空气柱间隔装药结构在夹矸煤层开采中的应用研究
空气间隔器在水泥灰岩矿深孔爆破中的应用
空气间隔器在水泥灰岩矿深孔爆破中的应用发布时间：2021-05-21T16:32:22.477Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷2月4期作者：邢利伟李云龙[导读] 以往水泥灰岩矿石经济价值不高，生产技术提升投入较少，邢利伟，李云龙河北省建筑材料工业设计研究院河北石家庄 050051摘要：以往水泥灰岩矿石经济价值不高，生产技术提升投入较少，随着矿石的需求旺盛及炸药成本提高，企业更注重去降低开采成本。
空气间隔器在水泥灰岩矿爆破开采中能有效降低炸药单耗提升爆破效果，该器材的应用为越来越多企业所关注，本文通过对水泥灰岩矿爆破开采中空气间隔器的实用效果描述及分析，为该器材在非金属矿山的应用与推广提供借鉴。
关键词：水泥灰岩、爆破技术、空气间隔器、效果分析ABSTRACT: In the past, the economic value of cement limestone ore was not high, and the investment in production technology upgrading was less. With the vigorous demand of ore and the increase of explosive cost, enterprises pay more attention to reduce the mining cost. Air spacer can effectively reduce the unit consumption of explosives and improve the blasting effect in the blasting mining of cement limestone mine. The application of this equipment is concerned by more and more enterprises. This paper describes and analyzes the practical effect of air spacer in the blasting mining of cement limestone mine, so as to provide reference for the application and promotion of the equipment in non-metallic mines. KEY WORDS: Cement limestone; Blasting technology; Air spacer; Effect analysis1前言水泥用石灰石长期以来因其售价不高，在开采方面引入的先进技术较少，随着市场需求的旺盛，生产成本的增加，采用新爆破技术增加开采效益为企业所关注。
周边眼空气柱装药爆破技术在岩巷掘进中的研究与应用
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。
《柱旁充填煤充结构体失稳机制及对围岩稳定性的影响研究》范文
《柱旁充填煤充结构体失稳机制及对围岩稳定性的影响研究》篇一一、引言煤炭是我国主要的能源资源之一，其开采过程中的岩层控制技术对矿山的生产安全具有重要意义。
在矿山的开采过程中，柱旁充填技术作为一种重要的支护方式，被广泛应用于控制围岩的稳定性。
然而，由于多种因素的影响，柱旁充填煤充结构体常常会出现失稳现象，这不仅对矿山的生产安全构成威胁，也对围岩的稳定性产生不良影响。
因此，研究柱旁充填煤充结构体失稳机制及其对围岩稳定性的影响具有重要的理论意义和实践价值。
二、柱旁充填煤充结构体失稳机制1. 结构体失稳的内在因素柱旁充填煤充结构体失稳的内在因素主要包括煤层地质条件、煤岩体力学性质、充填材料性质等。
