唐英政

（鐵法能源集團(tuán)大隆礦，遼寧 調(diào)兵山 112700）

鐵煤能源集團(tuán)公司大隆礦12#、13#煤層主要采用炮掘工藝進(jìn)行開(kāi)采，炸藥爆破作業(yè)過(guò)程存在掘進(jìn)速度慢、粉塵濃度高以及瓦斯爆炸等問(wèn)題，針對(duì)這一問(wèn)題設(shè)計(jì)采用二氧化碳智能爆破系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)炮掘作業(yè)。近年來(lái)智能二氧化碳爆破系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)石英巖、花崗巖等多種硬巖石進(jìn)行了成功爆破，將二氧化碳智能爆破系統(tǒng)應(yīng)用在煤礦井下巖石巷道掘進(jìn)作業(yè)當(dāng)中，可以有效替代炸藥進(jìn)行爆破作業(yè)，實(shí)現(xiàn)煤礦井下安全高效的開(kāi)采作業(yè)[1]。

1 二氧化碳智能爆破系統(tǒng)的構(gòu)成

二氧化碳智能爆破系統(tǒng)就是采用二氧化碳作為主要原料，進(jìn)行爆破作業(yè)的智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1 所示，主要是由地面充裝設(shè)備、微差發(fā)爆器、智能云平臺(tái)和爆破管四大部分組成。

圖1 二氧化碳智能爆破系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

1.1 地面操作間充裝設(shè)備

二氧化碳智能爆破系統(tǒng)的地面操作間面積設(shè)置為45～60 m2，位置設(shè)置在盡可能靠近爆破口處。地面操作間主要安裝有二氧化碳儲(chǔ)液罐、二氧化碳充裝機(jī)、二氧化碳充裝臺(tái)、拆裝機(jī)等設(shè)備，主要是實(shí)現(xiàn)充裝爆破管、存儲(chǔ)爆破管、發(fā)放爆破管的目的，同時(shí)對(duì)二氧化碳智能爆破系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行維修和保養(yǎng)。

1.2 爆破管

爆破管是該裝備的核心部件，主要由儲(chǔ)液管、充裝頭、釋放頭等部件組成。爆破管長(zhǎng)度為1～2 m，外徑為70～73 mm，進(jìn)行罐裝液態(tài)二氧化碳后其整體質(zhì)量達(dá)到20～22 kg。爆破管采用進(jìn)口高強(qiáng)度高耐磨鋼材加工而成，可重復(fù)利用4000 次[2]。

1.3 微差發(fā)爆器

該智能二氧化碳爆破系統(tǒng)裝置微差發(fā)爆器采用毫秒延時(shí)發(fā)爆器，可以在掏槽孔、輔助孔、周邊孔等位置進(jìn)行分次延時(shí)起爆施工作業(yè)。同時(shí)該毫秒延時(shí)發(fā)爆器具有人員閉鎖、時(shí)間閉鎖、地點(diǎn)閉鎖等多參數(shù)閉鎖功能，安全性能好[3]。

1.4 智能云系統(tǒng)平臺(tái)

該智能二氧化碳爆破系統(tǒng)裝置智能云平臺(tái)主要功能：收集每次爆破數(shù)據(jù)，主要包括孔深、孔距、排距、傾角、抵抗線、爆破效果等爆破參數(shù)，同時(shí)收集起爆時(shí)間、操作人員、地點(diǎn)等信息；利用大數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)爆破數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的管理，為完善二氧化碳爆破工藝技術(shù)提供數(shù)據(jù)支持[4]。

2 二氧化碳智能爆破系統(tǒng)的工業(yè)性應(yīng)用

該智能二氧化碳爆破系統(tǒng)主要可以應(yīng)用于煤礦井下巷道掘進(jìn)、瓦斯預(yù)裂抽放、煤倉(cāng)堵塞疏通、過(guò)斷層的松動(dòng)、破巖等作業(yè)。本文主要是以大隆礦14#煤層1405 回風(fēng)巷為研究對(duì)象，對(duì)該巖石巷道的爆破采用二氧化碳智能爆破系統(tǒng)替代以往的炸藥爆破，研究其應(yīng)用效果。

2.1 爆破技術(shù)方案設(shè)計(jì)

針對(duì)大隆礦1405 回風(fēng)巷掘進(jìn)巷道的實(shí)況，設(shè)計(jì)了二氧化碳智能爆破參數(shù)，炮孔布置圖情況如圖2 所示。

圖2 1405 回風(fēng)巷二氧化碳智能爆破系統(tǒng)炮孔布置圖

（1）掏眼孔：掏槽孔設(shè)置為4 個(gè)，所有掏槽孔與工作面斜交成70°傾角，孔距為200 mm，孔深為2 m。當(dāng)巖石硬度較大時(shí)可增加2～4 個(gè)掏槽孔。

