我国煤矿岩巷爆破掘进发展历程与新技术研究进展

巷道是煤炭生产的动脉。基于岩巷钻爆法施工，从爆破关键技术、掘进装备、爆破器材等方面，系统梳理了我国煤矿岩巷爆破掘进经历了爆破质量控制、掘进速度提升和巷道安全服役保障3个阶段的发展历程。在总结分析3个阶段发展特点及历程的基础上，重点介绍了煤矿岩巷爆破新技术的研究进展及工程应用：(1)周边定向断裂控制爆破技术，控制了爆炸能量在介质中的分布，验证了聚能药包对于提升巷道轮廓成型质量、降低围岩损伤以及减少炮眼数量的作用。(2)掏槽眼超深爆破参数优化技术，超深与循环进尺和巷道轮廓面面积相关，超深值直接影响炮眼利用率和单耗，针对淮南顾北矿的典型案例，当超深为400 mm时，爆破效果最好。(3)孔内分段装药爆破技术，最优上段炸药占比为0.382，结合数码电子雷管进行分段起爆，开创了在煤矿巷道采用数码电子雷管爆破的先例。(4)“相似”掏槽爆破技术，从理论上分析了传统掏槽爆破与“相似”掏槽爆破的区别，提出并证实了均化抵抗线的重要性。综合应用上述爆破技术，使全断面爆破的炮眼数量从（5～6）S的平均水平降低至（3～4）S (S为巷道断面面积)，实现了增加单循环进尺、提高炮眼利用率、控制巷道轮廓成型质量、降低围...     

中深孔与空气柱爆破技术在岩巷炮掘中的应用

随着煤层开采深度增加,巷道围岩赋存条件愈加复杂,岩巷掘进机械化程度受到限制,但钻爆法掘进工艺仍广泛应用。基于岩巷炮掘工艺循环进尺低、施工进度慢、巷道光爆成型差等缺陷,采用中深孔爆破技术,增加循环进尺,减少劳动投入,提高施工效率,优化生产工艺;采用空气柱爆破技术施工巷道周边炮眼,利用爆炸压力作用,使被压缩空气释放准静态能,均匀作用于岩壁,减小破碎带范围,控制巷道光爆成型。两项爆破技术配合应用,实现岩巷快速掘进,提升巷道爆破成型效果。     

深井高应力大断面岩巷掘进技术研究

深井掘进矿压大、地质复杂、巷道凿岩成孔困难,钻孔效率低,爆破效果差,岩巷掘进循环作业进尺小。为解决高应力坚硬围岩条件下的巷道快速钻爆问题,某矿采用了直眼中空四角柱式掏槽、多向聚能爆破、井巷定向断裂巷道轮廓成形技术,增加了循环进尺和掘进效率,减少了支护和爆破材料消耗,实现了全岩巷道快速钻爆。     

岩巷中深孔直眼掏槽爆破关键技术参数研究

针对煤矿岩石巷道钻爆法掏槽方式和施工工艺导致煤矿岩石巷道掘进循环进尺小,不利于高产高效煤矿生产的现状,结合当前国家"逢掘必探"政策要求,创造性利用超前探眼,提出超长钻孔大直径空眼三圈直眼掏槽新技术,不同孔径条件下关键技术参数研究结果表明:空孔直径为193mm时爆破效果最优,循环进尺可达2.2～2.4 m,炮眼利用率平均为95%。实践证明,采用大孔径直眼掏槽中深孔爆破新技术,东保卫矿-500西大巷工程工期由原来3 a缩短为1.8 a,经济技术效果显著。     

