半煤岩巷快速掘进爆破参数优化研究

2014-11-09 12:45高超建

山西建筑 2014年24期

高超建

(山西宏厦第一建设有限责任公司，山西阳泉 045008)

在进行半煤岩巷掘进过程中会遇到诸多问题，如半煤岩巷道在掘进时巷道成型差，围岩破坏比较严重，尤其在掘进比较破碎的岩层破坏更为严重，使得在掘进过程中安全系数下降。这还造成巷道的支护难度加大，推延巷道掘进的进度等。这就加大了施工的难度，并且掘进工序比较复杂。造成这些问题的原因有很多，如爆破技术不先进、支护技术不足、施工工艺落后等。为此本文对半煤岩巷快速掘进爆破的参数进行优化，以解决以上问题。本文以吕沟煤矿38026工作面进行爆破参数优化。

1 爆破参数的计算

首先对巷道的断面进行确定，根据各因素考虑，原来梯形巷道上底太宽，故要对此进行重新优化设计，设计修改后上底为3.8 m，下底宽度为4.5 m。这就可以对巷道的掘进工程进行减少，同时也对巷道周边应力集中状态进行改善，掘进的速度也随之加快。

1.1 炮眼数目的选择

炮眼数目的选择是起爆工作中重要部分之一。对巷道的围岩稳定有着决定性影响。炮眼数目计算公式如下:

其中，N为炮眼个数，个;q为定额单位炸药消耗量，取值为1.45 kg/m3;S为巷道掘进断面面积，m2;η为炮眼利用率;lL为炮眼平均装药系数，取 0.5 ～0.8;mex为每个药卷质量，kg。

对38026工作面炮眼数目进行计算:

所以可以确定炮眼数目为37个。

1.2 炮眼深度

炮眼深度的确定也是爆破工作中至关重要的环节之一。炮眼的深度决定着循环进尺，本文采用中深孔爆破技术。确定合理炮眼深度，必须依照巷道的实际情况而定，同时也要考虑月进度要求、装药条件等因素来确定炮眼的深度。炮眼深度的确定的公式如下:

其中，Lm为计划进尺，m;M为每月掘进天数;N为每日完成的掘进循环数;η为炮眼利用率，0.85～1.0;η1为正规循环率，0.85 ～0.9，38026 工作面取 0.87。

可计算38026工作面炮孔深度:

故可知炮眼深度L=2 m。

同时为了满足要求炮眼直径选择40 mm～42 mm。

2 掏槽参数计算

掏槽眼的作用是为了在爆破工作中创建第二个自由面。掏槽眼一般分为斜眼掏槽和直眼掏槽。但就巷道深孔爆破来看掏槽眼可分为阶段直眼掏槽、分段直眼掏槽。根据38026工作面的特点，为了使煤炭回收率提高，其空眼内应装少量炸药，先定掏槽方式为阶梯直线掏槽，布置在煤层中，利用其生产的能量及气体的体积膨胀，将煤向外推出，最大限度地提高煤炭回收率。

2.1 掏槽眼深度

掏槽眼的深度也是决定巷道能否快速掘进的因素，故也要对掏槽眼的深度进行设计。首先按照工作面衔接的要求，每个循环净进度应大于1.8 m，还有也要考虑炮眼利用率最小应为90%，并且要求炮眼应比其他炮眼的深度多出200 mm，只有这样才能确保该爆破工作的起爆效果，故现定掏槽眼深度为2.2 m。因为该掏槽方式是阶段直掏槽眼，故可将掏槽分为第一阶段和第二阶段。其中第一阶段的掏槽眼深度为1.5 m，这个为第二阶段的掏槽创造自由面，同时也对该周边煤岩产生一定的裂隙，这也为接下来的第二阶段的掏槽工作创造了良好的条件，即为第二阶段减小了夹制力的制约。第二阶段的掏槽眼深度为2.2 m，它的作用主要是再次加大掏槽眼的深度和岩石的投掷，以提高巷道掘进的效率。

2.2 掏槽眼间距

中深孔直眼掏槽眼间距的布置没有一个明确理论对其进行计算。但是可以根据爆破所产生的内部作用时期煤岩进行破碎的大小来确定其掏槽眼的排布间距。其计算方式如下:

作用在其炮眼孔壁上的压力为:

径向方向应力波衰减规律:

其中，db为炮眼的直径，mm;r为与炮眼中心的距离;α为应力波衰减系数，α=2－μ/(1－μ)。

此时，如果P是大于岩石的抗压强度σc，则表示所爆破的岩石已经破碎。根据此理论可以计算掏槽破碎区域的半径rp，可知掏槽眼孔距，令p=σc，得到孔距:

同时也要考虑炮孔的孔距影响，即孔距值应该比计算的理论值大30%。

这时将 ρ0=1 050 kg/m3，D=2 000 m/s，db=40 mm，dc=32 mm，掏槽眼长度一阶段计算Lb=1 541 mm，Lc=800 mm，μ=0.28，a=1.61，ρ=1 512 kg/m3，σc=8.5 MPa，n=8 代入式(1)，式(3)得到 P=154.0 MPa;a=241.8 mm;放大30%后，a1=314.3 mm。

因为掏槽设计没有应用通常的空孔，空孔内也要装少量的炸药，因此掏槽眼的间距可以比计算值大，即可以取值为400 mm。