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        聚能光面爆破技術(shù)研究

        2020-03-03 16:07:54張龍濤
        技術(shù)與市場(chǎng) 2020年7期

        張龍濤

        (平頂山天安煤業(yè)股份有限公司十一礦,河南 平頂山 467000)

        1 試驗(yàn)巷道工程概況及圍巖力學(xué)性質(zhì)

        平煤股份十一礦己二下段軌道下山位于二水平己二采區(qū),該巷道整體均位于己16-17煤層底板以下巖石中,為全巖施工。巷道上距己16-17煤層法線間距25~40 m以上,地層傾角為10°左右,頂、底板均為砂質(zhì)泥巖及細(xì)砂巖互層,灰色,含植物根莖化石。巷道埋藏較深,礦壓顯現(xiàn)明顯。預(yù)計(jì)標(biāo)高-878~-978 m,地面標(biāo)高+290~+295 m;地面相對(duì)位置為紅石寨北30 m。

        2 聚能光面爆破技術(shù)

        2.1 聚能光面爆破的基本概念

        聚能光面爆破技術(shù)是在巷道周邊眼中采用聚能管裝置代替常規(guī)藥卷和雷管,通過(guò)聚能管聚集炸藥能量,爆破時(shí)能量通過(guò)聚能管上對(duì)稱的聚能槽轉(zhuǎn)化成射流動(dòng)能,巖石在高壓爆破氣體應(yīng)力及氣體氣刃作用下,在聚能槽中心線方向,即沿巷道輪廓面被拉斷,同時(shí)相鄰炮孔形成貫通縫隙,實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程目標(biāo)進(jìn)行定向切割的目的,保護(hù)了巷道周向圍巖不被破壞,提高了炸藥能量利用率。

        2.1.1 聚能效應(yīng)原理

        當(dāng)一個(gè)普通的圓柱體或球形體藥包,無(wú)論從中間還是從一端起爆,其爆炸產(chǎn)物和沖擊波以類似球形由小到大向外擴(kuò)散傳播。其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是壓力、速度和密度等爆破參數(shù),隨著傳播半徑不斷增大而下降得很快,其原因是爆炸能量隨著爆炸產(chǎn)物和沖擊波的運(yùn)動(dòng),在不斷增大的球形體積內(nèi)分布的結(jié)果。如果把圓柱體藥包一端設(shè)計(jì)成凹槽(也稱聚能穴),當(dāng)圓柱體藥包在另一端起爆時(shí),在凹槽范圍內(nèi),壓力、速度和密度等不但不會(huì)下降,而且還會(huì)加強(qiáng)。這是因?yàn)樵诎疾鄹浇恼ㄋ幈óa(chǎn)生的爆炸產(chǎn)物和沖擊波向凹槽的軸向聚合,進(jìn)而碰撞,結(jié)果形成一股高壓力、高密度的高速氣流,沿著軸向向外射出。這種射出的氣流,稱之為聚能射流,這種現(xiàn)象和作用通稱為聚能效應(yīng)。

        假如在凹槽的表面覆蓋一層厚度適中的非金屬材料(金屬材料更好),其聚能射流作用更大,這是由于非金屬射流的能量密度比氣體射流大所造成的。

        在凹槽表面無(wú)論覆蓋非金屬材料還是金屬材料,其厚度要適中,過(guò)薄時(shí)射流密度小,過(guò)厚時(shí)形成射流過(guò)程中消耗炸藥能量過(guò)多,降低流速度與壓力。通過(guò)穿孔試驗(yàn)可得出一個(gè)結(jié)論:每一種類型的聚能包都有相應(yīng)的最佳厚度。

        2.1.2 聚能藥包炸高

        所謂“炸高”,就是聚能藥包距離作用對(duì)象的高度。穿孔試驗(yàn)表明,不同炸高對(duì)穿孔深度影響很大,每一種聚能藥包都有一定的最佳炸高。這對(duì)聚能水壓光面爆破中聚能管裝置離光爆炮眼眼壁間隙大小很有指導(dǎo)意義。

        2.2 聚能管裝置

        聚能管裝置結(jié)構(gòu)由以下5部分組成。

        2.2.1 聚能管

        聚能管截面尺寸有2種。單管聚能管外形近似葫蘆圓形,聚能管其實(shí)質(zhì)就是把多個(gè)聚能穴連在一起,由“點(diǎn)”變成“線”。“點(diǎn)”是指單個(gè)聚能穴,“線”是指若干多個(gè)聚能穴連在一起。

        聚能管裝置由聚能管、炸藥、封堵棉、起爆雷管和定位圈5部分組成,聚能管分主體管和蓋片。聚能管材質(zhì)為PVC,管壁厚2 mm。管主體兩側(cè)有一個(gè)對(duì)稱凹進(jìn)去的槽,即“聚能槽”,其作用舉足輕重。聚能槽頂角60°,聚能槽頂部距離17.79 mm,外形尺寸27.96 mm×20.71 mm。蓋片截面寬19 mm、高5.47 mm,片厚也是2 mm。