煤层地质条件的复杂性、煤岩体应力分布的不均匀性以及充填材料与围岩的相互作用等因素，都可能导致结构体的失稳。
（1）煤层地质条件：煤层的厚度、倾角、埋深等地质条件对柱旁充填结构体的稳定性有重要影响。
如煤层较薄或倾角较大时，充填体易受地应力作用而发生失稳。
（2）煤岩体力学性质：煤岩体的力学性质如强度、刚度、塑性等直接影响着其在外力作用下的变形和破坏过程，从而影响结构体的稳定性。
（3）充填材料性质：充填材料的强度、变形特性等与围岩的相互作用关系密切，若充填材料性质与围岩不匹配，易导致结构体失稳。
2. 结构体失稳的外在因素除了内在因素外，柱旁充填煤充结构体失稳还受到外在因素的影响，如开采方法、支护方式、地压活动等。
（1）开采方法：不同的开采方法对围岩的应力分布和变形有不同影响，从而影响柱旁充填结构体的稳定性。
（2）支护方式：支护方式的合理性与否直接关系到结构体的稳定性。
若支护方式不当或支护强度不足，易导致结构体失稳。
（3）地压活动：地压活动是导致柱旁充填结构体失稳的重要因素之一。
地压活动引起的地应力变化可能导致围岩变形和破坏，从而影响结构体的稳定性。
三、对围岩稳定性的影响柱旁充填煤充结构体失稳不仅对矿山生产安全构成威胁，也对围岩的稳定性产生不良影响。
间隔装药技术浅议
间隔装药技术浅议摘要：露天岩土爆破中，由于所需爆破的岩体通常结构多变，往往需要采取相应的补救措施得以改进爆破效果，达到预定工程目的。
本文通过对装药结构的探讨，分析研究了间隔装药技术，希望对爆破施工有利。
关键词：结构多变补救措施装药结构间隔装药技术一、总述岩体是指在一定工程范围内的自然地质体，它经历了漫长的自然地质历史过程，经受了各种地质作用，并在应力的长期作用下，内部保留了永久变形和各种地质构造行迹。
实际上，岩体是在天然埋藏条件下，受到各种地质软弱面切割的岩块组合体。
所以在露天爆破中由于岩体的发育情况不同，各个平台的岩体有完整性好和完整性差之分，完整性差的岩体有上软下硬型、上硬下软型、存在夹心岩体型、有裂隙型等，这就给爆破造成各种不变，通过及时调整装药结构和装药量可以有效的改善爆破效果，于开采有利。
二、间隔装药间隔装药是在装药过程中，同一炮孔不是连续装药，而是通过一些间隔材料（如：炮泥、木垫、塑料、空气等）将炸药分割成独立的几段药柱，每段药柱都设有独立的起爆及传爆系统，最后由地面将所有的起爆线连入起爆网络。
起爆时，这几段药柱相互作用、相互影响，最后可以有效的改善爆破效果及岩渣的堆积形状。
1.间隔装药的特点1.1间隔装药的优点间隔装药通过改变装药结构，使同一炮孔炸药爆炸瞬间几段药柱产生的爆炸应力波相互叠加，爆轰气体产物相互作用，再加上间隔材料的影响，增加了裂隙区的范围，提高了炸药能量利用率，有利于达到预定的爆破效果。
在具体应用中有以下几个优点：1.1.1间隔装药降低了作用在孔壁的峰值压力，减少了炮孔周围岩石的过度粉碎，提高了有效能量的利用率。
1.1.2间隔装药增加了应力波的作用时间。
由于冲击压力的降低，减少了冲击波的作用，相应地增加了应力波的能量，从而能够增加应力波的作用时间。
1.1.3调整了孔内的装药结构，有利于能量的充分利用及相互作用，减少了特殊地质条件对爆破产生的有害影响。
如抵抗线过小和裂隙造成的冲炮及溶洞、采空区等特殊地质造成的泄能作用等。
空气间隔装药在水泥矿山爆破中的应用
ｃａｇ ｈ ｒ ｅ，ｗａｅ’ ｏｅｂａ ｔ ｇｗａ ｅ ｔｄ ｔｒｈ ｌ ｌｓｉ ｓｔｓｅ ．Ｃｈ ｒ ｅｑ ａｉ ｐｏ ｅ ． Ｔｈ ｒ ｂｅ ｏ ｏ ｔｂ ｔｏ ｉ ｔｒｈ ｌ ｌｓｉｇ ｎ ａｇ ｕ ｌ ｙｉ ｉ ｒ ｖ ｄ ｔ ｓｍ ｅｐ ｏ ｌｍ ｆｒｏ ｏ ｔｍ ｗａｅ ｏｅｂａ ｔ ｎ ｎ
Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｏ ｒＤｅ ｋ ｅ ｉ ｍ － ｅ ｐ Ｈｏ ｅＢｌ ｓｉ ｇ ｉ ｈｅＬｉ ｅ ｔ ｎｅＭ ｉ ｅ ｐ ｉａ ｉｎ ｆＡｉ ｃ Ｍ ｄ ｕ ｄ ｅ ｌ ａ ｔｎ ｎ ｔ ｍ ｓｏ ｎ
