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师宗县煤炭工业局 云南师宗 655700
摘要:本文根据笔者多年现场实践经验,提出了提高井巷掘进爆破效率的相关对策,以促进煤矿井巷钻爆法掘进速度的提高。
关键词:煤矿;井巷掘进;爆破效率;相关对策
一、问题的提出
由于师宗县煤系地层的地质构造复杂,煤层赋存条件差,现有煤矿的设计生产能力基本在30万t/a以下,设计井巷断面基本在8m2以下,因此,施工工艺落后效率低,井巷掘进又难以采用综合机械化(综掘机适用断面一般在8m2以上),因而井巷掘进采用钻爆法提高掘进速度成为研究重点。
采用钻爆法的井巷掘进,就其施工工艺来看,主要有钻(眼)、爆(破)、装(岩)、运(输)、支(护)五大工序循环进行。什么是影响井巷掘进速度的主要因素呢?笔者认为:如果工作面的岩石爆不下来,掘进工作面就不能向前推进;如果爆破效率不高,井巷的掘进速度就难以提高。因此,研究、总结和发展爆破技术,提高爆破效率,对加快井巷施工速度,提高劳动生产率,降低成本等具有重要意义。
二、如何提高掘进的爆破效率
1.所谓爆破效率,主要是指炮眼利用率和井巷成形的规整度。井巷掘进爆破效率低的主要表现是:炮眼利用率低,爆破后留有残眼达20%以上,遇砂岩、玄武岩时甚至超过40%;巷道超挖、欠挖现象严重,成形不规整。
2.如何提高爆破效率?根据不同岩性、掘进断面和循环进度,通过合理地选择掏槽方式,确定合适的装药量和装填结构,安排合适的起爆顺序,注意炮眼封堵质量和精心施工等是提高爆破效率的主要技术措施。
3.工程实例
实例一:大庆沟煤矿北翼运输巷(掘进断面5.86m?,布置21个炮眼)施工中,虽然炮眼利用率可达90%以上,但爆破后超挖现象较严重,掘进断面增加1m2以上,成形不理想,围岩破坏严重给支护带来困难造成支护材料的浪费后期维修费用倍增。经原因分析,认为炮眼利用率达到预期的效果,说明在本段围岩中采用四眼楔形加一空眼掏槽是可行的,超挖主要是周边眼间距过大和装药过量造成的。找出原因后,及时修改了爆破图表,炮眼增加至27个,将周边眼间距从600mm缩至400mm,装药量从400g/眼减至200g/眼,在总装药量节约的前提下,取得了较高的爆破效率,并控制了超挖,巷道成形规整。
实例二:泰安煤矿改扩建项目主井穿越玄武岩施工中,由于围岩坚硬强度高,增加单眼装药量,实际炮眼利用率仅50~60%,欠挖现象严重。经原因分析,认为:(1)由复合岩层进入玄武岩中采用四眼楔形掏槽已不适应;(2)全断面(12.64m2)布置47个炮眼偏少;(3)周边眼钻眼质量差(未打在设计轮廓线上);(4)未利用聚能效应爆破;(5)炮泥充填长度不足,封堵不密实。为此,重新编制了爆破图表。考虑工人钻眼技术水平,更换了施工队,改四眼楔形掏槽为六眼楔形掏槽,且在中部加两个垂直空眼;按5个/m2炮眼,全断面共布置63个炮眼;同时加强现场技术指导,周边眼严格打在设计轮廓线上,眼距控制在350mm;严格把好药卷装填方向,利用聚能效应实现聚能爆破;每个眼的炮泥分次堵塞,堵塞长度大于300mm并充填密实。采取上述一系列措施后,爆破效率大大提高,炮眼利用率可达85%以上,消除了欠挖现象,而且井筒成形良好。
