论文部分内容阅读
[摘 要]本文简要介绍了光爆锚喷技术在地方煤矿的推广应用，通过经济效益、掘进进度、支护强度等比较，光爆锚喷技术在具有广泛应用及推广价值。
[关键词]光面爆破 锚喷支护
中图分类号：TU744 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0612-02
一、工程概况
腾升煤矿21轨道下山设计用于提升人员和物料，兼作进风巷。巷道沿煤层底板掘进，设计长度449m，坡度-25°，支护形式：锚喷支护，喷层厚度100mm；设计净断面8.82m2，掘进断面9.81m2。巷道所处层位为L8灰岩，倾角24°，岩层厚度7.2m，普氏系数为11。岩层地质构造简单，区域范围内无断层构造。
二、施工方案的确定
为尽快完成技改任务，采取施工进度快、安全性高、投资较小的支护形式，同时优先考虑采用能够降低工人劳动强度的作业方式。因此，采用光爆锚喷支护形式进行施工，耙斗机装岩，40绞车提升运输。
三、光爆锚喷技术方案实施
（一）完善生产系统
1、局部通风选择JBT-52型配合Ф600mm抗静电阻燃风筒压入式供风，风量145～250m3/min，能满足要求。
2、瓦斯监测。在巷道内安装一台自动报警断电仪，两个瓦斯传感器。传感器的安装和断电范围符合《煤矿安全规程》的要求。
3、洒水防尘。降尘管路末端距工作面不得大于20米，掘进工作面备有一根20m长的软水管。施工采用湿式凿岩和使用水炮泥并作好个体防护。
4、供电系统。电源从中央变电所引出风机专线经瓦斯电闭锁到掘进工作面。
5、运输系统。运矸系统：掘进工作面迎头由耗斗机→矿车→井底车场→副井→平地；运料系统：平地材料场→副井→井底车场→掘进工作面。
6、排水系统。配备两台以上小排水泵，在工作面挖掘小井或临时水仓用水泵将水排到井底车场，经主水仓排到地面。
（二）光爆锚喷技术施工工艺
采用光爆锚喷技术施工工艺，“二掘一喷”作业方式。工艺流程为：交接班（安全检查）→打眼→装药、联线、起爆→锚网支护→装运岩石→永久支护→清理现场卫生、收尾。
1、光面爆破工艺
（1）光面爆破的机理
作用机理是通过在施工巷道的中心位置打掏槽眼，加大炮眼密度和装药量，爆破后形成一个自由面，然后辅助眼起爆进一步扩大自由面，为最后周边眼起爆形成理想的巷道断面提供条件；主导是掏槽眼多装药，周边眼多打眼少装药，控制炮眼角度，确保巷道成形。
（2）炸药、雷管的选择
炸药：由于轨道下山掘进，工作面会有少量积水，必要时可采用抗水性强及安全性能好的水胶炸药在充水的炮眼内起爆。
雷管：采用6#或8#毫秒延期电雷管；连线方式：使用串联连线方式。
（3）炮眼布置与装药量：
根据设计采用复楔形掏槽，眼距0.2m，装药系数70%-75%。掏槽眼以外，周边眼以内的炮眼统称辅助眼。辅助眼眼距为0.2-0.4m，装药系数50%-65%。在巷道轮廓线上布置的炮眼为周边眼。硬岩可布置在巷道轮廓线以外，与轮廓线相接；软岩可布置在巷道轮廓线以里，与轮廓线内切。因周边眼直接保护围岩，间距一般为0.35-0.45m，软岩或裂隙发育处应加空心眼不装药，对爆破起向导作用，其炮眼间距可适当减小。软岩的光爆密集系数可取0.6-0.7，硬岩可取0.8-1.0。周边眼装药量：软岩50-100g/m、中硬岩100-150g/m、硬岩150-200g/m。
