马良玉

（同煤集团挖金湾虎龙沟煤业有限公司 山西大同 037042）

0 前言

在巷道掘进的过程中，当遇到岩石的时候，综掘机工作效率变得较低，同时截齿会产生大量的损耗，带来的后果是作业环境变差、工作成本增加、正常开采工作受到影响[1]。现阶段，针对在综掘时遇到岩石的问题，工程上大都是采用钻爆法、浅孔或者中深孔爆破，让岩石松动开裂[2]。除此之外，在处理边坡稳定性、冲击地压前期泄压、瓦斯抽采煤层增透、硬顶板弱化时也都会用到爆破的方法[3]。而在爆破作业时，如何使煤岩中的产生较大的裂缝是较为关键的内容，这样才能够将综掘机的工作难度降低，使巷道掘进更加容易，提高工作速度，保障井工人员生命财产安全。这对于现实井工作业有着极为重要的现实意义。

井工作业，对采掘速度影响较大的因素主要分布在破岩、装岩、运岩和支护4个阶段。破岩是整个作业过程的基础，其他工作是否能够顺利开展，以及开展效率如何都取决于这个环节。所以，本文以某煤矿西专回延伸巷掘进工作面为研究背景，对破岩工作进行优化，主要优化参数为炮孔直径和炮泥配比这两个方面，并通过现场实施进行效果检验。

1 爆破效果影响因素分析

1.1 炮孔直径

爆破时炮孔直径对于包括采掘速度、炮孔数量、装药量以及巷道定向等整个爆破工作的影响较大，炮孔直径的影响存在正效应的同时又存在着负效应。

现阶段，在进行爆破采掘工作中，炮孔的直径范围一般在32 mm～45 mm 之间。并且根据文献可以看出钻孔速度与炮孔直径是呈现出负相关关系的，在一定范围内，钻头直径每缩小1 mm，炮孔钻速可提高5%左右[4]。相同的实践条件下，当炸药卷的直径不变时，炮孔直径的减小，对于岩石的松动致裂是有益的，但是当炮孔直径小于一定范围时，孔内渣滓残留不利于炸药的装填，造成爆破工作的困难。

1.2 炮泥配比

在掘进作业遇到岩石选择爆破辅助作业，并进行爆破设计时，为达到预想的作业效果，需要考虑到钻孔堵塞的影响。塞孔的作用有以下几个方面：从提升爆破率方面来讲，可以增加爆破气体在钻孔内的停留时间、提升炸药爆炸产生的能量利用效率以及提高炸药作用的完整程度；从作业安全、职业健康上来讲，能够降低炸药粉尘以及有毒、有害气体溢出量，利于爆炸产生气体的冷却。

目前，在实际开采工作中，用到的炮泥大多是将黄泥经人工加工制造而成的，这样的方法不仅使得爆破作业效率较低，还会由于黄泥固有的成型较差的特性，浪费堵塞作业时间。所以，为了能够提升爆破效率，提高爆破速度，常常会将炮泥材料加工成型，即将较为纤细的材料加水润湿后，加工成一定形状的固体。将炮泥材料粉化的作用有以下几点：1)使粉状材料具有一定的形状；2)使成型材料具有机械强度，保证填孔时的成功率；3)提高炮泥密度等方面的性能。

研究表明，在其他条件不变的情况下，提高炮泥的密度，对于填塞作用有积极作用。为此，在进行炮泥制作时，在河沙中加入辅助材料铝矾土。通过实验测定了河沙量与炮泥密度之间的关系，如图1所示。

图1 炮泥密度与河沙含量关系

通过图1所示影响关系可以看出炮泥密度与河沙含量呈现出了正相关的关系，随着河沙含量的增加，炮泥密度逐渐增大。正是因为河沙颗粒结构致密，颗粒较为粗犷，而铝矾土较为纤细，并且铝矾土颗粒之间有密度较低的水与空气存在着。较为粗犷的河沙颗粒堆积在一起，中间会存在孔隙，而较为纤细的铝矾土颗粒会很好的填充在这些孔隙当中，保证了炮泥整体上不会松散。这保证了整体性的基础上研究炮泥的密度。现场实践表明，当河沙含量保持在15%左右时，炮泥完整性能保持得较差，不利于钻孔的填塞。鉴于此，在炮泥的配比方案上将河沙含量标准定位10%左右，在保证了炮泥完整性的同时，尽量增大炮泥密度，便于炮泥的成型与炮孔的填装。

1.3 炮孔塞孔长度

当塞孔深度达到最优方案时，爆炸产生的气体能够发挥出充分的“气楔”作用，使炮孔周围的岩石破碎，爆破达到最佳效果，进而保证施工进度。由以上分析可知，当达到最优塞孔深度时，堵塞物在从炮孔之前弹出的一瞬间，孔周围岩石破碎应当刚进行完毕，即达到最优的临界条件。

2 炮孔参数及炮泥优化效果

该煤矿西专回延伸巷掘进工作面的全断面共设置有钻孔66 个，爆破作业钻孔原直径为43 mm，爆破炸药为乳化炸药。经过研究发现，根据炮孔使用目的的差别，来设计钻孔的直径和炸药卷的直径。当掘进面围岩较为坚硬且需要循环进尺较大的时候，如果炮卷的直径过于细小达不到较好的掏槽效果，与此同时会使得岩石破碎程度降低。但是对于辅助炮孔和周边孔，因为存在着较多自由面，采用直径小的炮卷不仅能够提升炮孔的施工速度，还能达到节约炸药的效果。

所以，结合实际的施工情况，提出了以下的优化措施：保持爆破药卷直径的同时，尽量减小炮孔的直径以期于达到提高装药耦合系数的目的；经过优化后的掏槽眼的直径减小到准38 mm，周边孔与辅助孔也均为准38 mm，药卷的直径为准27 mm，采用河沙含量为10%左右的河沙与铝矾土混合炮泥进行塞孔

与原方案相比，减小了钻孔的直径，加快了钻孔速度，在此基础上采用机制炮泥进行塞孔，节约了钻孔时间和填塞炮泥时间，加深了钻孔深度。循环进尺提高了0.2 m～0.3 m。由此可见，换成小直径钻头之后，钻进速度不仅有了提升，还节省了钻头和炮泥的成本。

图2 CO最大浓度变化情况

图3 粉尘最大浓度变化情况

在西专回延伸巷掘进工作面回风巷口布置了5个测点，对爆破参数优化前后一氧化碳和粉尘浓度进行观测，对比结果如图2、图3 所示。从以上两个图可以看出，在进行参数优化之后，无论一氧化碳还是粉尘浓度都有了明显的降低，有效的改善了掘进面的工作职业卫生条件，为矿井的安全生产和煤矿工人的身体健康提供了重要保障。

3 结语

（1）本文中对炮孔直径进行了优化，提高了钻进工作效率，这对炮孔深度的提高和掘进进度的提升打下基础，有利于提高采掘循环进尺和降低材料成本。

（2）对炮泥中河沙和铝矾土的比例进行优化，达到最优的炮泥密度，这不仅对炮孔的填塞效果而且对工作环境职业卫生条件的改善具有积极作用。

（3）本文对工程本进行的岩石爆破方案进行优化，达到预期效果。而对不同岩性的掘进工作面，不同类型的炮孔，钻孔和药卷的选择需要进一步试验。