CN116792100A - 一种煤巷高效炮掘施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及炮掘技术领域，具体涉及一种煤巷高效炮掘施工方法。S1：在岩石硬度大于60MPa硬岩巷道断面上确定底板区、压顶辅助区、掏槽区以及周边区，底板区位于巷道断面的底部，所述掏槽区布置在巷道下部直墙区域，且掏槽区占巷道断面面积的30%~33%，压顶辅助区布置在掏槽区的顶部，周边区布置在压顶辅助区和掏槽区的顶部；通过在周边区采用光面聚能管爆破，不仅节省了炸药量，而且会使周边区的岩石轮廓平整光滑、稳定性高成型效果好，不需要再次修整，保证了施工环境的安全，而且通过减少炮孔的数量和增加煤巷道爆破循环进尺，节约了施工成本，将掏槽区布置为三排炮孔，并通过控制第一排掏槽炮孔的角度、增加第一排掏槽炮孔的数量增加掏槽效果。
Description
技术领域
本发明涉及炮掘技术领域，具体涉及一种煤巷高效炮掘施工方法。
背景技术
自上世纪煤矿岩巷开采及井下采煤全部采用爆破工艺，随着科技的进步，机械化掘进采煤兴起，一般岩巷掘进及采煤采用综掘机施工，炮掘变成了辅助方法，因为常规的炮掘效率低下，人工多，安全风险大，有逐渐淘汰的趋势，但是炮掘的灵活性不可替代，目前的综掘机只适合60MPa以下的岩巷掘进，对于硬岩60MPa以上的综掘机效率低下，施工成本高，体现不了综掘机的优势。
目前现有煤矿掘进爆破单循环进尺普遍在1.5米左右，孔网参数过小，造成孔距、排距过密，断面12~20㎡， 断面需钻80~120个炮孔，每炮打孔、装药、封孔时间久，掘进效率低，月进尺普遍为50~70米，远远不能满足掘进需求，目前国家推广数码电子雷管，每发成本30~50元，炮孔数量的增加造成炸材成本提高，因此需要一种单炮进尺多、打孔少又能满足掘进进度的、还能降低成本的掘进爆破方法。
发明内容
针对上述背景技术中提出的技术问题，本发明提供一种煤巷高效炮掘施工方法，能够解决现有的煤巷炮掘施工方法存在煤巷成型效果差、单炮进尺少、打孔数量多、安全系数低和成本大的问题。
为实现上述技术目的，本发明提供一种煤巷高效炮掘施工方法，包括如下操作步骤：S1：确定炮孔的区域：在岩石硬度大于60MPa硬岩巷道断面上确定底板区、压顶辅助区掏槽区以及周边区，底板区位于巷道断面的底部，所述掏槽区布置在巷道下部直墙区域，且掏槽区占巷道断面面积的30%~33%，压顶辅助区布置在掏槽区的顶部，周边区布置在压顶辅助区和掏槽区的顶部；
S2：确定步骤S1中各个区域炮孔的直径以及排距：在已经确定好的底板区、压顶辅助区、掏槽区以及周边区上通过凿岩台车开凿炮孔，掏槽区为斜眼掏槽且设置三排炮孔，为了表示更加明确完整，三排炮孔分别是第一排掏槽炮孔、第二排扩槽炮孔和第三排扩槽炮孔，第一排掏槽炮孔的水平倾斜角度α为45°~70°，每排炮孔沿水平方向倾斜角度逐渐加大，所述第一排掏槽炮孔的密度分别是第二排扩槽炮孔密度、第三排扩槽炮孔密度的1.5~2倍，第二排扩槽炮孔的数量和第三排扩槽炮孔的数量相等，压顶辅助区炮孔采用宽孔距小排距工艺，W=30d，a=1.2W，其中W为抵抗线，d为炮孔直径，单位为m，a为孔距，单位为m，周边区（4）炮孔的孔距a=15d~20d，底板区的两端开凿有底角孔，底板区的下部开凿有水沟孔；