        2.2.2 炸藥

        聚能管中的炸藥是施工現(xiàn)場(chǎng)常用的乳化炸藥。

        2.2.3 封堵棉

        在聚能管裝置端頭,起封堵作用,防止炸藥溢出。

        2.2.4 起爆雷管

        起爆雷管用于起爆聚能管裝置。

        2.2.5 定位圈

        定位圈的作用有二:其一起炸高作用,保證聚能管裝置中的聚能穴不直接接觸炮眼巖壁;其二起定位作用,保證聚能管裝置中的聚能槽與開挖輪廓面平行。

        2.3 聚能管裝置組裝

        2.3.1 設(shè)備

        注藥槍,施工現(xiàn)場(chǎng)壓風(fēng)。注藥槍為利用風(fēng)壓對(duì)聚能管注藥的工具,由膠嘴、槍筒(直徑 120 mm)、扳機(jī)3部分組成,注藥槍通過(guò)氣壓線(直徑 6 mm)連接至巷道進(jìn)風(fēng)管上。

        2.3.2 材料

        組裝聚能管裝置所需要的材料有:聚能管,由廠家專門提供;乳化炸藥、雷管,井下正常使用的;定位圈為蜂窩狀塑料制品,由聚能管生產(chǎn)廠家提供;封堵棉,定位圈內(nèi)部一塊分離塑料制品;阻燃膠帶,刀具等。

        2.3.3 聚能管裝置裝藥工藝

        組裝聚能管裝置,需要有專門的工作平臺(tái),還要有壓風(fēng),除2名操作人員以外,其他人不得干涉。組裝聚能管裝置分以下步驟逐步進(jìn)行。為縮短組裝時(shí)間,必須嚴(yán)格遵守組裝程序。

        1)裝藥使用工具及材料:聚能管、封堵綿、定位圈、阻燃膠帶、水膠炸藥、注藥槍、刀具等。

        2)裝藥前將注藥槍接好風(fēng)源,通過(guò)注藥槍扳機(jī)處風(fēng)壓調(diào)節(jié)閥將風(fēng)壓調(diào)至0.18~0.22 MPa。

        3)把藥卷一端,沿藥卷縱向?qū)b皮切開,打開槍筒前蓋,然后將藥卷內(nèi)炸藥擠入槍筒中,最后擰緊前蓋。

        4)使用封堵綿對(duì)聚能管一端進(jìn)行封堵,之后手握注藥槍從聚能管封堵端開始從頭至尾移動(dòng),炸藥從膠嘴連續(xù)不斷裝入聚能管中,裝藥后炸藥必須飽滿。

        5)炸藥裝入聚能管后,扣上另一片半壁管。

        6)從聚能管一端把定位圈套在聚能管外面,定位圈距聚能管端頭約50 cm即可,并用膠布綁緊一半,確保聚能槽對(duì)準(zhǔn)輪廓面不轉(zhuǎn)動(dòng)。

        7)將雷管插入聚能管藥卷內(nèi)。

        8) 將聚能管裝入周邊眼,聚能管的聚能槽方向與輪廓線切線方向一致。

        2.3.4 組裝聚能管裝置及往光爆炮眼裝填注意事項(xiàng)

        1)組裝聚能管裝置注意事項(xiàng):①給注藥槍加壓控制在0.2 MPa以內(nèi)。加壓過(guò)大,容易造成聚能管中的乳化炸藥敏感度降低,造成半爆或不起爆;加壓過(guò)小,則炸藥從槍嘴流不出或流出太慢。②往聚能管中注藥,要連續(xù)不斷且均勻,絕不能出現(xiàn)斷藥。③起爆雷管千萬(wàn)不能在組裝聚能管裝置時(shí)裝入,聚能管裝置運(yùn)到巷道迎頭,往光爆炮眼裝填前再裝入。

        2)往光爆炮眼中裝填注意事項(xiàng):①往光爆炮眼裝填聚能管裝置時(shí),聚能槽必須與輪廓面平行不得有偏離,否則爆破后輪廓面不會(huì)平順整齊,還會(huì)出現(xiàn)超欠挖。這條注意事項(xiàng)務(wù)必重視,不能有任何差錯(cuò)。②光爆炮眼上部的水砂袋,必須與聚能管裝置緊緊銜接,不得有空隙。③回填堵塞的炮泥,必須一直回填到光爆炮眼口,并搗固堅(jiān)實(shí)。

        3 技術(shù)分析對(duì)比

        1)常規(guī)光面爆破光爆炮眼間距為300 mm,而聚能光面爆破光爆炮眼間距則擴(kuò)大到600 mm,顯著減少光爆炮眼數(shù)量,縮短鉆眼時(shí)間約40 min。

        2)聚能光面爆破平均每循環(huán)進(jìn)尺1.65 m,常規(guī)光面爆破平均每循環(huán)1.5 m,相比而言,聚能光面爆破平均每循環(huán)增加進(jìn)尺0.15 m。

        3)爆破效果得到了極大的提高,半眼痕幾乎都保留了下來(lái),半眼痕保留率由常規(guī)光面爆破的86%提高到現(xiàn)在的95%以上,使輪廓面更加平順整齊,超欠挖得到直接有效的控制。

        4)由于光爆炮眼間距擴(kuò)大了1倍,數(shù)量?jī)H為常規(guī)光爆炮眼數(shù)量一半,從而減少了對(duì)圍巖的破壞影響。

        5)常規(guī)光面爆破常常出現(xiàn)超欠挖問(wèn)題,該項(xiàng)目采用常規(guī)光面爆時(shí)超欠挖控制效果一般,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)欠挖補(bǔ)炮或者超挖掛網(wǎng)補(bǔ)噴。采用聚能光面爆破技術(shù)后,超欠挖控制得到極大的改善,幾乎不存在補(bǔ)炮或者掛網(wǎng)補(bǔ)噴的現(xiàn)象,對(duì)后續(xù)施工提供了可靠保障。

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