（4）装药结构：
①装药结构对围岩破坏的影响
在《煤矿安全规程》中规定：“在高瓦斯矿井中放炮时，都应采用正向起爆”。
②装药药卷选择
一般炮眼直径为42mm，药卷直径为25mm，其不耦合系数为：炮眼直径/药卷直径=42/25=1.68。药卷越细，不耦合系数越大，周边眼留下眼痕越多，爆破效果越好，选择直径为25mm的细药卷。
2、光面爆破工艺实施
（1）光面爆破的打眼要求：打眼要掌握“准、平、直、齐”四要点，即眼要准、平，眼底要落在一个垂直面上，使爆后工作面整齐；为确保达到“准”，打眼前必须将中腰线引到掘进工作面正头，找出巷道轮廓线来，按参数标出炮眼布置线和每个炮眼的位置。眼位参数误差不允许大于30mm；打眼时，先按巷道中心线打好第一个炮眼，插入炮杆，作为打好其它炮眼的参考点，点眼工点好眼位后，开始打眼；并要定人、定钻机、定每部钻机的打眼顺序。
（2）光面爆破的装药要求：装药前，必须将炮眼内的岩粉、积水清理干净，药卷有装到眼底；超深的炮眼应垫入炮泥，把眼底控制在同一個垂面上；周边眼尽可能采用细药卷不耦合或眼底留有空气柱或药卷间留有空气柱的装药结构，以增加爆破自由面；周边眼尽量运用同号雷管起爆，利于各炮眼同时起爆，达到最佳爆破效果。
（3）光面爆破的连线与放炮。连线方式采用串联方式。起爆顺序：掏槽眼→辅助眼→周边眼与底眼。
3、锚网支护工艺
（1）锚杆长度
锚杆长度：L=N（1.3+W/10）=1.62（m）。
式中：W——巷道或硐室跨度m，3.2；
L——锚相总长度；
N——围岩影响系数1.0。
（2）锚杆间距
锚杆间距M≤0.4L=0.72m；选取锚杆间距700×700mm。
（3）锚杆直径
锚杆直径D=L/110=0.016m。选用∮20mm螺纹钢，长度1.8m的树脂锚杆。
（4）树脂药卷的规格
树脂锚固剂有直径∮23mm和直径∮28mm两种，按规定要求树脂锚固剂直径比钻孔直径小4-6mm为宜，这两种树脂锚固剂所匹配的钻孔应分别为29mm和33mm。 树脂锚固剂长度有350mm、500mm、600mm、700mm，为方便携带和运输，树脂药卷一般选用不超过800mm的。为方便快速安装，钻孔中安装锚固剂药卷数量以一卷最好，一般不超过两卷。
（5）护网
护网采用金属网，钢（铁）丝网采用直径3-4mm钢（铁）丝编织或热压而成，网孔呈菱形布置，菱形网孔尺寸为（40×40mm）。
（6）减摩垫圈
为减少螺母与托板之间的摩擦力，在螺母与托板之间使用圆环形减摩垫圈最大限度的把锚杆安装扭距转化为预紧力，能增大锚杆的初锚力。安装减摩垫圈，每组两个：一个为钢质垫圈，另一个为塑料垫圈。塑料垫圈具有可塑性，其直径分别为35-45mm，孔径与托盘眼位置一致，厚度为3-5mm，在100·N·m力矩挤压下，凹陷而不开裂。
（7）锚杆布置参数
锚杆布置方式：菱形布置，间排距700mm，巷道顶肩部锚杆与巷帮最上侧一根锚杆约间距为300mm，巷帮最低部锚杆与底板间距为200mm。锚杆角度：巷道顶肩部锚杆与水平夹角70°。巷帮最上部锚杆与顶板水平夹角10°。巷道两帮最底部锚杆与底板水平夹角30°。
4、喷浆支护
喷浆支护工序包括初喷和复喷两道工序，初喷喷浆厚度30—50mm，复喷滞后初喷，喷浆厚度40—50mm，总喷浆厚度不得大于120mm。复喷后养护时间不得天。
（三）工程质量要求
1、支护材料要求