煤矿快速钻进设备与大孔径直眼掏槽快速爆破关键技术研究

目前,煤矿岩石巷道掘进施工的主要方法钻眼爆破法,使用钻眼爆破法进行掘进时,爆破效果好坏、循环进尺大小和炮孔利用率的高低关键是掏槽,掏槽眼的布置方式分为直眼掏槽和斜眼掏槽。大量实践表明,受现有地质条件、巷道断面、凿岩机具、装药等因素的影响,每循环进尺要达到2.5~3.0 m,不论采用直眼掏槽还是斜眼掏槽,都容易出现掏槽效果不好,炮孔利用率低的现象。研制开发了一种液压掘进钻车,既可钻小直径普通钻孔,又能钻直径为100~110 mm的大孔,解决直眼掏槽爆破大直径炮孔自由面的问题,达到快速掘进和快速爆破的目的。     

直眼掏槽中深孔爆破实践

鸡西矿业集团建设工程公司近年来推广应用直眼掏槽爆破技术,提高了岩石巷道施工的爆破效率,增加了循环进尺,平均循环进尺由1.5 m提高到1.8 m,加快了岩巷掘进的施工速度。以城子河矿中部区25#上仓皮带道施工月进尺223 m为例,介绍直眼掏槽爆破的施工方法。     

分层不掏槽爆破在下山巷道掘进中的试验研究

针对煤矿下山巷道钻爆法掘进中普遍存在的循环进尺小、炮孔利用率低、爆后矸石堆积工作面、留底严重等问题,提出一种分层不掏槽爆破技术。基于高速摄影和掏槽破岩理论,通过试验对比,分析了直眼掏槽、楔形掏槽、不掏槽3种形式的爆破破岩效果优劣;并使用ANSYS/LS-DYNAY有限元软件,对实际工程中不掏槽单孔爆破时的炮孔内岩石连续损伤演化累积过程进行数值模拟。在实际煤矿下山巷道掘进施工中,采用楔形加直眼掏槽和分层装药、同时起爆、不掏槽2种爆破方案,进行现场试验。通过对掘进进尺、炮孔利用率、光爆效果、抛渣距离、矸石块度等指标的对比分析,评价设计方案,优选出综合指标最佳的爆破方案。采用此方案,能将月进尺提高13%以上,并能大大提高出矸效率。     

煤矿岩巷束状孔掏槽爆破掘进试验研究

国内煤矿井下岩巷掘进以传统钻爆法施工为主,其效率低,难以适应煤矿强化开采的需要,研究提高钻爆法的掘进效率对于煤矿生产具有重要意义。影响掘进效率的关键因素是炮眼深度和掏槽爆破效果,本文从增加炮眼深度和改善掏槽效果的角度出发,设计采用束状中深孔掏槽方式,在发挥中深孔掏槽优势的同时,利用束状孔最优埋深条件下的当量球形漏斗,实现炮孔的充分利用,改善掏槽效果,从而提高掘进循环进尺和效率。试验表明,与传统浅孔楔形掏槽相比,束状中深孔掏槽爆破掘进每炮循环进尺提高了45%,效果显著。     

大断面岩巷快速掘进中的爆破时差分析与技术研究

中深孔爆破技术在煤矿大断面岩巷快速掘进中的应用越来越广泛,但全断面一次毫秒爆破循环进尺很难突破2.5m。结合东滩煤矿三采区轨道大巷钻爆法掘进实际,分析了大断面岩巷掘进爆破时差,提出了一种突破2.5m循环进尺水平的爆破方案(即倒台阶施工法,分2次爆破),并将其应用到该巷道掘进中,取得了不错的效果。     

煤矿岩巷爆破掘进大矸的成因分析及控制技术

岩巷爆破产生大矸石是制约岩巷掘进速度和效率的重要影响因素之一。因此,设计合理的爆破方案对于岩巷掘进十分重要。为了解决寺家庄矿岩巷中深孔快速掘进过程中的大矸与进尺问题,运用LSDYNA软件建立了直眼掏槽和楔直复合掏槽模型,模拟了被爆岩体中有效应力波传播规律及被爆岩体底部的有效应力分布规律并进行现场实验研究。经过数值模拟分析和现场实验对比得到楔直复合掏槽爆破大矸较少,日进尺更高,加快了巷道掘进速度,对类似硬岩巷道的爆破掘进施工具有参考价值。     