Ｌ ａ －ｕ 。 ｅｇ ｙ ｎ １ Ｘｉｎｊ ｎ ＬＪ ｎ － ｏ ｇ Ｈ
ｎ ｔｏ ｌ ｐ ｏ ｅ ｈ ｌｓｉｇｐ ｒｏｍ ａ ｃ ｉｎｆ ａ ｔ ｕ ｌｏｉｃｅ ｓ ｓｔ ｅｅｏ ｏ ｃｂ ｎ ｆ ． ａ ｅ ｎ ｍｉ－ ｉ ｅ ｋ ｏ ｎ ｙｉ ｒ ｖ ｓｔ ｅｂａ ｔ ｅｆ ｒ ｎ ｅｓ ｉｃ ｎ ｌ ｂ ｔａｓ ｒａ ｅ ｈ ｃ ｎ ｍｉ ｅ ｅｉ Ｂ ｓ ｄｏ ｄ ａｒｄ ｃ ｍ ｎ ｇ ｉ ｙ ｎ ｔ
摘 要 ： 石灰石矿山露天中深孔爆破采用中部空气间隔装药技术， 不仅改善了爆破效果， 而且节约了成本， 提高
了经济效益 ； 中部 空气间隔装 药基础上 ， 在 进行 了水孔试验 ， 改善 了水孔装药质量 ， 效解 决了水孔爆破 的根底 问题 。 有
关键 词 ： 空气间隔装药； 中深孔爆破； 水孔爆破 ； 大块率
１ ３ ４
建 材 世 界
２１ 年 第 ３ 卷 第 ６ ０１ ２ 期
于中奥陶统上马家组 中段和上段， 共包括 ５ 层岩石 ， 岩性为厚层状灰岩 、 花斑灰岩 、 生物碎屑灰岩 ， 岩石坚硬 、 致密， 岩性 均一 ， 固性较 好 。 稳
《柱旁充填煤充结构体失稳机制及对围岩稳定性的影响研究》范文
《柱旁充填煤充结构体失稳机制及对围岩稳定性的影响研究》篇一一、引言在煤炭开采过程中，柱旁充填煤充结构体的稳定性对于保障矿井安全和提高煤炭开采效率具有重要意义。
然而，由于地质条件、采矿方法、充填材料等多方面因素的影响，柱旁充填煤充结构体常常出现失稳现象，对围岩稳定性造成严重影响。
因此，研究柱旁充填煤充结构体失稳机制及其对围岩稳定性的影响，对于指导煤炭开采、保障矿井安全具有重要意义。
二、柱旁充填煤充结构体失稳机制（一）地质因素影响地质因素是影响柱旁充填煤充结构体稳定性的主要因素之一。
地质构造、岩层产状、地层压力等因素都会对充填体的稳定性产生影响。
例如，地质构造复杂地区，充填体易受构造应力影响而发生变形、破裂，导致失稳。
（二）采矿方法及充填材料影响采矿方法和充填材料的选择也会对柱旁充填煤充结构体的稳定性产生影响。
不合理的采矿方法会导致围岩应力重新分布，使得充填体受到不均匀的应力作用，从而发生失稳。
而充填材料的性能、配比等也会影响充填体的强度和稳定性。
（三）时间效应影响随着时间的推移，柱旁充填煤充结构体会受到地压、地下水、化学腐蚀等多种因素的影响，导致其性能逐渐降低，从而发生失稳。
三、对围岩稳定性的影响（一）围岩变形与破坏柱旁充填煤充结构体失稳后，会导致围岩应力重新分布，使得围岩产生变形、破裂甚至坍塌。
这种变形和破坏会进一步影响周围岩体的稳定性，甚至可能引发更大的地质灾害。
（二）矿井安全风险增加柱旁充填煤充结构体失稳不仅会影响围岩的稳定性，还会增加矿井的安全风险。
一方面，失稳的充填体会对矿井内的设施、设备等造成损坏；另一方面，由于围岩的变形和破裂，可能导致矿井内部出现裂缝、空洞等危险源，威胁矿工的生命安全。
四、研究方法与成果（一）研究方法针对柱旁充填煤充结构体失稳机制及对围岩稳定性的影响研究，可以采用理论分析、数值模拟、现场观测等方法。
其中，理论分析主要用于探讨失稳机制及影响因素；数值模拟可以用于模拟实际工程中的情况，预测可能出现的失稳现象；现场观测则可以用于验证理论分析和数值模拟的结果。
气体间隔技术在安家岭露天矿爆破中的应用_董淑斌
图 1 规格为 250 mm、165 mm 间隔器外观
2 气体间隔器的作用原理和使用方法
安家岭矿所使用的间隔器为脚踏式气体间隔 器，有 165 mm 和 250 mm 两种规格，配合我矿 165
收稿日期：2013-02-19 作者简介：董淑斌（1979－），男，工程师，中国矿业大学 （北京）在职硕士研究生，2001 年毕业于中国矿业大学矿业工 程学院露天开采专业，现任中煤平朔集团安家岭终边坡的稳定性，防止爆破震动对最 终边坡岩体的破坏，对到界边坡采用预裂爆破的方法 进行控制。施工中将相应规格的气体间隔器放置在设 计好的堵塞位置处，等待一定时间将岩渣覆盖在间隔
图 6 煤岩混穿混爆破结构示意图
