第三章-(4)凿岩爆破

井巷工程李俊平教授2013年3月第三章凿眼爆破凿岩爆破工作是巷道掘进的最主要工序,良好的凿岩爆破工作应该是：⑴爆破后所形成的巷道断面应符合设计要求和《井巷工程施工及验收规范》的标准，巷道的方向与坡度应符合设计规定。⑶对巷道围岩的震动和破坏要小，以利于巷道维护。⑵爆下的岩石块度应有利于提高装岩生产率，岩石堆积状况便于组织装运、便于凿岩与装岩平行作业。⑷爆破单位体积的岩石所需的炸药和雷管的消耗量要低，凿岩工作量要小，炮眼利用率要达到85%以上。第三章凿眼爆破第一节凿眼机具第二节爆轰感度及工业炸药简介第三节起爆材料与起爆方法第四节破岩原理和爆破技术第一节凿岩机具一、风动凿岩机二、液压凿岩机三、电钻四、凿岩机钎子五、电钻钻具一.风动凿岩机以压缩空气为动力的钻孔机具。按支架形式分为：手持式、气腿式、向上式、导轨式。按冲击频率分为：低频、2000次/min以下，中频2000～2500次，高频超过2500次/min。应用广泛的是气腿凿岩机，其结构见图气腿凿岩机结构。压气与油雾以液压为动力的新型凿岩机械，压力大、油循环使用。二、液压凿岩机㈠冲击机构。液压凿岩机借助配油阀使高压油交替的进入活塞的前后油腔形成压力差，使活塞做往复运动。㈡转钎机构，液压凿岩机的转钎机构采用独立机构，由液压马达带动一组齿轮再带动钎子转动。㈢排粉机构，无法轴向供水，只能侧向供水排除岩粉。凿岩台车：为了提高钻眼机械化程度，出现了高效能的凿岩台车，组成：行走部分、钻臂和凿岩机的推进机构。TROCK712.TROCK812系列全液压钻车液压钻车液压钻车凿岩台车与风动凿岩机相比较，液压凿岩机具有的优点：1.钻速可提高2~3倍；2.噪声可降低10~15dB；3.工作环境改善，消除了油雾水气；4.可钻较深和大直径的炮孔。三、电钻在旋转式钻眼法破岩中，切割型钻头在轴压力P和回转力Pc的作用下，克服岩石的抗切削强度，将岩石一层层的切割下来，钻头运行轨迹是沿螺旋线前进，破碎的岩屑被排至孔外。㈠煤电钻：电动机、减速器、散热风扇、开关、手柄、钻杆。㈡岩石电钻：适用在中等硬度（单轴抗压强度σc=40～80MPa）岩石上钻眼、扭矩功率大于煤电钻。四、凿岩机钎子两种：组合钎子和整体钎子钻眼工具是安装在钻眼机械上用以破碎岩石的工具，在凿岩机上使用的叫钎子。(a)组合钎子1-钎头；2-钎梢；3-钎身；4-中心水孔；5-钎肩；6-钎尾(b)整体钎子1-钎头；2-钎杆；3-钎肩；4-钎尾㈠钎头：钎头形状,一字型、十字型和球齿钎头。㈡钎头结构参数指标刃角：钎头两个刃面夹角，一般90°～120°，多为110°；隙角：钎头体两侧面夹角，3°，球齿钎头7°；钎刃：端面为一字型做成曲率为18㎜的弧型，球齿钎头周边齿向外倾斜30°～35°；钎头直径：38～43㎜，保证药卷装入炮眼；排粉沟：布置在钎头顶端和侧面的排出底部岩浆的沟槽。钎头材料：除硬质合金片外的钎头部分称为钎头体，材料多为合金钢。镶嵌在钎头上的硬质合金为钨钴类合金（碳化钨粉末和钴粉末混合）。炭化钨高硬度、高耐磨性、高抗压强度，钴韧性好。㈡钎杆：承受活塞冲击力和回转力矩，传递到钎头上去的细长杆体。两种：中空六角形和中空圆形。材料：钎钢。中空8铬、中空55硅锰钢、中空40硅钼钒。㈢钎尾：承受和传递能量的部位，钎尾规格和淬火硬度对凿岩速度有很大的影响。㈣钎肩：六角形钎杆用环行钎肩，圆形钎杆用耳形钎肩。液压钻杆风钻钎杆五、电钻钻具㈠煤电钻:钻具由钻头和麻花钻杆组成；麻花钻杆用菱形断面或矩形断面T7、T8钢加热状态扭制而成。㈡岩石电钻：钻杆由六角中空钢制成。第二节爆轰感度与工业炸药简介一、爆轰感度二、工业炸药简介一、爆轰感度爆轰感度是指炸药对别的炸药爆炸时所产生的爆轰冲击的敏感程度。⑴单质炸药：通常用起爆它所需要的最小起爆药量来表示。⑵混合炸药：用殉爆距离来表示。殉爆：装有雷管的主动药包爆炸时，能使相隔一定距离的另一同种药包发生爆炸的现象。殉爆距离的测定殉爆距离：装有雷管的主动药包爆炸时，能使相隔一定距离的另一同种药包百分百发生爆炸的最大距离。