S3：装炸药：在步骤S2中底板区炮孔、压顶辅助区炮孔、掏槽区炮孔、底角孔以及水沟孔中装上炸药，先在周边区炮孔的底部填充加强炸药，然后将装填有炸药的聚能管放置在周边区炮孔中间隔装药；
S4：封孔：炮孔内采用水沙袋对炮孔封孔，推送水沙袋距离炮孔口20cm~30cm的位置；
S5：起爆：将所有的炮孔的导爆线连接到单一的起爆器中，执行爆炸任务，其中，所述掏槽区为抛掷爆破，三排炮孔分别采用一段毫秒雷管、二段毫秒雷管以及三段毫秒雷管延期起爆，底板区炮孔采用四段毫秒雷管，压顶辅助区炮孔分别通过三段毫秒雷管和四段毫秒雷管延期起爆，位于三排掏槽区两侧的周边区炮孔采用四段毫秒雷管起爆，布置在压顶辅助区上方的周边区炮孔采用五段毫秒爆破。
进一步的，所述炮孔的孔径为38mm~42mm，炮孔的深度为2.0m~2.5m。
进一步的，所述掏槽区的中心线位置设置有中心破碎孔，所述中心破碎孔的深度为主炮孔深度的1/2，且中心破碎孔内毫秒雷管炸药段位为二段毫秒雷管。
进一步的，所述炮孔内装药量Q的计算公式如下：
Q=a·b·H·q （Kg）
其中，a为孔距，单位为m；b为排距，单位为m；H为孔深，单位为m；q为单耗，单位为Kg，即一平方石土需要的炸药量；
q的取值根据岩石的硬度系数和炮孔的深度量化选取，其中掏槽区三排炮孔的炸药单耗量随着三排炮孔的水平倾斜角度逐渐加大而逐级递减，压顶辅助区的q值是第一排掏槽炮孔的1/3，底板区的q值为第一排掏槽炮孔的1/2。
进一步的，所述掏槽区第一排掏槽炮孔沿水平方向倾斜的角度为55°~65°。
进一步的，所述在第一排掏槽炮孔中的控制装药长度，使第一排掏槽炮孔的装药长度为孔长的1/2，且第一排掏槽炮孔底部耦合装药。
进一步的，所述压顶辅助区炮孔排距为40~65cm，压顶辅助区与周边区炮孔之间的排距为40~65cm。
进一步的，所述水沙袋包括长条状塑料袋，塑料袋中的装有沙子和水，且沙子体积占水沙袋体积的2/3，水沙袋有水的一端插入炮孔内。
与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：通过在周边区采用光面聚能管爆破，不仅节省了炸药量，而且会使周边区的岩石轮廓平整光滑、稳定性高成型效果好，不需要再次修整，保证了施工环境的安全，而且通过减少炮孔的数量和煤巷道进尺循环，节约了施工成本，将掏槽区布置为三排炮孔，并通过控制第一排掏槽炮孔的角度、增加第一排掏槽炮孔的数量增加掏槽效果。
附图说明
图1是本发明炮孔的布置以及爆破示意图；
图2是本发明炮孔的布置的俯视图；
图3是本发明实施例2的炮孔布置主视图；
图4是本发明实施例2的炮孔布置俯视图；
图5是本发明实施例3的炮孔布置主视图；
图6是本发明实施例3的炮孔布置俯视图。
图中，1、底板区；2、压顶辅助区；3、掏槽区；4、周边区；5、中心破碎孔；6、底角孔；7、水沟孔。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种煤巷高效炮掘施工方法，包括如下操作步骤：
S1：确定炮孔的区域：在岩石硬度大于60MPa硬岩巷道断面上确定底板区1、压顶辅助区2掏槽区3以及周边区4，底板区1位于巷道断面的底部，所述掏槽区3布置在巷道下部直墙区域，且掏槽区3占巷道断面面积的30%~33%，压顶辅助区2布置在掏槽区3的顶部，周边区4布置在压顶辅助区2和掏槽区3的顶部；
