底板瓦斯预抽巷掘进过硬岩爆破工艺

＊张斌峰

（山西汾西矿业集团水峪煤业有限责任公司 山西 032300）

在煤矿底板瓦斯预抽巷掘进过程中经常遇到十分坚硬的岩石，如果不对这些岩石进行有效处理，直接通过岩体区域，会导致掘进机截齿严重磨损，影响掘进进度的同时为煤矿开采企业带来严重损失。因此在掘进过程中遇到这种区域时要对坚硬岩石进行处理，一般情况下采用的是松动爆破方式，让岩石破裂后再继续开展下一步施工，这样可以减少掘进机的磨损，提高作业效率。但是由于煤巷环境十分复杂，巷道内有大量的设备仪器，因此对岩石进行爆破处理时要结合相关因素进行全面综合地考量，在爆破前提前制定爆破方案，并根据实际情况对爆破工艺进行改良优化，在保障设备和施工人员安全的前提下尽可能达到最佳爆破效果。在爆破过程中，会产生大量瓦斯，同时，也会产生大量岩石砸坏设备以及设施，影响进一步施工。基于此，需要做好底板瓦斯预抽巷施工，同时，充分做好爆破工艺设计工作，控制好装药量、炮眼密集程度以及炮孔深度等，确保爆破施工能够顺利进行。同时，也能够保证开采人员的人身安全，提升煤矿企业的经济效益。

1.底板瓦斯预抽巷安全掘进技术

由于煤矿开采作业环境的特殊性，在矿井作业环境中，因爆破问题，通常会产生一定量的瓦斯，瓦斯易燃易爆，如处理不当，则会直接影响施工人员的人身安全，也会影响煤矿开采的进度。在进行煤炭资源开采过程中，矿井内瓦斯含量一旦超标，就会直接威胁到开采人员的生命。基于此，为了避免瓦斯泄漏，要求在煤矿开采过程中，积极调整煤壁暴露的面积，尽量减少暴露面积，提高采煤量。因为瓦斯含量过高时，如果工作面长度也增加就会加大瓦斯泄漏风险，威胁到矿井工作人员的生命安全。因此，一定要控制好矿井中的瓦斯含量，确保工作人员的人身安全。除此之外，还要做好矿井内部的通风工作，因为通风情况会直接关系到矿井工作面长度的布置情况，通风还可以降低瓦斯浓度，加强对于两巷断面的控制，既能提高矿井工作面，又可以提高矿井生产的安全系数，确保采煤工作的顺利进行[1]。矿井下瓦斯问题已经成为当下诱发煤矿安全事故的主要问题，因此为了保障煤矿施工安全，煤矿企业的当务之急是对井下瓦斯进行有效治理。当下最广泛应用的瓦斯处理方式就是区域瓦斯治理，为了在掘进过程中预防瓦斯大量涌出，在对煤矿地质条件提前勘查的前提下，要在工作面掘进过程中布置底板瓦斯预抽巷，加强煤巷中瓦斯的抽放工作，树立正确的瓦斯防治意识，保障矿井作业安全。

2.底板瓦斯预抽巷掘进过程中过硬岩爆破工艺实践

(1)掘进巷道概况

作为参考研究依据，本文以某煤矿的底板瓦斯预抽巷掘进过程中过硬岩爆破实践为例。该掘进巷道标高-307～200m，地表标高+403～+365m，巷道净高3.6m，净宽4.4m，净断面为13.76m2，所处地势为丘陵地带，煤矿周边没有居民村庄，也没有明显的高大建筑。此煤层底板下方8m左右的位置岩土性质为较软的砂质泥岩和泥岩，比较适合进行综掘施工。预抽巷断面布置如图1。

