中深孔爆破技术在邢东矿大断面岩巷掘进中的应用

白忠胜，潘长春，李 清，李喜柱，赵 晶

(1.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院，北京 100083；2.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院，北京 100083；3.冀中能源股份有限公司，河北 邢台 054000)

邢东矿是一个现代化大型矿井，岩巷施工采用钻眼爆破施工工艺。炮眼设计深度多为1.6～1.8m，实际循环进尺1.5～1.6m，属浅孔爆破，平均月进尺仅为80～90m，这样远远满足不了采掘要求。因此，提高岩巷掘进速度，实现高效快速掘进，保证采掘正常衔接和矿井的可持续发展，是邢东矿亟待解决的问题。根据实际调查研究和查阅学习国内外先进经验，采用中深孔爆破是解决开拓紧张的有效途径。运用中深孔爆破技术，可以增大循环进尺，提高耙斗装岩机的有效工时利用率和生产效率，减少辅助作业时间比例，有利于提高掘进速度和工效。

该矿-760轨道大巷延伸工程是矿上的重点工程。-760轨道大巷延伸段所穿岩层为砂质泥岩、粉砂岩；岩性以砂质泥岩为主，深灰色、厚层状、性脆、平坦状断口、易风化，岩石硬度系数为f=5～6。该大巷断面为半圆拱形，巷道净宽为4.3m，净高为3.7m， 净断面13.94m2，掘进荒断面14.93m2。施工中，采用锚网喷加锚索的支护方式。

1 爆破参数设计

爆破参数主要包括炮孔参数(深度、直径、间距和角度等)、装药参数(药卷直径、装药量和炸药品种等)和起爆方式(正(反)向起爆、雷管段数、起爆顺序等)。这些参数的设计影响因素很多，主要有岩石性质、巷道断面大小、循环作业方式、炸药威力、设备配套和工人技术水平等等。并且这些参数之间又相互影响相互作用，导致目前爆破参数的设计过程中经验法仍占主导地位。其中，作为中深孔爆破技术最核心的参数之一炮眼深度的选取，需要考虑装药的不耦合系数、各炮眼的最小抵抗线，以及炮眼间距布置等问题，还必须结合具体的施工条件，综合分析和试验再进行确定。且中深孔爆破要求岩石具有自稳定能力，即安全空顶距，则岩石硬度系数越大、裂隙越不发育，中深孔爆破技术就越适合[1]。根据现场多次试验和优化，总结出适合上述岩性的爆破参数。

1.1 炮孔直径

采用CMJ-17型液压钻车打眼，配用长度为2.8m、直径为22mm的中空六角钎杆。采用1～5段煤矿许用毫秒延期电雷管，最后一段延期时间不超过130ms，其脚线长2.5m。MFB-200直流型发爆器，矿用二级乳化炸药。

由于岩巷埋深较大，且炮孔深度较大，围岩夹制作用更加明显。所以，掏槽眼、辅助掏槽眼、中心眼的炮孔设计直径和选用的炮卷直径较原设计要大。同时，若仍继续采用小直径药卷用于中深孔爆破，会由于“管隙效应”产生拒爆现象。设计掏槽眼、辅助掏槽眼、中心眼的炮孔直径为42mm，药卷直径为35mm；其他炮眼仍采用直径27mm的药卷。这样通过增大药径和不耦合装药系数，延长爆炸应力波的作用时间，提高爆破效果。

1.2 掏槽方式

中深孔爆破的关键是掏槽眼爆破是否成功，以往岩巷中深孔爆破主要采用直眼掏槽[2]。但从爆破角度讲，直眼掏槽对钻孔质量要求极高，掏槽眼间距对掏槽爆破的影响很大，稍有偏差即可造成“冲炮”或“拒爆”现象，导致掏槽失败，即对现场施工水平要求相当高，现场施工难度较大；其次，应用直眼掏槽必须增加一定数量的空孔，才能达到一定的掏槽效果，这样就增加了钻眼数量和钻眼时间；再则掏槽眼所需的装药量大，经济效益低。鉴于以上问题的存在，为克服直眼掏槽的不足，在大断面岩巷掘进中，采用复式楔形掏槽中深孔爆破技术[3]。在邢东矿-760轨道大巷延伸工程掘进工作面，采用双楔形掏槽，布置三对楔形掏槽眼和两对辅助楔形掏槽眼，中间加2个中心眼。

