淮南矿业集团潘集第三煤矿 安徽淮南 232096
摘要：一、背景技术
我们淮南本地煤矿随着开采深度的不断加深，接替状况日益紧张，特别是岩巷炮掘在进尺效率及施工质量上均有不同程度的下滑趋势。目前，国际及国内许多军事领域及隧道掘进中均采用了聚能爆破的原理。聚能爆破，是利用一定的装药结构设计出特定的聚能药包对爆破对象进行作用的一种爆破方法。该方法的特点是能量集中、方向性强，穿透力大、能量密度高等，在实际工程中聚能药包还具有、体积小、效果好、作用迅速、减少施工人员、减轻作业人员的劳动强度等优点。这种爆破方式能够在一定程度上缓解淮南地区岩巷炮掘所面临的紧迫形势。
二、本申报成果要解决的技术问题
1、井下常规爆破周边炮眼间距为300-400mm，辅助眼间距500-600mm，炮眼布置过密，受井下条件限制，凿眼时间过长，严重制约施工进度。
2、常规爆破巷道成型较差，使许多锚杆（索）盖板无法紧贴岩面不利于锚杆（索）施工，支护质量无法保证。
3、常规爆破超挖严重，增加出矸量及喷射混凝土量。
4、常规爆破炮眼利用率低，炮眼利用率在80%左右，单循环进尺较少，平均在1.6-1.8米。
5、常规光面爆破大断面一次起爆光面效果差、对周围围岩稳定性扰动及破坏较大，容易产生危矸、裂隙等存在较大安全隐患。
三、具体实施方案
1、巷道概况
潘三矿西三下部采区西回风上山，设计长度1192.5m，剩余750m，巷道尺寸掘：5.4*4.2（19.55㎡），净：5.2*4.1（18.41㎡），全断面中细砂岩，岩石致密坚硬，整体性好，主要用途为回风。
2、聚能管展示
聚能管是用一种抗静电阻燃的PVC材料管，截面成“D”型，故称D型聚能管，其长轴28mm，短轴24mm，聚能管槽内角距离18mm，聚能管外角度60°，最大线装药密度450g/m。
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3、聚能环爆破原理
1）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成高压、高速、高能的射流，切割岩石成缝，形成1-2厘米的深缝。
2）射流在孔壁产生射流相邻两炮孔互为邻空面，叠加后的压缩波变为稀疏波，在两炮孔连线上使岩石分子结构断裂，形成裂纹。
3）准静态气体膨胀，静态压力在两炮孔最短连线两侧产生拉力使岩石裂缝进一步扩展。
4）根据爆破应力集中气刃作用原则，爆破气体沿裂缝进一步扩大贯通，抛落岩石。
4、聚能管装置及连接技术
聚能管装置由四部分组成：聚能管、炸药、加强药、孔底连接件。聚能管装置中的加强药就是我们井下爆破所俗称的“炮头”。对聚能管注药是组裝聚能管装置主要工艺。注药时，需要使用风包和胶枪两种设备。
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5、聚能管装置组装步骤
1）将气动胶枪与风包连接，风包用风来自掘进工作面压风，调节风包压力调整到0.2MPa；
2）将聚能管并排放置在工作平台；
3）去掉药卷外包装并放入气动胶枪（每次放两卷炸药）然后拧紧胶枪后盖；
4）给注药枪加压，同时手握胶枪沿聚能管从左向右匀速移动移动，炸药均匀注入聚能管中；
5）盖上聚能管盖子，用孔底连接件将加强药与聚能管连接在一起，连接时保证加强药卷炸药与聚能管炸药均匀接触，然后用胶带缠绕牢固；
6）每个聚能管装置安装两个方形定位块，定位块的作用是固定聚能管装置的位置，保证聚能管装置装入炮眼后聚能槽与巷道轮廓面平行；
7）将起爆雷管插入加强药卷内，并确保雷管脚线短接（按做炮头的方法操作）。整个注药过程操作简便快捷,一个循环光爆炮眼所需18~20个聚能管装置，可在30-45分钟内组装完。
6、聚能管光面爆破技术要点
聚能管光面爆破技术与常规光面爆破对比，凿岩工具和工艺均无变化。不同之处在于炮眼布置形式及周边眼、辅助眼的间距。掏槽眼采用双楔形复式掏槽形式布置，常规光面爆破周边眼300-400mm，辅助眼距500-600mm。聚能管光面爆破周边眼间距布置720-750mm，辅助眼距900-950mm，围岩节理发育处可根据现场情况适当缩小孔间距。当岩石整体型好，硬度大时，增加四个深度0.8米的破岩眼。