图1 预抽巷断面布置图

(2)问题的提出

掘进爆破过程中会涉及到综掘机、转载带式输送机、胶带输送机的使用，分别用于破岩和煤矸石运输。对岩石进行截割处理时，要优先选择性质较软的岩石开始钻进，然后采用从下往上左右截割的方法。如果岩石硬度较小采用左右循环向上的方式进行截割，岩石硬度较高则采用中心处钻进的截割方式进行截割[2]。施工过程中可以结合岩石性质和施工实际具体情况调整钻进的深度，前提是保证最大钻进深度不超过0.2m，截割头最大切割长度不能超过0.9m。根据实际施工情况得知，此煤矿底板瓦斯预抽巷掘进到210m左右时，在距离该巷道大概1m的位置发现近1m厚的黄铁结核，岩石硬度极大，导致掘进机截齿磨损严重，严重缩短了掘进机的使用寿命，同时影响了掘进进度。因此为了保障煤矿正常施工，需要对过硬岩石进行松动爆破处理。

(3)具体爆破施工流程

对爆破施工区域进行管线调查—设计炮位—配备爆破施工人员—清除覆盖层—对掘进机等设备进行防护处理—钻孔—检查试验爆破相关器材—检查炮孔后开始装药—设立安全保障岗位—堵塞炮孔—将相关工作人员撤离爆破区域—清除瞎炮—检查爆破效果。

(4)爆破工艺设计

①装药量

在进行松动爆破准备时，不同的装药量产生的爆破质量和爆破效果是不同的，事先对装药量进行合理的设计，能在使松动爆破达到理想效果的基础上节省炸药耗量，为煤矿企业节约经济成本。通常情况下装药量（Q）的计算方法有两种，一个是体积计算法，一个是经验公式法。

体积计算法使用的公式为Q=KS(0.4+0.6n3)qLW3；

经验公式法使用的公式为Q=0.187qW3。

其中，KS代表松动系数；qL代表爆破单位耗药量；W是最小抵抗线；q代表在标准条件下爆破每单位体积所需的炸药量，通常情况下取值在0.2～0.35kg/m之间。结合实际情况，通过体积计算法和经验公式法计算得到的单孔装药量是最为合适的装药量0.45kg，能够达到最佳爆破效果[3]。

②炮眼深度

在进行松动爆破准备时，不同的炮眼深度达到的爆破质量和爆破效果是不同的，事先对炮眼深度进行合理的设计，能够为高效准确的松动爆破提供保障。通过对煤矿的地质勘查得知，底板瓦斯预抽巷掘进黄铁矿厚度在0.3～1.7m之间，因此决定将炮眼深度控制在2m，以期达到最佳爆破效果。

③炮眼密集系数

底板瓦斯预抽巷掘进过硬岩松动爆破工艺使用的主要目的，是将掘进过程中所遇坚硬岩石区域经过爆破处理破坏其完整性，生成大量裂隙后便于清除，以此保障掘进施工顺利，减少掘进机的磨损。而在进行松动爆破准备时，不同的炮眼密集程度达到的爆破质量和爆破效果是不同的，事先对炮眼密集程度进行合理的设计，能够为高效准确的松动爆破提供保障。如果炮眼过密使用的炸药量巨大，很可能对整体围岩结构造成严重破坏影响，且煤巷中涉及到大量的设备使用，炸药量过多爆破产生的飞石可能会损伤机器设备，甚至可能威胁到施工人员的生命安全。而如果炮眼过于稀疏，就只会对坚硬岩石产生微乎其微的破坏力，不会破坏岩石的整体性，无法达到预期目标达到理想的爆破效果[4]。因此要在正式爆破前要根据实际情况对炮眼密集系数进行合理设计，具体松动爆破炮孔密集系数经验值如下：

A.较软岩石：炮孔间距范围在1000～1200mm之间，最小抵抗线在800～1000mm之间。

B.中等硬度岩石：炮孔间距范围在600～800mm之间，最小抵抗线在500～800mm之间。

C.坚硬岩石：炮孔间距范围在500～700mm之间，最小抵抗线在400～700mm之间。

通过对松动爆破炮孔密集系数经验值的参考和对该煤巷的实际地质勘查，最终确定的最佳炮眼布置间距为700mm，最佳炮眼布置排距也为700mm。此布置方式最为合理，能够达到最佳的爆破效果，节省炸药耗量。

