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。