煤矿坚硬岩石巷道中深孔爆破技术应用研究
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第14卷 第3期2008年9月 工程爆破ENGINEERINGBLASTING Vol114,No13September 2008
文章编号:1006-7051(2008)03-0031-03
煤矿坚硬岩石巷道中深孔爆破
技术应用研究
孟德军1,何爱忠1,朱 昊1,宗 琦2
(1.淮北矿业集团岱河煤矿,安徽淮北235001;
2.安徽理工大学土木建筑学院,安徽淮南232001)
摘 要:岩巷中深孔爆破可减少循环转换过程中的各种辅助作业时间,提高单循环进尺。根据现场巷
道断面和形状、岩石性质、低威力三级煤矿水胶炸药和施工条件,通过对炮孔深度、掏槽形式和掏槽参
数、光面爆破参数、崩落爆破参数、装药结构、炸药单耗、起爆方式等技术问题分析研究,并在施工中不断
优化完善,应用研究取得了良好的技术经济指标,平均炮孔利用率大于90%,巷道成形质量良好,周边
孔痕率在40%～70%。
关键词:岩石巷道;中深孔爆破;掏槽形式;光面爆破
中图分类号:TD823 文献标识码:A
APPLICATION&RESEARCHONMEDIUM2DEEP2
HOLEBLASTINGTECHNOLOGYINCOAL
MINESOLIDROCKTUNNEL
MENGDe2jun1,HEAi2zhong1,ZHUHao1,ZONGQi2
(1.HuaibeiMiningGroupCo.DaiheCoalMine,Huaibei235001,Anhui,China;
2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,AnhuiUniversityof
ScienceandTechnology,Huainan232001,Anhui,China)
ABSTRACT:Medium2deep2holeblastingtechnologycanreduceassistantoperationtimeofmanykindsof
loopfunction,andenhancetheadvancementfootageofsingle2cycle.Thispaper,basedonthesectionand
shapeofinsitetunnel,rockpropertyandconstructioncondition,lowerpowercoal2minewater2gelexplo2
sive,discussedthetechnicalproblemssuchasholedepth,cutpatternsandparameters,smoothingblasting
parameters,cavedblastingparameters,chargingstructure,unitexplosiveconsumption,detonationpat2
ternandsoon,andwhichwereoptimizedduringtheconstruction.Theapplicationresearchinterpretedin2
towelltechnologicalandeconomicresultsbygivinganaverageholeavailabilitymorethan90%,wellqual2
ityofthetunnelshape,and40%～70%ofperipheralholerateintermsofhalf2holemarks.
KEYWORDS:Rocktunnel;Medium2deep2holeblasting;Cutpattern;Smoothingblasting
收稿日期:2008-03-07作者简介:孟德军,高级工程师、硕士。1 引 言
目前,在采用普通气腿式凿岩机钻孔的施工条
件下,浅孔爆破仍是煤矿岩石巷道掘进最常用的爆破作业方式,通常能获得较高的爆破效率,一般炮孔
深度116～118m,循环进尺可达到114～116m,爆破
效率较差时有110m左右。浅孔爆破循环转换过程
中工艺重复多,相对增加了辅助作业时间,如放炮通
风时间、排矸时间、工作面清理及各工序准备时间
等,材料消耗量大、成本高、工效低,而且增加了工人的劳动强度,与目前煤矿建设的快速发展很不适应。
而岩巷掘进中深孔爆破技术则可减少辅助作业时
间、提高单循环进尺,因而被认为是加快掘进速度最
为有效的技术手段之一,也是目前岩巷掘进爆破的
发展方向,国内也有不少研究资料和成功的工程实
例〔1～4〕。但是如何在现有凿岩设备和生产技术条件
下,提高爆破效率、改善爆破效果、增加进尺、保证成
形,仍是岩巷特别是较为坚硬的岩石巷道掘进中深
孔爆破工作中亟待解决的技术课题。我们在岩石巷
道掘进中对中深孔爆破技术进行了应用研究,获得
了理想的爆破效果。
2 巷道概况
试验巷道是一条直巷,长度150m,断面形状为
三心拱形,巷道净宽412m、净高314m、净断面积
131026m2。采用锚喷支护,喷层厚度100mm,因此
巷道掘进宽度414m、掘进高度315m、掘进断面积
14115m2。该段巷道范围内无地质构造,岩层走向
为20°、倾向110°,倾角8°、岩性有泥岩、砂质泥岩,