S2：确定步骤S1中各个区域炮孔的直径以及排距：在已经确定好的底板区1炮孔、压顶辅助区2、掏槽区3以及周边孔上通过凿岩台车开凿炮孔，所述炮孔的孔径为38mm~42mm，满足炮孔装药和水沙袋，炮孔的深度为2.0m~2.5m，可减少煤巷道进尺循环；
掏槽区3为斜眼掏槽，且分为三排掏槽炮孔，分别是第一排掏槽炮孔、第二排扩槽炮孔和第三排扩槽炮孔，第一排掏槽炮孔的倾斜角度α为45°~70°，每排炮孔沿水平方向倾斜角度逐渐加大，第一排掏槽炮孔的水平倾斜角度小于45°时，同样的炸药量会使石头飞得远，造成能量浪费，第一排掏槽孔的水平倾斜角度大于70°时，不能保证第一排掏槽炮孔能打到底；在施工时，为了保证第一排掏槽炮孔能打到底且能量浪费少，所以第一排掏槽炮孔的水平倾斜角度α为55°~65°为最佳抛掷爆破，所述第一排掏槽炮孔的密度分别是第二排扩槽炮孔密度、第三排扩槽炮孔密度的1.5~2倍，第二排扩槽炮孔的数量和第三排扩槽炮孔的数量相等，第二排扩槽炮孔的数量和第三排扩槽炮孔为辅助后面压顶辅助区及底板区提供临空面，提升了爆破效果。
压顶辅助区炮孔采用宽孔距小排距工艺，W=30d，a=1.2W，其中W为抵抗线，d为炮孔直径，单位为m，a为孔距，单位为m，W的取值可根据岩石的硬度确定，W抵抗线的取值为30时，既可以适用于硬岩又可以适用于软岩；
周边区4炮孔的孔距为a=15d~20d，d为周边孔炮孔直径，m，若周边区4采用普通的雷管炸药，周边区4的孔距为10d~12d，所以该煤巷道施工方法相对应常规的煤巷道爆破方案节省了炮孔和炸药；底板区1的两端开凿有底角孔6，底板区1的下部开凿有水沟孔7；
S3：装炸药：在底板区炮孔、压顶辅助区炮孔、底角孔6、中心破碎孔5以及水沟孔7中装上炸药，压顶辅助区2和周边区4采用弧形布置炮孔，使炮孔中的雷管响了之后会相互碰撞，使石头变小；其中，先在周边区炮孔的底部填充加强炸药，然后将装填有炸药的聚能管放置在周边区炮孔中；
S4：封孔：炮孔内采用水沙袋对炮孔封孔，推送水沙袋距离炮孔口20cm~30cm的位置；所述水沙袋包括长条状塑料袋，塑料袋中的装有沙子和水，且沙子体积占水沙袋体积的2/3，水沙袋有水的一端插入炮孔内；
S5：起爆：将所有的炮孔的导爆线连接到单一的起爆器中，执行爆炸任务，其中，所述掏槽区3为抛掷爆破，三排掏槽炮孔分别采用一段毫秒雷管、二段毫秒雷管以及三段毫秒雷管延期起爆，底板区炮孔采用四段毫秒雷管，压顶辅助区炮孔分别通过三段毫秒雷管和四段毫秒雷管延期起爆，位于三排掏槽区两侧的周边区炮孔采用四段毫秒雷管起爆，布置在压顶辅助区上方的周边区炮孔采用五段毫秒爆破。
如图1所示，所述掏槽区3的中心线位置设置有中心破碎孔5，所述中心破碎孔5的深度为炮孔深度的1/2，将炸药装在中心破碎孔5的中心位置，且中心破碎孔5内毫秒雷管炸药段位为二段毫秒雷管，可用于破碎掏槽区3的大块岩石；
在底板区1、压顶辅助区2、掏槽区3的炮孔内装上炸药，炮孔内装药量Q的计算公式如下：
Q=a·b·H·q （Kg）
其中，a为孔距，单位为m，b为排距，单位为m，H为孔深，单位为m，q为单耗，单位为Kg
