周边眼空气柱装药爆破技术在岩巷掘进中的研究与应用

摘要：针对岩巷爆破后存在成型差、超挖量大、围岩破坏等问题，通过研究空气柱装药爆破机理，在现场岩巷施工中推广应用周边眼单段空气柱装药光面爆破技术，提高了爆破后周边眼眼痕率，保证了巷道光爆成型质量和巷道围岩的稳定，满足安全生产需要，进而提高了单进水平和降低材料消耗，取得了很好的技术经济效益。

关键词：周边眼 单段空气柱装药 光面爆破技术

前言：

目前，矿井岩石巷道大多还是采用普通钻爆法施工，巷道普遍存在光爆成型差、超（欠）挖量大、围岩破坏严重等问题，不仅增加了出矸、喷浆等工序的工作量，延长了循环作业时间，浪费了支护材料，更重要的是由于爆破震动围岩的完整性遭到破坏，给巷道顶板的安全管理带来很大困难。究其原因：一是因为爆破作业时没有根据岩性变化及时调整爆破参数，二是因为周边眼装药结构不合理造成的，没有真正达到光面爆破技术的要求。为此研究岩巷光面爆破技术对提高周边眼眼痕率、控制岩巷成型、提高岩巷单进水平、满足安全生产具有重大的现实意义。

1、空气柱装药爆破技术的作用机理

空气柱装药爆破技术就是指装药时在炮眼孔口与炸药之间设置一段空气柱间隔，以改变炮轰冲击波对介质的作用过程，提高炸药能量利用率，降低炸药单耗，进而提高巷道光爆成型质量。

从理论上分析，由于空气柱装药在炮孔孔口与炸药之间有一段空气柱，起爆后，当爆轰波向外传播时，首先与空气接触，空气柱收到强冲击扰动，形成具有陡峭波头的空气冲击波，在未扰动的空气中传播。当空气冲击波碰到介质表面时，入射波前的气体质点速度立刻变为零，同时空气所具有的动能立刻转化为准静态能，储存在被压缩的空气中，空气柱实际上起到缓冲的作用。由于爆轰波冲击动能被空气柱缓冲吸收，因此炮孔壁收到的冲击压力峰值也明显降低。随着爆破冲击压力的作用被压缩的空气柱气体开始释放储存的能量，由于大量爆生气体的产生，使得孔壁承受较长时间的准静态压力作用，延长了作用时间。

经研究证明，空气柱装药技术的爆破应用，可以降低作用在炮眼壁上的冲击应力峰值，减轻爆轰波的冲击作用，减小粉碎圈半径，延长应力波对介质的正压作用时间，增大应力波共给岩石的冲量，从而使得应力波能量得到加强，破坏作用范围增大，有效地调节能量分布，控制爆破作用，使得炸药能量最大限度地耗散在对介质的均匀破碎上，从而改善爆破效果。

2、炮眼爆破参数的确定

2.1周边眼

周边眼布置在巷道轮廓线内50mm，炮眼间距300～350mm之间，距离二圈眼400mm。采用空气柱装药结构，先将炮头置于眼底，装入水炮泥，孔口装入机制炮泥，封堵长度300mm，装药量控制在每眼0.3kg左右。

2.2掏槽眼

掏槽爆破的好坏直接影响到循环进尺量和光面爆破的效果。为此掏槽眼采用2000mm孔深，采用三对斜孔垂直楔形掏槽方式。掏槽眼开孔间距1200mm，孔底间距300mm，上下孔间距400mm。特殊条件下，增加辅助掏槽，即在掏槽眼两侧增加三对掏槽眼。增加整个掏槽眼布置在巷道断面中下部，最上排眼距离巷道拱基线200mm。每个眼中装药0.8kg，不装药部分全部用炮泥（包括水炮泥）塞实。

2.3辅助眼

辅助眼布置在掏槽眼和周边眼之间，共二圈。辅助眼孔距控制在500～650mm之间，密集度系数控制在0.8～1.0。底眼控制在底板150mm处，打眼时稍向下扎15°，底眼眼底落在巷道底极上。辅助眼和底眼药量可适当加大，每个眼中装药0.6kg。

2.4其他参数

打眼选用YT26型气腿式凿岩机，Φ36mm“一”字型钻头，2500mm长中空六角钎杆。爆破采用FD200型发爆器，反向起爆，连线采用串联方式。雷管采用8号发蓝壳煤矿许用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段毫秒延期电雷管，Ⅰ段延期小于13ms，Ⅱ段延期25±10ms，Ⅲ段延期50±10ms。炸药选用二级煤矿许用T-320型水胶炸药，型号Φ27×400mm，重330g/卷。