殉爆安全距离：装有雷管的主动药包爆炸时，使相隔一定距离的另一同种药包百分百不能发生爆炸的最小距离。二、工业炸药1、单质猛炸药2、硝铵类炸药3、浆状炸药4、水胶炸药5、乳化炸药1.单质猛炸药梯恩梯（TNT）三硝基甲苯（C6H2（NO2）3CH3），淡黄色晶体，吸湿性小，几乎不溶于水。热安定性好，180°C才分解。爆热4229KJ/kg，爆速6850m/s，爆力285～00ml，猛度19.9㎜，机械感度低，主要为硝铵类炸药的敏化剂，单独使用是重要的军事炸药。黑索金（RDX）环三次甲基三硝胺（（CH2NNO2）3）白色晶体、不吸湿，不溶水，50ºC以下长期不分解，机械感度比较高，ρ=1.66g/cm3，爆力520ml，猛度16㎜，爆速830m/s，一般做导爆索的药芯和雷管中的加强药。太恩（PETN）季戊四醇四硝酸脂(C(CH2ONO2)4))，无色晶体，不溶于水，密度1.74g/cm3，爆力500ml，猛度15㎜，爆速840m/s。作用同黑索今。硝化甘油三硝酸甘油酯2、硝铵类炸药以NH4NO3为主要成分的混合炸药㈠铵梯炸药（硝铵炸药）㈡铵油炸药㈢高威力硝铵炸药㈠铵梯炸药（硝铵炸药）规格型号：岩石、煤矿炸药一般均制成直径32、35、38mm，重l00、150、200g药卷，药卷长度随直径不同而不同，有190㎜和170mm等。药卷一端为平顶，另一端向内凹入称为聚能穴，爆炸能量在聚能穴所指方向上比较集中，有利于传爆，在装药时应予注意。岩石硝铵炸药有效使用期限为6个月，煤矿硝铵炸药有限使用期限为4个月。㈡铵油炸药⑴组成：硝酸铵与柴油的混合物。硝酸铵约95%，柴油约占5%，为改善爆轰性能，可加一些木粉、松香以提高爆轰惑度，加一些铝粉以提高威力;加一些表面活性剂(如十二烷基磺酸钠)以拌和均匀，使爆轰更为稳定;加少许明矾及氯代十八烷胺以降低吸湿结块性。煤矿许用的铵油炸药还必需加入适量的食盐以降低爆温。⑵应用：这类炸药因不含梯恩梯，故原料来源丰富，加工简单，使用安全，它的价格也特别低廉。因此在露天矿，金属矿、水力铁道等工程中使用较多。⑶特点：这类炸药的不足之处是爆炸威力较低，比较钝感，易吸湿结块，贮存期短。㈢高威力硝铵炸药提高硝铵炸药威力的途径有以下几种：1．增大密度增大密度可以操高爆轰压力，并在单位体积内容纳更多的药量，但硝铵类炸药密度增高以后起爆感度降低，起爆能量不足时爆速与猛度反而下降，故增大密度的效果是有限的。2．加入铝粉在炸药中掺入研磨极细的铝粉或铝镁的合金粉，它们在氧化时产生大量的热，使爆温增高，能明显提高炸药的爆力和猛度。铝粉的掺量一般在4~7％之间。3．加入猛炸药将5~20％的黑索金混入含梯思梯的硝铵炸药，对提高炸药威力效果非常明显，一般可使爆速达到4000m/s，猛度达6~19mm，爆力达到400~500mL。国产硝铵高威力炸药大都属于增加猛炸药这一类，称为铵梯黑炸药，也有既加黑索金又加铝粉的，称为铵梯黑铝炸药。3、浆状炸药⑴组成：氧化剂水溶液：硝酸铵、少量硝酸钠、硝酸钾敏化剂：猛炸药，TNT；金属物质，铝粉；燃料，柴油、煤粉、硫磺；发泡剂，亚硝酸钠，形成敏化气泡。胶凝剂：在炸药中起增稠作用，包括胶结剂和交联剂。⑵优点：炸药密度高，具有较好的可塑性，可以装满孔底并填满炮孔；抗水性强；使用安全性好。⑶缺点：感度低，一般露天矿用浆状炸药不能直接用8号雷管起爆，需用猛炸药制作的药包来起爆。表面活性剂：十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠，控制硝酸钠晶粒发育，保持炸药塑性；防冻剂：已二醇，提高炸药耐冻能力。5、乳化炸药⑴组成氧化剂水溶液：硝酸铵为主，并可添加硝酸钠作辅助氧化剂。燃料油：柴油同石蜡的混合物，并使其具有3.1Pa·s的粘度。乳化剂：制造乳化炸药的关键组分，一般认为采用斯本—80(失水山梨醇单油酸脂)，作乳化剂，效果较为理想。敏化剂：化学发泡剂或多孔性物质(空心玻璃微珠，珍珠岩等)，能形成敏化气泡。