q的取值根据岩石的硬度系数和炮孔的深度量化选取，其中掏槽区3三排炮孔的炸药单耗量q随着三排炮孔的水平倾斜角度的逐级增加而逐级递减，压顶辅助区2的q值是第一排掏槽炮孔的1/3，底板区1的q值为第一排掏槽炮孔的1/2，这样设计的原因在于，第一掏槽炮孔先进行爆破，由于没有自由面，所以需要的炸药量要多用其他区。
所述在第一排掏槽炮孔中的控制装药长度，使第一排掏槽炮孔的装药长度为孔长的1/2，且第一排掏槽炮孔底部耦合装药，耦合装药的作用是使爆轰波直接作用于孔壁，炮孔周围产生粉碎区，对岩石破坏程度高；
所述压顶辅助区2炮孔排距为40~65cm，压顶辅助区2与周边区4炮孔之间的排距为40~65cm，由于数码雷管彼此之间距离的不能太近，否则数码雷管中的芯片会受到影响，因此数码雷管彼此之间最近的距离不超过40cm，煤矿出渣要求岩石的粒径不大于40cm，方便传输带输送岩石，所以要求压顶辅助区2炮孔排距为40~65cm，压顶辅助区炮孔与周边区炮孔之间的排距为40~65cm；
先在周边区炮孔的底部填充加强炸药，然后将装填有炸药的聚能管放置在周边区4的炮孔中，聚能管的作用是将炸药爆炸产生的爆轰波通过聚能管的聚能槽，将炸药的动能和势能转换为高压、高速、高能的射流，切割岩石成缝，形成1-2cm的深缝，射流在孔壁产生的射流压力达7000MPa，岩石动载抗压强为200MPa，抗拉为1/8~1/10的抗压强度，相邻两炮孔互为邻面，叠加后的压缩波变为稀疏波，在两炮孔的连线上是岩石分子结构断裂，形成裂纹；准静态气体膨胀，静态压力在两炮孔最短连线两侧产生侧向拉力使岩石裂缝进一步扩展；根据爆破应力集中刃作用原则，爆破气体沿裂缝进一步扩大贯通，抛落岩石；
由于底角孔6需要克服两面的摩擦力，所以底角孔6内除了预留20~30cm的水沙袋封堵，全部装满炸药，提升爆破力；
采用水沙袋对炮孔封孔，推送水沙袋距离炮孔口20cm~30cm的位置，水沙袋与炮孔口预留20~30cm的距离，保证爆破时，水沙袋不出炮孔；采用水沙袋封堵炮孔的好处在于，水沙袋中的水一方面可以起到降尘的作用，另一方面，利用非牛顿流体力学原理，炸药爆破后冲击水沙袋，改变炸药冲击力方向，使炸药向炮孔内壁上下冲击，代替传统的炮泥，节省了炮孔封孔时间。
爆破工作时，掏槽区3第一排掏槽炮孔先进行爆破，掏槽区3会出现大块岩石，大块岩石在轰飞的过程中，即大石头刚离开母岩的瞬间，中心破碎孔5爆破，将大块岩石破碎成均匀的小块，同时第二排扩槽炮孔爆破，第一排掏槽炮孔为中心破碎孔5和第二排扩槽炮孔提供自由面，随后依次是第三排扩槽炮孔和远离周边区4的压顶辅助炮孔同时爆破、靠近周边区4的压顶辅助区2炮孔和布置在掏槽区3两侧的周边区4炮孔同时爆破、布置在压顶辅助区2上方的周边区4炮孔和底角孔6同时爆破，等待煤巷道内烟尘浓度降到一定值时，施工人员清理出碎石，即完成煤巷道的施工工作。
以2205胶带岩石集中巷（及硐室）为例，总长1000m，底板标高3.7m，宽度5.027m
实施例2
1、原煤巷道掘进方法
煤巷道岩石硬度大于600MPa的硬质灰岩，选择炮掘，设计的煤巷道断面和炮孔布置图如图5和6所示，以及如下爆破说明书图表：