1.3 炮眼深度

炮眼深度是确定掘进循环劳动量和工作组织的主要钻爆参数，它基本决定了各工序的作业时间长短以及当班循环是否能够顺利完成[4]。设计炮孔深度宜根据现场试验、施工水平及地质条件等综合考虑。邢东矿轨道大巷采用掏槽眼深2.4m，中心眼深度为2.6m。中心眼的垂直深度比掏槽眼、辅助掏槽眼深100～200mm；掏槽眼、辅助掏槽眼的垂直深度比周边眼、二圈眼、三圈眼深0～100mm；周边眼间距300m，抵抗线500m，崩落眼、二圈眼间距分别为700m、550m，抵抗线分别为550m、650m。

1.4 装药结构和起爆顺序

起爆药包的位置决定着炸药起爆后爆轰波的传播方向，也决定了爆轰气体的作用时间。理论和实验表明，在有良好堵塞的情况下，采用反向起爆时，炸药产生的冲击波和爆生气体的能量多用于对炮孔壁的破坏，大大降低了爆生气体从炮孔中喷出的数量。为提高掏槽效果和炮眼利用率，全岩巷道掘进采用反向装药结构；遇煤层时，采用正向装药结构。

全岩巷道掘进采用全断面一次装药、一次起爆。在成组药包爆破时，先起爆的药包为后续起爆药包创造自由面。为了使掏槽彻底，先给其它药包提供一个自由面。三对掏槽眼用一段雷管起爆，二对辅助掏槽眼、中心眼用二段，其它炮眼的段数由内往外依次排下去。中心眼主要起后续抛渣的作用，所以适当装入一定量炸药，有利于提高槽腔的成型质量及底部破岩能力，扩大槽腔体积，加深掏槽有效深度。

炮眼布置见图1，爆破参数见表1。实际爆破参数应根据岩性做相应小调整，以实现最好爆破效果、增产提效的目的。

图1 炮眼布置图

表1 爆破参数表

2 施工技术保证措施

(1)坚持交接班制度，并按作业规程设计要求进行施工，确保每班完成一个正规循环。

(2)要严格按爆破图表布置炮眼。打眼前，应画好轮廓线，确定好周边眼位置；打眼工必须经过专门培训。打眼时，应先打一个与激光平行的炮眼，并插入炮棍做导向，以便控制炮眼角度，保证炮眼角度符合设计要求。

(3)打眼工序要充分利用大断面作业环境，需精心调配凿岩机的布置，定人、定钻、定眼位，每个打眼工固定眼位，责任到人。

(4)采用反向装药结构，每眼至少使用一袋水炮泥，封泥量一定要满足规定要求，掏槽眼用炮泥填满封实，连线方式一律采用大串联。

(5)施工时，巷道坡度应严格按腰线控制。

(6)雷管使用前，必须进行导通测试并编组，否则不准使用，以防止出现瞎跑。

3 应用效果

原循环作业方式中，炮眼深度1.8m，循环进尺1.5～1.6m，每班完成一个循环，三掘两喷，日平均成巷进尺4.6m，每月平均进尺85m左右。-760轨道大巷延伸工程采用中深孔爆破后，循环进尺提高到2.0m，月进尺得到显著提高，达到120m。详细爆破效果见表2。

采用双楔形掏槽全断面中深孔爆破掘进工艺，在炸药、雷管、喷料、钎头费用等方面则比原消耗少，经计算，巷道平均每米进尺节约费用101.87元。施工成本降低，工程质量优，安全无事故，实现了优质、快速、安全、高效施工。后来，邢东矿引进更高效先进机械设备和优化施工工艺，采用液压钻车打眼，挖斗装岩机扒矸，皮带配合水平矸石仓和矿车出矸，及二次支护等工艺，实现日均进尺8.0m，月进尺最高达到151m的炮掘最高历史记录。

表2 爆破效果表

4 结论

结合邢东矿的现场实际情况，采用中深孔爆破技术，主要从炮孔深度、掏槽方式、中心孔的设置和周边光面爆破等方面进行优化分析，大大提高了单进水平和巷道成型质量，大大提高了岩巷掘进速度。该技术在邢东矿得到了很好的推广和应用，取得了良好的经济效益。文中提到的所有工艺和爆破参数，是面向邢东矿区的现场实际情况和地质条件研究的，对于国内其他具有类似生产情况的矿井建设单位具有参考和指导意义。

[1] 徐颖,张平,张登龙. 岩巷掘进中深孔爆破技术探讨[J]. 建井技术,2001,22(5):34-36.

[2] 裘士军,刘现贵,满为民. 采用直眼菱形掏槽中深孔爆破技术实现岩巷快速掘进[J]. 煤炭技术,2001,20(11):28-30.

[3] 杨仁树,胡坤伦,肖同社,等. 提高煤矿深部岩巷掘进爆破效率的试验研究[J]. 煤矿爆破,2005(3):1-4.

[4] 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,2001(1):7-11.