小斷面煤礦巷道的光面爆破安全技術(shù)措施
(湖北省巴東縣沙壩煤礦有限公司 陳明海)
2012年4月
目 錄
1 前言 3
2光面爆破的原理 3
3 巷道的施工技術(shù) 5
3.1合理選擇巷道形狀 5
3.2精心設(shè)計光面爆破圖表，優(yōu)化炮眼參數(shù) 6
3.3精心鉆眼 7
3.4認(rèn)真做好放炮工作 12
4成功實(shí)現(xiàn)光面爆破應(yīng)采取的措施 12
參 考 文 獻(xiàn) 14
1 前言
在煤礦生產(chǎn)和建設(shè)中，巷道掘進(jìn)占有十分重要的地位，目前在生產(chǎn)礦井的井巷掘進(jìn)中，巷道工程量約占掘進(jìn)總工程量的20%—25%，施工工期占掘進(jìn)總工期的40%-60%。在技改礦井建設(shè)中，巷道工程量約占掘進(jìn)總工程量的40%—60%，施工工期占掘進(jìn)總工期的30%-40%。因此加快巷道掘進(jìn)速度和質(zhì)量，對于保證煤礦采掘關(guān)系正常發(fā)展和加快礦井的建設(shè)速度有著十分重要的意義。
目前在巷道掘進(jìn)主要采用鉆眼爆破方法，因此我們縣各煤礦在組織巷道掘進(jìn)的工作中，都以發(fā)展和完善鉆爆法施工技術(shù)作為巖和巷掘進(jìn)技術(shù)的主攻方向。光面爆破是一種控制巖體開挖輪廓的爆破技術(shù)，是通過一系列措施對開挖工程周邊部位實(shí)行正確的鉆孔和爆破，并使周邊眼最后起爆的爆破技術(shù)。巷道圍巖不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生炮震裂縫，保持了圍巖完整性，從而增大了圍巖自身的承載能力，這為采用錨噴支護(hù)創(chuàng)造了有利的條件。光面爆破技術(shù)和錨噴技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步增強(qiáng)了錨噴支護(hù)的作用，特別是在松軟巖層中更能顯示這一特點(diǎn)。 在裂隙發(fā)育的地層中，避免裂隙擴(kuò)大和產(chǎn)生新的裂縫，提高了圍巖的穩(wěn)定性，能基本清除落石傷人事故，為快速施工提供了有利條件。巷道成型規(guī)整，極大地減少了掘進(jìn)超挖數(shù)量和出碴工作量，加快了掘進(jìn)速度，節(jié)省了襯砌材料，提高了施工進(jìn)度。由于巷道成型規(guī)整，凹凸很少，除增強(qiáng)巷道本身穩(wěn)定性外，也減少了巷道的維護(hù)量，在有瓦斯的巷道則不易于產(chǎn)生瓦斯局部聚集。
2 光面爆破的原理
光面爆破的破巖機(jī)理是一個十分復(fù)雜的問題，目前仍在探索之中。盡管在理論上還不甚成熟，但在定性分析方面已有共識。一般認(rèn)為，炸藥起爆時，對巖體產(chǎn)生兩種效應(yīng);一種是兩炮眼同時起爆，兩炮眼產(chǎn)生壓縮應(yīng)力相互疊加，匯合形成拉伸應(yīng)力波，形成貫穿裂隙。二是爆炸氣體膨脹做功所起的作用。光面爆破是周邊眼同時起爆，各炮眼的沖擊波向其四周作徑向傳播，相鄰炮眼的沖擊相遇，則產(chǎn)生應(yīng)力波的疊加，并產(chǎn)生切向拉力，拉力的最大值發(fā)生在相鄰炮眼中心連線的中點(diǎn)，當(dāng)巖體的極限抗拉強(qiáng)度小于此拉力時，巖體便被拉裂，在炮眼中心連線上形成裂縫，隨后，爆炸氣的膨脹合裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，形成平整的爆裂面。
在這主要介紹一種以縣安監(jiān)局行業(yè)指導(dǎo)部門探討在沙壩煤礦實(shí)驗(yàn)效果比較成功的一種原理，沿開挖輪廓線布置間距較小的平行炮眼，在這些光面炮眼中進(jìn)行藥量較少的不耦合裝藥，然后同時起爆，爆破時沿這些炮眼的中心連線破裂成平整的光面。
