巷道掘进掏槽眼间距确定方法的探讨孙兴林

巷道掘进掏槽眼间距确定方法的探讨孙兴林

孙兴林

河南能源永煤股份有限公司河南永城476600

摘要：目前岩巷掘进爆破的发展方向,国内已有较多的煤矿井下岩石巷道采用中深孔光面爆破技术。在掏槽眼爆破技术进行岩巷掘进中深孔爆破,如果掏槽眼选择不合理必然影响其爆破效果。因此,掏槽眼的布置是整个掘进爆破的技术关键。以下在某矿水平副暗斜井完成了掘进爆破技术。

关键词：巷道掘进；掏槽眼间距；爆破

巷道掘进掏槽眼间距选择是否合理是提高巷道掘进爆破效率的主要因素之一。阐述了掏槽眼间距与临界深度、岩石性质、爆破作用指数之间的关系,并应用实例介绍了掏槽眼间距的确定方法。该方法简单可靠,为巷道掘进掏槽眼间距的确定提供了理论计算依据,应用该方法对提高巷道掘进爆破效率,节约掘进成本具有重要的意义。

1.掏槽形式

岩巷掘进所采用的掏槽形式应在保证获得良好的爆破效率的前提下,掏槽眼越少越好。目前,从国内外岩石巷道掘进爆破研究和应用实例来看,浅眼时最常用的是掏槽形式仍是垂直楔形掏槽,它可以充分利用工作面这一唯一的自由面,以较少的炮孔消耗和炸药消耗,获得较大的掏槽面积和槽腔体积。而中深孔爆破,当巷道断面较小时斜眼楔形掏槽的应用就受到了巷道断面宽度的限制,此时可采用直眼掏槽,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。当巷道断面较大时,还可采用楔形斜眼掏槽、直眼和斜眼复合式掏槽、双楔形掏槽等。对于孔深超过3.0m时,更为有效的是阶段直眼掏槽和孔内分段直眼掏槽,前者是将掏槽眼沿深度分成两阶段,不同掏槽眼的眼底位于不同的平面上,按由浅入深的顺序分阶段进行掏槽。后者则是在掏槽装药炮眼内实施上下两分段,分段装药间以一定长度的炮泥相隔,由外向内顺序起爆。两种直眼掏槽方式的掏槽机理是一样的,前分段掏槽爆破后,在应力波和爆轰气体的综合作用下,槽腔内岩石被破碎并向工作面方向推移,形成漏斗形槽腔,为后分段掏槽创造了一个新自由面,并由此改变了深部岩石所受的夹制作用,使其强度降低,有利于岩石的爆破破碎和运动。同时还造成下分段岩石中的残余应力和大量的爆生裂隙以增强岩石的破碎。分段间装药微差起爆,也改善了炸药爆炸能量与岩石破碎的匹配关系,使更多的能量用于岩石破裂破碎和更少的能量用于碎块的抛掷。但由于这2种掏槽方式相对复杂,煤矿井下在炮眼深度3.0m以内时采用较少。经过研究认为岩巷掘进中深孔爆破采用的掏槽方式应考虑如下原则:1)掏槽形式越简单越好。直眼掏槽中菱形掏槽、三角柱和四角柱掏槽等虽然在理论上不及螺旋掏槽,但其结构简单,易掌握,且只用1-2段雷管。巷道断面较大时可采用楔形掏槽。2)掏槽形式要能保证获得较大的槽腔表面积和较高的炮眼利用率。这样才能为后爆炮眼创造更为充分的自由面。楔形斜眼掏槽具有此优点。3)直眼掏槽时,先爆炮眼应有较多的空眼辅助自由面。空眼越多、空眼直径越大,对掏槽效果越有利,既能提供更多的辅助自由面,又能为破碎岩石提供更多的补偿空间。

2.巷道掘进爆破技术分析

近年来，由于煤矿巷道掘进采用的炮眼和药卷直径普遍较小，加上炸药考虑安全性能后做功能力下降，造成煤矿巷道掘进较难取得较大进尺，尤其是巷道下山掘进，难度更大。通过调查，坡度10°以上的全岩下山掘进，岩石较软时，进尺也只能达到1.3m左右；当岩石硬度达到f=8以上，常会出现掏槽效果差、留底等问题，单炮进尺降到0.7m左右，严重影响了煤炭生产的接续性。