⑵特点：氧化剂水溶液与燃料油经乳化而成的油包水型乳状液是它的爆炸性基质。薄层油膜包覆在氧化剂水溶液微滴表面，既可防止内部水分蒸发，又可阻止外部水分浸入，使具有非常好的抗水性能。⑶分类：煤矿许用乳化炸药、岩石乳化炸药和露天乳化炸药三类。⑷优点：密度可调，因而适用范围广；爆炸性能好，爆速一般可达4000~5500m/s，由于爆速与密度均较高，乳化炸药猛度比2号岩石硝铵炸药高，可达15~19㎜；可用8号雷管直接起爆；乳化炸药比浆状炸药与水胶炸药抗水性更强，生产与使用安全；不需要添加猛炸药，原料来源广。⑸缺点：炸药爆力却不比铵油炸药高，故在硬岩中使用的乳化炸药应加入热值较高的物质如铝粉、硫磺粉等。第三节起爆材料及起爆方法一、雷管二、导爆索和继爆管三、导爆管四、爆破安全事故预防及处理一、雷管火雷管电雷管煤矿许用瞬发电雷管、煤矿许用毫秒延期电雷管国产延期雷管的延期系列表抗杂散电流电雷管抗杂散电流电雷管主要有以下几种形式：(1)无桥丝电雷管。在电雷管的电点火元件中取消桥丝，使脚线直接插在点火药头上，点火药中加入一定导电成，当脚线两端电压较小时，点火药电阻很大，电流很小，点火药升温小，不足以引起点火药燃烧；当电压很大时，电流很小，点火药电阻减小，电流大，点火药升温高，被点燃，雷管被引爆。这种雷管在杂散电流影响下不会被引爆。此外，还有利用电极的高压放电来点燃点火药的无桥丝电雷管。(2)低阻率桥丝电雷管。这种雷管桥丝电阻较低，增大桥丝直径或长度，只有大电流才能引爆雷管。(3)电磁雷管。雷管的脚线绕在一个环状磁芯上呈闭合回路，放炮时将单根导线穿过环状磁芯，用其两端接至高频发爆器，高频电流由环状磁芯产生感应电流引爆雷管。这种雷管不会受到杂散电流的影响。二、导爆索和继爆管㈠导爆索：导爆索是以猛炸药为药心，外面缠绕数层纱线、纸条，并有两层防潮层而制成的绳索状起爆材料。⑴种类：普通导爆索和安全导爆索(加裹一层食盐)两类。国产导爆索以黑索金为药心，药量不小于12g/m，普通导爆索外径不大于6.2mm，爆速不低于6500m/s．安全导爆索外径不大于7.3mm．爆速不低于6000m／s。普通导爆索的结构⑵导爆索起爆先由雷管爆炸引爆导爆索，再由导爆索起爆炸药爆炸。起爆装药群时，可将导爆索敷设成网路，由于导爆索爆速很高，无论采取哪种网路形式，都能使各装药几乎同时起爆。㈡继爆管由消爆管和不带点火装置的毫秒延期雷管组成，对导爆索起延期作用。分单向继爆管和双向继爆管。导爆索多用于露天深孔爆破和硐室大爆破。近年煤矿爆破作业中，出现了深孔爆破等新技术，相应提出使用导爆索起爆问题。但煤矿井下不准使用普通导爆索，只能使用安全导爆索。㈢导爆索和继爆管起爆三、导爆管导爆管是管内壁涂有薄层炸药的塑料软管。软管外径为3mm，内径1.5mm，炸药可采用奥克托金与铝粉的混合物或黑索金与铝粉的混合，药量为20mg／m。导爆管不能直接起爆炸药，只能起传爆作用，起爆炸药仍需一个起爆雷管。导爆管的作用原理是：当起爆枪(或导爆索、雷管)对着管腔激发时，在管腔中产生冲击波，管壁的炸药受冲击波的作用发生反应，给冲击波补充能量，从而使冲击波稳定地传播，速度达2000m/s。由于导爆管外径比雷管的内径小很多，必须用卡口塞相连。联接各种段别的延期雷管。《煤矿安全规程》规定，煤矿井下禁止使用导爆管放炮。1.导爆管；2-卡口塞；3-雷管㈣电爆网路的各种联接方式⑴串联：⑵并联：⑶串并联电路：FB系列发爆器四、爆破事故预防和处理㈠瞎炮通电起爆后，工作面雷管全部或少数不爆称为瞎炮。⑴原因：全部不爆多由电路断路所致，如母线断了，接头不良，或串联电路中有一发不导通等；发爆器电源不够，使各雷管电流不够；工作失误，错接、漏接、个别雷管短路；残暴，炸药原因引起不爆现象，炸药变质，使用不当；⑵电路故障排除：观测法：1/2淘汰法：将整个网路分为两部分，测一部分电阻，正常的抛开，剩下的一部分再分为两半，正常的一部分抛开，不断缩小范围。⑶处理：瞎炮处理应按《煤矿安全规程》进行。由于连线不良造成的拒爆，可重新连线起爆。在拒爆炮眼0.3