煤仓一次爆破成井技术的研究与应用

程洪良　仇圣华

　　摘　要　参照国内外有关掘进天井等垂直巷道的先进经验，研究应用了深孔光爆一次爆破成井法施工煤仓，提出了相关的爆破参数和技术措施，取得了成功的经验。
　　关键词　煤仓　一次爆破成井　爆破参数　技术措施

1　概　　况

　　山东宁阳保安煤矿3402煤仓全深10 m，掘进直径2.8 m，上接3402胶带运输巷，下接倾角为18°的3400胶带上山，穿过的岩石为灰、白色砂岩和黑白色细砂岩(图1)，普氏系数f＝4～6，抗压强度为30～80 MPa，裂隙不发育。该矿为低瓦斯矿井，该煤仓不穿过断层，工作面无瓦斯溢出。

图1　3402煤仓岩层柱状图

2　爆破方案

　　参照国内外有关掘进天井等垂直巷道的先进经验，并结合现场实际情况，决定采用深孔光爆一次成井法施工3402煤仓。该爆破方案的主要内容如下：
　　(1)采用TXU－75型井下潜孔钻机在上部巷道自上而下全深钻孔，并按设计要求扩孔。
　　(2)充分利用上下巷道作补偿空间，使煤仓的上部岩体(约20％)向上抛渣；下部（80％）向下抛渣。
　　(3)为使岩壁平整稳定，减小爆破地震影响，周边眼在其他炮眼起爆后起爆。
　　(4)为提高爆破效果，采用两个大空孔和两个掏槽孔组成的菱形掏槽法(图2)。

图2　掏槽眼布置示意
1、2—大空孔；3、4—掏槽孔

3　掏槽参数设计

3.1　空孔直径D
　　空孔直径D越大越有利，但考虑设备能力与经济性，一般D＝（2～3）d较合理(d为理论设计掏槽孔直径，d＝40 mm，实际取d＝70 mm)。施工经验及有关资料表明，当煤仓高度在10 m左右时，取D＝110　mm为宜。
3.2　空孔间距a
　　按空孔的补偿空间计算

式中　D₁——空孔1的直径，D₁＝110 mm；
　　　D₂——空孔2的直径，D₂＝110 mm；
　　　K——岩石碎胀系数，取K＝1.30。
代入得　a≤662 mm，取a＝400 mm。
3.3　掏槽孔与两空孔中心连线的距离b
　　根据最小抵抗线不大于暴露面宽度的原则计算

b≤a＋d

式中　a——两空孔间距，a＝400 mm；
　　　d——掏槽孔直径，d＝70 mm。
代入得　b≤470 mm，取b＝300 mm。
3.4　一次爆破的分段高度
　　根据利文斯顿爆破漏斗理论及试验经验，结合现场岩石性质可知，一次爆破段高不能超过3 m。为此，将10 m深的煤仓分成4段爆破，每段高2.5 m。但掏槽眼和辅助眼的起爆段数为3段，即煤仓最上部的5 m合为一次起爆，让其向上、下两端抛掷。

4　爆破参数设计

4.1　煤仓岩体的补偿空间
　　煤仓全深一次爆破后，其碎胀的岩石体积V_Z必须小于下部和上部巷道补偿空间的体积V_b。

V_b＝S h₁＋h₂BL
V_Z＝SH(K－1)

式中　S——煤仓断面积，S＝6.15 m²；
　　　H——煤仓深度，H＝10 m；
　　　h₁——上部巷道高度，h₁＝2.4 m；
　　　h₂——下部巷道高度，h₂＝2.4 m；
　　　B——巷道宽度，B＝2.4 m；
　　　K——岩石碎胀系数，取K＝1.30；
　　　L——下部巷道能容纳下抛岩石的长度，考虑巷道倾角为18°，煤仓爆落下的岩石可向下塌落4 m。
　　计算得V_b＝37.8 m³，V_Z＝18.45 m³，显然V_b＞V_Z，符合要求。
4.2　钻孔偏斜率
　　钻孔偏斜率是深孔爆破成败的关键，要求不大于1％。在施工中，钻机每钻进3 m测斜一次，对超偏的孔需堵塞后重新补孔。炮孔钻完后进行测斜，并绘制钻孔实测图。
4.3　辅助孔和周边孔间距的确定
　　掏槽孔之外布置了一圈辅助孔，设计圈径1.6 m，辅助孔间距720 mm，共布置7个。
　　由于该煤仓穿过的岩石为软岩，根据国内外有关一次爆破成井的经验，确定周边孔间距为600 mm，共布置15个(图3)。

图3　炮孔布置平面示意
1、2—大空孔；3、4—掏槽孔；5～11—辅助孔；
12～26—周边孔

4.4　炮眼的装药量与装药结构
　　施工3402煤仓共布置26个炮孔，使用水胶炸药161 kg，雷管96发。每个炮孔的装药量和装药结构见图4和表1。

图4　炮孔装药结构
1^＃～10^＃—采用雷管段数

表1　爆破参数表

注：所有炮孔深度均为10 m，角度90°；孔1～11上、中、下各分段高度分别为5.0 m、2.5 m、2.5 m；炮泥长度除孔12～26上下两端各为500 mm外，其余各孔均为700 mm。