4.通过上述二例分析,笔者认为有如下二点需要在掘进爆破工作中引为注意的:一是技术人员必须根据现场实际编制合格的爆破图表,如巷道穿过多种岩层,则应选用两种(或两种以上)穿过量大的主要岩层,分别编制爆破图表,并加强现场技术指导,经过若干循环的爆破实践,然后根据实测取得的爆破参数对图表进行修改完善,使之真正成为指导和检查钻眼爆破工作的技术文件。二是参加掘进钻眼爆破的工人,必须严格遵守《煤矿安全规程》和爆破图表的规定作业,消除自由打眼、自由装药、自由放炮的现象,保证安全和快速施工。
三、提高掘进爆破效率的参数选择
由于师宗县煤矿都是在小煤窑基础上逐步发展起来,布置不规范工艺落后。长期以来,各矿采用风镐或瞬发电雷管引爆的普通爆破法进行井巷掘进,爆破效率低下。近年来,师宗煤矿引进了毫秒延期电雷管,为井巷实现光面爆破或“简易光爆”创造了条件。
鉴于师宗县当前在掘进施工队伍员工和现场施工管理人员素质不高,钻眼技术水平低的现有条件下,如何实现光面爆破或“简易光爆”,使断面基本达到设计轮廓要求,超、欠挖少,稳定围岩,以利支护,尤其是以利于錨网喷支护的推广应用,是值得从事掘进爆破的技术人员研究和实践的。笔者根据多年的工作实践,结合上述实例,提出提高掘进爆破效率的参数选择建议,供参考:
1.炮眼数目的确定
钻眼工序占循环时间的比例高,掘进工人往往为节省钻眼时间,实际工作中减少炮眼布置数目(仅为3~3.8个/m2),造成炮眼利用率低,巷道成形不好。有资料表明,全断面按5个/m2布置炮眼,炮眼利用率可达90%上下,且炮眼数目增加,炮眼利用率就提高。因此,综合考虑既节省时间又能提高炮眼利用率,全断面炮眼按4~5个/ m2布置较为合理。
2.周边眼距和最小抵抗线的确定及周边眼位的布置
要合理地布置炮眼,首先要确定周边眼距(一般地应控制在350~400mm范围内)和最小抵抗线(一般地应在400~550mm范围内选取)。周边眼应布置在设计轮廓线上,眼底向外偏50~100mm为宜,保证爆破后的眼痕率。
3.掏槽方法的选择
掏槽工作是关系井巷全断面爆破能否取得预想效果的重要一环。我省井巷掘进目前多采用浅进度多循环,巷道断面基本上为中、小断面,岩性以f<6最多,f<3次之,f<10再次之,f>10最少。考虑施工方便、适用等因素,当f<3时,采用三角锥形掏槽;当f<6时,采用四眼楔形中部加一个垂直空眼掏槽;当f<10时,采用六眼楔形中部加二个垂直空眼掏槽;当f>10时,可采用复式楔形掏槽,即内楔由2~4个眼构成,眼深较小,装药量也较少,它最先起爆掏出小槽,外楔眼随后起爆扩大,并加深掏槽。要求掏槽眼比其它眼深200mm,眼底距控制在200mm左右,垂直空眼比掏槽眼深50mm,掏槽眼与工作面交角以70°为宜,布置在巷道断面的中下部。 4.炮眼深度的确定
根据井巷岩层条件、钻眼设备能力和掘进的作业方式,同时考虑掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼采用连续装药后有足够的长度(>300mm)充填炮泥,炮眼深度应在1.5~2m为宜。
5.装药量的确定
掏槽眼必须有足够的装药长度,以保证能较好地破碎炮眼口附近的岩体,否则会出现“挂门帘”现象。但装药切忌超过许可的装药率和集中度,装药多了不但不能提高爆破效果,反而降低爆破效果,这一点必须引起注意。因此,掏槽眼、辅助眼和底眼的装药系数分别以0.6~0.8、0.4~0.6和0.5~0.7为宜;周边眼的装药量与岩性和药卷直径等因素有关,一般以200~300g/m为宜。
