聚能、定向爆破技术

单雄龙

摘 要：随着煤矿采掘工艺和设备的不断地提升，从传统的炮采发展到现在的综合机械化采煤，煤炭产量得到飞速增长;煤层掘进巷道从传统的爆破掘进发展到现在的综合机械化掘进，巷道的掘进进度成倍增长。但是井下地质条件复杂多变，掘进同一条巷道时往往遇到煤层、岩层、半煤岩层等，岩巷掘进的设备没有太大的变化仍旧沿用打眼爆破掘进巷道，从工程质量方面和工程进度方面，严重制约了煤炭企业的发展速度，如何提高岩巷的工程质量和掘进进度是摆在我们面前的主要问题。

关键词：聚能管;定向孔;压缩区;裂隙区;震动区

0 引言

煤炭一直是我国经济发展的主要能源，随着我国煤炭需求的不断增加，煤矿井下开拓巷道的工程量也不断增加。由于井下地质条件复杂煤岩层变化较大，在岩层开掘巷道时爆破掘进仍是岩巷的主要掘进方式。目前爆破掘进巷道的施工方法主要是在爆破工作面打眼，除掏槽眼带角度打入外，辅助眼、周边眼都垂直巷道断面。爆破时，掏槽眼、辅助眼、周边眼依次起爆，其目的是利用掏槽眼爆破时形成的扩大空腔增加了自由面有助于辅助眼、周边眼的爆破，从而达到巷道的成形。但是在实际爆破作业中存在一些问题主要表现受煤、岩体的物理状态和物理性质的影响，如硬度、断层、节理、层理、粘度、裂隙、弹性等的影响，巷道的工程质量和进度大幅度降低。

1 爆破原理及内部作用：

当药包在煤、岩体中爆炸产生内部作用时由于生成气体和在煤、岩体中形成的应力波作用，以药包为中心，煤、岩体由里向外遭到不同程度的破坏。除在装药处形成扩大的空腔外，还形成压缩区、裂隙区和震动区三个区，如图1所示：

①压缩区：此处煤、岩体受高压作用，结构完全破坏而被强烈压碎;

②裂隙区：因压力下降，岩石不再被压碎，而拉伸应力起作用，形成径向裂缝和环形裂缝交错的区域;

③震动区：煤、岩体的结构未受破坏，只发生震动，其强度随距爆炸中心的距离增大而逐渐衰减，以致完全消失。

煤、岩层开掘的巷道主要是在爆破时以药包为中心形成的压缩区、裂隙区内产生的。通过爆破产生的高温、高压气体，对压缩区内的煤、岩整体结构进行完全压碎;同时爆破还产生拉伸应力，对裂隙区内的煤、岩整体结构进行完全拉伸形成径向裂缝和环形裂缝交错的区域，使煤、岩整体成为碎块。震动区对煤、岩体的结构没有任何破坏。

2 影响爆破效果的主要因素及造成的结果

煤、岩层是煤矿爆破工作的主要对象，它们的物理状态和物理性质对爆破造成很大的影响，影响爆破的主要因素表现在以下几点：

①煤、岩体的粒度越细岩石越硬，越难于爆破;

②顺着煤、岩层的层理爆破最容易使煤、岩体分裂成块。煤、岩层中的节理为纵向裂缝，顺着纵向裂缝爆破容易使煤、岩体裂开成块;

③当工作面方向与煤、岩层顶板的节理方向平行或近于平行，爆破时容易造成大面积冒顶;

④一般煤、岩层顺着层理的粘结性较小，垂直层理的粘结性较大。爆破时煤、岩层粘结性较小的容易爆破，煤、岩层的粘性较大的很难爆破炸药的消耗量就越大;

⑤煤、岩层的硬度越大，越难爆破;

⑥煤、岩体的弹性越大，越难爆破;

⑦越脆的岩石越易破碎;

⑧煤岩层的含水性越强，越容易爆破;

⑨煤岩层的含气性越强，越容易爆破。

由于井下地质条件复杂多变，在爆破作业过程中往往会遇到以上问题，造成的结果就是爆破后的巷道沿中线方向偏左或偏右超宽、超高、成形差、爆破后的渣大小不均匀运输困难等等，

3 聚能、定向爆破原理

为了解决以上问题采用聚能定向爆破技术，炸药在起爆时能量主要从聚能管的各个小孔均匀释放，避免出现“欺软怕硬、见缝就钻”的现象，做到能量均匀释放以下是聚能管的结构原理：

炸药在聚能管内起爆时能量主要从聚能管上的定向孔定向释放出来。工作面各个位置安装的聚能管的结构原理各不相同，分为以下几种，如图2所示：

①左上角聚能管，在聚能管的270°～360°之間分别钻三排定向孔，爆破时能量主要从定向孔释放出来;

②顶部聚能管，在聚能管的180°～360°之间分别钻五排定向孔，爆破时能量主要从定向孔释放出来;

③右上角聚能管，在聚能管的180°～270°之间分别钻三排定向孔，爆破时能量主要从定向孔释放出来;

④左帮聚能管，在聚能管的-90°～90°之间分别钻五排定向孔，爆破时能量主要从定向孔释放出来;

⑤中部聚能管，在聚能管的0°～360°之间分别钻八排定向孔，爆破时能量主要从定向孔释放出来;

⑥右帮聚能管，在聚能管的90°～270°之间分别钻五排定向孔，爆破时能量主要从定向孔释放出来;

⑦左下角聚能管，在聚能管的0°～90°之间分别钻三排定向孔，爆破时能量主要从定向孔释放出来;

⑧底部聚能管，在聚能管的0°～180°之间分别钻五排定向孔，爆破时能量主要从这五排眼释放出来;

⑨右下角聚能管，在聚能管的90°～180°之间分别钻三排定向孔，爆破时能量主要从定向孔释放出来。

由如图2可以看出不同位置的炮眼，安放的聚能管也不同。每根聚能管上定向孔的方向与相邻炮眼内聚能管上孔定的方向彼此相对，爆破时能量沿聚能管的定向孔释放，与相邻炮眼内聚能管定向孔释放向的能量相对而行，聚能管的定向孔将爆破断面连接成一张网格均匀的能量网，将断面内的煤、岩大小均匀的进行破碎。

4 聚能、定向爆破技术的优点

①解决了工作面出渣过程中遇大块煤、岩的问题，特别对运输过程中的溜子、皮带损害严重;

②解决了巷道沿中线方向偏左或偏右超宽、超高、成形差的问题，有利于巷道按设计的方向、形状进行施工，便于支护。