聚能爆破在岩巷快速掘进技术中的应用与研究

曹祺 刘旭 ��

摘要：介绍了煤破岩巷钻爆法快速掘进技术的现状与发展，指出聚能预裂（光面）爆破是钻爆法是实现快速掘进的方法之一。通过两个工程实例，分别说明多向聚能爆破技术增加掏槽和双向聚能爆破定向断裂效应的应用，两种方法爆破效果和经济效益明显，匀能实现岩巷快速掘进。

关键词：快速掘进 多向聚能爆破 双向聚能爆破

中图分类号：TD263文献标识码：A文章编号：1009-5349（2017）09-0197-02

随着我国煤矿岩巷的掘进深度的不断增加，岩巷所受围压增大，岩石的夹制效应明显。同时，为了加强通风和瓦斯治理的力度，巷道面积增加，传统的爆破方法无法适应目前岩巷的掘进要求，所以多向聚能爆破掏槽技术、双向聚能爆破定向断裂技术等一系列岩巷快速掘进技术的推广使用，大大提高了掘进效率，实现岩巷的快速掘进。

一、钻爆法快速掘进技术的现状和发展趋势

钻眼爆破法在煤矿岩巷掘进施工中仍占主导地位，针对于目前钻爆法“进尺低、成形差”的问题，推广快速掘进技术，应该从以下三个方面发展。

（一）推广中深孔爆破

岩巷掘进的进尺低，跟爆眼深度有关，单纯提高爆眼深度无法取得好的效果，中深孔爆破关键在于掏槽的效果。目前全国煤矿岩巷的炮眼深度基本为18-20m，单循环进尺15-18m。掏槽方式有两种，分别是斜眼掏槽和直眼掏槽。由于直眼掏槽眼多、技术复杂、炮孔间距和平行度误差对掏槽效果影响较大，我国煤矿岩巷采用楔形掏槽技术仍占90%，其炮眼利用率平均约为83%，无法适用于中深孔爆破，所以在中深孔爆破中应优先推广采用楔直复合掏槽技术或准直眼掏槽技术，实践表明，这种掏槽方式的掏槽效率能达到设计深度的90%以上。[1]

（二）采用高威力煤矿许用炸药

由于煤矿岩巷埋藏深，地质条件复杂，瓦斯浓度易超限，所以钻爆法多采用三级煤矿许用炸药，对于中硬以上的岩巷，现有的三级煤矿许用炸药爆破能力不足，爆破炮孔利用率低，岩巷掘进效率差。安徽理工大学等单位研制的高威力三级煤矿许用水胶炸药，爆速3300m/s，作功能力228mL、猛度13mm，达到了二级煤矿许用炸药标准，其安全性、储存稳定性也满足三级煤矿许用炸药要求。[2]在淮南新庄孜矿-774m北一-北部B4底板回风巷试验使用中，爆破效果显著，平均循环进尺提高了018m，平均循环炸药量减少099kg，炸药单耗降低了023kg/m3。因此，推广使用高威力煤矿许用炸药是实现高效岩巷掘进的必要方法之一。

（三）利用聚能药包控制巷道成形

目前实现岩巷聚能爆破的方法主要利两种药卷。一是切缝药包。[3]其实质是在具有一定强度和密度的炸药外壳上，开有不同形式的切缝，利用切缝形成的聚能效应控制爆炸能量的分布，达到控制被破坏介质开裂方向的目的。[4]与传统的光面爆破技术相比，使用切缝药包控制技术，巷道轮廓超（欠）挖能控制在100以下，眼痕率达到90%以上，同时炮眼间距达到550mm，周边眼的数量减少20%左右[5]，大大降低施工量，提高掘进速度。二是双（多）向聚能槽药卷，配合相应的对中装置，能有效降低药卷爆炸时在炮孔中内旋效应，使聚能射流面与预裂面完全吻合，从而成功实现了“双聚能预裂与光面爆破”。该项技术能最大限度提高药柱爆炸的成缝能量，比普通预裂与光面爆破扩大孔距2-3倍，同时也减小了对保留岩体的爆破危害并提高了保留岩体的稳定性和安全度，提高了半孔残留率，爆后没有爆破再生裂隙。该项新技术不仅节能环保还可以降低施工成本50%以上。[6]

