直眼掏槽在坚硬岩层井巷掘进的应用

陈志宁



直眼掏槽在坚硬岩层井巷掘进的应用

陈志宁

福建省天湖山能源实业有限公司铅坑矿

坚硬岩层的掘进施工存在难钻眼、难爆破等特点,该文介绍了在坚硬岩层中采用直眼掏槽并优化爆破参数的问题，以提高爆破效率。

坚硬岩层 井巷掘进 直眼掏槽 爆破参数 优化

在坚硬岩层中井巷掘进存在钻眼难、爆破难的现象。据我矿传统的楔形掏槽掘进现场施工资料统计，坚硬岩层中岩巷掘进的循环进尺仅为70～80cm左右，特别是对于f＞10的较为坚硬岩石，其炮眼利用率一般在60%以下，炮眼利用率低，造成围岩超挖或欠挖，巷道成型质量差，不仅影响了巷道掘进的速度，增加了出矸量，也降低了巷道的稳定性和安全性。因此，如何提高坚硬岩层爆破效率、改善爆破效果、提高掘进单进、保证巷道成型，仍是坚硬岩巷掘进爆破工作中要解决的主要问题。我矿针对这个问题进行了研究和现场试验，于2011年6月、7月、8月在575水平南集中运输巷进行爆破试验，收集爆破参数。试验表明，在坚硬岩层爆破中，采用直眼掏槽的布眼方式，爆破效果良好，现场跟班的最好效果是循环进尺1.27米，爆破效率可以提高15%～20%。

1　现场岩性条件

铅坑矿575水平南集中运输巷巷道断面设计为半圆拱断面，净断面积为5.5m2，该集中运输巷所揭露的岩层是二迭系童子岩组第一亚段下带的含煤岩系地层，揭露62#、63#煤层，地层构造复杂；多为线状紧密褶皱，常伴有煤岩倒转，并伴有小断层出现，煤层变化很大。各煤层的顶底板岩性特征如下：

62#煤层：直接顶板为中薄层状细粉砂岩，水平层理清晰，底板根茎层厚，含眼球状、小瘤状，黄铁矿结核，直接底板细粉砂岩，中常夹有薄煤线，间接底为一套较厚的石英细砂岩，并夹多层状细粉砂岩和粗粉砂岩，含砂质泥岩条带，呈互层状。

63#煤层：其顶板或间接顶板为细砂岩，直接顶为细粉砂岩，其厚度小，且呈隐蔽水平层理；底板为细粉砂岩，夹有1～2层煤线；间接底板为深灰色中厚层状石英砂岩，夹薄层细粉砂条带。

2 掏槽眼爆破技术参数选择

决定掘进进尺的关键是掏槽眼爆破。掏槽眼的作用是首先在工作面将某一部分岩石破碎并抛出，在一个爆破自由面的基础上崩出第二个自由面，为其他炮眼的爆破创造有利条件。要提高炮眼利用率，应首先选择合理的掏槽形式和掏槽参数。

2.1 掏槽形式

在我矿目前浅眼多循环的巷道掘进爆破中，最常用的掏槽形式是楔形掏槽。这种掏槽的特点是可充分利用自由面，逐步扩大爆破范围，掏槽面积较大，适用于较大断面的巷道，但炮眼倾斜角度不好掌握。而直眼掏槽应用较少，直眼掏槽的形式有多种，较为常见的有菱形掏槽、角柱掏槽、螺旋掏槽等多种，各种直眼掏槽形式的共同特点是掏槽眼都垂直于工作面，各炮眼之间保持平行且眼距较小，利用数量不等的平行空眼作为首爆装药眼的辅助自由面和破碎岩石的膨胀补偿空间。

试验中采用的直眼掏槽方式是四角柱直眼掏槽：掏槽眼分三排三行布置，中间和四个角炮眼为装药眼，四边的中间眼为空眼(详见爆破说明书)。

其掏槽机理是：利用空眼作为附加自由面和爆破膨胀空间，利用爆破作用的破碎圈来破碎岩石。当装药眼起爆后，即对这些小空眼产生强力挤压爆破作用，致使槽腔内的岩石被破碎，而后借助爆生气体的余能将已破碎岩石从槽腔内抛出，达到掏槽目的。试验结果表明，这种掏槽方式可提高掏槽深度，抛掷作用小。

2.2 掏槽参数

2.2.1 炮眼深度

在确定炮眼深度时，不仅要考虑钻眼机械，还需考虑巷道断面的大小、岩石的坚硬程度、所用炸药的爆炸威力等。巷道断面小、岩石坚固性高，掏槽难度就大；装药直径大、爆炸威力高，就能获得较高的掏槽效果。

我矿集运巷道断面为5.5m2的小断面，使用普通的气腿式凿岩机（ZY-24型）施工，据现场使用情况，随着钻眼深度的增加，钎杆与眼壁间摩擦阻力增大，能量消耗增加；人工拔钎也比较困难。试验中，直眼掏槽眼深度为1.5m，其它炮眼深度为1.3m。

2.2.2 炮眼间距

掏槽爆破主要是利用装药爆炸后岩石中产生的破碎破裂作用，因此对于直眼掏槽，要保证槽腔内岩石充分破裂破坏，掏槽炮眼就应布置在破裂区内，即a＜w，a为槽孔间距，w为最小抵抗线。我矿采用32mm直径的二号岩石硝铵炸药，炮眼直径d为40mm。最小抵抗线w和炮眼间距a可由下式求出：

w＝(25～30)d

a＝(1～1.5)w

试验中，掏槽眼的排距和行距均取100mm（详见炮眼布置图）。

2.2.3 炮眼装药量

掏槽爆破要求装药爆破后要将槽腔内岩石充分破碎并抛出，因此，装药量较其它炮眼要大。试验中每个掏槽眼装药量为0.75公斤。

3 技术比较

在同一巷道采取不同的掏槽眼布置形式进行技术试验，对爆破效果进行对比。

图1 巷道断面图（M1:50）

3.1 掏槽眼布置形式一: 楔形掏槽

表1 爆破说明书（1）

3.2 掏槽眼布置形式二:直眼掏槽

表2 爆破说明书（2）

试验表明，在坚硬岩层爆破中，采用直眼掏槽的掏槽布置方式，能够取得较好的爆破效果。在现场的最好效果是循环进尺1.27米，爆破效率提高15%～20%。

4　结束语

直眼掏槽的这种掏槽布置方式，最关键的技术要点一是要控制好空眼与装药眼的距离，这要根据施工现场具体的岩性来确定，岩石越硬间距越小。二是掏槽眼应尽量布置在软弱岩层中，严格保持炮眼平行间距相等。三是空眼数目的合理选择，岩石越坚硬或炮眼越深，空眼数目应适当增加，空眼深度应比其他眼深200mm。四是中间眼和四个角眼分开起爆所取得的爆破效果会更理想。

[1] 宋宏伟. 井巷工程[M]. 北京: 煤炭工业出版社, 2007.