爆破工程5 第七章 炮眼爆破法

第七章炮眼爆破法炮眼爆破法又称浅眼爆破，通常是指炮孔直径不超过50mm、炮孔深度不超过5m的爆破法。炮眼爆破法具有以下很多突出的优点：它所使用的钻眼机械主要是手持式或气腿式凿岩机以及凿岩台车，操作技术简单，使用灵活方便。第一节井巷掘进中的炮眼爆破井巷掘进中的炮眼，按其作用的不同，可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。掏槽眼是为辅助眼创造第二个自由面，辅助眼是为了进一步扩大掏槽的体积，而周边眼是为形成正确的井巷断面形状。对于平巷和斜井，周边眼又可分为顶眼、底眼和帮眼。各类炮眼及其作用范围参见图7—1。根据巷道断面、岩石性质和地质构造等条件，掏槽眼的排列形式有很多种类，归纳起来可分成倾斜眼掏槽和垂直眼掏槽两大类，此外还有两者结合的混合式掏槽。（一）倾斜掏槽倾斜掏槽是指掏槽眼方向与工作面斜交的掏槽方法。通常有单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽几种形式。1.单向掏槽掏槽眼排列成一行，并朝一个方向倾斜。按炮眼部位和倾斜方向，可分为顶部掏槽、底部掏槽、侧向掏槽和扇形掏槽。2．锥形掏槽各掏槽眼以相等或近似相等的角度向工作面中心轴线倾斜，眼底趋于集中，但互相并不贯通，爆破后形成锥形槽。眼数为3～6个，通常呈三角锥形、正锥形和圆锥形（图7—3）。正锥形掏槽在平巷掘进中使用较多，圆锥形掏槽多用于竖井掘进。锥形掏槽眼有关参数视岩石性质而定，施工中可参考表7—1所列数据选取。3．楔形掏槽通常由两排相对称的倾斜炮眼组成，爆破后形成楔形槽。楔形掏槽可分为垂直楔形掏槽和水平楔形掏槽两种（图7—4）。楔形掏槽常用于中硬以上的均质岩石，且巷道断面大于4m2的工作面中。当巷道岩层有水平层理时，宜采用水平楔形掏槽，以利于钻眼和爆破。每对掏槽眼间距为0.2～0.6m，掏槽眼与工作面交角为55°～75°，眼底距离为10～20cm。楔形掏槽炮眼参数根据岩石性质而定，参见表7—2。表7—2楔形掏槽的主要参数岩石坚固性系数f炮眼与工作面夹角(。)两排炮眼眼口距离(m)炮眼数目2～675～700.6～0.546～870～650.5～0.44～68～1065～630.4～0.35610～1263～600.35～0.30612～1660～580.30～0.20616～2058～550.206～8倾斜掏槽的优点是：所需掏槽眼数较少，掏槽体积大，易将岩石抛出，有利于其它炮眼的爆破.缺点是：掏槽眼深度受到巷道断面限制，因而影响到每个掘进循环的进尺；岩石抛掷距离远，岩堆分散，影响装岩效率。（二）垂直掏槽垂直掏槽也称直线掏槽，所有掏槽眼均垂直于工作面，炮眼之间相距较近且保持互相平行，其中有一个或数个不装药的空眼，作为装药炮眼爆破时的辅助自由面。垂直掏槽有龟裂掏槽、桶形掏槽和螺旋形掏槽三种类型。1．龟裂掏槽掏槽眼布置在一条直线上，彼此间严格平行，装药眼与空眼间隔布置，爆破后形成一条槽缝，故又称缝形掏槽（图7—5a）。掏槽眼数目与巷道断面大小及岩石坚固性成正比，通常为3～7个眼。眼间距离一般取8～15cm，龟裂掏槽体积较小，故常被桶形掏槽所代替（图7—5b）。2．桶形掏槽又称角柱形掏槽，各掏槽眼互相平行且呈对称形式。空眼直径可与装药眼相同，也可采用75～100mm大直径空眼，以便增强自由面的作用。图7—6为大直径空眼角柱形掏槽，图7—7为普通直径空眼桶形掏槽，其中有些掏槽眼呈非对称排列。桶形掏槽较龟裂掏槽形成的槽子体积大，在中硬岩石中使用较为普遍。3．螺旋形掏槽它是由桶形掏槽发展而来的，其特点是各装药眼至空眼的距离依次递增，呈螺旋线布置，并由近及远顺序起爆，能充分利用自由面，扩大掏槽效果，其扩槽原理如图7—8所示。小直径空眼螺旋形掏槽的典型布眼方案如图7—9所示。大直径空眼螺旋形掏槽炮眼布置见图7—10。