吳水鋒，吳水平

（1.廣東宏大爆破股份有限公司，廣東 廣州 510623；2.山西省陽泉固莊煤礦，山西 陽泉 045060）

1 基本概況

杜莊煤礦為高瓦斯礦井，其12#煤層地質(zhì)構(gòu)造較簡單，斷層落差一般在1~3m，埋深420～450m，平均厚1.10m，屬于薄煤層，易自然發(fā)火。掘進(jìn)巷道均為半煤巖巷，煤層傾角為4°～25°，一般為12°。煤層堅(jiān)固度系數(shù)f=2～4.煤層頂板為頁巖，巖性較硬，普氏硬度f=6～8，厚度1.6~1.8m；直接底板為黑色頁巖，均勻?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，普氏硬度f=8～10。如圖1所示。由于采掘銜接的問題，采用光面爆破掘進(jìn)技術(shù)因?yàn)榫蜻M(jìn)速度慢而一直得不到推廣，近年以來，通過不斷研究改進(jìn)，采用掘進(jìn)機(jī)結(jié)合光面爆破的技術(shù)終于彌補(bǔ)了光面爆破掘進(jìn)速度慢的缺點(diǎn)，為下一步光面爆破在煤礦井巷掘進(jìn)的推廣奠定了基礎(chǔ)。

圖1 煤層地質(zhì)柱狀圖

2 光面爆破優(yōu)點(diǎn)及現(xiàn)狀

光面爆破首先應(yīng)用在巖巷中，這是一種控制爆破技術(shù)，與普通爆破相比，光面控制爆破施工具有以下優(yōu)點(diǎn)：①它的特點(diǎn)是“多鉆眼、少裝藥”，通過合理布置炮眼和適量裝藥，然后控制爆破的作用范圍和方向，獲得光爆預(yù)留層，減少了爆震裂隙，防止巖面開裂，保護(hù)了圍巖的整體完整，最大限度地利用了圍巖本身的支承能力，從而增強(qiáng)了巷道的支護(hù)強(qiáng)度，有利于施工的安全。②使爆破后的巷道成形規(guī)整、輪廓尺寸能較精確地達(dá)到設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)，可減少超挖、欠挖，降低了通風(fēng)阻力，能有效防止瓦斯積聚。③炮眼利用率高，降低了炸藥和雷管的消耗量，增加了巷道的服務(wù)年限，同時減少了巷道的維護(hù)費(fèi)用。

但是，杜莊煤礦采掘銜接緊張，現(xiàn)主采12#煤層又屬于易自然發(fā)火煤層，運(yùn)用普通的光面爆破工藝必定會延長掘進(jìn)工期，這樣就會對全礦井的采掘銜接和防治煤層自然發(fā)火大大不利，因此，利用光面爆破技術(shù)如何提高掘進(jìn)速度，就成為問題的關(guān)鍵。

3 光面爆破與機(jī)械結(jié)合技術(shù)

光面爆破的實(shí)質(zhì)就是要精確設(shè)計(jì)斷面輪廓線上的周邊眼及裝藥量。杜莊煤礦12#煤層掘進(jìn)巷道為半煤巖巷，上部為0.9m的巖層，下部為1.1m的煤層，那么在掘進(jìn)過程中應(yīng)考慮在上部巖層中實(shí)施光面爆破，在下部煤層中運(yùn)用機(jī)械設(shè)備快速掏槽。掘進(jìn)機(jī)掏槽正好彌補(bǔ)了巷道全斷面實(shí)施光面爆破所需時間較長的缺陷，從而可以大大提高巷道的掘進(jìn)速度，既確保了全礦井的采掘銜接，又從根本上防治了煤層自然發(fā)火。見圖2。

3.1 巷道規(guī)格

杜莊煤礦12#煤層回采工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽掘進(jìn)設(shè)計(jì)規(guī)格均為2 000mm×3 200mm。巷道頂部采用螺紋鋼錨桿，直徑20mm、長2 400mm，配用錨索、金屬網(wǎng)加W鋼帶。幫部采用普通圓鋼錨桿，直徑16mm、長1 800mm，配用金屬網(wǎng)護(hù)幫。

