硬塑性红粘土层斜井高效爆破技术研究

吴信远

【摘 要】红粘土层的井巷施工的理论、技术和工程实践都较为缺乏，本文结合宁东矿区红石湾煤矿斜井掘进，解决了红粘土斜井爆破的凿岩机具设备配置，提出了适用于红粘土层优化的中深孔爆破方案，大大提高了红粘土层爆破效率，解决了红粘土层拒爆率高的技术问题，掘进速度比原有提高30%以上。

【关键词】斜井，中深孔爆破，红粘土层

1 引言

红粘土层广泛分布，以其特殊的物理力学性质区别于一般粘性土。从地表至基岩面，宁东矿区以坚硬、硬塑状态红粘土层为主在地表广泛分布，具有较大的塑性变形。红粘土钻爆相比岩石层爆破具有不同的特性，钻孔排粉困难，红粘土变形大，爆破参数设计要求严格，炮眼利用率低，爆破效率差。

巷道钻爆法的施工水平及技术经济指标受多种因素制约。由于红粘土特殊的工程特性，其施工水平及技术经济指标受多种因素制约，主要包括设备配置、施工组织管理以及钻掘工艺水平三方面，三者之间相互联系、相互制约。其中设备配置是最基本的影响因素，科学合理的施工组织是实现快速掘进的前提条件，钻掘工艺水平是影响掘进水平的关键。目前对于红粘土爆破的现场应用研究不多，施工中爆破技术和机械化配套仍存在一些不足，表现为掘进循环效率低，爆破效果差，炮孔拒爆率高，严重的拒爆率达到30%，严重制约红粘土斜井掘进效率。

2 斜井全断面中深孔控制爆破技术

采用全断面一次爆破成巷工序简单、协调方便、效率高，便于组织管理。主要爆破参数包括以下内容。

（1）掏槽方式。巷道掏槽爆破近似为逐段等效集中装药下单自由漏斗爆破，掏槽眼间距主要利用条形装药在介质中产生的破碎区大小为依据确定。为取得良好的掏槽效果，对于眼深在1.8m左右中深孔爆破，多采用多对斜眼的复式楔形掏槽方式，保证每对斜眼的孔底距在200mm左右。

（2）掏槽中心孔设置与作用。由于掏槽爆破夹制大，有部分红土层难以抛出，造成炮眼利用率较低，在掏槽眼内部设置中心孔，中心孔起爆后，可以克服红粘土的“再生”，能把掏槽孔破碎的红粘土抛出槽外，大大加深掏槽的有效深度，解决炮眼利用率低的问题。

（3）辅助眼和周边眼的布置。辅助眼和周边眼的作用主要是继续扩大掏槽，形成巷道轮廓。辅助眼距一般700mm，方向垂直于工作面，均匀地布置在掏槽眼与周边眼之间。辅助眼和周边眼的眼深应尽量一致，周边眼间距不宜过小，一般500mm，由于红粘土属于硬塑性，不同于岩石，周边眼药量可以适当加大，但也应考虑周边成型。

（4）炮眼深度。炮眼深度主要由试验要求、钻眼机具的凿岩能力及工人操作水平决定，还与爆后空顶距有关，空顶距直接影响围岩的支护和安全施工。基于快速掘进的需要考虑，循环进尺设计在一个班内能完成一个正规作业循环的所有工序。

3 红粘土层斜井高效掘进优化技术方案与工程实践

3.1 斜井基本技术特征与施工方案

红石湾煤矿斜井倾角250，穿越200m以上红粘土层，巷道断面为半圆拱形，掘进断面面积14.42m2，掘进高度3.9m、宽度4.1m。通过比较最后选用规格￠43mm梅花钻头、￠40×2200mm梅花钻杆。炸药采用矿用乳化炸药。支护材料为￠20×2200mm螺纹钢树枝锚杆、MSCK3540型及MSCK3535型的树脂药卷、￠18mm圆钢的钢带，网片为网孔100mm×100mm、规格￠6.5×1000mm×2000mm，噴射混凝土的水泥为PO42.5太西牌水泥，速凝剂采用北京迈克龙力牌，选用砂为中砂、米粒石5～10mm。临时支护采用￠75mm钢管制作。喷射混凝土厚度100?，锚杆间排距为800×800?。

