摘要：根據(jù)在焦作某礦某瓦斯底抽巷的現(xiàn)場調(diào)研，分析了造成該巖巷掘進(jìn)效率低的原因，并針對如何提高該巷道爆破效果和循環(huán)進(jìn)尺的問題，從爆破技術(shù)上提出改進(jìn)方案，同時(shí)對施工循環(huán)提出優(yōu)化措施，實(shí)現(xiàn)了快速掘進(jìn)。

關(guān)鍵詞：快速掘進(jìn) 爆破技術(shù) 循環(huán)優(yōu)化

目前乃至今后相當(dāng)長時(shí)間，礦山巖巷掘進(jìn)的方法仍會是以鉆眼爆破為主，由于巷道斷面小、爆破自由面少，給巖石造成較強(qiáng)的夾制作用，使得爆破效果比較差[1]。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者針對巖巷快速掘進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，提出巷道中深孔掘進(jìn)爆破技術(shù)，然而，研究往往忽視了占整個(gè)循環(huán)近30～50%的裝巖出碴環(huán)節(jié)的管理優(yōu)化。焦作某礦的某瓦斯底抽巷的掘進(jìn)作業(yè)就采用了中深孔爆破技術(shù)，但爆破效果極差，而且工作面出碴嚴(yán)重滯后，平均月進(jìn)尺在65m左右，成了該礦急需解決的一個(gè)難題。

1 工程概況

該瓦斯底抽巷道從該礦44#測點(diǎn)向北開口掘進(jìn)，先掘50m，坡度為3‰，然后起坡7°30′掘進(jìn)122.044m，之后平掘進(jìn)294m，坡度為3‰，然后變坡-6°下山掘進(jìn)408.236m，最后變平掘進(jìn)30m，再拐彎掘進(jìn)19.625m，直掘18m與三水平回風(fēng)暗斜井貫通。巷道每40m掘一個(gè)躲避洞，規(guī)格為2.6m×2.6m×3.0m。巷道斷面規(guī)格為3.6m×3.4m，直墻半圓拱型。水溝規(guī)格300mm×300mm。該巷道總長度941.905m，掘進(jìn)工作量11406.47m3。掘進(jìn)斷面面積12.11m2，巷道凈斷面面積10.85m2。

2 原因分析

2.1 爆破技術(shù)原因直接影響著巷道成形和循環(huán)進(jìn)尺

該掘進(jìn)斷面12.11m2，有效的鉆眼工作只有2臺鑿巖機(jī)，每臺鉆機(jī)鉆成一個(gè)2.0m的炮眼需約6min時(shí)間，為了能在當(dāng)班完成爆破和鉆眼工作，于是鉆眼的個(gè)數(shù)相對較少，而且鉆眼的位置和角度都很隨意；同時(shí)，整個(gè)工作面鉆眼全部用的同一種規(guī)格鉆桿，沒有考慮爆破掏槽眼的超深；此外，對周邊眼的裝藥采用了連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)，藥量偏大[2，3]。因此，造成爆破后巷道成形極不規(guī)則，超挖和欠挖現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，這不僅影響了掘進(jìn)爆破效果，同時(shí)也增加了出碴和錨噴工作量，影響了循環(huán)進(jìn)尺。

2.2 出碴線路過長和人員配備不到位嚴(yán)重影響出碴作業(yè)

該巷道從工作面起點(diǎn)到軌道暗斜井為人力配合小絞車出碴，先有150m左右的水平巷道，后有一200m上山，再經(jīng)過一400m平巷，后有一150m下山，然后經(jīng)120m左右平巷由暗斜井機(jī)車提升到運(yùn)輸大巷。這么長的出碴路線僅配備了4名作業(yè)人員，他們用耙?guī)r機(jī)裝一罐車碴需約5min，在上山的位置平均上兩個(gè)罐車需要2min，下山的位置下兩個(gè)罐車需要約3min，每班大概能出碴18罐車左右，而每班爆破出的巖碴約30罐車，使得每循環(huán)有將近40%的巖碴殘留在工作面。由于工作面窩頭爆碴未能及時(shí)清理，造成窩頭掘進(jìn)爆破留根嚴(yán)重，等到移動(dòng)耙?guī)r機(jī)的時(shí)候不得不停下來出碴和二次爆破來抄底，每個(gè)月約有8天時(shí)間無法正常掘進(jìn)，極大地影響了掘進(jìn)速度。