（2）輔助孔：輔助孔均勻布置在掏槽孔與周邊孔之間，孔距為650～700 mm，孔深為2 m，炮孔數(shù)量為14 個(gè)，炮孔方向垂直于工作面[5]。

（3）周邊孔：周邊孔孔底應(yīng)低于底板標(biāo)高100～200 mm，底孔孔距為450～700 mm，裝藥系數(shù)為0.5～0.7。

（4） 炮 孔 參 數(shù)： 直 徑60～65 mm， 深 度1800～2000 mm。

（5）起爆順序：采用智能微差發(fā)爆器進(jìn)行起爆，起爆順序設(shè)置為掏眼孔→輔助孔→周邊孔。

2.2 智能二氧化碳爆破系統(tǒng)作業(yè)方案分析

該智能二氧化碳爆破系統(tǒng)作業(yè)方案：清洗爆破管→充裝液態(tài)二氧化碳→運(yùn)輸→打孔→裝炮孔→封孔→固定防飛作業(yè)→連線→起爆→炮后檢査→回收管體→反向運(yùn)輸→云數(shù)據(jù)傳輸→拆卸管體→清洗組裝→進(jìn)行下一循環(huán)。

2.2.1 準(zhǔn)備工作

在地面充裝操作間完成對(duì)爆破管的拆卸、清理、維修、組裝、充裝二氧化碳等工作。在進(jìn)行拆卸、清理、維修、組裝、充裝等作業(yè)時(shí)，必須嚴(yán)格按照拆裝機(jī)、重裝機(jī)、充裝架、存放架等設(shè)備的操作流程和規(guī)范進(jìn)行。將充裝好爆破設(shè)備運(yùn)輸至爆破點(diǎn)。

2.2.2 打孔及封孔作業(yè)

打孔：根據(jù)爆破施工鉆孔技術(shù)措施實(shí)施打孔作業(yè)，孔徑為60～65 mm，孔深為2～2.2 m。

下管：用銷子把兩個(gè)爆破管連接在一起，把連接好的爆破管放到炮孔里面。

封孔：對(duì)爆破管與炮孔之間的縫隙用棉紗進(jìn)行封孔。

2.2.3 起爆作業(yè)

起爆作業(yè)方案：（1）掏槽孔、輔助孔和周邊孔三者各自串聯(lián)，掏槽孔母線連接端子1，輔助孔母線連接端子2，周邊孔母線連接端子3；（2）按照發(fā)爆器的步驟進(jìn)行起爆。

爆破作業(yè)完成后，用JD-25 小絞車連接爆破管的鋼絲繩，拉出爆破管，進(jìn)而拆卸、裝車，運(yùn)輸至地面充裝車間進(jìn)行清理、充裝，準(zhǔn)備到下一次使用。

2.2.4 智能云平臺(tái)

智能二氧化碳爆破系統(tǒng)起爆作業(yè)完成后，將收集到的爆破數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄茉破脚_(tái)系統(tǒng)當(dāng)中，基于大數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以達(dá)到最佳的爆破效果。

2.3 勞動(dòng)組織與效率

地面操作間，工作人員1 人，主要是進(jìn)行充裝、清洗、維修、裝配爆破管的工作。爆破管充裝及清洗和維修時(shí)間平均為2 min，30 根/h。煤礦井下掘進(jìn)工作面每班正常使用30 根爆破管。井下巷道作業(yè)人員與以往采用炸藥爆破的工作人員一致，布孔設(shè)置數(shù)量較少，只有炸藥爆破布孔數(shù)量的25%左右，鉆孔時(shí)間相當(dāng)。裝管起爆更加簡(jiǎn)便，爆破后爆破管采用JD-25 小絞車連接鋼絲繩快速拉出，裝車運(yùn)輸?shù)降孛娌僮鏖g。掘進(jìn)速度為每小時(shí)進(jìn)尺1.6～1.8 m。

3 應(yīng)用效果分析

該二氧化碳智能爆破系統(tǒng)在大隆礦14#煤層1405 回風(fēng)巷的巷道掘進(jìn)中進(jìn)行了應(yīng)用，根據(jù)1405回風(fēng)巷的巖性情況進(jìn)一步調(diào)整了爆破參數(shù)，掘進(jìn)施工速度與炸藥爆破速度相當(dāng)。在用于巷道瓦斯抽采預(yù)裂爆破時(shí)，設(shè)計(jì)單孔預(yù)裂爆破裂隙影響半徑達(dá)到30 m 以上，影響范圍半徑約100 m 左右。爆破效果主要影響因素有爆破孔管直徑、深度、爆破強(qiáng)度等。此次布孔孔距設(shè)計(jì)為5～6 m，布孔孔深設(shè)計(jì)為100～120 m，爆破沖擊壓力為350～450 MPa。該智能爆破系統(tǒng)的應(yīng)用，大幅度減少鉆孔工程量，提高了巷道掘進(jìn)速度，降低了粉塵濃度，有效地解決了瓦斯爆炸的安全問(wèn)題。

4 結(jié)論

當(dāng)前隨著二氧化碳智能爆破系統(tǒng)裝置的完善，其在煤礦井下的應(yīng)用面越來(lái)越廣，在不久的將來(lái)，二氧化碳智能爆破系統(tǒng)有可能完全替代傳統(tǒng)炸藥進(jìn)行煤礦井下的爆破作業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)。二氧化碳智能爆破系統(tǒng)在大隆礦14#煤層1405 回風(fēng)巷巷道掘進(jìn)中的成功應(yīng)用，為鐵法能源集團(tuán)各煤礦的爆破作業(yè)提供了新工藝。