4.5　雷管合理延期时间及段数的选定
　　为确保深孔爆破效果，保证有充分的岩石移动时间，必须慎重选择雷管的合理延期时差。根据有关公式的计算值、国内外的经验值以及《煤矿安全规程》第295条的要求，选用了山东五莲化工厂生产的毫秒电雷管系列中的1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11段，延期时间分别为0，25，50，75，110，150，200，250，310，380，460 ms。

5　起爆网路

　　该工程起爆雷管96发，联线方式为并串联(图5)。

图5　联线方式

　　为起爆可靠、安全起见，该矿自制一台防爆型高能发爆器，其峰值电压1 600V，主电容容量55 μF，供电时间4 ms，电源为4节1号干电池。网络总电阻为

式中　R₁——放炮母线电阻，放炮距离取500 m，R₁＝50 Ω；
　　　r——单个雷管电阻，r＝5 Ω；
　　　N——并联雷管数目，N＝2；
　　　n——串联组数，n＝48。
　　计算得R_总＝170　Ω。
因为发爆器对每个雷管发出的引燃冲量

式中　C——发爆器电容量，F;
　　　U——发爆器峰值电压，V；
　　　t——供电时间，s。
　　其余符号意义同上。
　　计算得K＝36.03 A^2.ms，显然K＞7.8 A^2.ms，即发爆器对每个雷管发出的引燃冲量大于引爆雷管的引燃冲量。

6　安全技术措施

6.1　预防爆破地震
　　根据有关公式计算后可知，该爆破工作不会对附近巷道产生大的破坏。但为保证上、下巷道的稳定性，采取了如下措施：
　　(1)采用大于25 ms间隔的毫秒电雷管，使振动波形分开，减弱地震效应。
　　(2)周边眼采用不偶合缓冲装药结构，不偶合系数为4，减小作用在孔壁上的应力。
　　(3)将巷道的薄弱部位预先加固。
6.2　预防爆破后有毒气体危害
　　爆破后将产生大量有毒气体，为确保安全，防止意外事故发生，通风1 h后，方可由3名安全检查员戴好氧气呼吸器进入工作地点。
6.3　预防拒爆、早爆
　　(1)采用“三同”雷管和质量好的炸药，并用数字万用表测量雷管电阻。
　　(2)用数字万用表测量网路电阻。
　　(3)接线牢固，随时用砂纸擦去接头的氧化物。
　　(4)接线后最好用胶布将接头包扎好，以防增大网路电阻和接触岩壁。
　　(5)为防止管道效应，所有塑料管装药都要有导爆索串联。
　　(6)认真检查起爆器质量，并事先作电爆网路模拟试验。
6.4　预防杂散电流
　　(1)用IS－1型杂散电流测定仪，测量金属物对金属物，金属物对岩壁和底帮的杂散电流。当杂散电流降到50 mA以下时方可进行装药、联线和起爆。
　　(2)无论是单个雷管脚线还是放炮母线，在联线以前均应始终短接。
　　(3)爆破母线、连接线不得有裸露接头，以防止短路和漏电。
　　(4)装药后，必须将电雷管脚线悬空，严禁与其他导体接触。
6.5　防止钻孔偏斜及纠偏
　　(1)掌握准确的地质资料，防止产生“药壶”现象。
　　(2)在煤仓上口事先需打一层20 cm厚的混凝土底盘，预划孔口，然后在其上钻眼。钻进时要“平、直、准、齐”，钻孔临近全深时，减压钻进。
　　(3)每钻进3 m采用重锤法测斜一次。出现偏斜时，采用反向回转钻进纠偏法、扩孔纠偏法或回填老孔纠斜法进行纠偏。
　　(4)钻孔打歪、交叉、超偏的，应充填后重新补孔。
6.6　安全管理
　　建立爆破指挥机构，严格遵守《煤矿安全规程》，统一指挥，协调行动。

7　结　　语

　　一次爆破成井技术在该煤仓施工中取得了预期的效果，较好地解决了传统的浅眼爆破法存在的缺点。施工安全便利，成本降低一半。
　　该施工方法能保证深度在20 m范围内、断面积在2.25 m²以下的井筒、煤仓的一次成井，具有很大的推广前途和应用价值。

作者简介　程洪良　1967年生，1989年毕业于山东矿业学院，工程师，现任山东省泰安市会宁集团矿业有限公司副总经理、山东宁阳保安煤矿副矿长，从事煤矿生产、技术管理工作多年，获多项科研成果及奖励，在有关刊物上发表论文8篇。地址：山东省宁阳县保安煤矿，邮码：271400。

作者单位：程洪良　山东宁阳保安煤矿
　　　　　仇圣华　山东矿业学院

参考文献

　1　钮　强.岩石爆破机理.沈阳：东北工学院出版社，1990
　2　刘清泉等译.爆破工程师手册.北京：煤炭工业出版社，1992

(收稿日期：1998－04－16)