细粒砂岩以及中粗粒砂岩,其中以坚硬中粗粒砂岩
为主,岩石坚固性系数f=8～10,预计该巷道掘进
中局部可能会有滴、淋水现象,无沼气。确定选用有
较高冲击功的新型YT229型气腿式岩石风动凿岩
机,配用长度215m的钎杆及直径38mm的球齿型
钎头,炮孔直径40mm左右。采用淮北矿业集团化
工厂生产的三级煤矿安全水胶炸药,药卷直径
35mm、长度400mm、质量350g,1～5段毫秒电雷
管,矿用防爆型起爆器。
3 爆破参数设计
311 炮孔深度
合理的炮孔深度应与钻孔机械相适应,有资料
表明〔5〕:岩巷掘进时,若采用普通的气腿式凿岩机,
在相同的岩石条件下施工,采用同一根钎子钻孔,每
增加1m孔深,其钻孔速度就下降4%～10%,且随
着钻孔深度的增加,钻孔速度就下降得越快。特别
是当炮孔深度超过215～310m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;同时钎杆与孔壁间摩擦阻力增大,能量消耗增
加,人工拔钎也相当困难。因此,使用普通气腿式凿
岩机,炮孔深度宜控制在215m以内。
合理的炮孔深度还应能保证每班完成整循环,并能保证实现正规循环作业。这样,每班工作任务
明确、便于组织和管理,同时配合锚喷支护,在合理
的炮孔深度内力求最高掘进工效。结合巷道坚硬岩
石条件,设计炮孔深度为212m。
312 掏槽爆破
浅孔爆破时最常用的掏槽形式是垂直楔形掏
槽,它可以充分利用工作面这一唯一的自由面,使用
较少的炮孔消耗和炸药消耗,却能够获得较大的掏
槽面积和槽腔体积。而巷道中深孔爆破,当巷道断
面较小时斜孔楔形掏槽的应用就受到了巷道断面宽
度的限制,多采用直孔掏槽;而巷道断面较大时,也
较多采用楔形掏槽。根据实际情况,设计采用楔形
斜孔掏槽,掏槽孔深度(垂直深度)214m。为克服深
孔底部岩石的夹制作用、增强槽腔内岩石的破碎和
运动,在槽腔中心布置两个214m的直孔,每对槽孔
孔口间距1400mm、孔底间距控制在200～300mm,
倾角76°。中心两个槽孔装药同用一段雷管起爆。
313 光面爆破参数
周边孔布置在巷道掘进轮廓线上,钻孔时向外
偏斜,孔底落在轮廓线外50～100mm,炮孔相互平
行,深度一致。为保证巷道成形质量,严格控制周边
孔(特别是顶孔)间距、最小抵抗线及装药量,设计顶
孔孔距在350～400mm、帮孔孔距400mm,周边孔
最小抵抗线550mm,实际炮孔密集系数m=017～
018。
理论分析和工程实践均已证明,较合理的光爆
装药结构是不耦合装药,即径向空气间隙不耦合和
轴向空气垫层不耦合装药,在目前尚未广泛使用特
制小直径光爆药卷的情况下,现场仍以普通药卷代
替,这样则应采用轴向软垫层不耦合装药。而由于
煤矿安全的特殊性,不能采用空气不耦合装药,因此
应采用轴向水垫层不耦合装药结构(装水炮泥)。
根据经验,岩石巷道光面爆破时的装药集中度
取值为:松软岩石100～150g/m,中硬岩石120～
200g/m,坚硬岩石200～300g/m〔5～7〕。设计顶孔装
药集中度160g/m。
根据巷道断面情况,在掏槽孔和周边孔间均匀
布置辅助孔和崩落孔,紧挨掏槽孔的辅助孔与掏槽
孔孔口间距应控制在250～300mm,其他崩落孔间
距和排距控制在550～700mm,炮孔密集系数控制
在m=018～112。各类炮孔爆破参数如表1所示。・23・工 程 爆 破表1 巷道掘进中深孔爆破参数
Table1 Parametersofmedium2deep2holeblastingintunneldriving
炮孔名称孔号孔数/个孔深/m孔距/mm抵抗线/mm装药量卷/孔kg/孔kg起爆顺序连线
方式一阶掏槽孔1～222144003101105211Ⅰ串联二阶掏槽孔3～86214400315112257135Ⅰ辅助孔9～12,16～1872124002503100187561125Ⅱ崩落孔13～1532127007002100170211Ⅱ崩落孔19～21,28～306212600700215018755125Ⅲ崩落孔22～2762126507002100170412Ⅲ帮孔31～40102124005502100170710Ⅳ顶孔41～571721234055011001355195Ⅴ底孔58～65821263031511225918Ⅴ合计65491875
314 爆破效果
在精心组织和严格要求下,掘进速度和成巷质
量都有较大提高。22个掘进循环完成掘进工程量
4318m,平均炮孔利用率9016%,巷道成形质量良
好,超挖量基本上控制在150mm以内,无欠挖,据
不完全统计,周边孔痕率在40%～70%。
工作面岩石破碎充分、爆破块度均匀、大块率很
低,经多个循环的粗略观测统计,除个别有少量大块
外(个别岩石大块的最大尺寸也不超过500mm),块
径一般都在50～250mm。爆堆也较为集中,大量岩
石的抛掷距离被控制在6～15m的范围内,抛掷到
耙矸机以后的矸石量很少,这就大大减少了人工清
矸清道的工作量,利于装岩机装岩,同时也有效地保
护了巷道掘进设备和器具免受落石的撞击破坏。同
时调车及时,有效地提高了装岩机的装岩工时利用率和装岩效率。
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