深井高应力大断面岩巷快速钻爆成套技术

 为克服深井高应力坚硬围岩条件下的巷道快速钻爆难题,以现代爆破理论、断裂力学、岩体力学为基础,提出一整套深部巷道坚硬围岩快速爆破技术,主要包括：新型定向断裂巷道轮廓成形控制技术、多向聚能装药高效破碎技术、双空孔复式直眼掏槽技术及适应高应力环境的不等抵抗线布孔技术。工程实践表明：该套技术的应用,大大减少了钻孔数量,提高了巷道成形效果和围岩稳定性,提高了炮眼利用率和岩石破碎质量,增加了循环进尺和掘进效率,并减少了支护和爆破材料消耗,实现了深井高应力全岩巷道的快速钻爆。     

煤矿岩巷爆破掘进炮孔密度优化研究

岩巷掘进工作面的炮孔密度(全断面炮孔数与断面面积之比)很大程度上影响了凿岩工作量和爆破效果,为了实现岩巷的快速掘进,需要对岩巷爆破的掏槽结构和其他爆破参数进行优化,在保证爆破循环进尺和巷道周边成型质量的基础上减少全断面炮孔数目,降低炮孔密度。根据在岩巷爆破掘进现场收集的资料,建立岩巷掘进爆破参数数据库,其中包含施工时间、矿区位置、掏槽方式、岩石普氏系数、掘进断面面积、全断面炮孔数目、炮孔深度、炸药单耗和炮孔利用率9个特征参数。通过对关键参数下的炮孔数目与断面面积进行线性拟合,得出关键参数在不同区间的炮孔密度变化规律,研究表明:大部分工程的炮孔密度约为5个/m²;炮孔密度与各参数具有一定相关性。其中,中深孔爆破的炮孔密度拟合值大于浅孔爆破;炸药单耗增大时,炮孔密度明显降低;炮孔利用率增大时,炮孔密度出现增大趋势;硬岩巷道的炮孔密度显著大于软岩;斜孔掏槽形式下的炮孔密度大于直孔掏槽的炮孔密度。炮孔密度较大是由于受到岩石破碎机理影响与爆破技术的限制,从而提出改进爆破技术,即采用二阶二段掏槽技术和周边孔切缝药包定向断裂控制技术。通过现场试验,发现同时采用二阶二段掏槽和周边孔切缝药包定向断裂控制技术既能够大幅降低炮孔密度,由5个/m²降到4个/m²,还可以保证爆破效果。研究对提高我国煤矿岩巷的快速掘进水平具有参考价值。     

中深孔光面爆破技术在岩石巷道掘进中的应用研究

为了提高煤矿岩石巷道掘进速度和成型质量, 减少浅眼巷道爆破循环转换过程中的各种辅助作业时间, 提高循环进尺, 根据试验巷道的现场施工条件, 进行了中深孔光面爆破技术的应用研究。研究结果表明: 与试验前相比, 试验岩巷平均炮眼利用率提高了9.5％, 平均单循环进尺增加了0.94 m, 炸药和雷管单耗分别降低了0.53 kg/m³和3.14 发/m³, 每米巷道的炸药消耗量和雷管消耗量分别降低了17.86 kg/m和50.7 发/m, 周边眼痕率达到了50%～80%。该技术大幅提高了巷道掘进速度、光面爆破效果和巷道成型质量, 取得了良好的技术经济效益。     

深部高应力岩巷快速钻爆施工技术

在新汶矿区地应力测试结果的基础上,分析了深部高应力岩巷快速钻爆施工的难点。基于现代爆破理论、断裂力学、岩体力学,通过实施技术创新,采用CMJ17A全液压凿岩钻车代替传统风钻,提出新型岩石定向断裂控制爆破技术、双空孔楔形-筒形复式掏槽技术,形成了一套深部高应力坚硬围岩巷道快速钻爆新技术。工程实践应用表明,该套快速钻爆新技术,可大大减少钻孔数量以及支护和爆破材料消耗,提高炮眼利用率,改善巷道成形效果和围岩稳定性,提高循环进尺和掘进效率,实现平均月进尺122 m,最高月进尺155 m,达到了深部高应力岩巷“长进尺、高效率、弱扰动、少欠挖、小超挖”的快速钻爆施工目的。     