器上，实现了有效的堵塞且操作简单、易行，施工效率 较常规提高 50%以上。 3.5 间隔器在火区爆破中的应用
由于历史遗留问题，安家岭矿区内存在着多处 未探明的采空区，随着采矿的深入，安家岭矿东南部 已全面进入采空区，采空区的出现给本来就特殊的 爆破带来了前所未有的困难。安家岭矿现在的采空 区钻孔内时有冒烟、冒气现象出现，偶尔可见明火， 爆破具有极大的危险性，其中对温度的确定是非常 关键的环节。因此在高温火区爆破前除利用测温仪 对炮孔内的温度进行测定外，还有一种较为直观的 测温法，就是将气体间隔器放入孔内，待一定时间后 查看气体间隔器是否受损来确定孔内温度的高低。 该方法虽然不能直接测出孔内的具体温度值，但间 隔器在孔内是否被破坏以及破坏程度能够很直观反 映出孔内温度的高低。另外，对于与空巷穿透的孔， 采用间隔器人为制造障碍后，充填部分岩粉，形成抵 抗线也是一种应用范围。
图 4 水孔使用间隔器结构示意图
《柱旁充填煤充结构体失稳机制及对围岩稳定性的影响研究》
《柱旁充填煤充结构体失稳机制及对围岩稳定性的影响研究》一、引言随着煤炭开采技术的不断发展，柱旁充填煤充结构体在煤炭开采过程中扮演着越来越重要的角色。
然而，由于地质条件复杂多变，柱旁充填煤充结构体在开采过程中常常出现失稳现象，对围岩稳定性产生重要影响。
因此，本文旨在探讨柱旁充填煤充结构体的失稳机制及其对围岩稳定性的影响，为煤炭安全高效开采提供理论支持和技术指导。
二、柱旁充填煤充结构体失稳机制（一）结构体失稳的内在因素柱旁充填煤充结构体失稳的内在因素主要包括地质条件和结构体自身的物理性质。
地质条件包括地层构造、岩性、地应力等，这些因素对结构体的稳定性产生重要影响。
结构体自身的物理性质包括强度、刚度、稳定性等，这些性质决定了结构体在外部力作用下的响应和稳定性。
（二）失稳的外部诱因除了内在因素外，外部诱因也是导致柱旁充填煤充结构体失稳的重要因素。
主要包括采矿活动、地下水活动、地震等。
采矿活动会改变岩体的应力状态，导致结构体失稳；地下水活动会降低岩体的强度和稳定性，加剧结构体的失稳；地震等自然灾害则会对结构体产生直接破坏，导致其失稳。
（三）失稳机制分析综合内外因素，柱旁充填煤充结构体失稳的机制主要包括以下几个方面：一是岩体应力重新分布，导致结构体受到不均匀的应力作用；二是岩体强度降低，导致结构体承载能力下降；三是结构体自身稳定性降低，如充填物与围岩之间的相互作用减弱等。
这些因素相互作用，导致结构体逐渐失去稳定性。
三、对围岩稳定性的影响（一）围岩应力重新分布柱旁充填煤充结构体失稳会导致围岩应力重新分布。
一方面，失稳的结构体会对周围岩体产生挤压作用，使周围岩体的应力增大；另一方面，失稳的结构体自身也会产生应力集中现象。
这些都会对围岩的稳定性产生重要影响。
（二）围岩变形和破坏围岩应力重新分布会导致围岩发生变形和破坏。
一方面，围岩在应力作用下会产生裂缝、滑移等现象；另一方面，如果围岩的强度不足以支撑上覆岩层，还会发生冒顶、片帮等事故。
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空气柱间隔装药结构在夹矸煤层开采中的应用研究闻全1，杨立云2，王晓刚21中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院，北京（100083）2中国铁道科学研究院，北京（100081）摘 要：本文运用爆炸力学理论和弹性波波导理论，分析研究了空气柱间隔装药的爆破机理及空气柱在爆破中的作用效果；并以良庄矿为主要试验基地，结合该矿煤层中夹有不规则煤矸石的地质特点以及现场出现的爆破效率不高等技术问题，从提高循环进尺、减少抛掷量和降低炸药单耗等方面考虑分析，运用研究成果指导现场的爆破作业，对其工作面的爆破参数进行了科学的分析研究，通过调整药包轴向方向、炮眼间距和装药结构等爆破参数，最终取得了良好的爆破效果，到达了增产提效，实现了薄煤层高产的目的。
