准直眼掏槽爆破技术在半煤岩巷掘进中的应用

黄宝龙

(天地科技股份有限公司建井研究院,北京 100013)

目前，钻爆法施工工艺在半煤岩巷掘进中仍占主导地位，但对于硬度f>8～10的坚硬岩石，其炮眼利用率多为60%～80%[1]。

如何提高爆破效率和改善爆破效果，仍是半煤岩巷掘进爆破工作中应解决的主要课题。众多学者和工程技术人员对半煤岩巷爆破掘进的研究取得了长足进展[2-6]，但由于半煤岩巷爆破掘进的特殊性，中深孔爆破效果仍不理想。准直眼掏槽爆破技术已在多个煤矿岩巷、隧道工程中得到可靠检验[7-9]。与岩巷及隧道工程相比，半煤岩巷岩性复杂、断面小、夹制力大。本文结合工程实际，首次将准直眼掏槽爆破技术应用在半煤岩巷掘进，并分析了应用结果，希望能为类似工程提供参考。

1 准直眼掏槽爆破技术

半煤岩巷爆破掘进的关键在于掏槽爆破效果。准直眼掏槽爆破技术充分结合了直眼掏槽和斜眼掏槽的优点，掏槽效果良好。准直眼掏槽爆破技术的基本形式见图1。

图1中，1#～6#炮眼与巷道掌子面的夹角范围为75～85°，故称之为准直眼；7#炮眼与8#炮眼为中心辅助直眼；准直眼的排距和中心辅助直眼的间距均为a；准直眼的孔口间距、孔底间距分别为b、B；准直眼与中心辅助直眼的深度基本相同，均为L；准直眼的倾斜角度为θ。

图1 准直眼掏槽爆破的基本形式Fig.1 Basic form of quasi-parallel cutting blast(资料来源：参考文献[10])

准直眼中装Ⅰ段雷管，掏槽炸药量的绝大部分都填装在准直眼中。中心辅助直眼中装Ⅱ段雷管，且仅在眼底填装少量炸药。准直眼中的炸药先起爆，掏槽槽腔中、上部的岩石被破碎并抛掷出，而槽腔底部的岩石被损伤形成大量裂纹。中心辅助直眼中的炸药后起爆，当其起爆后，槽腔底部的剩余岩石在二次爆破作用下全部破碎并被抛掷出，从而形成体积较大的槽腔。

准直眼掏槽爆破技术应用在半煤岩巷掘进尚属首次，与准直眼掏槽爆破技术在岩巷掘进、隧道开挖等工程中的应用相比，在半煤岩巷中掘进中，可以充分利用煤的强度较低及裂隙较为发育的特点，将全部掏槽眼尽可能地布置在煤层中，准直眼与掌子面的夹角可以取大值，准直眼的排距和中心辅助直眼的间距可以扩大。此外，第一圈辅助眼与掌子面的夹角可接近90°，其余辅助眼可取90°，从而更有利于形成大体积槽腔。

2 工程概况

晋华宫煤矿大井7-4#层307盘区西翼皮轨合一巷为半煤岩巷，其设计毛断面为：宽×高=4.8 m×2.5 m。巷道采取沿7-4#煤层煤底挑顶的掘进方式掘进。煤层厚度平均1.36 m，煤层倾角平均2°，煤层硬度f=1，瓦斯绝对涌出量为0.5 m3/min。

煤层的直接顶为灰白色粗砂岩，厚度5.2 m，胶结坚实。老顶为粉细砂岩，厚度9.2 m。正常涌水量为0.2 m3/min，最大涌水量为0.4 m3/min，上覆7#层、3#层、2#层为小窑破坏区。

7-4#皮轨合一巷工作面采用7655型气腿式凿岩机与P30B耙斗机配套的生产作业线，岩石坚固系数较高，岩石的整体性较好，顶板较稳定，岩石可爆性较差；用手持式凿岩机钻眼，钻眼比较困难。

该工作面原施工情况：采用孔深1.7 m的浅孔爆破，循环进尺约1.3 m，炮眼利用率约76%，单位炸药消耗1.32 kg/m3，单位雷管消耗2.13个/m3，眼痕率约40%，超欠挖严重，巷道成型差，掘进速度受到严重影响。

3 准直眼掏槽爆破技术现场应用

经现场考察，根据中深孔爆破理论，利用准直眼掏槽爆破技术，制定了爆破方案，炮眼布置见图2。

其他掏槽爆破参数见表1，其中，炮眼深度2 m，炮眼直径44 mm，采用煤矿许用三级乳化炸药，正向装药，药卷直径35 mm，每支药卷质量为200 g，堵塞长度0.5 m。采用煤矿许用毫秒延期电雷管，串联起爆。

现场重复进行了4次应用试验，结果见表2。

图2 炮眼布置图Fig.2 Layout of blastholes in Jinhuagong coal mine

表1 爆破参数表Table 1 Cutting blast parameter of the scheme

炮眼名称炮眼编号眼深/m眼距/mm装药量角度孔装药量/kg总装药量/kg水平/(°)垂直/(°)爆破顺序掏槽眼1#～6#2.05001.06.08090Ⅰ中心直眼7#～8#2.05000.40.89090Ⅱ辅助眼9#～12#2.06000.62.48490Ⅲ辅助眼13#～24#2.06500.89.69090Ⅳ周边眼25#～42#2.05000.814.49090Ⅴ

表2 晋华宫煤矿应用结果Table 2 Results of application in Jinhuagong coal mine

由表2可知，应用试验前的循环进尺约1.3 m，炮眼利用率约76%，而采用准直眼掏槽爆破技术，循环进尺平均1.82 m，炮眼利用率平均91%，比应用试验前提高了15%；应用试验前单位炸药消耗为1.32 kg/m3，而采用准直眼掏槽爆破技术，平均单位炸药消耗为0.925 kg/m3，比应用试验前降低了30%；眼痕率得到明显提高，比应用试验前提高了41%，巷道成型很好。

4 结 论

在晋华宫煤矿大井7-4#层307盘区西翼皮轨合一巷应用准直眼掏槽爆破技术，获得了理想的爆破效果。

1) 炮眼利用率平均91%，比应用试验前提高了15%。

2) 应用试验前炸药单耗为1.32 kg/m3，而采用准直眼掏槽爆破技术平均炸药单耗为0.925 kg/m3，炸药消耗量降低了30%。

3) 眼痕率比应用试验前提高了41%，巷道成型得到明显改善。

准直眼掏槽爆破技术作为一种在煤矿岩巷掘进中得到广泛应用的技术，希望该技术能在半煤岩巷掘进中也得到广泛应用，从而为半煤岩巷掘进提供有力的技术保障。