采用錨喷支护，锚杆长度1.8 m，∮20mm螺纹钢树脂锚杆。锚杆托盘规格为100×100×10 mm，金属网规格1400×1000 mm的尺寸，菱形金属网小也规格为40×40mm。
2、其它工程质量要求
（1）中线要求：中线至任何一帮的偏差不得大于50 mm，不小于设计的30 mm。巷道净高：净高不小于设计50 mm，不大于设计100 mm。巷道净宽： 不小于设计50 mm，不大于设计100 mm。
（2）锚杆安装：锚杆间排距误差±50mm，锚杆也深度不得大于设计深度50mm，锚杆角度偏差±5°。锚杆数量：根据设计要求，锚杆安装标准为13根/ m，原则上不得多打或少打；遇地质条件变化，可适当加密锚杆。
（3）锚杆外露长度就得小于10mm，不得大于40mm。
（4）锚杆托盘必须紧贴钢带、网或岩面，锚杆托盘处周围50 mm范围内的浮矸必须清理干净。铺金属网时，网与网之间必须压茬，压茬长度不得低于100mm，并用铁丝双排绑牢固。
（5）采用三八作业制，正规循环作业形式，每天一个循环，循环进尺2.0m 。
四、方案实施效果
光爆锚喷技术在21轨道下山的施工中取得了较好的效果，工程质量、工程进度及施工工效都得到了很大提高，月进度由原来的45 m 提高到70 m；工期较计划提前三个半月完成施工任务。 工人劳动强度大大降低，人均收入提高一倍。工程质量达到优良品。同时，由于采用了先进的光面爆破技术，巷道成形十分理想，施工材料消耗大大降低，每米材料消耗节约400多元，节约材料费26万元；整个工程综合造价由原计划概算的390万元，降低到312万元，节约技改投资78万元。
作者简介
王志锋（1979.12—），男，助理工程师，本科学历，现在郑煤集团嵩阳公司从事一通三防和安全管理工作。
[关键词]光面爆破 锚喷支护
中图分类号：TU744 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0612-02
一、工程概况
腾升煤矿21轨道下山设计用于提升人员和物料，兼作进风巷。巷道沿煤层底板掘进，设计长度449m，坡度-25°，支护形式：锚喷支护，喷层厚度100mm；设计净断面8.82m2，掘进断面9.81m2。巷道所处层位为L8灰岩，倾角24°，岩层厚度7.2m，普氏系数为11。岩层地质构造简单，区域范围内无断层构造。
二、施工方案的确定
为尽快完成技改任务，采取施工进度快、安全性高、投资较小的支护形式，同时优先考虑采用能够降低工人劳动强度的作业方式。因此，采用光爆锚喷支护形式进行施工，耙斗机装岩，40绞车提升运输。
三、光爆锚喷技术方案实施
（一）完善生产系统
1、局部通风选择JBT-52型配合Ф600mm抗静电阻燃风筒压入式供风，风量145～250m3/min，能满足要求。
2、瓦斯监测。在巷道内安装一台自动报警断电仪，两个瓦斯传感器。传感器的安装和断电范围符合《煤矿安全规程》的要求。
3、洒水防尘。降尘管路末端距工作面不得大于20米，掘进工作面备有一根20m长的软水管。施工采用湿式凿岩和使用水炮泥并作好个体防护。
4、供电系统。电源从中央变电所引出风机专线经瓦斯电闭锁到掘进工作面。
5、运输系统。运矸系统：掘进工作面迎头由耗斗机→矿车→井底车场→副井→平地；运料系统：平地材料场→副井→井底车场→掘进工作面。