关键词：夹矸煤层；爆破参数；空气柱间隔装药；二次应力波中图分类号：TD235.3711. 概述夹矸煤层是煤矿开采中经常遇到的。
该类煤层开采为保证煤质，在过程中往往采用分次开采，即先把夹矸开采出去，再采煤层，或者进行分层开采，这样的话，费时费力，工作效率低下；而在薄煤层夹矸中，如采用一次开采则由于两种不同介质情况下，爆破效果差，且煤质也没有办法保证。
空气柱间隔装药是在炮孔底壁与炸药之间留设一段空气柱的装药结构形式，与之相对应的是连续装药结构。
其作用机理是：爆轰波在向外传播时首先与空气接触，空气柱受到强冲击扰动，形成具有陡峭波头的空气冲击波，在未扰动的空气中传播；当此空气冲击波传播到另一介质表面时，其中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并储存在被压缩的空气中，空气柱此时实际上起到了缓冲的作用；由于爆轰波冲击动能被空气柱缓冲吸收，因此炮孔壁受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，且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【1-2】。
本文正是从薄煤层炮采采用空气间隔装药结构进行了探索，以期获得较好的爆破效果。
2. 空气柱间隔的作用机理2.1 降低了炮眼壁上的冲击应力峰值空气柱间隔装药起爆时的初始径向冲击应力峰值可用下式计算【3】、【4】：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⋅+⋅=不耦合装药结构耦合装药结构n d d D C D D P b c p m 6211811121ρρρ （1）空气柱间隔装药可假设为爆炸性质不变、密度均匀分布（包括空气柱在内）的连续装药结构形式。
按这种假设，空气柱间隔装药的折算密度应为：ac c l l l +⋅=0ρρ （2） 式中P max 为爆轰脉冲应力峰值,Pa ；D 为炸药爆速,m/s ；ρ为炸药的折算密度,kg/m 3；0ρ为炸药的装药密度，kg/m 3；p1C 1ρ为介质的波阻抗，s kg/m 2⋅；cd 为药包直径，m ；b d 为炮眼直径，m ；n 为气体与炮眼壁碰撞时压力增大的系数，=n 8～11；c l 为炸药长度，m ；a l 为空气柱长度，m 。
比较空气柱间隔装药结构（A l a =）和无空气柱间隔装药结构（0=a l ），计算得：0max max ==<a a l A l P P 。
由此可知，底部空气柱可起到降低初始压力，减轻爆轰冲击作用。
2.2 增加了二次应力波的作用效应空气柱间隔装药结构爆炸后，会在介质中产生冲击应力波，当空气冲击波遇到炮孔底壁时，在壁面处空气质点的速度骤然变为零，使质点急剧堆积，压力和密度骤然升高，达到一定程度时，就要向相反方向反射，于是就形成了反射冲击波，这就是二次应力波效应。
假定炮孔底壁为刚壁，空气柱中的气体为理想气体，则可以认为冲击波在空气柱中是定长传播，入射波前未扰动空气的参数为0P 、0ρ、0v ，入射波阵面后的参数为1P 、1ρ、1v ，反射冲击波阵面上的参数为2P 、2ρ、2v ，其中1v ＝2v ＝0。
如图1所示。
可见，空气柱间隔可以延长爆炸应力波在介质中的作用时间，使爆炸能得以充分利用。
2.4 增大了应力波传给介质的冲量空气柱间隔装药起爆时，爆炸应力波对介质的冲量增大了，而且此冲量沿炮眼分布较均匀，这是由于以上三点共同作用的结果。
图3是连续装药结构和空气柱间隔装药起爆时，爆炸应力波对介质的比冲量沿炮眼全长的分布情况【3】（均为端部单点起爆），图中的横坐标由图3中曲线1可知，在连续装药结构中，起爆点比炮眼远端的比冲量高。
由于其比冲量分布不均，导致爆破后块度分布不均并使大块率增大；由曲线2可知，采用空气柱间隔装药时，起爆点处的比冲量减小，但远端比冲量增大，使得比冲量沿炮眼全长分布趋于均匀，所以可以改善块度分布质量，减小大块率。
3. 现场试验3.1 工程概况新汶矿区良庄矿11310工作面，十三层煤赋存条件较为复杂，煤层中间夹带厚度不等的煤矸石，某些地方还混杂有较为坚硬的卵石。