光面炮眼組同時起爆時，由于起爆器材的起爆時間誤差，不可能在同一時刻爆炸。先起爆的藥包的應(yīng)力波作用在炮眼周圍產(chǎn)生細(xì)微徑向裂隙(圖1-b的A炮眼)。由于B炮眼所起的導(dǎo)向作用，結(jié)果沿相鄰兩炮眼連心線的那條徑向裂隙得到優(yōu)先發(fā)育。在爆炸氣體作用下，這條裂隙繼續(xù)延伸和擴(kuò)展，在相鄰兩炮眼的連心線同眼壁相交處產(chǎn)生應(yīng)力集中，此處拉應(yīng)力最大。A、B兩炮眼中爆炸氣體的氣楔作用將這些徑向裂隙加以擴(kuò)展，成為貫通裂隙。
a)孔裝藥情況;(b)先爆炮孔對相鄰炮孔的影響;(c)光面的形成形成光面
圖1 光面爆破時炮眼連心線上破裂面的形成
3巷道施工
為了成功實(shí)現(xiàn)光面爆破，必須有一套科學(xué)的管理方法、必須精心設(shè)計、認(rèn)真操作、管理到位。
3.1 合理選擇巷道形狀
巷道的輪廓線的選擇十分重要，為了便于施工，盡量選擇形狀簡單的巷道形狀。拱形巷道是煤礦中最多的巷道，一般都是全礦的開拓、準(zhǔn)備巷道，服務(wù)年限長、巷道中管線多、巷道的利用要求高。煤礦常用的拱形巷道形狀有半圓拱形、圓弧拱形、三心圓拱。半圓拱形形狀簡單，拱部成型好，是最佳選擇，在巷道跨度較大時，為了提高巷道的利用，同時為了使巷道斷面更為合理，宜采用圓弧拱形。在沙壩煤礦的主運(yùn)輸大巷 2.8X2.5米的圓弧拱巷道、馬河煤礦的下山2.2X2.2米的半圓巷道在進(jìn)都取得了良好的效果。
3.2精心設(shè)計光面爆破圖表，優(yōu)化炮眼參數(shù)
優(yōu)化炮眼參數(shù)，設(shè)計切合實(shí)際的光面爆破參數(shù)、編制貫徹好作業(yè)規(guī)程。圖2為沙壩煤礦主運(yùn)輸大巷的光面爆破圖表。
3.21施工前技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)施工圖和光面爆破參數(shù)選擇的原則，精心設(shè)計合理的光爆圖表，并在施工中及時根據(jù)巖性的變化，不斷的修改完善光面爆破圖表。
3.22光面爆破圖表中要明確規(guī)定炮眼的位置、角度、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)，聯(lián)線方式及起爆序。表1為沙壩煤礦的爆破說明書。
3.23光面爆破參數(shù)的選擇主要是對炮眼布置與裝藥量選擇。
1、掏槽眼
光面爆破與普通爆破一樣，掏槽是控制巷道進(jìn)尺的關(guān)健一環(huán)，在現(xiàn)在煤礦小斷面巷道爆破中主要采用的是圓柱法直眼掏槽。直眼掏槽不受斷面的限制，可多臺風(fēng)鉆同時打眼，炮眼質(zhì)量易掌握，爆破效率高，光面效果好，但因掏槽眼垂直于工作面，爆破抵抗線大，往往需要打空心眼做掏槽輔助自由面，所以掏槽打眼多，用藥多。在實(shí)際的巷道掘進(jìn)過程中要根據(jù)巖層情況增減空眼數(shù)量（硬巖中取小值，軟巖中取大值），例如銀華礦業(yè)公司中吳家坪全巖巷中一般用六棱柱掏槽，而在沙壩煤礦梁山組較硬的黃龍灰?guī)r中增加了三個炮眼，用九棱柱掏槽，以便達(dá)到掏槽的效果。
直眼掏槽的眼距要嚴(yán)格控制。太大時掏槽比較困難，太小時巖石被擠實(shí)，掏槽效果差。直眼掏槽的眼距一般等于破碎圈的直徑，即為 100-150毫米。
2、輔助眼
掏槽眼以外布置輔助眼進(jìn)行擴(kuò)槽，擴(kuò)槽眼的布置主要遵循先從最弱面進(jìn)行，逐步擴(kuò)大巖層的自由面，靠近掏槽眼的第一、二圈輔助眼的間距為什么300-350毫米，以外輔助眼一般間距為600-750毫米（硬巖中取小值，軟巖中取大值）。
