馬良玉

（同煤集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司 山西大同 037042）

0 前言

在巷道掘進(jìn)的過(guò)程中，當(dāng)遇到巖石的時(shí)候，綜掘機(jī)工作效率變得較低，同時(shí)截齒會(huì)產(chǎn)生大量的損耗，帶來(lái)的后果是作業(yè)環(huán)境變差、工作成本增加、正常開采工作受到影響[1]?，F(xiàn)階段，針對(duì)在綜掘時(shí)遇到巖石的問(wèn)題，工程上大都是采用鉆爆法、淺孔或者中深孔爆破，讓巖石松動(dòng)開裂[2]。除此之外，在處理邊坡穩(wěn)定性、沖擊地壓前期泄壓、瓦斯抽采煤層增透、硬頂板弱化時(shí)也都會(huì)用到爆破的方法[3]。而在爆破作業(yè)時(shí)，如何使煤巖中的產(chǎn)生較大的裂縫是較為關(guān)鍵的內(nèi)容，這樣才能夠?qū)⒕C掘機(jī)的工作難度降低，使巷道掘進(jìn)更加容易，提高工作速度，保障井工人員生命財(cái)產(chǎn)安全。這對(duì)于現(xiàn)實(shí)井工作業(yè)有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

井工作業(yè)，對(duì)采掘速度影響較大的因素主要分布在破巖、裝巖、運(yùn)巖和支護(hù)4個(gè)階段。破巖是整個(gè)作業(yè)過(guò)程的基礎(chǔ)，其他工作是否能夠順利開展，以及開展效率如何都取決于這個(gè)環(huán)節(jié)。所以，本文以某煤礦西專回延伸巷掘進(jìn)工作面為研究背景，對(duì)破巖工作進(jìn)行優(yōu)化，主要優(yōu)化參數(shù)為炮孔直徑和炮泥配比這兩個(gè)方面，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施進(jìn)行效果檢驗(yàn)。

1 爆破效果影響因素分析

1.1 炮孔直徑

爆破時(shí)炮孔直徑對(duì)于包括采掘速度、炮孔數(shù)量、裝藥量以及巷道定向等整個(gè)爆破工作的影響較大，炮孔直徑的影響存在正效應(yīng)的同時(shí)又存在著負(fù)效應(yīng)。

現(xiàn)階段，在進(jìn)行爆破采掘工作中，炮孔的直徑范圍一般在32 mm～45 mm 之間。并且根據(jù)文獻(xiàn)可以看出鉆孔速度與炮孔直徑是呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系的，在一定范圍內(nèi)，鉆頭直徑每縮小1 mm，炮孔鉆速可提高5%左右[4]。相同的實(shí)踐條件下，當(dāng)炸藥卷的直徑不變時(shí)，炮孔直徑的減小，對(duì)于巖石的松動(dòng)致裂是有益的，但是當(dāng)炮孔直徑小于一定范圍時(shí)，孔內(nèi)渣滓殘留不利于炸藥的裝填，造成爆破工作的困難。

1.2 炮泥配比

在掘進(jìn)作業(yè)遇到巖石選擇爆破輔助作業(yè)，并進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)時(shí)，為達(dá)到預(yù)想的作業(yè)效果，需要考慮到鉆孔堵塞的影響。塞孔的作用有以下幾個(gè)方面：從提升爆破率方面來(lái)講，可以增加爆破氣體在鉆孔內(nèi)的停留時(shí)間、提升炸藥爆炸產(chǎn)生的能量利用效率以及提高炸藥作用的完整程度；從作業(yè)安全、職業(yè)健康上來(lái)講，能夠降低炸藥粉塵以及有毒、有害氣體溢出量，利于爆炸產(chǎn)生氣體的冷卻。

目前，在實(shí)際開采工作中，用到的炮泥大多是將黃泥經(jīng)人工加工制造而成的，這樣的方法不僅使得爆破作業(yè)效率較低，還會(huì)由于黃泥固有的成型較差的特性，浪費(fèi)堵塞作業(yè)時(shí)間。所以，為了能夠提升爆破效率，提高爆破速度，常常會(huì)將炮泥材料加工成型，即將較為纖細(xì)的材料加水潤(rùn)濕后，加工成一定形狀的固體。將炮泥材料粉化的作用有以下幾點(diǎn)：1)使粉狀材料具有一定的形狀；2)使成型材料具有機(jī)械強(qiáng)度，保證填孔時(shí)的成功率；3)提高炮泥密度等方面的性能。

研究表明，在其他條件不變的情況下，提高炮泥的密度，對(duì)于填塞作用有積極作用。為此，在進(jìn)行炮泥制作時(shí)，在河沙中加入輔助材料鋁礬土。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定了河沙量與炮泥密度之間的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 炮泥密度與河沙含量關(guān)系