煤与煤矸石的物理力学参数见表1。
表1 煤与煤矸石的物理力学参数Tab.1 Coal and coal gangue’s physical and mechanical parameters容重密度ρ(kg/m 3) 抗压强度（MPa ）抗拉强度（MPa ）弹性模量E(MPa) 泊松比µ 内摩擦角(°) 粘聚强度c(MPa) P 波传播速度(m/s) 煤1470 11.3 2 2800 0.30 17 1.6 1380 矸石 2600 63.7 5 12000 0.25 32 12 2150该矿原爆破方案的效果为平均循环进尺在0.8m 左右，爆后残眼率高达39%，而且炸药单耗相对较高（1.288kg/m 3），支柱冲倒率为36%，煤向着老塘方向抛掷量过大，这样增加了工人劳动强度，费料、费工、费时，更谈不上高效生产了。
为了能达到增产提效，实现薄煤层高产的目的，该回采面急需解决的主要问题有：提高循环进尺；控制抛掷量；降低炸药单耗等。
3.2 试验方案3.2.1 条形药包轴线方向的调整降低最小抵抗线，可以降低单耗，使得爆破参数更加合理。
改变炮孔角度可以减小最小抵抗线。
经过多次试验研究，将原炮孔与煤壁的水平夹角由85o 改为95o （如图4），也就是范围比原方案要多10º范围（如图b 阴影所示），这样有利于提高爆炸应力波的利用率，充分利用炸药的能量；而相反地，再来观测对比作用在煤壁中的应力波，原方案比试验方案多10º的作用范围（如图a 阴影所示），这样就会有一些爆炸应力波在煤壁衰减，出现无为的能量损耗，使得爆破后的煤壁不平整，导致“挂鼻梁”。
而在试验方案中将有更多的能量用于煤的破碎与抛掷作用。
所以从理论上说，试验方案的炮眼轴线方向更有利于充分利用炸药的能量，降低单耗。
而且，经验表明炮眼顺倾斜布置方式爆破装煤效果好，大块率较低，抛到采空区的煤较少，并且打眼时降低了工人劳动强度。
3.2.2 炮眼间距的调整井下浅孔爆破时，炮眼排距通常等于最小抵抗线W 。
W 过大，会降低破碎质量，大块多；过小时，则使煤过度粉碎，既增加了成本，又费工费时。
最小抵抗线W 和炮眼间距A 可按下式选取【6】：W =(25～30)d （5）A =(1.0～1.5)W （6）式中d 为炮孔直径，m ；A 为炮眼间距（指同排内相邻炮眼的距离），m 。
现场炮孔直径采用Φ42，考虑到两排炮眼之间煤矸石的存在，由此确定同排内相邻炮眼的距离A ＝0.8m 。
当条形药包起爆后，爆炸应力波从煤中向煤矸石中传播，查表1，计算可知1122p p C C ρρ>（假设煤的参数下标是1，煤矸石的参数下标是2），即反射系数047.0>=r R ，反射波应力为正，而质点速度为负，说明反射波为压缩波，形成反射加载，使得煤层更加容易破碎；而此时折射系数047.1>=t R ，即煤矸石与煤层两边的应力峰值比为 1.47，而且煤矸石的应力峰值要大于煤层中的，再查表1可知，煤层的抗拉强度为0.2t1=σMPa ，煤矸石的抗拉强度为0.5t2=σMPa 。
所以有1212t t P P σσ<成立。
由此可知，当爆炸应力波穿过分界面时应力波增加的量小于介质的抗拉强度增加的量，所以为了有效地利用炸药的能量，在炮眼布置时，上下两排炮眼尽量贴近中间的矸石带，这样有利于矸石带的破碎。
3.2.3 装药结构的调整根据理论分析和实验室试验得出的数据，在现场工业性试验中在炮孔的底端与顶端分别加置一“空管”实现空气柱间隔，即采用空气柱间隔装药结构形式，以求达到良好的爆破效果。
装药结构详见图5。
当柱状药包起爆时，底部空气柱与顶部空气柱相比，底部空气柱中的反射波压强要更大。
因为当底部空气柱的冲击波传到炮孔底部时，因炮孔底部界面是较坚硬的岩石，因此可以认为是刚壁，而冲击波的反射为全反射；而当柱状药包顶部预留空气柱时，因空气柱顶面是塑性封堵炮泥，当冲击波遇到炮泥界面时，炮泥将吸收一部分能量，并使炮泥向外移动做功，大大削弱了反射波的能量。
因此柱状装药起爆时，底部空气柱的爆破效果比顶部空气柱的爆破效果要好。