聚能装置装药量的控制：根据岩性的变化，可用半卷或整卷炸药作为加强药，同时可以调整聚能管长度或长短聚能管间隔装药来控制周边眼的装药量。
四、优化对比
1、装药对比
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图1：聚能管装药结构示意图图
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图2：反向装药结构示意图图
2、炮眼布置对比图
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图1常规装药炮眼布置图
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图2聚能管装药炮眼布置图
3、炮眼技术特征对比
聚能管放炮炮眼技术特征（5.2*4.1m）
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正规循环炮眼技术特征（5.2*4.1m）
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4、经济分析对比
五、有益效果
按本巷道剩余750m进行计算：
1、循环数：正常进尺，750÷1.6=469个；聚能环放炮：750÷1.9=395个；469-395=74个，按正常两个小班一个循环进行计算，74×2÷3=50天，按此推算本巷道如果采用聚能管进行爆破进尺，工期可缩短50天。每天按出勤45人计算，每人每天150元/天，总工资为=45（人）×50（天）×150（元）=337500元；摊派带到每米巷道上为337500÷750=450元/米
2、除去锚杆、网子等共同消耗项，每米聚能管放炮在打眼、炸药、雷管、喷浆等项目上共节资439.4元/米。
3、总计：每掘进一米巷道节省费用为：
人工费+省炸药费用+省雷管费用+省喷浆料费用+省炮孔费用—聚能管费用
=450+439.4=889.4元
其中不包括打眼节省时间，钻头损耗节省、巷道成型，减轻工人劳动强度、降低炸药爆破时有害气体等等。
六、主要创新简介
1、主要创新点
通过上表数据与常规爆破数据对比，采用新型光面爆破技术具有以下技术优点：
1）每循环炮眼总数减少28.4%，周边眼减少25.9%，降低劳动强度、节约凿岩时间（每次聚能管放炮实际少打眼在20个左右，钻车打眼一个5分钟，两个大臂打眼20个预计少用50多分钟加上连接时间预计1小时）1小时。节约爆破器材及钻杆、钻头等，降低了巷道施工材料费用；
2）周边眼装药操作简单，不存在落炮、穿炮的情况；
3）巷道成型好。巷道爆破面光滑平整，减小围岩扰动，保证围岩的自承稳定能力，改善支护条件，巷道没有大面积超挖，减少出矸量，同时降低混凝土喷浆量；
4）提高循环进尺0.3米；
5）半眼痕保留率达到90%以上。
效果展示
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总结：通过淮南矿业集团潘三矿西三下部采区西回风上山高效聚能环爆破实践证明，聚能管放炮能够在满足安全生产的前提下，最大限度的提高单循环进尺，同时提高巷道成型质量，值得在以后的岩巷炮掘工程中推广应用。
2、需要改进的不足点
1）聚能环封孔的水沙袋材质一般不如常规使用的水炮皮质量好，其次水沙袋注入水后袋口密封效果差，稍有挤压带内水就容易流出不能很好地起到封孔效果。
2）将炸药注入聚能管的胶枪容积较小，且一次注药过后里面推动的挡板不能自动回弹需要人工顶回去，这样影响了聚能环注药的时间。胶枪在注药到最后剩余不多时，往往出现里面炸药成股喷出情况，不好控制切容易溅到眼睛。
3）现场眼位布置尤其是两肩窝位置距离过大，有时存在炮后出现较多的大矸石，眼位如何布置还要在今后实验中进一步确定。