浅论坚硬岩石巷道掏槽爆破中相关技术参数的选用(高李辉)

浅论坚硬岩石巷道掏槽爆破中相关技术参数的选用

高李辉

（淮北矿业股份有限公司许疃煤矿，安徽淮北 233529）

摘要：根据爆破理论，分析影响掘进爆破的因素，验证工程应用中的效果。

关键词：掘进巷道；坚硬岩石；爆破参数；选用

1 引言

煤矿掘进生产中，常用含空孔的直眼掏槽爆破，其岩石破碎和初始的抛掷过程都发生在槽腔内部。装药孔爆炸后，装药孔与空孔间的岩石介质破碎，首先向空孔方向运动，作用在空孔壁上产生碰撞和回弹，爆生气体迅速成为混合体。高压爆生气体的膨胀，使得岩石碎块开始向炮孔轴向方向运动，并形成槽腔。所以在直眼掏槽爆破中布置掏槽孔和确定掏槽爆破参数时，应根据现实情况，一要考虑岩石发生破碎，二要使岩石碎块从槽腔内迅速抛扔出来。

2 爆破理论根据

1）爆破基本规律与性质。①爆破中槽腔内岩石碎块与爆轰气体混合物可看成伪流体，其属于两相流动。而槽腔内岩石碎块与爆轰气体混合物不能作流体处理。根据多相流体力学理论，流体中含有大量固体小粒子流时，若流体的流动速度足够大，其固体粒子的特性与普通流体相类似，可认为固体颗粒为伪流体。②爆破中槽腔内岩石碎块与爆轰气体混合物视为充满整个槽腔没有间隙的连续介质，即组成两相流动。该不是单个颗粒的运动特性，而是大量颗粒的统计平均特性。③气体混合物的运动主要是沿炮孔方向，所以爆生气体与爆破后的岩石碎块组成的抛掷运动，近似于一维状态。④作抛掷运动时，槽腔内爆生气体不断膨胀，气体每一瞬时都是均压的，且不与孔壁发生热交换。所以槽腔内岩石碎块与爆轰气体混合物，也可视为理想多方气体，并适用于泊松绝热方程求解。

2）炮孔内碎块及气体运动状态。根据两相流体力学原理，槽腔内爆生气体

的膨胀规律，可以用如下爆生气体的状态方程表示：p = p

k)

(

ρ

ρ

，式中p

、ρ

为爆生气体的初始压力和密度；p、ρ为爆生气体的瞬时压力和密度；k为等熵指数（多方指数）。对于理想多方气体，可取k≈1.4。爆生气体和岩石碎块组成的

两相流混合物中，岩石固体颗粒伪流体的连续方程为：0)()(=∂∂+∂∂x z t c Z c c υρρ，式中z 为两相流某一瞬时的体积比；ρc 为岩石密度；υc 为岩石碎块的运动速度。

按照上述基本假设和爆生气体的状态方程、连续方程、两相介质体积关系，可得槽腔岩石碎块抛掷运动时炸药单耗计算式：q =

L R R a x R ]

4/)(2)2/([22

110021φπφρπ--，式中L 为炮孔长度；ρ0为装药密度；R 1为装药孔半径；Φ为空孔直径；x 0为槽腔长度；

a 为装药孔与空孔间的距离。

3 影响爆破因素分析

掏槽爆破中，岩石发生破碎和岩石碎块从槽腔内迅速抛出，从而形成槽腔，为辅助眼和周边眼爆破创造足够的补偿空间与自由面，所以影响爆破效果的主要因素就是掏槽方式与爆破参数。①岩石碎胀系数。先要考虑炸药爆破造成岩石碎裂后的体积膨胀，岩石膨胀增大的体积必须小于(或略小于)空孔提供的碎胀空间。②掏槽孔的间距。装药掏槽眼与空孔间的间距尽量小，以确保爆后的碎岩渣被抛掷出掏槽区，并为下一次扩槽提供足够大的空间。③掏槽孔单位炸药消耗量控制。若装药量和空孔直径不变，随装药孔至空孔间距增大，炸药单耗减小；炸药单耗增大，掏槽腔内抛空率也迅速增大。所以应提高掏槽孔的装药系数。