2.3 工作面作業(yè)環(huán)境惡劣使得作業(yè)人員不愿意出勤

根據(jù)《煤礦安全作業(yè)規(guī)程》的通風(fēng)要求：斷面12m2，距離1000m以上，要求800mm直徑風(fēng)筒通風(fēng)，而整個(gè)工作面只有一個(gè)600mm的通風(fēng)風(fēng)筒給窩頭送風(fēng)，再加上該工作面出碴要經(jīng)過一個(gè)上水平暗巷。因此，在該段作業(yè)面作業(yè)時(shí)人體感覺很熱，工人都不愿意出碴作業(yè)，本來就出碴不及時(shí)，再無法正常出勤，這也是工作面留碴嚴(yán)重的原因之一。

3 爆破技術(shù)措施

鉆眼爆破工作是巷道掘進(jìn)的最主要工序，為了獲得良好的爆破效果，必須正確地布置工作面炮眼，合理確定爆破參數(shù)，選用適宜的裝藥結(jié)構(gòu)和起爆網(wǎng)路來改進(jìn)爆破技術(shù)[4]。

3.1 炮眼布置

首先選擇掏槽方式和掏槽眼位置，掏槽眼通常布置在斷面的中央偏下，設(shè)計(jì)采用直眼菱形掏槽，并設(shè)置中空眼來為掏槽爆破創(chuàng)造自由面[5]。其次是布置好周邊眼，周邊眼一般布置在巷道斷面輪廓線上，頂眼和幫眼按光面爆破的要求，各炮眼相互平行，眼底落在同一平面上。最后根據(jù)斷面大小布置崩落眼，崩落眼均勻地布置在掏槽眼和周邊眼之間，以掏槽眼形成的槽腔為自由面分層布置，如圖1所示。

3.2 爆破參數(shù)的確定

3.2.1 炮眼直徑

現(xiàn)場多根據(jù)藥卷直徑來確定炮眼直徑。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，本巷道斷面約12m2，應(yīng)用小直徑藥卷（32mm），對應(yīng)鉆眼用小直徑釬頭（周邊用32mm、掏槽用36mm），后期選用小直徑錨桿（32mm）。這樣，可提高鉆眼速度，節(jié)約支護(hù)成本，取得良好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.2 炮眼深度

炮眼深度直接決定著每循環(huán)的進(jìn)尺，它也是決定能否實(shí)現(xiàn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)的直接因素。根據(jù)本巷道巖性、斷面等設(shè)計(jì)本巷道循環(huán)進(jìn)尺為1.8m，炮眼深度選擇2.1m，掏槽眼選取2.3m。

詳見圖1和表1。

3.2.3 炸藥單耗

影響炸藥單耗的主要因素有：炸藥性能、巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、自由面的大小和數(shù)目、炮眼直徑和炮眼深度等，到目前為止，國內(nèi)外仍沒有一個(gè)精確計(jì)算炸藥單耗的公式[6]。一般參考下式確定：

q=1.1k0■ （1）

式中：f——巖石堅(jiān)固系數(shù)，本巷道為取f=6；

s——斷面面積，本巷道約為12.11m2；

k0——修正系數(shù)，取值525/P，這里P指爆力，取P=210。

根據(jù)公式（1）計(jì)算得本巷道炸藥單耗的參考值為1.925Kg/m3，采用光面爆破時(shí)的炸藥單耗的參考值取1.35Kg/m3。在實(shí)際實(shí)施過程中，要根據(jù)實(shí)際爆破效果進(jìn)行不斷調(diào)整，使炸藥單耗的選取更符合工程實(shí)際。

3.3 裝藥結(jié)構(gòu)

井下進(jìn)行爆破作業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按《煤礦爆破作業(yè)規(guī)程》規(guī)定的裝藥結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥。本巷道為瓦斯底抽巷，掏槽眼和崩落眼的裝藥結(jié)構(gòu)采用正向連續(xù)裝藥，否則容易產(chǎn)生間隙效應(yīng)，影響掏槽效果；周邊眼的裝藥結(jié)構(gòu)采用間隔空氣柱式裝藥結(jié)構(gòu)，如圖2所示，此時(shí)要注意兩藥包的間隔不能大于這種炸藥的殉爆距離，同時(shí)為了防止藥包串動(dòng)并較好的控制距離，藥包與藥包之間用竹片串起來[7]。

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圖2 間隔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 炮眼堵塞

為了保證裝藥質(zhì)量和爆破效果，必須做好裝藥各項(xiàng)工作，裝藥前必須吹洗炮眼，裝藥后必須充填符合安全要求長度的炮泥并搗實(shí)。經(jīng)驗(yàn)表明炮泥不僅對炮眼的爆破效果有一定的影響，而且與爆破安全有著密切的關(guān)系，不能為省事用巖粉、塊狀材料或其他可燃性材料封堵炮眼[8]。