3、二圈眼（又稱抵抗眼）
輔助眼以外布置二圈眼，二圈眼是確保光爆層厚厚度的重要參數(shù)。在松軟圍巖中，應(yīng)從二圈眼開始盡量減少裝藥量。二圈眼的間距略大于抵抗值，一般取550-650毫米。
4、周邊眼
周邊眼一般布置在巷道輪廓線附近。硬巖可以布置在輪廓線以外，與輪廓線外接；軟巖布置在輪廓線以里，與輪廓線外切。
周邊眼是直接保護(hù)圍巖的，因此其參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格控制。其抵抗線一般為400-500毫米。周邊眼的間距為350-450毫米，與一般規(guī)律相反，軟巖取小值，硬
巖取大值，軟巖或裂隙發(fā)育處應(yīng)加空心眼起導(dǎo)向作用，眼距縮為200-300毫米。如圖3所示。
3.3精心鉆眼
鉆出的眼孔要做到平、準(zhǔn)、直。巷道方位使用激光指向儀進(jìn)行導(dǎo)向，控照設(shè)計方位、坡度安好定向儀后，要根據(jù)指向儀光心定出炮眼的位置。
平：要求周邊眼、二圈眼、掏槽眼要互相平行。幫眼、周邊眼的外插上爬不得超過100毫米，不得向內(nèi)插和下栽。
準(zhǔn)：各炮眼要打在點(diǎn)好的眼位上，上下左右的誤差要控制在20毫米以內(nèi)。各個炮眼的深度要達(dá)到掏槽眼的位置，個別帶有角度的眼，同時也為了減少兩發(fā)炮的接頭臺階，要備用一根3米的鉆桿，適當(dāng)加長炮眼，以達(dá)到相同位置。
直：要求上述炮眼的方向，特別是周邊眼的方向與巷道方位線的方向平行一致。
打眼應(yīng)注意事項：
1）、掌握《煤礦安全規(guī)程》、作業(yè)規(guī)程相關(guān)內(nèi)容，掌握安全操作規(guī)程，掌握鉆眼機(jī)具結(jié)構(gòu)、性能和使用方法，正確佩戴勞動防護(hù)用品，遵守操作規(guī)程，按作業(yè)規(guī)程要求作業(yè)，特別是要把握好前進(jìn)的度，打好眼也是提高掘進(jìn)速度關(guān)健的一環(huán)，所以打眼的力度要調(diào)合適，太慢容易影響進(jìn)度，太快容易發(fā)造型生斷釬傷人。
2）、鉆眼作業(yè)前應(yīng)做好如下檢查：（1）工作面支護(hù)和頂板管理情況；（2）鉆眼機(jī)具、供水管路、水壓是否正常，電纜是否有漏電、失爆現(xiàn)象；工作面是否有瞎炮；工作面瓦斯是否超限；控頂距是否符合作業(yè)規(guī)程要求；有無透水、瓦斯突出等異常現(xiàn)象。
3）、鉆眼前要做好下列準(zhǔn)備：在坡度較大的上山和平巷打上部眼時，應(yīng)搭設(shè)腳手架或工作臺，巷道設(shè)置擋板，防止煤、矸滑落傷人，風(fēng)、水管和電纜吊掛、固定好；需要超前支護(hù)的地方，應(yīng)做好超前支護(hù)；清理工作面浮煤、浮矸，排除積水；
4）、應(yīng)按爆破說明書規(guī)定的炮眼位置、個數(shù)布置炮眼。多臺風(fēng)鉆同時打眼，應(yīng)先劃分區(qū)域，定人、定具、定順序打眼，不準(zhǔn)交叉作業(yè)。在一些經(jīng)驗(yàn)比較先進(jìn)的浙江掘進(jìn)隊中把打眼看的相當(dāng)重要，打完炮眼后認(rèn)真檢查眼位、眼間距、角度、深度。凡是不到位的炮眼都重新打眼，直到打到符合條件為止。打完眼后，必須用高壓風(fēng)進(jìn)行掃孔，將巖粉積水排凈后方可裝藥放炮。
5）、鉆進(jìn)過程中，堅持先打出高質(zhì)量的導(dǎo)向孔，并插上釬了或炮棍，作為其它各眼的導(dǎo)向，司機(jī)應(yīng)集中精力，注意觀察工作面和鉆進(jìn)情況，發(fā)現(xiàn)煤、巖片幫、冒頂危險時，應(yīng)立即停鉆處理；如遇突水征兆，應(yīng)立即停止鉆眼，不準(zhǔn)拔出鉆桿。