雷管选用煤矿常用的数码电子雷管，炸药选用三排煤矿许用的乳化炸药，设计的炮孔数目为80个，装药量总计63.9kg，掏槽眼爆破后会有大块岩石，将会影响后期的爆破工作，而且掏槽眼的水平夹角为77°，掏槽眼不能炸到底，掏槽的深度短，增加进尺循环，间接增加施工成本，其次，周边眼采用普通的雷管，周边眼眼距小，增加炸药量和凿孔数量，爆破后轮廓面不光滑，还需施工人员对其后期修整，增加了施工成本，炮眼中采用传统的炮泥封孔。
实施例3
煤巷高效炮掘施工方法
针对原煤巷道爆破存在的问题，本发明提供的一种煤巷道高效施工方法，如图3和4所示，雷管选用煤矿常用的数码电子雷管，炸药选用三排煤矿许用的乳化炸药，设计的炮孔数目为55个，装药量总计54kg，其中，1段雷管10个，炸药30节，2段雷管7个，炸药19节，三段雷管10个，炸药30节，四段雷管16个，炸药53节，5段雷管12个，炸药31节；掏槽区3爆破后出现的大块岩石，在中心破碎孔5的爆破下将大块岩石破碎，提高了后期爆破的效果，本实施例中设计的掏槽区3采用三排掏槽炮孔，能够提高掏槽效果，本实施例中第一排掏槽炮孔的水平夹角α为62°，解决了实施例2中原煤巷道掏槽眼不能炸到底，保证第一排掏槽炮孔能够进尺，且不会造成能量浪费在抛石上，通过在周边区4采用聚能光面爆破，增大周边区4炮孔的间距，减少了炮孔和炸药的量，且又能使周边区4轮廓光滑，不需要再进行修整；本实施例优化的方案与实施例3相比，在减少30%炮孔数量的情况下，缩短了钻孔时间，大大提高钻孔爆破效率，而且本实施例炮孔使用水沙袋封孔，代替传统的炮泥，更加简单方便，节约了封孔时间。
实施例4
产生的有益效果：以新安矿巷道掘进常规方案与聚能光爆经济效益对比为例：
每公里成本节省统计：
1．雷管：1000*110-666*80=56720发；可节省56720*37=2098640元；
2．炸药：1000*70-666*63=28042kg ；可节省28042*12.5=350525元；
3．人工：可节省一半，约30万元（估：原12人工资，人均月工资6000元）；
4．喷浆材料：约50万元（估：13*1000*0.1*500=65万元）。
合计：每公里成本节省约339.9165万元。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式代替，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种煤巷高效炮掘施工方法，其特征在于：包括如下操作步骤：S1：确定炮孔的区域：在岩石硬度大于60MPa硬岩巷道断面上确定底板区（1）、压顶辅助区（2）掏槽区（3）以及周边区（4），底板区（1）位于巷道断面的底部，所述掏槽区（3）布置在巷道下部直墙区域，且掏槽区（3）占巷道断面面积的30%~33%，压顶辅助区（2）布置在掏槽区（3）的顶部，周边区（4）布置在压顶辅助区（2）和掏槽区（3）的顶部；
S2：确定步骤S1中各个区域炮孔的直径以及排距：在已经确定好的底板区（1）、压顶辅助区（2）、掏槽区（3）以及周边区（4）上通过凿岩台车开凿炮孔，掏槽区（3）为斜眼掏槽且设置三排炮孔，为了表示更加明确完整，三排炮孔分别是第一排掏槽炮孔、第二排扩槽炮孔和第三排扩槽炮孔，第一排掏槽炮孔沿水平倾斜角度α为45°~70°，每排炮孔沿水平方向倾斜角度逐渐加大，所述第一排掏槽炮孔的密度分别是第二排扩槽炮孔密度、第三排扩槽炮孔密度的1.5~2倍，第二排扩槽炮孔的数量和第三排扩槽炮孔的数量相等，压顶辅助区（2）炮孔采用宽孔距小排距工艺，W=30d，a=1.2W，其中W为抵抗线，d为炮孔直径，单位为m，a为孔距，单位为m，周边区（4）炮孔的孔距a=15d~20d，底板区（1）的两端开凿有底角孔（6），底板区（1）的下部开凿有水沟孔（7）；