2.1掏槽爆破技术的优化。由于煤矿巷道工作面狭小，岩石所受夹制作用较强，大型凿岩设备难以使用，提高巷道掘进效率主要依靠改善掏槽效果来完成。目前，巷道掘进主要的掏槽方式是斜眼掏槽、直眼掏槽以及两者结合的混合掏槽。在浅眼爆破时较多地采用垂直楔形掏槽，可用较少的炮眼获得较高的掏槽效率，包括较大的槽腔体积和较高的炮眼利用率。垂直楔形掏槽一般对称布置3～4对掏槽炮眼，倾角为55º～70º，相对炮眼的眼口间距为1.0～1.4m，底间距为100～200mm，上下排炮眼排距为300～500mm。但随着炮眼的加深，楔形掏槽的应用受到巷道断面宽度的限制，必须采用直眼掏槽。直眼掏槽的形式有多种，其共同特点是利用空眼作为首爆装药眼的辅助自由面和破碎岩石的补偿空间，因此，直眼掏槽均有数量不等的平行空眼。由于直眼掏槽对炮眼的精度要求极高，实际的巷道掘进效率往往事与愿违。（1）眼底间距的确定。含抛碴眼的楔形掏槽是直眼与楔形中加抛碴眼的掏槽方法，根据掏槽补偿空间理论并结合楔形掏槽眼底布置方法，含抛碴眼的楔形掏槽眼底间距为100～200mm。（2）眼口间距的确定。为使槽腔内岩石充分破碎，槽孔必须布置在破裂区内。因此，上下排炮眼排距a和相对炮眼的眼口间距1L都应小于破裂区半径tR。

式中：0r为装药炮眼半径（m）；为调整系数；r0为岩石的密度（kg/m3）；r0C、eD分别为孔壁岩石的冲击波波速和炸药爆速(m/s)；e为炸药的密度（kg/m3）；tS为岩石的抗拉强度（MPa）；为应力波衰减指数。

2.2掏槽眼的布置位置的调整。掏槽眼的布置位置直接影响到抛碴的距离。平巷掘进时，由于掏槽部分布置的炮眼比较多，加上多数采用斜眼掏槽，为了钻眼的方便并防止爆破飞石现象的产生，掏槽眼的位置一般布置在巷道下部。但在下山掘进时，一般将掏槽眼位置布置在巷道中部或中部偏下，一方面能获得良好的抛渣效果；另一方面有利于布置1-2排抛碴辅助眼。因此，下山掘进掏槽眼布置位置应根据下山倾角进行调整。

2.3炮眼深度的合理选择。炮眼深度是巷道掘进中深孔爆破中最基本的技术参数之一，它既影响着一个循环各工序的工作量及完成时间，又影响着爆破效果和掘进速度。而影响炮眼深度的因素也很多，如岩石性质、凿岩机械、炸药性能、循环方式、施工技术和施工管理水平等。中深孔可减少辅助作业时间，提高掘进速度，目前应用日渐增广。在确定炮眼深度时应综合考虑以下几个因素：（1）合理的炮眼深度应与具体的施工条件相适应。合理的炮眼深度要保证钻眼时有较高的钻眼速度。对于普通的气腿式凿岩机，在相同的凿岩条件下，采用同一根钎子钻眼，每增加1m炮眼，其钻眼速度就下降4%～10%；特别当炮眼深度超过3m时，由于钎子重量增加，使克服钎子弹性变形的冲击功增大，排粉难度也增大；其次，钎杆与眼壁间摩擦阻力增大，能量消耗增加；再者，人工拔钎也相当困难。因此，使用普通气腿式凿岩机，炮眼深度宜控制在2-3m以内。如采用凿岩台车配备重型导轨式凿岩机，可不换钎子一次推进行程3.5-4.0m，因其有较大的轴推力和较强的扭矩，故能克服气腿式凿岩机的上述缺点，是巷道掘进中深孔爆破首选的钻眼机械。

总之，合理确定掏槽眼间距是提高掘进爆破效率,降低生产成本的有利措施。而掏槽眼间距的确定与岩层结构及其性质有关,因此,巷道掘进掏槽眼间距确定方法有多种多样,以上介绍的掏槽眼间距确定方法为平时凭经验确定掏槽眼间距提供了理论计算参考依据,这一方法的完善还有待于在今后的工作中进一步实践与探索。

参考文献：

[1]杨尚进，张继春.掏槽爆破中空孔效应的理论与试验研究[J].矿业研究与开发,2015,(5).

[2]林大能,陈寿如.提高卡房采选厂巷道掘进效率研究[J].矿业研究与开发,2016,(1).

[3]张运良,曾习华,李志成,杨艳明.提高平巷掘进爆破效率的初步尝试[J].矿业研究与开发,2015,(3).