通過(guò)圖1所示影響關(guān)系可以看出炮泥密度與河沙含量呈現(xiàn)出了正相關(guān)的關(guān)系，隨著河沙含量的增加，炮泥密度逐漸增大。正是因?yàn)楹由愁w粒結(jié)構(gòu)致密，顆粒較為粗獷，而鋁礬土較為纖細(xì)，并且鋁礬土顆粒之間有密度較低的水與空氣存在著。較為粗獷的河沙顆粒堆積在一起，中間會(huì)存在孔隙，而較為纖細(xì)的鋁礬土顆粒會(huì)很好的填充在這些孔隙當(dāng)中，保證了炮泥整體上不會(huì)松散。這保證了整體性的基礎(chǔ)上研究炮泥的密度。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，當(dāng)河沙含量保持在15%左右時(shí)，炮泥完整性能保持得較差，不利于鉆孔的填塞。鑒于此，在炮泥的配比方案上將河沙含量標(biāo)準(zhǔn)定位10%左右，在保證了炮泥完整性的同時(shí)，盡量增大炮泥密度，便于炮泥的成型與炮孔的填裝。

1.3 炮孔塞孔長(zhǎng)度

當(dāng)塞孔深度達(dá)到最優(yōu)方案時(shí)，爆炸產(chǎn)生的氣體能夠發(fā)揮出充分的“氣楔”作用，使炮孔周圍的巖石破碎，爆破達(dá)到最佳效果，進(jìn)而保證施工進(jìn)度。由以上分析可知，當(dāng)達(dá)到最優(yōu)塞孔深度時(shí)，堵塞物在從炮孔之前彈出的一瞬間，孔周圍巖石破碎應(yīng)當(dāng)剛進(jìn)行完畢，即達(dá)到最優(yōu)的臨界條件。

2 炮孔參數(shù)及炮泥優(yōu)化效果

該煤礦西?；匮由煜锞蜻M(jìn)工作面的全斷面共設(shè)置有鉆孔66 個(gè)，爆破作業(yè)鉆孔原直徑為43 mm，爆破炸藥為乳化炸藥。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)炮孔使用目的的差別，來(lái)設(shè)計(jì)鉆孔的直徑和炸藥卷的直徑。當(dāng)掘進(jìn)面圍巖較為堅(jiān)硬且需要循環(huán)進(jìn)尺較大的時(shí)候，如果炮卷的直徑過(guò)于細(xì)小達(dá)不到較好的掏槽效果，與此同時(shí)會(huì)使得巖石破碎程度降低。但是對(duì)于輔助炮孔和周邊孔，因?yàn)榇嬖谥^多自由面，采用直徑小的炮卷不僅能夠提升炮孔的施工速度，還能達(dá)到節(jié)約炸藥的效果。

所以，結(jié)合實(shí)際的施工情況，提出了以下的優(yōu)化措施：保持爆破藥卷直徑的同時(shí)，盡量減小炮孔的直徑以期于達(dá)到提高裝藥耦合系數(shù)的目的；經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的掏槽眼的直徑減小到準(zhǔn)38 mm，周邊孔與輔助孔也均為準(zhǔn)38 mm，藥卷的直徑為準(zhǔn)27 mm，采用河沙含量為10%左右的河沙與鋁礬土混合炮泥進(jìn)行塞孔

與原方案相比，減小了鉆孔的直徑，加快了鉆孔速度，在此基礎(chǔ)上采用機(jī)制炮泥進(jìn)行塞孔，節(jié)約了鉆孔時(shí)間和填塞炮泥時(shí)間，加深了鉆孔深度。循環(huán)進(jìn)尺提高了0.2 m～0.3 m。由此可見，換成小直徑鉆頭之后，鉆進(jìn)速度不僅有了提升，還節(jié)省了鉆頭和炮泥的成本。

圖2 CO最大濃度變化情況

圖3 粉塵最大濃度變化情況

在西?；匮由煜锞蜻M(jìn)工作面回風(fēng)巷口布置了5個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)爆破參數(shù)優(yōu)化前后一氧化碳和粉塵濃度進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)比結(jié)果如圖2、圖3 所示。從以上兩個(gè)圖可以看出，在進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化之后，無(wú)論一氧化碳還是粉塵濃度都有了明顯的降低，有效的改善了掘進(jìn)面的工作職業(yè)衛(wèi)生條件，為礦井的安全生產(chǎn)和煤礦工人的身體健康提供了重要保障。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）本文中對(duì)炮孔直徑進(jìn)行了優(yōu)化，提高了鉆進(jìn)工作效率，這對(duì)炮孔深度的提高和掘進(jìn)進(jìn)度的提升打下基礎(chǔ)，有利于提高采掘循環(huán)進(jìn)尺和降低材料成本。

（2）對(duì)炮泥中河沙和鋁礬土的比例進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到最優(yōu)的炮泥密度，這不僅對(duì)炮孔的填塞效果而且對(duì)工作環(huán)境職業(yè)衛(wèi)生條件的改善具有積極作用。

（3）本文對(duì)工程本進(jìn)行的巖石爆破方案進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到預(yù)期效果。而對(duì)不同巖性的掘進(jìn)工作面，不同類型的炮孔，鉆孔和藥卷的選擇需要進(jìn)一步試驗(yàn)。