垂直掏槽与倾斜掏槽相比，其优点是：眼深不受巷道断面限制，可进行较深炮眼的爆破，加大一个掘进循环的进尺；掏槽体积里外大小较一致，因而相邻炮眼的最小抵抗线里外也较一致，使爆落的矿岩块度均匀，不会抛掷太远，爆堆集中在工作面附近，有利于装岩，其缺点是：掏槽眼数较多，掏槽体积小，装药眼和空眼的间距不能太大且需相互平行，要求要有较高的钻眼技术。混合掏槽是指两种以上的掏槽方式混合使用。在遇到岩石特别坚硬或巷道断面较大时，可以采用如图7—11所示的复式楔形掏槽或桶形与锥形混合掏槽。二、周边孔与辅助孔布置周边孔通常布置在距开挖断面边缘约0.2m处，周边孔的底部要朝巷道轮廓线方向倾斜。当巷道穿过坚硬岩体时，孔底可达到或稍超出轮廓线位置；岩体中等坚固时，孔底距轮廓线约0.1m；在松软岩体中，炮孔不必倾斜，孔底距轮廓线的距离与孔口处相同。周边孔之间的距离约为0.6~1.0m，拱形巷道的转角处，炮孔要密一些，孔距取小值。辅助孔要根据设计的炮孔数目，均匀地布置在掏槽孔与周边孔之间，钻孔方向则垂直于巷道开挖断面。三、底孔布置用来形成巷道底板轮廓的炮孔称为底孔。底孔爆破的好坏对是否能按设计要求形成底板轮廓线影响很大。如果底孔超高、向下倾斜角度不够、装药不足等，爆破后往往会造成底板欠挖，出现“底坎”。这将给岩石的铲装、铺轨工作及下一个掘进循环的钻孔工作带来极大困难。为避免欠挖，消除底坎，要适当减小底孔的间距(根据岩石情况而定，一般为0.5~0.6m)，并使钻孔方向朝底板下方有一定的倾斜角度，在软岩中倾角可小些，在硬岩中倾角要大些，使炮孔底部低于底板标高10~15cm为宜。此外，为了克服巷道爆落岩体的自重作用，底孔较其他周边孔要增加装药量，减少堵塞长度(有20cm堵塞长度即可)。四、掘进炮孔的起爆顺序掘进炮孔必须有合理的起爆顺序，通常是掏槽孔→辅助孔→周边孔。每类炮孔还可再分组按顺序起爆。合理的起爆顺序是，应使后起爆炮孔充分利用先期起爆炮孔所形成的自由面。一次起爆炮孔数越少或起爆段数越多，除能够充分利用自由面外，还能减弱震动、空气冲击波的强度和噪声。五、井巷掘进中爆破参数的确定（一）炮眼直径我国地下矿山井巷掘进中，一般采用38～45mm的炮眼直径，在小断面巷道（S≤4m2）掘进中，采用25～30mm小直径炮眼，配合使用轻型高频凿岩机、压气装药和高威力炸药，也可获得良好的爆破效果。（二）炮眼数目炮眼数过少将造成大块岩碴过多而不利于高效率装岩；相反，炮眼数过多则会使凿岩工作量增大。通常，岩石愈难爆，需要使用的炮眼就愈多。考虑到多打炮眼将导致工时和成本的增加，因此在保证合格的爆破效果前提下应尽可能减少眼数。（三）炮眼深度炮眼深度是指炮眼底到工作面的垂直距离，而沿炮眼方向的实际深度叫炮眼长度。炮眼深度的大小，不仅影响着每个掘进工序的工作量和完成各工序的时间，而且影响爆破效果和掘进速度。目前，在我国小断面平巷掘进中眼深以1.5～2.5m用得最多。在中等断面以上的巷道掘进中，采用凿岩台车凿岩，将眼深增至3～3.5m，在技术经济上是合理的。（四）单位炸药消耗量爆破一立方米原岩所需的炸药重量称为单位炸药消耗量，通常以q（kg/m3）表示。该值的大小对爆破效果、凿岩和装岩工作量、炮眼利用率、巷道轮廓的平整性和围岩的稳定性都有较大的影响。单位炸药消耗量的确定，尚无完善的理论计算方法。在掘进爆破工作中，常根据国家定额选取或用经验公式计算。表7—3所列的岩巷掘进炸药消耗量定额，系按2号岩石硝铵炸药、延期电雷管制定的，可供参考。若采用其它炸药时，则需根据其爆力大小加以适当修正。若A为制定定额所用之标准炸药的爆力，B为换用炸药的爆力，则定额修正系数K为：（7—1）改用新炸药后的值为q’：（7—2）式中q——采用标准炸药时的炸药消耗量，kg/m3。