根据设备性能、施工顺序、施工要求，全断面掘进的机械化作业线的主要设备有EZL-21/2型手持式气动钻机凿孔配麻花钻杆，MQB-50型手动手持锚杆钻机打锚杆孔，运输采用￠2.5mm绞车提升，6立方箕斗运输。

根据现场条件、设备配制及施工水平，采用“三八”制组织生产和“三班掘进、边掘边喷”的施工工艺。迎头采用全断面一次掘进，施工操作主要程序如下：迎头打眼→装药→放炮→敲帮问顶→初喷→排矸→浮矸台上锚网喷支护→排矸→支护两帮（滞后迎头两循环）。

为了充分利用掘进循环时间，在平巷快速掘进中积极采用多工序平行交叉作业。从整个平巷施工工序来看，主要是掘进、支护平行作业，而掘进主要是凿岩和装岩两个主要工序的平行作业。为充分利用大断面空间，采用“前面打眼，后面装车；前面施工，后面复喷；前面初喷，后面装车”作业方式。为更好提高工效和施工进度，工序安排原则上是能后放的尽量放后，使迎头集中力量掘进，从而加快岩巷施工速度。

3.2 红粘土层的爆破参数优化

现场调研发现原方案微差爆破技术实施不合理，爆破效果较差，炮眼利用率仅为70%左右，同时拒爆率高，残眼多，出现区域一般在断面上中部的崩落眼或周边眼上，基本情况是雷管响了，而炮眼内的炸药未起爆，循环进尺低，原有施工方案平均1.3m，拒爆率高导致全断面一个循环的爆破次数达到2次以上，有的甚至达到4次，降低了炸药爆轰的共同作用，炸药消耗量大。主要是由于槽眼布置的掏槽眼间距大、槽眼未超深、起爆顺序不合理等造成。通过对现场条件和爆破效果分析，该斜井急需解决的问题：（1）提高循环进尺；（2）控制抛掷量；（3）改善断面成型；（4）提高炮眼利用率；（5）降低爆破次数；（6）降低单位炸药消耗量；（7）降低炮眼拒爆率。

3.3 红粘土层的现场爆破效果比较

红石湾煤矿斜井掘进的红粘土层现场爆破试验前后历时近40天，主要从爆破参数上进行调整，辅助部分施工工序调整。通过改变爆破参数，加大打眼深度，打眼深度由以前的1.6m提高到1.8m；同时针对岩性特点，采用优化炮眼排列、角度、深度、装药量以及爆破顺序，炮眼利用率显著提高了，循环进尺加大了，提高了掘进速度，而且巷道周边成形好。

爆破参数优化后，从现场记录和统计，打1.8m深的炮眼，其炮眼爆后残眼深度为0～0.15m，单班循环的炮眼数在现有基础上减少5个，单班循环进尺由原来的1.3m平均提高到1.72m，炮眼利用率由原来的80%提高到达90%以上，有的循环炮眼利用率达到100%。

爆破参数优化后炸药消耗量得到降低，单班循环原有共计用药31.7kg，采用爆破优化方案后单班循环共计用药29.6kg，单位炸药消耗量由原来的1.69kg/m3显著降低到1.25kg/m3。

特别在严格执行微差爆破技术，微差时间控制在一个段别，不允许跳段，炮眼间距交叉布置，解决了高塑性红粘土爆破的高拒爆率问题，由原来的拒爆率达到24%到3%左右。

4 结论

通过改变爆破参数，采用优化炮眼排列、角度、深度、装药量以及爆破顺序，适当加大打眼深度，提高了炮眼的利用率及循环进尺。分析现有爆破中存在的问题，从现场下山掘进的试验实施来看，解决了制约掘进单进水平的最为关键的爆破拒爆的技术难题，采用新的科学劳动组织形式，取得了良好的技术经济效果，实现了煤矿深部巷道安全优质高效掘进，降低了材料消耗，大大提高了井巷工程质量，掘进速度比原有提高30%以上，具有显著的技术效果和巨大的经济效益。提出的红粘土层爆破技术方案在同类地质条件具有广阔的推广和应用前景。