煤矿巷道快速掘进中爆破方案的优化设计

王冬冬 吴昌勇 石建平

（重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司 重庆 400052）

煤矿巷道快速掘进中爆破方案的优化设计

王冬冬 吴昌勇 石建平

（重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司 重庆 400052）

煤矿巷道快速掘进时钻爆技术使用的较为广泛，本文就具体的工程实例，对煤矿巷道中快速掘进技术相关系统以及爆破方案、爆破参数的优化设计进行了简要的探讨，特别是煤矿巷道快速掘进爆破方案中炮眼的布置方案，爆破参数的选择等方面都分别进行了分析，以期为煤矿巷道快速掘进爆破方案的设计提供借鉴与参考。

煤矿巷道；快速掘进；爆破方案；优化设计

引言

我国在煤矿井下进行巷道挖掘时常会使用掘进机法以及钻爆法这两种方式，但现阶段井下巷道进行挖掘时最常用的技术依旧是钻爆法，其具有低投入、低消耗、灵活方便、适应性强等优点，且不会受到煤、岩物理力学等特性所限制，因而其在煤矿巷道掘进中仍占相当大的比重，是井下巷道掘进的传统技术。

1 煤矿快速掘进技术系统

1.1 炮眼的方案布置

由于炮眼的用途以及布置的位置不同，可以将位于爆破工作面的炮眼分成三类：①辅助眼，其实现了实现了把爆破工作面上的某一部分的岩石碎破，从而使得爆破工作面能够构成第二个自由面，为其他炮眼的爆破提供条件。②掏槽眼，其布置方式包括了直眼掏槽方式和斜眼掏槽方式。当前，在我国的煤矿巷道掘进中，常用的是斜眼掏槽的布置方式。斜眼掏槽对于目前我国现有的技术设备以及煤矿常见的岩石条件而言，非常适用。由于斜眼掏槽能够对自由面进行充分的利用，因此，其掏槽的面积比较大。由于直眼掏槽技术的掏槽眼和工作面相垂直，因此，彼此间的间距不够大，同时对于平行条件要求严格，预留不装药空眼，和装药槽眼相比，空眼加深200～500mm，将其当做装药槽眼进行爆破时的自由面。直眼掏槽因为其巷道断面的大小不会影响槽眼深度，因此，能够实现深孔爆破。③周边眼，即布置于井巷四周靠近岩壁的炮眼。

1.2 选择合适的爆破参数

1.2.1 炮眼直径的选择

在煤矿现场进行爆破时，炮眼直径需要比标准的药卷的直径大4～6mm。一般建议选取38～41mm，究其原因主要是一旦炮眼直径空隙过小，那么装药比较困难，而当炮眼的空隙较大时，其爆破效果会受到影响。

1.2.2 炮眼深度的选择

炮眼的深度对于爆破过程中每一茬的炮进尺量以及循环工作量都有着直接的影响，如果炮眼的深度较深，钻岩的工作量就会有所增加，煤矿巷道尺寸，岩石的性质，钻眼机械以及爆破技术都会影响到炮眼深度。如果使用气腿式凿岩机以及普通的岩石炸药，那么通常炮眼的深度选择1.8～2.5m，如果需要将炮眼深度加深，那么可以采用威力大的炸药或者对钻眼机具进行改进。

1.2.3 爆破中炸药量的选择

在进行爆破时，炸药量的选择要根据煤矿所处地域的岩石的性质，自由面的位置，炸药的性能，炮眼的直径，自由面的数目，巷道断面的尺寸以及煤矿巷道掘进中爆破炸药量的消耗量进行选择。通常情况下，巷道断面小，同时兼顾岩石尺寸大小，炮眼深，炮眼直径小，炸药爆破性能差的情况下，需要消耗更多的炸药。

1.2.4 炮眼数目的选择

炮眼的数目会对煤矿巷道快速掘进中爆破效果以及每一茬炮钻眼工作量产生直接的影响，基于爆破工作面岩石的性质，巷道断面的尺寸与形状，爆破的材料对炮眼进行合理的布置，同时，一次爆破总的炮眼的数目就是最终排列的炮眼的数目。炮眼数目的合理性要求爆破率要高，也就是要求炮眼的利用率不能低于85%，爆破之后巷道的轮廓需要满足设计以及施工的需要。

2 爆破方案和爆破参数的优化设计

2.1 实例分析

某矿井下巷道掘进施工时主要选择的是大眼爆破的方式，该施工技术比较简单，进行技术革新前，因为布置炮眼以及设计爆破参数时不够合理，使得掘进循环进尺较低，巷道成型差，围岩爆震裂隙大，火工品消耗量大，掘进成本较高等。为改变不利现象，提高掘进单进水平和工程质量，实现快速掘进，在三采区+246-6#煤层半煤岩巷和三采区+245-29#石门全岩掘进中，根据巷道岩性的不同进行科学布眼，优化爆破参数，改进施工工艺，取得了良好的爆破效果，提高了巷道掘进单进水平。

2.2 爆破方案设计需要收获的效果

在煤矿巷道快速掘进中设计爆破方案需要达到三个重要的效果：①能够尽可能的减少钻眼的工作量，尽可能多的利用炮眼，爆破以后，断面要和设计要求相符合，不会出现超挖或者欠挖的现象，同时，巷道的坡度和设计相符合。②要求爆破对于周围小的围岩的影响尽可能的小，为了对巷道形成保护，爆破时务必要确保支架不能够崩倒。③爆破过程中要尽可能低的降低火工品的消耗，同时崩下的岩石要方便装运。