装药采用连续装药结构，全断面一次起爆。起爆顺序依次为掏槽眼、辅助眼周边眼和底眼。

3、技术保证措施

为保证爆破质量，首先确保炮眼的质量，每次打眼前，由验收员根据巷道中腰线划出巷道轮廓线，并严格按照爆破图表标出炮眼的开眼位置，特别要注意巷道周边眼和光爆层厚度界线，确保光爆层的厚度。

钻眼时，严格掌握炮眼方向，在巷道中心钻出一个中心眼，插入一根长钎杆，作为其它炮眼的定向标志，确保钻出的周边眼平直。为使炮眼眼底落在同一个平面上，采用预量钎杆并作标记方式，当工作面迎面墙凸凹不平时，钻眼深度要提前调整。

周边眼装药时，必须将药卷送至眼底，使用炮泥封孔前，先用一根棉线绳拴住一卷充好水的水炮泥一端，将水炮泥送入孔内300mm即可，安装完水炮泥后，一手拉住棉线绳不动，一手再用粘土炮泥将眼孔封实，保证封泥长度300mm。封孔使用的炮泥必须保证柔软和粘度，确保封孔效果密封不透气，严禁使用硬化（水份散失）的炮泥。

4、周边眼空气柱装药爆破技术在工程中的实际应用

新桥矿施工的-550m水平南翼轨道运输大巷和-550m水平南翼胶带运输大巷为提高巷道光面爆破效果，减少巷道断面超挖现象，将周边眼装药方式改为单段空气柱式装药结构，爆破效果良好，无大块矸石，破碎块度均匀，巷道成型好，无欠挖，超挖基本控制在100mm以下，平均循环进度1.68m左右。采用空气柱技术爆破前眼痕率为40%左右，周边眼采用空气柱装药技术后平均眼痕率能达到85%左右，保证了围岩的完整性和稳定性，从而保证了施工安全和施工质量。如图2所示为-550m水平南翼轨道运输大巷采用周边眼单段空气柱式装药爆破技术后的成型效果示例。

5、应用效果评价

采用周边眼单段空气柱装药爆破技术后，显著提高了爆破之后的眼痕率，巷道光面爆破效果好，不仅降低了出矸量和喷浆工作量，而且减少了不必要的支护材料消耗，提高了劳动效率，降低了巷道施工成本，具有极高的推广应用价值。

周边眼单段空气柱装药爆破技术的优点主要体现在以下几个方面：

5.1有利于顶板管理

采用光面爆破后，巷道围岩受爆破震动小，保持了围岩的完整性与稳定性，从而增加了围岩的自身承载力；爆破后活矸危石大大减少，利于巷道顶板的管理，施工安全得到保证。

5.2有利于锚喷支护

由于光面爆破效果的提高，爆破之后巷道断面的岩面平整，非常有利于施工锚网支护，大大减少了因岩面不平整造成的锚杆施工质量问题及锚杆报废现象。超挖的减少也大大减少了人为施工假帮假顶的工作量。

5.3提高了正规循环率

由于光面爆破效果的提高，支护顶板节约的时间可用来多出矸、打帮锚等，降低了喷浆班的补帮锚和出矸工作量，保证了喷浆时间。同时由于额外喷浆工作量的减少，保证了喷浆工作不滞后迎头工作面，无需停炮喷浆即可保证成巷跟至迎头，正规循环率基本达到100%；同时在人员配备不增加的基础上提高了巷道单进，提高了劳动效率。

5.4经济效益显著

采用周边眼空气柱光面爆破技术，减少了周边眼装药量，节约了炸药；爆破后巷道光面成型好，超挖量大大减小，巷道喷浆量降低，节约了大量的喷浆材料。从而降低了巷道掘进成本。

6、施工中应注意的问题

6.1采用周边眼单段空气柱装药爆破时，空气柱外的的粘土封泥要采用松软的炮泥并将眼口封实，否则炸药爆炸之后产生的高压气体易从眼口溢出，导致炮眼利用率降低。

6.2当围岩较硬时，应减小周边眼间距及光爆层厚度，要严格控制周边眼以及辅助眼的间距，周边眼一般控制在300-350mm，周边眼与辅助眼间距以及辅助眼间距控制在400-450mm。采用周边眼单段空气柱装药爆破容易出现抽炮现象，否则容易出现抽炮现象。

6.3在高瓦斯矿井或容易积聚瓦斯的岩巷工作面采用光面爆破时，周边眼炸药要使用光面爆破专用炸药，或采用充气袋代替空气柱挤走炮眼中的瓦斯，防止出现瓦斯积聚现象。

参考文献：

[1]王晓刚，空气柱间隔装药爆破技术作用机理[J].工程爆破.2006（04）.0013-03.

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[3]王文龙.钻研爆破[M].煤炭工业出版社.1984.