唐英政

（铁法能源集团大隆矿，辽宁 调兵山 112700）

铁煤能源集团公司大隆矿12#、13#煤层主要采用炮掘工艺进行开采，炸药爆破作业过程存在掘进速度慢、粉尘浓度高以及瓦斯爆炸等问题，针对这一问题设计采用二氧化碳智能爆破系统来实现炮掘作业。近年来智能二氧化碳爆破系统已经实现对石英岩、花岗岩等多种硬岩石进行了成功爆破，将二氧化碳智能爆破系统应用在煤矿井下岩石巷道掘进作业当中，可以有效替代炸药进行爆破作业，实现煤矿井下安全高效的开采作业[1]。

1 二氧化碳智能爆破系统的构成

二氧化碳智能爆破系统就是采用二氧化碳作为主要原料，进行爆破作业的智能系统，该系统的组成结构如图1 所示，主要是由地面充装设备、微差发爆器、智能云平台和爆破管四大部分组成。

图1 二氧化碳智能爆破系统构成示意图

1.1 地面操作间充装设备

二氧化碳智能爆破系统的地面操作间面积设置为45～60 m2，位置设置在尽可能靠近爆破口处。地面操作间主要安装有二氧化碳储液罐、二氧化碳充装机、二氧化碳充装台、拆装机等设备，主要是实现充装爆破管、存储爆破管、发放爆破管的目的，同时对二氧化碳智能爆破系统设备进行维修和保养。

1.2 爆破管

爆破管是该装备的核心部件，主要由储液管、充装头、释放头等部件组成。爆破管长度为1～2 m，外径为70～73 mm，进行罐装液态二氧化碳后其整体质量达到20～22 kg。爆破管采用进口高强度高耐磨钢材加工而成，可重复利用4000 次[2]。

1.3 微差发爆器

该智能二氧化碳爆破系统装置微差发爆器采用毫秒延时发爆器，可以在掏槽孔、辅助孔、周边孔等位置进行分次延时起爆施工作业。同时该毫秒延时发爆器具有人员闭锁、时间闭锁、地点闭锁等多参数闭锁功能，安全性能好[3]。

1.4 智能云系统平台

该智能二氧化碳爆破系统装置智能云平台主要功能：收集每次爆破数据，主要包括孔深、孔距、排距、倾角、抵抗线、爆破效果等爆破参数，同时收集起爆时间、操作人员、地点等信息；利用大数据系统对爆破数据进行科学的管理，为完善二氧化碳爆破工艺技术提供数据支持[4]。

2 二氧化碳智能爆破系统的工业性应用

该智能二氧化碳爆破系统主要可以应用于煤矿井下巷道掘进、瓦斯预裂抽放、煤仓堵塞疏通、过断层的松动、破岩等作业。本文主要是以大隆矿14#煤层1405 回风巷为研究对象，对该岩石巷道的爆破采用二氧化碳智能爆破系统替代以往的炸药爆破，研究其应用效果。

2.1 爆破技术方案设计

针对大隆矿1405 回风巷掘进巷道的实况，设计了二氧化碳智能爆破参数，炮孔布置图情况如图2 所示。

图2 1405 回风巷二氧化碳智能爆破系统炮孔布置图

（1）掏眼孔：掏槽孔设置为4 个，所有掏槽孔与工作面斜交成70°倾角，孔距为200 mm，孔深为2 m。当岩石硬度较大时可增加2～4 个掏槽孔。

（2）辅助孔：辅助孔均匀布置在掏槽孔与周边孔之间，孔距为650～700 mm，孔深为2 m，炮孔数量为14 个，炮孔方向垂直于工作面[5]。

（3）周边孔：周边孔孔底应低于底板标高100～200 mm，底孔孔距为450～700 mm，装药系数为0.5～0.7。

（4） 炮 孔 参 数： 直 径60～65 mm， 深 度1800～2000 mm。

（5）起爆顺序：采用智能微差发爆器进行起爆，起爆顺序设置为掏眼孔→辅助孔→周边孔。

2.2 智能二氧化碳爆破系统作业方案分析

该智能二氧化碳爆破系统作业方案：清洗爆破管→充装液态二氧化碳→运输→打孔→装炮孔→封孔→固定防飞作业→连线→起爆→炮后检査→回收管体→反向运输→云数据传输→拆卸管体→清洗组装→进行下一循环。

2.2.1 准备工作

在地面充装操作间完成对爆破管的拆卸、清理、维修、组装、充装二氧化碳等工作。在进行拆卸、清理、维修、组装、充装等作业时，必须严格按照拆装机、重装机、充装架、存放架等设备的操作流程和规范进行。将充装好爆破设备运输至爆破点。

2.2.2 打孔及封孔作业

打孔：根据爆破施工钻孔技术措施实施打孔作业，孔径为60～65 mm，孔深为2～2.2 m。

下管：用销子把两个爆破管连接在一起，把连接好的爆破管放到炮孔里面。

封孔：对爆破管与炮孔之间的缝隙用棉纱进行封孔。

2.2.3 起爆作业

起爆作业方案：（1）掏槽孔、辅助孔和周边孔三者各自串联，掏槽孔母线连接端子1，辅助孔母线连接端子2，周边孔母线连接端子3；（2）按照发爆器的步骤进行起爆。

爆破作业完成后，用JD-25 小绞车连接爆破管的钢丝绳，拉出爆破管，进而拆卸、装车，运输至地面充装车间进行清理、充装，准备到下一次使用。

2.2.4 智能云平台

智能二氧化碳爆破系统起爆作业完成后，将收集到的爆破数据传输到智能云平台系统当中，基于大数据系统对爆破参数进行优化调整，以达到最佳的爆破效果。

2.3 劳动组织与效率

地面操作间，工作人员1 人，主要是进行充装、清洗、维修、装配爆破管的工作。爆破管充装及清洗和维修时间平均为2 min，30 根/h。煤矿井下掘进工作面每班正常使用30 根爆破管。井下巷道作业人员与以往采用炸药爆破的工作人员一致，布孔设置数量较少，只有炸药爆破布孔数量的25%左右，钻孔时间相当。装管起爆更加简便，爆破后爆破管采用JD-25 小绞车连接钢丝绳快速拉出，装车运输到地面操作间。掘进速度为每小时进尺1.6～1.8 m。

3 应用效果分析

该二氧化碳智能爆破系统在大隆矿14#煤层1405 回风巷的巷道掘进中进行了应用，根据1405回风巷的岩性情况进一步调整了爆破参数，掘进施工速度与炸药爆破速度相当。在用于巷道瓦斯抽采预裂爆破时，设计单孔预裂爆破裂隙影响半径达到30 m 以上，影响范围半径约100 m 左右。爆破效果主要影响因素有爆破孔管直径、深度、爆破强度等。此次布孔孔距设计为5～6 m，布孔孔深设计为100～120 m，爆破冲击压力为350～450 MPa。该智能爆破系统的应用，大幅度减少钻孔工程量，提高了巷道掘进速度，降低了粉尘浓度，有效地解决了瓦斯爆炸的安全问题。

4 结论

当前随着二氧化碳智能爆破系统装置的完善，其在煤矿井下的应用面越来越广，在不久的将来，二氧化碳智能爆破系统有可能完全替代传统炸药进行煤矿井下的爆破作业，从而实现煤矿的安全生产。二氧化碳智能爆破系统在大隆矿14#煤层1405 回风巷巷道掘进中的成功应用，为铁法能源集团各煤矿的爆破作业提供了新工艺。