如何提高煤矿巷道光面爆破掘进速度

2013-04-04吴水锋吴水平

科学之友 2013年1期

吴水锋，吴水平

（1.广东宏大爆破股份有限公司，广东广州 510623；2.山西省阳泉固庄煤矿，山西阳泉 045060）

1 基本概况

杜庄煤矿为高瓦斯矿井，其12#煤层地质构造较简单，断层落差一般在1~3m，埋深420～450m，平均厚1.10m，属于薄煤层，易自然发火。掘进巷道均为半煤岩巷，煤层倾角为4°～25°，一般为12°。煤层坚固度系数f=2～4.煤层顶板为页岩，岩性较硬，普氏硬度f=6～8，厚度1.6~1.8m；直接底板为黑色页岩，均匀层状结构，普氏硬度f=8～10。如图1所示。由于采掘衔接的问题，采用光面爆破掘进技术因为掘进速度慢而一直得不到推广，近年以来，通过不断研究改进，采用掘进机结合光面爆破的技术终于弥补了光面爆破掘进速度慢的缺点，为下一步光面爆破在煤矿井巷掘进的推广奠定了基础。

图1 煤层地质柱状图

2 光面爆破优点及现状

光面爆破首先应用在岩巷中，这是一种控制爆破技术，与普通爆破相比，光面控制爆破施工具有以下优点：①它的特点是“多钻眼、少装药”，通过合理布置炮眼和适量装药，然后控制爆破的作用范围和方向，获得光爆预留层，减少了爆震裂隙，防止岩面开裂，保护了围岩的整体完整，最大限度地利用了围岩本身的支承能力，从而增强了巷道的支护强度，有利于施工的安全。②使爆破后的巷道成形规整、轮廓尺寸能较精确地达到设计要求标准，可减少超挖、欠挖，降低了通风阻力，能有效防止瓦斯积聚。③炮眼利用率高，降低了炸药和雷管的消耗量，增加了巷道的服务年限，同时减少了巷道的维护费用。

但是，杜庄煤矿采掘衔接紧张，现主采12#煤层又属于易自然发火煤层，运用普通的光面爆破工艺必定会延长掘进工期，这样就会对全矿井的采掘衔接和防治煤层自然发火大大不利，因此，利用光面爆破技术如何提高掘进速度，就成为问题的关键。

3 光面爆破与机械结合技术

光面爆破的实质就是要精确设计断面轮廓线上的周边眼及装药量。杜庄煤矿12#煤层掘进巷道为半煤岩巷，上部为0.9m的岩层，下部为1.1m的煤层，那么在掘进过程中应考虑在上部岩层中实施光面爆破，在下部煤层中运用机械设备快速掏槽。掘进机掏槽正好弥补了巷道全断面实施光面爆破所需时间较长的缺陷，从而可以大大提高巷道的掘进速度，既确保了全矿井的采掘衔接，又从根本上防治了煤层自然发火。见图2。

3.1 巷道规格

杜庄煤矿12#煤层回采工作面进、回风顺槽掘进设计规格均为2 000mm×3 200mm。巷道顶部采用螺纹钢锚杆，直径20mm、长2 400mm，配用锚索、金属网加W钢带。帮部采用普通圆钢锚杆，直径16mm、长1 800mm，配用金属网护帮。

3.2 掏槽方式

由于进、回风顺槽均设计沿煤层底板掘进，下部为1.1m厚的煤层，上部还需要掘0.9m厚的岩层，为了使半煤岩巷道能够既成型好，又掘进速度快。根据多年来的实践，在掘进巷道时，从实际出发改良了传统的全断面光面爆破掘进方法，在下部煤层中首先运用掘进机进行掏槽，从而能迅速为上部及后续的光面爆破形成自由面。见图2。

图2 炮眼布置图（单位：mm）

3.3 炮眼布置

辅助眼：在掘进机掏槽口上部0.9m厚的岩层中部平均布置3个深度大于2m的辅助眼，起到扩大掏槽自由面的效果，为周边眼爆破效果创造条件。见图2。

周边眼：根据不同的岩石条件,合理布置周边眼,严格控制爆破参数，是光面爆破效果好坏的关键，也是确保巷道成型的关键。见图2。

周边眼布置原则：①布置对称均匀,以保证爆破后的巷道断面成型规整，经现场实验，页岩中周边眼间距以350mm为宜，最小抵抗线为400～500mm；②巷道轮廓线转折处必须布置炮眼,用以控制巷道断面转折形状；③帮、顶眼应落在与自由面同一深度的竖直平面上；④周边眼离开顶帮距离应适当，见表1。该页岩硬度介于硬岩和中硬岩之间，所以选择离开顶帮距离为200mm为宜。

3.4 炮眼参数的确定

通过各种深度的炮眼反复试验比较，结果如表2所示。

经比较，最终确定炮眼深度为2.0m，每班能完成3个循环进尺。因爆破页岩，所以炮眼直径选用Φ34mm规格柱齿钻头打眼。

3.5 炸药的确定

用于光面爆破的炸药应当是爆速较低、密度较小、感度高、爆轰稳定的低威力炸药。按照2.0m的炮眼深度，结合实际情况，选择二级煤矿需用Φ32mm乳化炸药。为避免巷道围岩产生炮震裂缝,应采用单段空气柱装药结构，使得药卷能量均匀地分布在周边眼内，同时严格控制周边眼装药量，以缓冲炸药爆炸对围岩的破坏作用。具体装药量（当眼深≤2.5m时）根据岩性赋存条件而定。见表1、表3。

4 效果评价

通过近一年的试验摸索，杜庄煤矿光面爆破结合掘进机掏槽掘进技术已逐渐趋于成熟。2010年，杜庄煤矿在12#煤层所有掘进施工队采用该方法后，巷道掘进尺由原来的每月160～170m提高到240～260m；同时巷道成型标准、美观，且充分利用了围岩本身的支撑作用，锚距由原来的0.5m放大到0.9m，再加上炸药量的节约，经预算每米掘进便可节约材料费近1 000元。另外，此种掘进方法还避免了掘进机强行截割岩石造成的机械损坏，从而降低了成本费用，减少了维修环节，有效地减轻了工人的劳动强度，真正确保了全矿的采掘衔接，杜绝了自然发火。