二、岩巷聚能爆破工程实例

聚能预裂（光面）爆破是钻爆法提高掘进效应，实现快速掘进的方法之一，是聚能爆破应用于预裂爆破的一种新技术。根据炮眼作用不同，将不同的聚能方式应用于不同种类炮眼中，增加掏槽效果采用多向聚能爆破技术，为增加周边眼的光面爆破效果，保证巷道轮廓稳定性，采用双线聚能定向断裂爆破。

实例一：淮南朱集东矿1141（1）工作面轨道顺槽施工，该巷道设计长度22533m，其中钻爆法施工1721m，巷道岩石为砂岩、砂质泥岩，f=6-8。多向聚能装置由PVC材料订制而成，其结构为圆柱形，周圍均匀分布有6个内凹“V”形槽，“V”形槽的锥角为55°，深度为5 mm。圆柱管内径为38mm，长300mm。掏槽采用四角柱式直眼掏槽，中空眼少量装药，起抛掷作用。炸药爆炸时，沿“V”形槽方向产生高速射流，切割周边围岩，成形碎块，提高掏槽或崩落的效率和炸药的利用率。实践表明，采用多向聚能爆破掏槽范围比普通掏槽多12-15倍，如图2。

实例二：新集三矿某岩巷，巷道岩石为泥岩、砂质泥岩，f=4-6，岩石裂隙发育完全，采用普通光面爆破，经常会出超欠挖现象，给后期巷道支护带来困难。聚能结构为圆柱形，双侧对称聚能槽。装药时，必须保证聚能槽朝向与巷道轮廓方向保持一致，同时做到安装牢固，确保炸药爆炸时，双向聚能装置不会因为冲击波和爆生气体作用而发生聚能方向的变化。实践表明，爆破后炮眼周边没有明显的损伤，在轮廓面上可找到聚能射流残留物，裂缝沿轮廓面贯通，切割面平整光滑，孔内爆破后的断裂痕迹清晰可见，凸凹量小，最大值不超过95mm，眼痕率由之前的20%增加到90%，对巷道围岩保护效果明显，切片检验结果表明，石料内部未受伤。雷管消耗量和炸药消耗量分别下降了283%和277%，爆破效果和生产效率显著提高，经济效益显著，见表1。

表1新集三矿普通光面爆破与双向聚能爆破效果对比表

三、结语

随着聚能装置的不断完善，聚能爆破技术的不断进步。多向聚能爆破掏槽技术与双向聚爆破定向断裂技术将不单独应用于岩巷掘进中，必将这两种技术综合应用，考虑两者之间的相互影响，相互利用，取得更好的爆破效果。

参考文献：

[1]杨仁树，张志帆，孙强等.淮南矿区深部硬岩巷道钻爆技术研究[J].煤炭科学技术，2005，33（2）：42-45.

[2]汪海波，郭子如，宗琦.高威力三级煤矿许用水胶炸药的试验研究[J].含能材料，2014，22（6）：857-861.

[3]谢华刚，吴玲丽.切缝药包定向断裂控制爆破研究综述[J].工程爆破，2011，17（2）：16-30.

[4]莆传金，张志呈，郭学彬等.切缝药包爆破研究现状与存在的问题[J].四川冶金，2006，28（4）：1-5.

[5]杨仁树，张召冉，杨立云等.基于硬岩快掘技术的切缝药包聚能爆破试验研究[J].岩石力学与工程学报， 2013，32（2）：317-323.

[6]秦健飞.双聚能预裂与光面爆破综合技术[M].中国水利水电出版社， 2014， 7（3）：58-60.

责任编辑：孙瑶