6.要注意利用“聚能效应”,瓦斯工作面采用反向爆破时,要求雷管和药卷聚能穴方向一律朝向眼口;高瓦斯工作面采用正向爆破时,要求雷管和药卷聚能穴方向一律朝向眼底。
7.起爆顺序,合理的起爆顺序是:掏槽眼 —辅助眼—周边眼—底眼,在编制爆破说明书时按毫秒延期电雷管延期时间段号确定起爆先后顺序。
8.在装药合理的情况下,堵塞炮泥对提高炮眼利用率作用甚大。试验表明,每个眼的炮泥应分次堵塞,充填长度必须大于300mm,而且充填的越密实越好,这样可以使炸药起爆时在封堵密实的炮眼内形成一个高压密封室,使炸药的能量充分对岩石破坏。因此,强调要舍得装填炮泥。
综上所述,只要工程技术人员加强爆破理论和爆破安全技术知识的系统学习,理论联系实际,认真编制、及时修改和完善爆破图表;掘进工人认真执行炮眼布置、药量限制、装药结构、炮泥充填、起爆顺序等规定,就一定能使爆破效率提高,使爆破的井巷成形规整,避免超、欠挖量,减轻爆震对围岩损伤,以利于巷道维护、节工省料,从而提高井巷掘进速度,较大幅度地降低成本,取得显著的经济效益。
参考文献:
[1]张志刚,王刚等.爆破原理与设计[M].重庆:重庆大学出版社,1992
[2]陈士海.现代钻爆理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社,1998
[3]崔云龙.简明建井工程手册[M].北京:煤炭工业出版社,2003
[4]劉殿中,杨仕春,等.工程爆破实用手册(第2版)[M].北京:冶金工业出版社,2003
作者简介:
付开友,男,汉族,1966年10月生,采矿工程师,现在师宗县煤炭局从事专业技术工作,
摘要:本文根据笔者多年现场实践经验,提出了提高井巷掘进爆破效率的相关对策,以促进煤矿井巷钻爆法掘进速度的提高。
关键词:煤矿;井巷掘进;爆破效率;相关对策
一、问题的提出
由于师宗县煤系地层的地质构造复杂,煤层赋存条件差,现有煤矿的设计生产能力基本在30万t/a以下,设计井巷断面基本在8m2以下,因此,施工工艺落后效率低,井巷掘进又难以采用综合机械化(综掘机适用断面一般在8m2以上),因而井巷掘进采用钻爆法提高掘进速度成为研究重点。
采用钻爆法的井巷掘进,就其施工工艺来看,主要有钻(眼)、爆(破)、装(岩)、运(输)、支(护)五大工序循环进行。什么是影响井巷掘进速度的主要因素呢?笔者认为:如果工作面的岩石爆不下来,掘进工作面就不能向前推进;如果爆破效率不高,井巷的掘进速度就难以提高。因此,研究、总结和发展爆破技术,提高爆破效率,对加快井巷施工速度,提高劳动生产率,降低成本等具有重要意义。
二、如何提高掘进的爆破效率
1.所谓爆破效率,主要是指炮眼利用率和井巷成形的规整度。井巷掘进爆破效率低的主要表现是:炮眼利用率低,爆破后留有残眼达20%以上,遇砂岩、玄武岩时甚至超过40%;巷道超挖、欠挖现象严重,成形不规整。
2.如何提高爆破效率?根据不同岩性、掘进断面和循环进度,通过合理地选择掏槽方式,确定合适的装药量和装填结构,安排合适的起爆顺序,注意炮眼封堵质量和精心施工等是提高爆破效率的主要技术措施。
3.工程实例