BAK3/,mkgqKq表7—3平巷掘进单位炸药消耗定额参考值（kg/m3）掘进断面积／m2岩石普氏坚固性系数f2～34～68～1012～1415～20＜41.231.772.482.963.364～61.051.502.152.642.936～80.891.281.892.332.598～l00.781.121.692.042.3210～120.721.011.5l1.902.1012～150.660.921.361.781.9715～200.640.901.3l1.671.85＞200.600.861.261.621.80确定单位炸药消耗量后，再乘以巷道断面积和每遍炮的进尺数就可以得到每循环应使用的炸药消耗总量：，kg（7—3）式中S——井巷掘进断面积，m2；，l——平均炮眼深度，m；η——炮眼利用率，一般为80%～95%。上面所求得的q和Q的值是平均值，至于各个不同炮眼的具体装药量，则应根据各炮眼应起的作用及条件的不同而加以分配。掏槽眼最重要，而且爆破条件最差，应分配较多的药量。辅助眼药量次之，周边眼药量分配最少。周边眼中，底眼分配药量最多，帮眼次之，顶眼最少。qSlQ现在普遍采用光面爆破，其炸药消耗量一般均略低于国家定额。影响炸药消耗量的关键是掏槽方法。如能采用合理的掏槽方法，实现深眼光面爆破增大循环进尺，单位炸药消耗量还能进一步降低。实施井巷掘进前，还必须根据地质条件、工程设计要求、施工计划和实际施工经验，理论联系实际编制《井巷掘进爆破说明书》，并要根据施工条件的变化及时修正，才能获得良好的爆破效果。（五）炮眼间距炮眼间距的确定一般是根据一个掘进循环所需要的总装药量计算出总炮眼数目后，再按巷道断面的大小及形状均匀地布置炮眼。平巷掘进中，掏槽眼有多种不同的形式，其眼间距也有所不同，可参考本章表7—1、表7—2的有关数据，以及图7—6、图7—9、图7—10所标数据。周边眼的眼口至轮廓线的距离一般为100～250mm，在坚硬岩石中取小值；周边眼的眼口间距则为500～800mm，底眼的间距取小值。辅助眼的间距为400～600mm。第二节隧道掘进中的炮眼爆破铁路隧道与地下矿山常见的小断面水平巷道相比，通常具有以下特点。（1）隧道断面一般都较大，高度和跨度常达8m左右，特别是复线隧道，跨度可超出10m以外；（2）隧道位置多处于复杂多变的地质条件下，尤其遇到浅埋地段（埋深小于跨度2倍的隧道称为浅埋隧道）时，岩体风化破碎，而且渗水、滴水严重，给钻眼爆破作业增加了困难；（3）铁路隧道服务年限长，质量要求高，这就要求爆破时要尽量减少对围岩的损坏，确保围岩完整。有时要在爆破，作业后及时进行有效的支撑、衬砌工作，致使爆破工作面受到限制，从而增加了爆破旋工的难度。下面对隧道掘进中的爆破作业及开挖方法等加以简要介绍。一、掏槽眼的布置掏槽眼布置的原则为：（1）掏槽眼位置一般应布置在开挖断面的中部或中下部；（2）炮眼方向，在岩层层理明显时，应尽量垂直于岩层的层理面；（3）小型断面的掏槽眼数一般为4～6个，大型断面要根据开挖方式的不同确定掏槽眼的部位和数量。掏槽方式通常分为倾斜眼掏槽和垂直眼掏槽两种，这两种掏槽方式中，又有许多不同的布置形式，常用的有倾斜眼掏槽中的复式楔形掏槽和垂直掏槽。(一)复式楔形掏槽在大断面隧道掘进中，为了加大掏槽深度，可以采用双层、三层或四层楔形掏槽眼，称为复式（或多层）楔形掏槽。每对掏槽眼呈完全对称形（如图7—12所示）或近似对称形（如图7—13所示）。每对掏槽眼由浅变深，与工作面的夹角则由小变大。掏槽眼与工作面的夹角称为爆破角。爆破角和掏槽眼深度的互相关系，应使以每个孔底所作的垂线h恰好落在巷道两壁与工作面相交的自由面上。深掏槽眼孔底的垂直线也必须落在平巷或隧道内，与已爆出来的工作面相交。如图7—12所示，在每一掏槽眼孔底所作的垂直线^必须与巷道断面LR相交(前一个掏槽的眼底在该面上)。实践表明，对一般楔形掏槽，内部各对楔形掏槽眼之间延期时间应为100ms左右。（二）垂直眼掏槽掏槽眼方向均垂直于隧道开挖工作面，而且互相保持平行。如图7—14所示，垂直眼掏槽适用范围较广，炮眼布置或眼数可根据岩石性质的变化进行调整，钻眼深度不受断面尺寸的限制，与各类倾斜眼掏槽比较易于取得较深的循环进尺。钻眼工作互相干扰少，有利于多台凿岩机平行作业。图7—15为某大断面隧道掘进时采用垂直眼双螺旋掏槽及炮眼布置图。垂直