④装药结构

在进行松动爆破准备时，不同的孔内装药形式和孔内装药相关参数达到的爆破质量和爆破效果是不同的，事先对装药结构进行合理的设计，能够为高效准确的松动爆破提供保障。通常情况下为避免掘进巷内的掘进机等设备因爆破岩石受损，在进行炮孔装药环节时会控制炮孔装药量，传统的底部装药方式会导致炸药都集中在炮孔底部位置，经松动爆破处理后的岩石并没有产生理想缝隙，爆破效果并不理想。因此为了避免这种现象发生，我们通常会采用分层不耦合装药方式进行炮孔装药，同时还是要以底部装药为主，在炮孔附近位置装少量的炸药，以此工程为例的具体装药结构为，据底部800mm位置安装雷管，1665mm位置安放435mm深度的炸药，其余部分用炮泥填满。这样一来此种装药方式的应用，不仅能够在保障掘进机等设备安全无损的前提下节省炸药用量，还能达到最佳的爆破效果[5]，放炮线如图2。

图2 施工人员在安放炮线

(5)爆破专项安全技术措施

①在进行正式的松动爆破施工前，要事先将掘进机探头、风筒等设施设备向后移动，并对岩石爆破区域以及区域周围20m距离的机器设备采取保护措施，避免在对岩石的松动爆破过程中，炸药冲击产生的飞岩崩溅，对掘进巷子内的掘进机等机器设备造成损害。同时确保爆破工作人员防护措施到位，无关人等撤离或和爆破区域保持一定距离，切实保障施工人员的生命安全。

②正式爆破前事先将掘进机向后移动3m，并将掘进机的截割电机、截割头以及操作台等容易破损的部件都进行防护处理，比如使用胶带等对这些部件进行缠封。

③底板瓦斯预抽巷掘进过硬岩爆破过程中，煤巷会发生剧烈震动，为了防止煤巷结构受到严重破坏，要事先对支护设施进行加固处理，要确保临时支护质量。与此同时做好煤巷顶板管理工作，最大程度避免爆破后发生冒顶问题。

④进行爆破时，要尽量多打炮眼，少装炸药，做到“放小炮、放准炮”，在保障爆破安全的前提下争取用最少最精准的炸药量达到最佳爆破效果。以该工程为例，煤矿底板瓦斯预抽巷掘进过程中发现近1m厚的黄铁结核，岩石硬度极大，现场对其进行松动爆破处理时，要根据实际情况对炮眼位置进行适当调整。并根据现场实际爆破效果调整炮眼深度、装药角度、装药结构、装药量等，以此确保达到最理想的爆破效果，让爆破后岩块大小不超过500mm。如图3施工人员在进行爆破准备工作。

图3 施工人员在进行爆破前的准备工作

⑤在爆破期间要做到不间断装药，绝对不能让药卷之间存在间隙。装药完成后炮孔剩余部分要用水炮泥和黄土泥进行封填，且炮泥封填长度不能低于600mm。炮孔未经过炮泥和黄土泥封填处理则绝对不能投入爆破使用，严格遵守不放“明炮、糊炮”的爆破规则[6]。

⑥煤矿底板瓦斯预抽巷掘进过硬岩石爆破过程中，要严格遵守“一炮三检”的基本原则，保证远距离放炮。并且在爆破过程中要对各设施进行断电处理，同时撤离现场工作人员，只需留专人把手爆破口位置观察即可。只有这样才能切实保障施工人员的生命安全。

3.结论

综上所述，在煤矿底板瓦斯预抽巷掘进过程中对过硬岩石使用松动爆破工艺时需要考虑很多因素，不同的装药量、炮眼密集性、炮孔的深度等会产生不同的爆破效果。比如准备爆破时装药量不足会导致对岩石破坏程度不高，无法达到理想爆破效果。因此在进行正式爆破前需根据实际情况提前制定最佳的爆破方案，通过对过硬岩爆破工艺的改良优化，在保障设备和施工人员安全的前提下尽可能达到最佳爆破效果。经改良后对掘进过程中遇到的过硬岩区域进行处理，最大程度减少了掘进机的磨损，提高了作业效率，取得显著成效。本设计详细阐述了松动爆破参数以及施工流程，有效解决了爆破过程中因岩石掉落，随处飞散产生的不良后果，采用松动爆破施工后，有效降低了综掘机截齿消耗量，掘进速度也得到了有效提升，为后期相同条件下掘进工作的开展奠定了良好的基础。