6、排水系统。配备两台以上小排水泵，在工作面挖掘小井或临时水仓用水泵将水排到井底车场，经主水仓排到地面。
（二）光爆锚喷技术施工工艺
采用光爆锚喷技术施工工艺，“二掘一喷”作业方式。工艺流程为：交接班（安全检查）→打眼→装药、联线、起爆→锚网支护→装运岩石→永久支护→清理现场卫生、收尾。
1、光面爆破工艺
（1）光面爆破的机理
作用机理是通过在施工巷道的中心位置打掏槽眼，加大炮眼密度和装药量，爆破后形成一个自由面，然后辅助眼起爆进一步扩大自由面，为最后周边眼起爆形成理想的巷道断面提供条件；主导是掏槽眼多装药，周边眼多打眼少装药，控制炮眼角度，确保巷道成形。
（2）炸药、雷管的选择
炸药：由于轨道下山掘进，工作面会有少量积水，必要时可采用抗水性强及安全性能好的水胶炸药在充水的炮眼内起爆。
雷管：采用6#或8#毫秒延期电雷管；连线方式：使用串联连线方式。
（3）炮眼布置与装药量：
根据设计采用复楔形掏槽，眼距0.2m，装药系数70%-75%。掏槽眼以外，周边眼以内的炮眼统称辅助眼。辅助眼眼距为0.2-0.4m，装药系数50%-65%。在巷道轮廓线上布置的炮眼为周边眼。硬岩可布置在巷道轮廓线以外，与轮廓线相接；软岩可布置在巷道轮廓线以里，与轮廓线内切。因周边眼直接保护围岩，间距一般为0.35-0.45m，软岩或裂隙发育处应加空心眼不装药，对爆破起向导作用，其炮眼间距可适当减小。软岩的光爆密集系数可取0.6-0.7，硬岩可取0.8-1.0。周边眼装药量：软岩50-100g/m、中硬岩100-150g/m、硬岩150-200g/m。
（4）装药结构：
①装药结构对围岩破坏的影响
在《煤矿安全规程》中规定：“在高瓦斯矿井中放炮时，都应采用正向起爆”。
②装药药卷选择
一般炮眼直径为42mm，药卷直径为25mm，其不耦合系数为：炮眼直径/药卷直径=42/25=1.68。药卷越细，不耦合系数越大，周边眼留下眼痕越多，爆破效果越好，选择直径为25mm的细药卷。
2、光面爆破工艺实施
（1）光面爆破的打眼要求：打眼要掌握“准、平、直、齐”四要点，即眼要准、平，眼底要落在一个垂直面上，使爆后工作面整齐；为确保达到“准”，打眼前必须将中腰线引到掘进工作面正头，找出巷道轮廓线来，按参数标出炮眼布置线和每个炮眼的位置。眼位参数误差不允许大于30mm；打眼时，先按巷道中心线打好第一个炮眼，插入炮杆，作为打好其它炮眼的参考点，点眼工点好眼位后，开始打眼；并要定人、定钻机、定每部钻机的打眼顺序。
（2）光面爆破的装药要求：装药前，必须将炮眼内的岩粉、积水清理干净，药卷有装到眼底；超深的炮眼应垫入炮泥，把眼底控制在同一個垂面上；周边眼尽可能采用细药卷不耦合或眼底留有空气柱或药卷间留有空气柱的装药结构，以增加爆破自由面；周边眼尽量运用同号雷管起爆，利于各炮眼同时起爆，达到最佳爆破效果。
（3）光面爆破的连线与放炮。连线方式采用串联方式。起爆顺序：掏槽眼→辅助眼→周边眼与底眼。
3、锚网支护工艺
（1）锚杆长度
锚杆长度：L=N（1.3+W/10）=1.62（m）。
式中：W——巷道或硐室跨度m，3.2；
L——锚相总长度；
N——围岩影响系数1.0。
（2）锚杆间距
锚杆间距M≤0.4L=0.72m；选取锚杆间距700×700mm。
（3）锚杆直径
锚杆直径D=L/110=0.016m。选用∮20mm螺纹钢，长度1.8m的树脂锚杆。