定向爆破技术在沿空留巷中的应用

为解决平煤二矿煤层顶板坚硬而导致回采巷道围岩较难控制的问题,采用D型聚能管定向断裂爆破技术,通过理论分析定向断裂爆破技术原理、现场试验、钻孔窥视等手段,研究了D型聚能管定向断裂爆破技术对控制沿空留巷围岩变形中的积极作用,确定了平煤二矿沿空留巷中合理的爆破、装药等工艺参数,并进行了现场工业性试验。结果表明：采用D型聚能管定向断裂爆破技术可以达到定向爆破的目的,切顶预裂成缝效果良好,能够有效切断沿空留巷中的基本顶,提高巷道自身的承载力,保障动压影响期间留巷围岩稳定,提高沿空留巷支护的可靠性和安全程度,有利于安全生产,对于同类条件下矿井聚能预裂爆破参数的选择有一定的工程参考价值。     

提高掏槽质量,增加硬岩巷道掘进效率的试验研究

根据巷道断面和施工条件,在坚硬岩石中的掘进试验,完善了直眼掏槽的分次爆破工艺,并以力求掏槽效果为中心,优化改进了相关作业工序;不但提高了爆破效率,增加了循环进尺,同时节约了材料消耗。     

综掘硬岩段深孔超前爆破研究与应用

针对硬岩巷道综掘施工难度大的问题,提出采用深孔超前爆破技术,以增大岩体内裂隙和损伤范围,降低综掘机切割难度。以淮北矿业集团桃园煤矿为例,进行了原岩应力作用下爆破裂隙和损伤范围的理论分析和数值模拟研究,据此设计了大直径深孔超前爆破参数,并进行现场试验研究,研究结果表明:炮孔直径75 mm、药柱直径63 mm的爆破炮孔周围0.424 m范围内的Von Mises应力在177 MPa以上,形成破裂区;损伤范围0.424~2.3 m;爆破后综掘机施工速度提高了40%~50%、而截齿消耗降低了52.4%;对爆破振动实测并分析得出爆破振动能量集中在50~160 Hz频带范围内,没有对巷道围岩及支护结构造成破坏。     

中深孔爆破技术在回风石门掘进中的应用研究

为实现岩巷快速掘进,保证矿井的正常接替,以马兰矿回风石门作为试验地点对中深孔爆破技术进行工业试验,通过深入分析中深孔爆破相关技术,提出试验方案。试验表明,经过一段时间的磨合和参数调整,单循环爆破进尺达2.0~2.2 m,中深孔爆破较普通爆破施工炮眼及扫眼时间每循环延长约1~1.5 h,通过优化劳动组织,月循环次数与普通月循环次数基本保持不变。     

焦作矿区深孔定向预裂割缝技术研究

为了研究工作面切顶卸压工程中深孔定向爆破割缝关键技术,对焦煤集团多个工程地点的切顶卸压工程进行了研究和分析,研究了双向薄壁点状聚能管、双向常规点状聚能管、双向常规线状聚能管及半圆形聚能管的特性,并确定了最优聚能管形式,制作了加工模具。结果表明,聚能管定向预裂爆破,利用切缝管对能量的导向作用进行割缝,是目前比较适应焦煤集团地质情况的深孔爆破定向割缝理论和方法,“双向常规线状聚能管”模具的研制,能够有效解决加工改造聚能管的瓶颈问题,使用方便,操作简单。工作面开切眼实施深孔预裂爆破后,开切眼产生大量裂隙,实现了顶板预裂的目的,有效地降低了综采面基本顶初次来压的强度,在工作面运输巷实施的顶板预裂爆破工程,对采面压力也产生了积极的影响。