6）、風(fēng)鉆操作應(yīng)符合下列要求：風(fēng)鉆司機(jī)應(yīng)站在風(fēng)鉆一側(cè)，兩腳前后錯開，腳踏實(shí)地，防止踩空；不準(zhǔn)騎在氣腿上打眼；定眼時，領(lǐng)釬人應(yīng)站在鉆桿一側(cè)，將鉆頭放在眼窩上，先低速鉆進(jìn)20~30毫米后，再全速鉆進(jìn)；鉆眼時，司機(jī)應(yīng)調(diào)整好氣腿高度、角度，推力均勻適度；鉆進(jìn)時，風(fēng)鉆、鉆桿下禁止站人；更換眼位、調(diào)整氣腳時應(yīng)停鉆。
7）、有下列情況之一，禁止鉆眼作業(yè)：
?。?）工作面風(fēng)流瓦斯超過1%時；
?。?）支護(hù)不牢，有倒棚危險，局部片幫來壓及控頂距超過作業(yè)規(guī)程規(guī)定時；
?。?）瞎炮未處理時；
?。?）局部通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時；
?。?）工作面無風(fēng)或風(fēng)筒口距離工作面超過作業(yè)規(guī)程規(guī)定時；
（6）有瓦斯突出、透水征兆時；
（7）鉆孔與老采空區(qū)、舊巷相透時；
?。?）溜道上需打眼，卻正在運(yùn)煤時；
?。?）供水管路無水或水壓不正常時；
?。?0）無防塵設(shè)施或防塵設(shè)施損壞時；
?。?1）煤電鉆響聲異常、過熱時。
8）、鉆眼結(jié)束后，應(yīng)將鉆具放在指定位置，放在無淋水地點(diǎn)。
3.4認(rèn)真做好放炮工作
（１）必須嚴(yán)格按照爆破圖表規(guī)定的裝藥結(jié)構(gòu)、各炮眼的裝藥量、封泥長度進(jìn)行裝藥、定炮、聯(lián)線。裝藥時要用竹質(zhì)或木質(zhì)炮棍將藥輕輕的推入眼內(nèi)，不得沖撞和搗實(shí)，各藥卷必須彼此密實(shí)，炮泥要要封至眼口。定眼聯(lián)線后要檢查線路有無斷路、短路、接地、經(jīng)檢查無誤后方可放炮。
（2）起爆順序。掏槽眼為1號，擴(kuò)槽眼為2號，輔助眼為3號，三圈眼為4、5號，幫眼、底眼為6號。
（3）放炮后的檢查。放炮后要認(rèn)真檢查有無瞎炮、殘爆。發(fā)現(xiàn)有瞎炮、殘爆的炮眼必須嚴(yán)格按煤礦安全規(guī)程的有關(guān)要求，及時進(jìn)行處理。還要對巷道的斷面按設(shè)計尺寸進(jìn)行檢查驗(yàn)收，凡有欠挖部位都要進(jìn)行處理。
4成功實(shí)現(xiàn)光面爆破應(yīng)采取的措施
?。?）光面爆破實(shí)際上是控制周邊眼爆破。周邊眼的爆破效果直接影響到光面爆破的效果，周邊眼的爆破是巷道成形的關(guān)鍵。因此裝藥定炮眼時周邊眼必須采用瞬發(fā)雷管和同極毫秒雷管。
?。?）合理的光爆裝藥結(jié)構(gòu)，裝藥結(jié)構(gòu)為徑向空氣間隙不偶合和軸向軟墊層不偶合裝藥。盡可能減少裝藥密度。因?yàn)樗幜吭酱?，產(chǎn)生的破碎范圍越大，爆生氣體壓力也更大，故在能夠?qū)r石炸落的前提下，藥量越少越好。一種方法減小炸藥直徑。目前我縣暫無光面爆破專用這種炸藥，盡量不用這種方法。第二種方法眼中間隔墊襯裝藥，如圖4所示。將藥裝入眼底，再裝一節(jié)導(dǎo)管（木質(zhì)竹管，長度不超60毫米），只在炮眼口按規(guī)程要求進(jìn)行封泥。這種裝藥操作簡單，效果可靠，在沙壩煤礦普遍采用取得良好的效果。
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