4 優(yōu)化管理措施

正規(guī)循環(huán)作業(yè)是提高月進(jìn)尺的最根本途徑。在掘進(jìn)過程中，要充分利用時(shí)間、空間，使單個(gè)循環(huán)內(nèi)可同時(shí)施工的工序盡量同步進(jìn)行，實(shí)施多工序交叉協(xié)調(diào)作業(yè)。

4.1 提高作業(yè)人員素質(zhì)

在選擇先進(jìn)機(jī)器設(shè)備和作業(yè)方式的同時(shí)，必須注重作業(yè)人員素質(zhì)的提高，上崗前必須進(jìn)行專業(yè)技能培訓(xùn)，經(jīng)考試合格方可上崗，尤其是加強(qiáng)鉆眼操作工的培訓(xùn)，主要是保證周邊炮眼的鉆眼質(zhì)量，避免超挖現(xiàn)象。同時(shí)也要注重提高管理者的管理水平，待循環(huán)正常后，加強(qiáng)掄尺放線和爆破質(zhì)量的監(jiān)督管理，盡量一次成巷，避免產(chǎn)生剩碴和留根現(xiàn)象。

4.2 合理布置鉆眼設(shè)備

巷道掘進(jìn)中，選擇使用氣腿式鑿巖機(jī)鉆眼，既機(jī)動(dòng)靈活又可節(jié)省輔助工時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)工作面鉆眼與裝巖平行作業(yè)。本工程采用4臺YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè)，以縮短鉆眼總時(shí)間，但是，布置多臺鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè)，就需要在施工組織工作方面和人機(jī)布置方面很好安排[9]。圖3所示為掘進(jìn)爆破工作面的4臺鉆機(jī)鉆眼分工布置圖，配備5個(gè)人，保證3臺正常運(yùn)作，以提高鉆眼效率。

4.3 加強(qiáng)裝巖和運(yùn)碴作業(yè)環(huán)節(jié)

裝巖工作貫穿于整個(gè)循環(huán)，是巷道能否實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)的主要因素之一。首先，要協(xié)調(diào)機(jī)電科、運(yùn)輸科和調(diào)度等部門，確保工作面裝巖空車按時(shí)按量到位，可根據(jù)進(jìn)度延伸窩頭水平的車場，保證能停放足夠的空車來確保耙?guī)r機(jī)裝碴作業(yè)不被中斷；其次，采用耙斗裝巖機(jī)裝巖時(shí)，必須配備4名作業(yè)人員，負(fù)責(zé)提升重車至內(nèi)端上水平，使裝巖后的運(yùn)輸和調(diào)車實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，以保證出碴的順利進(jìn)行；再次，結(jié)合該巷特點(diǎn)，每班增加4名作業(yè)人員，在暗斜井轉(zhuǎn)入該巷道起點(diǎn)處負(fù)責(zé)將空車送至往窩頭方向的內(nèi)端上水平車場，并將重車運(yùn)回巷道起點(diǎn)負(fù)責(zé)找點(diǎn)將重車提升到暗斜井上部車場運(yùn)出地面。這樣，可避免裝載空、重車上山、下山運(yùn)行等待的問題，大大縮短運(yùn)輸時(shí)間，確保出碴及時(shí)，從根本上解決工作面剩碴現(xiàn)象[10]。

5 結(jié)論

5.1 采用中空眼裝藥二次掏槽爆破對提高掘進(jìn)進(jìn)尺有顯著的效果，在掏槽眼爆破形成自由面的基礎(chǔ)上增大自由面，改善了崩落眼爆破的效果，進(jìn)而提高了爆破進(jìn)尺。

5.2 炮眼的炮泥堵塞質(zhì)量往往也是影響爆破效果的一個(gè)重要原因，炮泥填塞質(zhì)量不好，出現(xiàn)不飽滿、不密、不結(jié)實(shí)都會影響爆破效果，進(jìn)而影響炮眼利用率。

5.3 在保證爆破技術(shù)的同時(shí)，必須合理配備施工作業(yè)人員，改善工作面作業(yè)環(huán)境，充分調(diào)動(dòng)他們的工作熱情，保證整個(gè)循環(huán)各工序的正常進(jìn)行，才能真正實(shí)現(xiàn)巖巷快速掘進(jìn)。

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作者簡介：張玉龍（1962-），男，漢族，河南濟(jì)源人，高級工程師，采礦工程專業(yè)，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)及管理工作。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51074064）；河南理工大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃（SRTP10-3-007）。