深孔爆破技术在薄煤层巷道掘进中的应用

陈志峰 赵 宁 王清华

（1.滕州郭庄矿业有限责任公司锦丘煤矿，山东 滕州 277521；2.山东省煤炭技术服务有限公司，山东 济南 250032）

滕州郭庄矿业有限责任公司锦丘煤矿二水平（-356m水平）六采区工作面巷道为半煤岩巷道，以往的掘进采用浅眼爆破方式，推进速度较慢，为提高掘进效率，公司引进了深孔爆破技术。通过选用合理的技术参数，取得了成功的应用，半煤岩巷道推进速度大大提高。

1 开采技术条件

1.1 岩性特征

16煤六采区工作面呈近南北方向布置，地面标高+47.6～ +48.8m。根据揭露的地质资料可知，煤层赋存稳定，呈黑色，玻璃光泽，光亮型亮煤，薄煤层状结构，含较多的黄铁矿小块；煤层倾角2～7°，平均为5°，煤层厚度0.85～0.95m，平均厚度为0.90m，无夹矸，结构简单，属稳定煤层。

老顶、直接顶为十下灰，深灰色，裂隙发育，沿裂隙充填炭质及方解石，含水性弱，以静储量为主，平均厚度5.31m。直接底为泥岩，棕灰色，含泥质，有黄铁矿结晶体，底部有植物化石碎片，平均厚度6.931m。老底为十一灰，灰、深灰色，含植物化石碎片，贝壳状断口，属稳定底板，平均厚度0.87m。

1.2 支护情况

工作面巷道断面为矩形，净宽3.0m，净高2.2m，断面面积6.6m2。支护方式为帮部锚杆钢梯支护，选用Φ16×1200mm的螺纹钢锚杆，间排距1000×1000mm，沿巷道横向压钢梯，顶部不支护。巷道内设置排水管路、供水防尘管路、压风管路、运输绞车、气动钻和乳化泵站及部分供电电缆设备。

2 深孔爆破机理及技术参数

2.1 深孔爆破机理

炸药在煤岩体发生爆炸时，会以爆炸点为中心依次向外产生不同的破坏，根据破坏程度可分为压碎区、裂隙区和震动区。压碎区受到炸药强烈压碎产生塑性变形，同时形成45°的径向滑移面破坏岩体结构。裂隙区范围内的压力降低，岩体不再压碎而是通过拉伸使岩体产生塑性滑移，形成辐射状裂隙。震动区岩体不会受到破坏。

裂隙区是爆破控制的主要区域，爆破时，冲击应力通过衰减的方式向外传播，会在径向产生压应力和压缩变形，切向产生拉应力和拉伸变形。当径向拉应力大于煤岩体的抗拉强度会形成环向裂隙，当切向拉应力大于岩体抗拉强度时就会把岩体拉断形成径向裂隙，两种裂隙和岩体中存在的剪切裂隙相互交织在一起形成了裂隙区。巷道断面的大小对深孔爆破效果影响明显，断面越大效果越好，小断面受到的夹制力大，会造成一定的影响。

2.2 技术参数

（1）炮孔间距和排距

根据爆破理论，炸药爆炸后形成破碎区半径为：

式中：

Rp-破碎区半径，mm；

K-装药径向不耦合系数；

db，dc-炮孔直径和药包直径，32mm，26mm；

ρ0-炸药密度，kg/m3；

Dv-煤体炸药爆速，m/s；

lc-装药轴向系数，取1；

n-炸药爆炸时压力增大系数；

η-爆轰产物的膨胀绝热指数，取3；

σcd-动态抗压强度，MPa；

μd-煤岩体动态泊松比；

b-侧向应力系数。

裂隙区半径为：

式中：

σtd-动态抗拉强度，MPa，其他参数同前。

带入数据得出，在炮眼Φ32mm，药卷Φ26mm情况下，形成破碎区和裂隙区半径为748mm。

根据计算结果，结合现场条件，确定炮眼钻孔间距为1.5m。

（2）钻孔深度

根据锦丘煤矿六采区工作面的岩性特征及生产需要，钻孔深度确定为3m。

（3）装药量及装药结构

在爆破过程中，每孔装入乳化炸药长度为0.85m，药卷长度0.17m，采用黄泥对炮眼进行封孔，长度为1.5m。采用孔内并联、空间串联的连线方式，一次性爆破，炮眼采用正向装药结构，如图1所示。

图1 深孔炮眼装药结构图

3 爆破施工工艺

（1）钻孔采用气腿式岩石风动凿炭机，一字型钎头,钎头Φ28～35mm，药卷Φ32mm。

（2）根据现场情况，使用3m钻杆，掏槽眼3m，其他2.5m。掏槽眼采用楔形斜眼，底眼间距控制在200～300mm。周边炮眼应布置在巷道轮廓线外50～100mm，炮眼相互平行，在施工过程中，要注意控制周边眼间距，帮眼间距400mm。

（3）将炸药装到钻孔底部后，用水炮泥5～6个进行充填，最后用炮泥捣实封堵，封堵长度不少于1.5m。

（4）辅助眼与掏槽眼间距为250～300mm，其他眼间距与排均匀布置在550～700mm。

（5）底眼距离巷道底板100～150mm。

（6）所有的炮眼都采用正向起爆的方式，且一次起爆，起爆顺序：掏槽眼→辅助眼→周边眼。

（7）注意线路串联过程中要连接牢固，无大线头电阻。

（8）随着掘进的进行要掌握岩性的情况及爆破效果，通过现场情况及时调整爆破参数。

4 应用效果

（1）通过采用深孔爆破掘进工艺，提高了爆破效率，降低了材料消耗，材料费用从1086元/m降至647元/m。

（2）采用深孔爆破施工，加快了施工循环进尺，缓解了采掘接续紧张，产生良好的经济效益。