实例一:大庆沟煤矿北翼运输巷(掘进断面5.86m?,布置21个炮眼)施工中,虽然炮眼利用率可达90%以上,但爆破后超挖现象较严重,掘进断面增加1m2以上,成形不理想,围岩破坏严重给支护带来困难造成支护材料的浪费后期维修费用倍增。经原因分析,认为炮眼利用率达到预期的效果,说明在本段围岩中采用四眼楔形加一空眼掏槽是可行的,超挖主要是周边眼间距过大和装药过量造成的。找出原因后,及时修改了爆破图表,炮眼增加至27个,将周边眼间距从600mm缩至400mm,装药量从400g/眼减至200g/眼,在总装药量节约的前提下,取得了较高的爆破效率,并控制了超挖,巷道成形规整。
实例二:泰安煤矿改扩建项目主井穿越玄武岩施工中,由于围岩坚硬强度高,增加单眼装药量,实际炮眼利用率仅50~60%,欠挖现象严重。经原因分析,认为:(1)由复合岩层进入玄武岩中采用四眼楔形掏槽已不适应;(2)全断面(12.64m2)布置47个炮眼偏少;(3)周边眼钻眼质量差(未打在设计轮廓线上);(4)未利用聚能效应爆破;(5)炮泥充填长度不足,封堵不密实。为此,重新编制了爆破图表。考虑工人钻眼技术水平,更换了施工队,改四眼楔形掏槽为六眼楔形掏槽,且在中部加两个垂直空眼;按5个/m2炮眼,全断面共布置63个炮眼;同时加强现场技术指导,周边眼严格打在设计轮廓线上,眼距控制在350mm;严格把好药卷装填方向,利用聚能效应实现聚能爆破;每个眼的炮泥分次堵塞,堵塞长度大于300mm并充填密实。采取上述一系列措施后,爆破效率大大提高,炮眼利用率可达85%以上,消除了欠挖现象,而且井筒成形良好。
4.通过上述二例分析,笔者认为有如下二点需要在掘进爆破工作中引为注意的:一是技术人员必须根据现场实际编制合格的爆破图表,如巷道穿过多种岩层,则应选用两种(或两种以上)穿过量大的主要岩层,分别编制爆破图表,并加强现场技术指导,经过若干循环的爆破实践,然后根据实测取得的爆破参数对图表进行修改完善,使之真正成为指导和检查钻眼爆破工作的技术文件。二是参加掘进钻眼爆破的工人,必须严格遵守《煤矿安全规程》和爆破图表的规定作业,消除自由打眼、自由装药、自由放炮的现象,保证安全和快速施工。
三、提高掘进爆破效率的参数选择
由于师宗县煤矿都是在小煤窑基础上逐步发展起来,布置不规范工艺落后。长期以来,各矿采用风镐或瞬发电雷管引爆的普通爆破法进行井巷掘进,爆破效率低下。近年来,师宗煤矿引进了毫秒延期电雷管,为井巷实现光面爆破或“简易光爆”创造了条件。
鉴于师宗县当前在掘进施工队伍员工和现场施工管理人员素质不高,钻眼技术水平低的现有条件下,如何实现光面爆破或“简易光爆”,使断面基本达到设计轮廓要求,超、欠挖少,稳定围岩,以利支护,尤其是以利于錨网喷支护的推广应用,是值得从事掘进爆破的技术人员研究和实践的。笔者根据多年的工作实践,结合上述实例,提出提高掘进爆破效率的参数选择建议,供参考:
1.炮眼数目的确定
钻眼工序占循环时间的比例高,掘进工人往往为节省钻眼时间,实际工作中减少炮眼布置数目(仅为3~3.8个/m2),造成炮眼利用率低,巷道成形不好。有资料表明,全断面按5个/m2布置炮眼,炮眼利用率可达90%上下,且炮眼数目增加,炮眼利用率就提高。因此,综合考虑既节省时间又能提高炮眼利用率,全断面炮眼按4~5个/ m2布置较为合理。
2.周边眼距和最小抵抗线的确定及周边眼位的布置