（4）树脂药卷的规格
树脂锚固剂有直径∮23mm和直径∮28mm两种，按规定要求树脂锚固剂直径比钻孔直径小4-6mm为宜，这两种树脂锚固剂所匹配的钻孔应分别为29mm和33mm。 树脂锚固剂长度有350mm、500mm、600mm、700mm，为方便携带和运输，树脂药卷一般选用不超过800mm的。为方便快速安装，钻孔中安装锚固剂药卷数量以一卷最好，一般不超过两卷。
（5）护网
护网采用金属网，钢（铁）丝网采用直径3-4mm钢（铁）丝编织或热压而成，网孔呈菱形布置，菱形网孔尺寸为（40×40mm）。
（6）减摩垫圈
为减少螺母与托板之间的摩擦力，在螺母与托板之间使用圆环形减摩垫圈最大限度的把锚杆安装扭距转化为预紧力，能增大锚杆的初锚力。安装减摩垫圈，每组两个：一个为钢质垫圈，另一个为塑料垫圈。塑料垫圈具有可塑性，其直径分别为35-45mm，孔径与托盘眼位置一致，厚度为3-5mm，在100·N·m力矩挤压下，凹陷而不开裂。
（7）锚杆布置参数
锚杆布置方式：菱形布置，间排距700mm，巷道顶肩部锚杆与巷帮最上侧一根锚杆约间距为300mm，巷帮最低部锚杆与底板间距为200mm。锚杆角度：巷道顶肩部锚杆与水平夹角70°。巷帮最上部锚杆与顶板水平夹角10°。巷道两帮最底部锚杆与底板水平夹角30°。
4、喷浆支护
喷浆支护工序包括初喷和复喷两道工序，初喷喷浆厚度30—50mm，复喷滞后初喷，喷浆厚度40—50mm，总喷浆厚度不得大于120mm。复喷后养护时间不得天。
（三）工程质量要求
1、支护材料要求
采用錨喷支护，锚杆长度1.8 m，∮20mm螺纹钢树脂锚杆。锚杆托盘规格为100×100×10 mm，金属网规格1400×1000 mm的尺寸，菱形金属网小也规格为40×40mm。
2、其它工程质量要求
（1）中线要求：中线至任何一帮的偏差不得大于50 mm，不小于设计的30 mm。巷道净高：净高不小于设计50 mm，不大于设计100 mm。巷道净宽： 不小于设计50 mm，不大于设计100 mm。
（2）锚杆安装：锚杆间排距误差±50mm，锚杆也深度不得大于设计深度50mm，锚杆角度偏差±5°。锚杆数量：根据设计要求，锚杆安装标准为13根/ m，原则上不得多打或少打；遇地质条件变化，可适当加密锚杆。
（3）锚杆外露长度就得小于10mm，不得大于40mm。
（4）锚杆托盘必须紧贴钢带、网或岩面，锚杆托盘处周围50 mm范围内的浮矸必须清理干净。铺金属网时，网与网之间必须压茬，压茬长度不得低于100mm，并用铁丝双排绑牢固。
（5）采用三八作业制，正规循环作业形式，每天一个循环，循环进尺2.0m 。
四、方案实施效果
光爆锚喷技术在21轨道下山的施工中取得了较好的效果，工程质量、工程进度及施工工效都得到了很大提高，月进度由原来的45 m 提高到70 m；工期较计划提前三个半月完成施工任务。 工人劳动强度大大降低，人均收入提高一倍。工程质量达到优良品。同时，由于采用了先进的光面爆破技术，巷道成形十分理想，施工材料消耗大大降低，每米材料消耗节约400多元，节约材料费26万元；整个工程综合造价由原计划概算的390万元，降低到312万元，节约技改投资78万元。
作者简介
王志锋（1979.12—），男，助理工程师，本科学历，现在郑煤集团嵩阳公司从事一通三防和安全管理工作。