煤矿岩巷掘进光爆参数合理性选择分析研究与应用

岩巷掘进光爆参数合理性选择分析研究与应用摘要:根据煤矿安全质量标准化基本要求,在矿井岩巷掘进过程中，应采用光面爆破技术。现场施工过程中，影响光面爆破质量的因素太多，本文就现场施工如何选择工作面周边眼的眼距、周边眼装药量、周边眼装药结构方式等技术参数进行探讨分析，从而能够确定合理的爆破参数并应用于现场实际施工中，提高光面爆破质量，提高工效，节约生产成本，促进安全生产。关键词：光面爆破；周边眼眼距；装药量；装药结构；空气柱装药一、概述：根据我矿从事岩巷爆破的经验，要实现光爆质量标准的要求，合理选取相关的技术参数是关键。依据光爆机理，必须使周边眼中的炸药爆破后所产生的冲击压应力低于围岩的抗压强度，而由此衍生的切线方向的拉应力则应大于两个炮眼连线方向上围岩的抗拉强度，这样就能使围岩不受损伤而在炮眼连线方向上的岩石被拉断形成贯穿裂缝。因此，周边眼两眼之间形成贯穿的裂缝是实现光面爆破的关键。如何在周边眼两眼之间形成贯穿裂缝，合理选择装药参数是形成贯穿裂缝的必要条件。二、光爆各参数的优化分析1、周边眼眼距的选择相应炮眼装药爆破的贯穿裂缝是靠应力波在各自的炮眼壁上先产生初始裂缝，然后在爆轰气体准静压作用下扩展贯通。形成贯穿裂缝所需满足的条件为：p.db=(E－2rk).ST则周边眼距：E=2rk+p.db/ST式中：E为周边眼眼距；p为炮眼壁上产生的冲击压力；rk为炮眼周围形成的裂缝长度；db为炮眼直径；ST为石抗拉强度；据此可得出在爆炸应力波作用下，炮眼周围形成的裂缝长度rk，此裂缝继而在爆轰气体准静压作用下贯通。以rk为依据算出周边眼距E值。光面爆破的关键，就是周边眼的布置。周边眼必须布置在巷道的轮廓线上，间距与装药量，必须根据围岩情况，经过试验确定。一般情况，炮眼的间距与炮眼直径成正比，与岩石抗拉强度成反比。根据总工程师手册，当f=4~6时，周边眼距为300~500mm。根据各矿经验总结，根据围岩岩性，周边眼眼距见下表1：岩性与周边眼眼距关系表岩石岩性砂岩砾岩粉砂岩砂质泥岩泥页岩泥岩周边眼眼距（mm）400～500400～500400300300200在裂隙、节理发育、层理明显以及破碎地带中的巷道，周边眼间距可以缩小，要求隔眼装药；要求平整度较高的硐室或特殊工程，周边眼间距也可以缩小。在煤矿巷道中光爆，周边眼也要加密，我矿使用周边眼间距为250～300mm，爆破效果较好。2、光面爆破周边眼的装药量周边眼就是起修边作用，崩掉光爆层厚度即可，装药量多少，直接影响修边的好环。周边眼药量过大，将增加对围岩的破坏程度，使围岩爆破裂缝增多和加深，如装药量过少，也可能崩不掉光爆层岩石，会出现鼓包现象。每个工作面必须经过实验取得装药参数，岩石较硬，装药量稍大一点，岩石松软，装药量要小些，一般眼深1.8m左右，装药量0.15~0.3kg为宜。3、周边眼装药结构在矿井开拓掘进过程中，周边眼装药结构是一个重要的研究课题，周边眼用空气柱装药结构对光面爆破是否有影响，我们也曾在某岩巷掘进工作面做过实验。周边眼空气柱装药与不用空气柱装药各实验10炮，均采用楔形掏槽法进行爆破，掏槽眼深2.0m，周边眼深1.8m；炸药选用二级煤矿许用T-320型水胶炸药，规格为Φ27×400mm，重330g/卷，工作面岩石硬度系数为f=4～6，每个周边眼装药1卷。周边眼采用空气柱装药，装药时必须将药卷送至眼底，使用炮泥封孔前，先把一卷充好的水炮泥送入炮眼，然后再用一根棉线绳拴住一卷充好水的水炮泥一端，将水炮泥用炮棍送入炮孔内300mm即可，安装完水炮泥后，一手拉住棉线绳不动，一手再用粘土炮泥将眼孔封实，保证封泥长度不小于300mm。封孔使用的炮泥硬度要柔软适宜，用手捏即可成型，确保封孔效果密封不透气，严禁使用硬化（水份散失）的炮泥。