4 工程应用

我单位某段掘进巷道，岩石坚固性系数ƒ=14左右，采用2#岩石炸药，起爆方式为：火雷管→半秒差导爆管→炸药。①掏槽孔布孔形式。在掏槽炮孔布置上，可为掏槽孔、辅助孔和周边孔。掏槽孔只有一个自由面的情况下起爆。掏槽孔间距、槽腔体积的大小与规整性，决定着爆破的效果（包括速度和掘进成本）。所以应合理确定掏槽形式，但也取决于岩石性质、地层条件和巷道断面等。我们采

用小直径空眼直线掏槽法，按照图1的掏槽方式，进行巷道掏槽爆破。在图1（a）中，即为倒三角形掏槽，其特点：工作面上有3个空眼，呈倒三角形布置，3个空孔中心为一装药掏槽孔，以产生足够的空腔体积，从而满足岩石的充分破碎扩胀，进而被抛出槽外。其他两个装药孔，采用对称布置，按照掏槽装药孔顺序起爆。炮孔起爆后，3个空孔的位置分别是相邻的两个炮眼爆破冲击波的叠加处。中间的空孔是为抛掷岩石碎块所用，3个空孔呈倒三角分布，为装药孔爆破提供了预裂空间。在图1（b）中，其为单螺旋掏槽布置形式。特点：各装药孔至空孔的距离依次递增，呈螺旋线布置，并由近及远顺序起爆，能充分利用自由面，扩大掏槽效果。按照掏槽装药孔顺序起爆。各装药孔与空孔之间的距离，可根据岩石的坚硬程度并结合断面实际情况选取。掏槽孔布置3个爆破空孔，深度为2.0m，以产生足够的空腔体积，从而满足岩石的充分破碎扩胀，进而被抛出槽外；布置4个装药孔。在图1（c）中，此为正矩形掏槽形式。特点：工作面上有4个呈正矩形分布的空孔，其中心布置一个装药炮孔，根据岩石的坚硬程度并结合断面实际情况选取。两个2号和两个3号装药孔采用对称布置，按照掏槽装药孔顺序起爆，用秒差雷管由里向外依次起爆，中间的一个炮孔先起爆。当中心的炮孔起爆后，岩石在爆炸应力波的压力下发生碎裂，并向4个空孔方向膨胀，然后其它4个炮孔分两段起爆，对岩石产生破碎和抛掷作用。②掏槽与爆破参数选择。合理选定各种爆破参数，既能确保巷道掘进的安全性和稳定性，又可降低成本，同时能提高装岩效率和设备的利用率，减轻施工劳动强度，加快生产进度。掏槽孔单位炸药

消耗量，采用数值模拟计算确定。在此取L=2.0m；ρ

0=0.8，R

1

=0.02m，Φ=0.04m，

x

=2.0m，a=0.1m，按上式，算得q=3.3kg/m3。这虽比其它法确定的掏槽孔单位炸药消耗量偏大，但加大掏槽孔炸药单耗，以迅速形成空腔体积，并为辅助眼和周边眼爆破提供足够的补偿空间与自由面。每个循环炸药消耗量：Q=q·S·L·η=19.4kg，式中q为单位岩体炸药消耗量，选取3.0kg/m3；S为掘进断面面积，m2；L为炮孔平均深度，m；η为炮孔利用率，%。③应用结果。采用倒三角形掏槽方式爆破后，断面轮廓成形不规则，岩面不平整，掏槽孔底呈阶梯凹进，有部分残余孔，围岩中有少量危石，巷道掘进进尺和炸药单耗两项指标中等，炮孔利用率高，施工容易，凿眼质量易于保证。单螺旋掏槽方式炮孔总数少一个，但爆破后断面轮廓成形不规则，岩面也不平整，残余孔较多，巷道掘进进尺和炸药单耗两