2.3 不同段爆破方案以及参数的优化设计方案

2.3.1 三采区+245-6#半煤岩巷爆破方案和参数的优化设计

（1）爆破方案设计

该半煤岩巷巷道断面面积有4.2m2，形状为梯形。在煤层中布置3个掏槽眼，三角眼排列斜眼掏槽方式；辅助眼布置在掏槽眼和周边眼之间，间距为400～800mm，起到扩大掏槽和崩落矿石的效果；周边眼是控制巷道成形达到设计断面的关键，间距为400～600mm；底眼主要是控制巷道底板标高，眼底倾斜向下，打到底板标高以下100～200mm左右。起爆顺序如下：①掏槽眼；②辅助眼；③周边眼；④底眼；⑤水沟眼。雷管采用段发雷管，装药量每眼0.45～0.75kg不等，每眼封泥长度均应大于0.5m，每排炮火工品消耗：雷管23发，炸药12.9kg。炮眼布置见图1。

图1 半煤岩巷道断面炮眼布置示意图

（2）施工工艺和特点

先用2m的长钻杆一次性的打好煤、岩层炮眼，钻眼深度为1.8m，炮眼打完后岩眼用纸团塞进，以防止被煤粉堵住。先进行煤眼装药及爆破，并出煤运煤，待爆落的煤出完后，再进行岩眼的装药及爆破，然后采用机械装岩出矸。此设计适合于顶底板较好，煤层较松软的巷道，具有施工过程较简单，炮眼利用率较好，循环进尺可达1.7m左右等优点，而其主要缺点是会消耗较多的火工品。

2.3.2 三采区+245-29#石门爆破方案和参数的优化设计

（1）岩性和爆破方案设计

该石门巷道断面为5.4m2，形状为半圆拱形。在煤层中布置4个掏槽眼，呈四眼排列，斜眼掏槽方式；辅助眼布置在掏槽眼和周边眼之间，间距为400～600mm；周边眼间距为400～600mm，用于控制巷道成形达到设计断面；底眼用于控制巷道底板标高及抛掷已破碎的岩石，眼底倾斜向下，打到底板标高以下100～200mm左右。起爆顺序如下：①掏槽眼；②辅助眼；③周边眼；④底眼；⑤水沟眼。雷管采用段发雷管，装药量每眼0.45～0.75kg不等，每眼封泥长度均应大于0.5m，每排炮火工品消耗：雷管26发，炸药15.45kg。炮眼布置见图2。

（2）施工工艺和特点

先用1.5m的钻杆一次性打好炮眼，掏槽眼、底眼和水沟眼钻深的深度为1.5m，辅助眼和周边眼钻深1.3m。要求全断面一次性爆破，然后进行机械装岩出矸。此设计适合于顶底板较好，岩层中等稳定的巷道，优点是施工过程较简单，炮眼利用率较好，循环进尺平均达到1.3m以上，月进尺达到99m，缺点是消耗较多的火工品。

3 施工技术及参数的确定

3.1 掏槽方式的确定

图2 岩巷断面炮眼布置示意图

由于三采区的岩层以及煤层都比较的松软，很容易爆破，因而建议选择斜眼掏槽的方式，实际施工时要按照煤层的厚度以及岩层实际的变化情况，选择其他的挖槽方式，比如两斜眼掏槽、三眼锥形掏槽或四眼锥形掏槽等。

3.2 注重打眼环节

打眼时使用2m长的钻杆进行打眼，要一次性完成煤、岩炮眼的打眼工作，必须用纸团将第二次起爆的炮眼塞紧，防止其被堵塞。打眼时要按照炮眼的布置要求进行打眼，事先现将轮廓线画好，并布好眼位，炮眼间距可根据炮眼类型不同选择400～800mm不等。炮眼越深，打眼时间越长，易出现钻杆摆钎难以扩钻，施工中应有专人扶钻，确保施工安全。

3.3 装药量的确定

爆破时使用的炸药量要据所掘巷道岩石性质、煤层松软程度而定，通常为0.45～0.75kg；装药结构及泡泥填充：采用正向装药，炮泥填埋长度应超过0.5m。

3.4 爆破需要注意的事项

爆破时特别要重视挖槽眼的爆破，避免挖槽眼拒绝爆炸，必要时在引药卷内装2发雷管进行引爆，且雷管脚线应使用加长型，联线方式均采用大串联。局部地段岩性较硬时，可加大装药量确保爆破效果，但需延长供风时间，以有效吹散炮烟。

3.5 其他要求

爆破时要严格遵循爆破的实际流程进行施工，使得每项工序都能够有序进行，形成一个完整的循环，爆破时要注意严格按设计腰线控制巷道坡度。当矿井地质条件突然变化，如遇顶板破碎，褶曲构造、层理发育、煤层不稳定等情况，应用效果可能出偏差，必须改变钻眼爆破方式，修改爆破参数，以取得最佳效果。

4 结语

总之，钻爆法具有较多的优点，很适用于煤矿井下的巷道挖掘，但由于煤矿井下巷道挖掘的要求较高，因而爆破时要制定且选择合理的爆破方案。此外，由于煤矿所处的地质条件各不相同，因而炮眼的布置以及爆破的参数的选择要尽可能的合理，加快掘进速度的同时保证掘进的质量，更满足煤矿机械化高水平的要求。

[1]郑永财.煤矿巷道光面爆破参数选择在快速掘进中的作用[J].城市建设理论研究，2015（12）：78.

[2]熊爱明.浅谈煤矿巷道快速掘进中爆破方案的优化[J].科技创新与应用，2014（2）：117.

[3]周桂铨.煤矿巷道快速掘进中爆破方案的优化设计[J].龙岩学院学报，2012，30（2）：36～39.

TD263

A

1004-7344（2016）04-0194-02

2016-1-25