空气柱装药结构如附图1所示：单位：mm附图1空气柱装药结构示意图两种装药结构爆破后眼痕率统计分析结果如下图所示：0%20%40%60%80%100%120%140%12345678910使用空气柱眼痕率不用空气柱眼痕率炮数眼痕率附图2使用空气柱装药与不使用空气柱装药周边眼眼痕率统计图从图中明显可看出，使用空气柱装药结构光面爆破效果较好，眼痕率较高。不使用空气柱装药结构，虽然爆破效果尚可，但眼痕率低，衡量光面爆破的一个重要指标即是眼痕率。可得出使用空气柱装药结构可提高光面爆破质量。空气柱装药结构中空气柱过长，将失去其均衡孔壁压力的作用，甚至在孔口位置出现挂门帘等不良光面爆破效果。如果空气柱过短，将失去其缓冲炸药对孔壁压力的作用。当爆破岩石较为坚硬时、顶板岩石较为破碎缩短循环进尺时，采用不预留空气柱的装药方式。三、现场试验应用城矿设计施工的21608中间巷车场，根据地质综合柱状图分析可知，巷道掘进过程中主要是经过砂质泥岩、泥岩，岩石硬度系数f=4～6，巷道断面为直墙半圆拱形，采用“锚网喷+锚索”支护，墙高1600mm，喷厚100mm，基础100mm。断面净宽4200mm，毛宽4400mm。S掘=14.64m2，S净=13.64m2。巷道炮眼布置三视图如下图所示：697984°84°单位：mm1238791011121314151617181936353433323130292827262423222120384041424344454647484950515253545556575859606162636465666768707576373、67、828522、51、43009、101468～7814、28、5218、19456253977787963～6720～224～61～334～3637～41附图321608中间巷车场炮眼布置三视图21608中间巷车场周边眼眼距设计为300mm，采用楔形掏槽法进行爆破，掏槽眼深2.0m，周边眼及其他炮眼深1.8m；炸药选用二级煤矿许用T-320型水胶炸药，规格为Φ27×400mm，重330g/卷，每个周边眼装药1卷。采用空气柱装药方式，采用上下部分次装药分次起爆的爆破方式。根据上述参数对巷道进行装药爆破，从爆破后效果看，光面爆破效果较好，眼痕率达到80%以上，每米建工材料节余约500元，减少了出渣量，降低了喷浆量，提高了工效，节约了材料成本。四、结论光面爆破是一个复杂的系统工程，影响光面爆破参数非常多，针对某一工程，也许影响光面爆破的因素只有几种，在对这几种因素分析过程中，也采取了固定其他因素不变，只对分析的因素进行分析，然后定性得到某种结果，比如说，周边眼空气柱装药结构对光面爆破的影响问题，我们是在其他因素都相同的情况下，利用钻爆法掘进过程中，周边眼采用空气柱装药和不采用空气柱装药两种装药方式后，根据爆破后统计眼痕率，来得到在岩石岩性硬度适中的情况下，使用空气柱装药结构光面爆破效果更好一些。在矿井岩巷掘进中，巷道穿过的岩层岩性相对简单，只要找到影响光面爆破的几项重要参数后，然后进行改进和优化，就能大幅度提高光面效果质量，比如城矿设计施工的21608中间巷车场，影响光面爆破效果的主要是周边眼眼距，周边眼装药质量以及周边眼装药结构，只要对三项影响因素进行优化改进，即能很大程度的提高光面爆破效果。参考文献：[1]王文龙钻眼爆破[M]。北京：煤炭工业出版社，1992[2]亨利奇J爆炸动力学及其应用[M]。北京：煤炭工业出版社，1992[3]傅菊根,李玉荣.底部空气柱装药掏槽爆破模拟实验研究[J].淮南工业学院学报,2001,21(1):16-20[4]朱红兵,卢洪波等.空气间隔爆破机理研究[J].岩土力学,2007,28(5):986-990[5]张世银,傅春生等.光面爆破装药结构空气柱长度理论计算[J].工程爆破,2006,12(4):13-15[6]宗琦,孟德君.炮孔不同装药结构对爆破能量影响的理论探讨[J].岩土力学与工程学报,2003,22(4):641-645