于该矿以前从未进行过眼深达 3.0 m 的中深 孔爆破， 因此试验时在巷道断面单独进行掏槽试验， 以便找出适合于双阳煤矿巷道岩石特性的掏槽方 式， 然后再应用于全断面一次爆破。直眼掏槽若选 用较大直径的中空孔， 爆破效果相对较好， 但钻车需 更换大直径的钻头， 比较费时， 故在试验时掏槽眼均 采用直径为42 mm 的钻头钻眼。试验爆破器材采用 2 岩石硝铵炸药， 5 段毫秒电雷管。 试验初期分别选取了如图 1 所示的三角分阶分 段掏槽、 菱形掏槽、 正方形抛射掏槽 3 种型式分别进 行试验。 图 1 试验选用的掏槽型式示意图 通过试验发现， 由于掘进巷道岩石坚硬， 完整性 较好加之掏槽眼较深， 以上几种方式掏槽区域范围 小， 岩石的夹制作用非常大， 掏槽爆破效果不理想。 根据试验中出现的问题， 在正方形抛射掏槽的 基础上， 形成了复式桶形直眼掏槽方式。该方式掏 槽区域范围较大， 在中空眼中装延时起爆的炸药可 起到抛掷排渣的作用。复式桶形掏槽共布置 9 个炮 孔， 其中1 ～ 8 为正常掏槽眼， 深3.0 m， 孔径44 mm ， 9 号眼为空眼， 超深 300 mm， 在其底部装 2 卷药， 不 用堵塞。1 ～ 4 号眼采用 1 段毫秒雷管起爆， 5 ～ 8 号 眼采用 2 段毫秒雷管起爆， 中心抛射眼采用 3 段毫 秒雷管起爆， 以加强抛渣。具体布置见图 2， 图中数 字代表炮眼编号， 通过计算， 确定 a 为 150 mm， b 为 200 mm。 图 2 复式桶形掏槽示意图 13 第 36 卷 第 5 期煤 矿 安 全2005 年 5 月 试验结果表明， 对于该巷道的岩石情况， 比较而 言， 复式桶形直眼掏槽掏槽效果较好， 炮眼利用率达 95以上。多种掏槽爆破的试验结果见表 1。 表 1 掏槽爆破试验结果 掏槽方式 炮眼深度 /m 槽眼个数 /个 装药量 /kg 爆破效率 / 三角分阶分段 掏槽 1.5 （浅） 3.0 （深） 7681.3 双空眼菱形掏槽3.064.267.1 正方形抛射掏槽3.054.572.8 复式桶形掏槽3.096.595.2 表中爆破效率为多次试验的平均值。 4结语 岩石巷道掘进， 掏槽爆破是关键。在掏槽型式 的选择时， 应考虑掏槽型式简单、 工人容易掌握的原 则。通过试验研究表明， 复式桶形掏槽方式完全适 合双阳煤矿 - 450 左翼大巷中深孔爆破。掏槽爆破 后形成槽腔较深， 炮眼利用率达 95以上。该掏槽 型式较其它几种型式的直眼掏槽炮眼数目多几个， 掏槽爆破区域较大， 且爆破后形成的槽腔较深且干 净， 可为后继辅助眼及周边眼的爆破创造较好的自 由面及破碎膨胀空间， 从而使循环进尺达到理想水 平， 其优越性是显著的。直眼掏槽对钻孔精度要求 高， 必须保证钻眼位置和角度的精确度， 做到 “快、 准、 直、 齐” 。需要对凿岩台车操作人员强化培训， 提 高工人技术素质。 参考文献 〔1〕 田会礼， 周茂普. 大断面岩巷中深孔爆破试验研究 〔J〕 . 煤炭工程， 2004，（9） 62 - 64 〔2〕 陈士海. 现代钻爆理论与技术 〔M〕 . 北京 煤炭工业出 版社， 1998.23 - 40 〔3〕 王文龙. 钻眼爆破 〔M〕 . 北京 煤炭工业出版社， 1984. 211 - 248 〔4〕 宗琦， 张国勇. 岩巷掘进中深孔爆破中的掏槽和光 爆问题 〔J〕 . 淮南工业学院学报， 2001，（21） 18 - 21 作者简介 张德琦 （1963 - ） ， 男， 汉族， 辽宁石油化工大 学副教授， 工学硕士， 职业技术学院教学副院长， 先后在 阜 新矿业学院学报 、东北煤炭技术 等杂志发表论文多篇。 （收稿日期 2005 - 01 - 25 “ “ “ “ ； 责任编辑 梁绍权） 简讯 加大事故查处力度 4 月 5 日， 李毅中在国务院新闻办召开的新闻发布会上强调， 要公正、 严格执法， 加大事故查处力度。 李毅中说， 最近发生的五起煤矿特大瓦斯爆炸事故， 都是由于无视国家法律、 无 视政府监管、 无视矿工生命， 非法开采、 违法生产造成的， 也暴露了一些地方煤矿安全 监管不扎实、 执法不严格、 责任不落实、 措施不到位等突出问题。 李毅中在发布会上申明安监总局的态度 第一、 支持地方政府加大严惩力度。对 违法矿主和直接责任人依法追究刑事责任， 加大行政处罚力度， 提高事故赔偿标准， 实行行政问责制， 严查公务人员失职渎职和事故背后的腐败问题。第二、 认真组织并 督促地方政府和煤矿企业， 以瓦斯治理为重点， 抓紧抓实煤矿安全整治的各项措施。 第三、 针对事故多发的深层次原因， 如经济增长方式落后、 行业管理弱化、 人才流失， 素质下降等问题， 我们要通过调查研究， 提出建议， 并积极呼吁， 促使问题的解决。 23 第 36 卷 第 5 期煤 矿 安 全2005 年 5 月