3.2 掏槽方式

由于進(jìn)、回風(fēng)順槽均設(shè)計(jì)沿煤層底板掘進(jìn)，下部為1.1m厚的煤層，上部還需要掘0.9m厚的巖層，為了使半煤巖巷道能夠既成型好，又掘進(jìn)速度快。根據(jù)多年來的實(shí)踐，在掘進(jìn)巷道時，從實(shí)際出發(fā)改良了傳統(tǒng)的全斷面光面爆破掘進(jìn)方法，在下部煤層中首先運(yùn)用掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掏槽，從而能迅速為上部及后續(xù)的光面爆破形成自由面。見圖2。

圖2 炮眼布置圖（單位：mm）

3.3 炮眼布置

輔助眼：在掘進(jìn)機(jī)掏槽口上部0.9m厚的巖層中部平均布置3個深度大于2m的輔助眼，起到擴(kuò)大掏槽自由面的效果，為周邊眼爆破效果創(chuàng)造條件。見圖2。

周邊眼：根據(jù)不同的巖石條件,合理布置周邊眼,嚴(yán)格控制爆破參數(shù)，是光面爆破效果好壞的關(guān)鍵，也是確保巷道成型的關(guān)鍵。見圖2。

周邊眼布置原則：①布置對稱均勻,以保證爆破后的巷道斷面成型規(guī)整，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，頁巖中周邊眼間距以350mm為宜，最小抵抗線為400～500mm；②巷道輪廓線轉(zhuǎn)折處必須布置炮眼,用以控制巷道斷面轉(zhuǎn)折形狀；③幫、頂眼應(yīng)落在與自由面同一深度的豎直平面上；④周邊眼離開頂幫距離應(yīng)適當(dāng)，見表1。該頁巖硬度介于硬巖和中硬巖之間，所以選擇離開頂幫距離為200mm為宜。

3.4 炮眼參數(shù)的確定

通過各種深度的炮眼反復(fù)試驗(yàn)比較，結(jié)果如表2所示。

經(jīng)比較，最終確定炮眼深度為2.0m，每班能完成3個循環(huán)進(jìn)尺。因爆破頁巖，所以炮眼直徑選用Φ34mm規(guī)格柱齒鉆頭打眼。

3.5 炸藥的確定

用于光面爆破的炸藥應(yīng)當(dāng)是爆速較低、密度較小、感度高、爆轟穩(wěn)定的低威力炸藥。按照2.0m的炮眼深度，結(jié)合實(shí)際情況，選擇二級煤礦需用Φ32mm乳化炸藥。為避免巷道圍巖產(chǎn)生炮震裂縫,應(yīng)采用單段空氣柱裝藥結(jié)構(gòu)，使得藥卷能量均勻地分布在周邊眼內(nèi)，同時嚴(yán)格控制周邊眼裝藥量，以緩沖炸藥爆炸對圍巖的破壞作用。具體裝藥量（當(dāng)眼深≤2.5m時）根據(jù)巖性賦存條件而定。見表1、表3。

4 效果評價

通過近一年的試驗(yàn)摸索，杜莊煤礦光面爆破結(jié)合掘進(jìn)機(jī)掏槽掘進(jìn)技術(shù)已逐漸趨于成熟。2010年，杜莊煤礦在12#煤層所有掘進(jìn)施工隊(duì)采用該方法后，巷道掘進(jìn)尺由原來的每月160～170m提高到240～260m；同時巷道成型標(biāo)準(zhǔn)、美觀，且充分利用了圍巖本身的支撐作用，錨距由原來的0.5m放大到0.9m，再加上炸藥量的節(jié)約，經(jīng)預(yù)算每米掘進(jìn)便可節(jié)約材料費(fèi)近1 000元。另外，此種掘進(jìn)方法還避免了掘進(jìn)機(jī)強(qiáng)行截割巖石造成的機(jī)械損壞，從而降低了成本費(fèi)用，減少了維修環(huán)節(jié)，有效地減輕了工人的勞動強(qiáng)度，真正確保了全礦的采掘銜接，杜絕了自然發(fā)火。

5 結(jié)束語

杜莊煤礦在半煤巖巷掘進(jìn)中利用光面爆破技術(shù)上取得了突破，筆者認(rèn)為這項(xiàng)“炮—機(jī)結(jié)合”技術(shù)同樣適合于煤巷掘進(jìn)，如果實(shí)驗(yàn)成功，那么在煤礦井巷掘進(jìn)中全面推廣光面爆破技術(shù)，就不再是一句空話。