要合理地布置炮眼,首先要确定周边眼距(一般地应控制在350~400mm范围内)和最小抵抗线(一般地应在400~550mm范围内选取)。周边眼应布置在设计轮廓线上,眼底向外偏50~100mm为宜,保证爆破后的眼痕率。
3.掏槽方法的选择
掏槽工作是关系井巷全断面爆破能否取得预想效果的重要一环。我省井巷掘进目前多采用浅进度多循环,巷道断面基本上为中、小断面,岩性以f<6最多,f<3次之,f<10再次之,f>10最少。考虑施工方便、适用等因素,当f<3时,采用三角锥形掏槽;当f<6时,采用四眼楔形中部加一个垂直空眼掏槽;当f<10时,采用六眼楔形中部加二个垂直空眼掏槽;当f>10时,可采用复式楔形掏槽,即内楔由2~4个眼构成,眼深较小,装药量也较少,它最先起爆掏出小槽,外楔眼随后起爆扩大,并加深掏槽。要求掏槽眼比其它眼深200mm,眼底距控制在200mm左右,垂直空眼比掏槽眼深50mm,掏槽眼与工作面交角以70°为宜,布置在巷道断面的中下部。 4.炮眼深度的确定
根据井巷岩层条件、钻眼设备能力和掘进的作业方式,同时考虑掏槽眼、辅助眼、周边眼和底眼采用连续装药后有足够的长度(>300mm)充填炮泥,炮眼深度应在1.5~2m为宜。
5.装药量的确定
掏槽眼必须有足够的装药长度,以保证能较好地破碎炮眼口附近的岩体,否则会出现“挂门帘”现象。但装药切忌超过许可的装药率和集中度,装药多了不但不能提高爆破效果,反而降低爆破效果,这一点必须引起注意。因此,掏槽眼、辅助眼和底眼的装药系数分别以0.6~0.8、0.4~0.6和0.5~0.7为宜;周边眼的装药量与岩性和药卷直径等因素有关,一般以200~300g/m为宜。
6.要注意利用“聚能效应”,瓦斯工作面采用反向爆破时,要求雷管和药卷聚能穴方向一律朝向眼口;高瓦斯工作面采用正向爆破时,要求雷管和药卷聚能穴方向一律朝向眼底。
7.起爆顺序,合理的起爆顺序是:掏槽眼 —辅助眼—周边眼—底眼,在编制爆破说明书时按毫秒延期电雷管延期时间段号确定起爆先后顺序。
8.在装药合理的情况下,堵塞炮泥对提高炮眼利用率作用甚大。试验表明,每个眼的炮泥应分次堵塞,充填长度必须大于300mm,而且充填的越密实越好,这样可以使炸药起爆时在封堵密实的炮眼内形成一个高压密封室,使炸药的能量充分对岩石破坏。因此,强调要舍得装填炮泥。
综上所述,只要工程技术人员加强爆破理论和爆破安全技术知识的系统学习,理论联系实际,认真编制、及时修改和完善爆破图表;掘进工人认真执行炮眼布置、药量限制、装药结构、炮泥充填、起爆顺序等规定,就一定能使爆破效率提高,使爆破的井巷成形规整,避免超、欠挖量,减轻爆震对围岩损伤,以利于巷道维护、节工省料,从而提高井巷掘进速度,较大幅度地降低成本,取得显著的经济效益。
参考文献:
[1]张志刚,王刚等.爆破原理与设计[M].重庆:重庆大学出版社,1992
[2]陈士海.现代钻爆理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社,1998
[3]崔云龙.简明建井工程手册[M].北京:煤炭工业出版社,2003
[4]劉殿中,杨仕春,等.工程爆破实用手册(第2版)[M].北京:冶金工业出版社,2003
作者简介:
付开友,男,汉族,1966年10月生,采矿工程师,现在师宗县煤炭局从事专业技术工作,