S3：装炸药：在步骤S2中底板区炮孔、压顶辅助区炮孔、掏槽区炮孔、底角孔（6）以及水沟孔（7）中装上炸药，先在周边区（4）炮孔的底部填充加强炸药，然后将装填有炸药的聚能管放置在周边区炮孔中间隔装药；
S4：封孔：炮孔内采用水沙袋对炮孔封孔，推送水沙袋距离炮孔口20cm~30cm的位置；
S5：起爆：将所有的炮孔的导爆线连接到单一的起爆器中，执行爆炸任务，其中，所述掏槽区（3）为抛掷爆破，三排炮孔分别采用一段毫秒雷管、二段毫秒雷管以及三段毫秒雷管延期起爆，底板区炮孔采用四段毫秒雷管，压顶辅助区炮孔分别通过三段毫秒雷管和四段毫秒雷管延期起爆，位于三排掏槽区（3）两侧的周边区炮孔采用四段毫秒雷管起爆，布置在压顶辅助区（2）上方的周边区炮孔采用五段毫秒爆破。
2.根据权利要求1所述的一种煤巷道高效炮掘方法，其特征在于：所述炮孔的孔径为38mm~42mm，炮孔的深度为2.0m~2.5m。
3.根据权利要求2所述的一种煤巷道高效炮掘方法，其特征在于：所述掏槽区（3）的中心线位置设置有中心破碎孔（5），所述中心破碎孔（5）的深度为炮孔深度的1/2，且中心破碎孔（5）内毫秒雷管炸药段位为二段毫秒雷管。
4.根据权利要求3所述的一种煤巷道高效炮掘方法，其特征在于：所述炮孔内装药量Q的计算公式如下：
Q=a·b·H·q （Kg）
其中，a为孔距，单位为m；b为排距，单位为m；H为孔深，单位为m；q为单耗，单位为Kg，即一平方石土需要的炸药量；
q的取值根据岩石的硬度系数和炮孔的深度量化选取，其中掏槽区（3）三排炮孔的炸药单耗量随着三排炮孔的水平倾斜角度逐渐加大而逐级递减，压顶辅助区（2）的q值是第一排掏槽炮孔的1/3，底板区（1）的q值为第一排掏槽炮孔的1/2。
5.根据权利要求1所述的一种煤巷道高效炮掘方法，其特征在于：所述掏槽区（3）第一排掏槽炮孔沿水平方向的倾斜角度α为55°~65°。
6.根据权利要求1所述的一种煤巷道高效炮掘方法，其特征在于：所述在第一排掏槽炮孔中的控制装药长度，使第一排掏槽炮孔的装药长度为孔长的1/2，且第一排掏槽炮孔底部耦合装药。
7.根据权利要求1所述的一种煤巷道高效炮掘方法，其特征在于：所述压顶辅助区炮孔排距为40~65cm，压顶辅助区炮孔与周边区炮孔之间的排距为40~65cm。
8.根据权利要求1所述的一种煤巷道高效炮掘方法，其特征在于：所述水沙袋包括长条状塑料袋，塑料袋中的装有沙子和水，且沙子体积占水沙袋体积的2/3，水沙袋有水的一端插入炮孔内。
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| CN202310910981.2A CN116792100A (zh) | 2023-07-24 | 2023-07-24 | 一种煤巷高效炮掘施工方法 |
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