3.3 试验结果经过大量的试验，通过改进原有爆破工艺和参数，逐渐扩大试验范围，取得了显著的效果，炸药单耗减少0.455kg/m3，并且在允许范围之内。
循环进尺达到1.2m，崩倒柱子量减少了12％，向老塘方向的抛掷量减少了80％，爆堆成形很好，无触角，无鼻梁，无残眼，取得了良好的技术经济效益。
4. 结论通过生产实践和科学研究发现，采用空气柱间隔装药的破碎效果要优于连续装药爆破，空气柱间隔装药爆破降低了作用在炮孔孔壁上的峰值压力，改变爆炸能的分配比例，减小了粉碎区半径（甚至不存在粉碎区），增加了二次应力波效应，从而增加了爆生气体作用时间，有利于提高能量利用率，改善破碎效果，改进了过去的生产工艺，提高了施工速度与质量，实现薄煤层高产增效的目的。
参考文献1.王晓刚.空气柱间隔技术与爆破应力波在多层介质中传播规律的试验研究[D].北京：中国矿业大学（北京）, 2003.2.高尔新,杨仁树.爆破工程[M].江苏:中国矿业出版社,1999.3.王文龙.钻眼爆破[M].北京:煤炭工业出版社,1984.4.傅菊根.底部空气柱装药结构爆破试验研究[D].北京：中国科技大学,1996.5.李翼祺,马素贞.爆炸力学[M].北京:科学出版社,1992.6.［苏］A·H·哈努卡耶夫.矿岩爆破物理过程[M].北京：冶金工业出版社,1980.Study on Mining By the Air-space Blasting in tonstein coalseamWen Quan1, Yang Liyun2, Wang Xiaogang21School of Mechanics and Civil Engineering, China University of Mining and Technology,Beijing (100083)2China Railway Science Research Institute, Beijing (100081)AbstractThis paper has mainly researched into the theory and the effect of air-spacing blasting with blasting mechanics theory and elastic wave theory. According to the blasting theory, we did some practical experiments in the spot of Liangzhuang Coalmine, in which there were some abnormal gangues in the coal and many problems with the blasting technology, such as the bad efficiency of the blasting. In order to improve the circle depth and decline the amount of the waste rock thrown away and explosive, we analyzed and optimized the blasting parameter by changing the direction of the explosive and the distance between blasting holes and the position of the explosive in the hole. At last, we got a good result, which improved the output of the Liangzhuang coalmine.Keywords：tonstein coal seam; Blasting parameters; Air-spacing blasting; Second stress wave。