第9章-井巷掘进爆破

全国工程爆破技术人员统一培训内容中国工程爆破协会编汪旭光主编冶金工业出版社（2011）爆破设计与施工(9)第九章井巷掘进爆破9.1平巷掘进爆破9.2立（竖）井掘进爆破9.3隧道掘进爆破9.4平巷（隧道）周边孔光面爆破和预裂爆破学习重点：1、工作面炮眼种类与作用2、井巷掘进爆破说明书及图表编制3、光面爆破方法、机理与施工要点4、装药结构及炮孔堵塞5、微差爆破的破岩机理9.1平巷掘进爆破1、平巷掘进工作面特点自由面少，而且狭窄（自由面愈多、愈大愈好）；四周岩体对爆破有约束作用（夹制作用）。2、工作面上炮眼的分类炮眼按其位置和作用可分为三种：掏槽眼、辅助眼（崩落眼）和周边眼。3、三种炮眼的作用①掏槽眼：顺前进方向掏出一个凹槽作为第二自由面，以便提高其它炮眼利用率；②辅助眼：扩大和延伸掏槽范围，崩落岩石；③周边眼：按设计断面轮廓切断岩石，形成光滑、平整的壁面。掏槽方式包括两大类：斜眼掏槽、直眼掏槽1、斜眼掏槽1）形式：单斜掏槽、锥形掏槽、楔形掏槽、扇形掏槽（作图表示）2）优缺点优点：适用于各种岩层，并能获得好效果；掏槽眼少，炸药单耗低；眼位和斜度对掏槽效果影响较小。缺点：钻眼方向难以掌握；眼深受巷道断面限制；抛掷距离大，爆堆分散，易损棚架、设备。9.1.1掏槽爆破(a)侧向掏槽(b)顶部掏槽(c)底部掏槽(a)垂直楔形掏槽(b)水平楔形掏槽(c)双楔形掏槽(b)巷道锥形掏槽(c)竖井锥形掏槽2、直眼掏槽1）形式：龟裂式（缝隙式）掏槽、角柱状（筒形）掏槽、螺旋式掏槽（作图表示）2）特点：炮眼垂直于工作面且相互平行，距离较近，必须配合空眼使用。空孔有大孔，也有小孔。装药孔与空孔间距取为（1～3）d，眼距过大易“冲炮”，过小易“挤死”相邻炮孔。(b)桶形掏槽(a)缝形掏槽12322222222222221111111111113333332413炮泥炸药300~5003）装药量兰格福斯（瑞典）提出的掏槽装药集中度计算公式㎏/mA——装药炮孔距空孔的距离，mm；φ——空孔直径，mm。一般对中硬岩石，用硝铵类炸药掏槽时，炸药单耗在1.4～2.0㎏/m3。)2()(105.1233AAq4）优缺点优点：①炮孔垂直于自由面布置，方式简单，易于多台钻同时专业；②孔深不受巷道断面限制；③炮孔利用率高；④抛掷近，爆堆集中。缺点：①眼数多，装药量大；②炮孔间距和平行度对掏槽效果影响较大。3、选择合理掏槽方式考虑以下因素：地质条件的适应性；施工技术的可行性；爆破效果的可靠性；经济指标的合理性。（见P148表7-1直眼掏槽和斜眼掏槽的适用条件）9.1.2井巷掘进爆破施工技术1、确定爆破参数井巷掘进爆破的效果和质量在很大程度上决定于钻眼爆破参数的选择。除掏槽方式及其参数外，主要的钻眼爆破参数还有：炸药单耗、孔径、孔深、孔数、炮孔利用率等1）单耗：爆破1m3原岩所需的炸药量，用㎏/m3表示。普氏公式：s——巷道断面积；k0——爆力校正系数。q——标准用单耗，㎏/m3单耗的选取，参考表（P149表7－2）每个循环应使用药量Q=qlsηη——炮眼利用率，为每循环工作面进尺与炮眼深度的比值。一般取80-95%。采用光面爆破要比普通爆破用药量多。计算出的装药量的平均值，应按眼的不同做分配。sfkq01.12）炮眼直径直径与眼数，单耗、块度等有关，一般用38-45mm。3）眼数根据装药量和孔深计算炮眼数目，再按形状均匀地布置炮眼，周边眼的眼口至轮廓线的距离100-250mm周边眼的眼口距为500-800mm底眼的间距取小值，辅助眼的间距为400-600mm。可估算如下：323.3sfN4）眼深眼深：指炮眼底到工作面的垂直距离。眼长：沿炮眼方向的实际深度。眼深和循环次数相互制约，理论上按最优炮孔深度确定之，应使每米巷道所需工时最少、成本最低，但难以做到，一般按传统的经验方法确定。按掘进任务要求定孔深L——巷道全长；nm——每月工作日数；nt——每日工作班数；nc——每班循环数。一般取1.5～2.5m为巷道掘进采用在竖井掘进中，眼深一般取l=(0.3～0.5)DD——井筒直径，mctmnnntLl2、炮眼布置1）炮眼爆炸的要求有较高的炮眼利用率；先爆炮孔不会破坏后爆炮孔；应能保证：爆破块度均匀、大块率少；爆堆集中、飞散距离小；爆后断面轮廓符合设计要求。2）布孔方法和原则（1）“抓两头，带中间”；（2）掏槽眼通常布置在断面的中央偏下；（3）周边眼一般布置在断面轮廓线上；（4）崩落眼以槽腔为自由面层层均布在被爆岩体上。对立井工作面炮眼参数选择与布置基本上与平巷相同，立井中掏槽、崩落、周边眼，均布置在以井筒中心为圆心的同心圆上。3、装药结构——指炸药在炮孔中的装填情况。连续装药间隔装药耦合装药各种装药结构不耦合装药正向装药（作图示意）反向装药有堵塞装药无堵塞装药图3-12-5平巷掘进爆破装药结构图（a）偶合装药；（b）不偶合装药；（c）连续装药，（d）空气间隔装药，（e）反向装药，（f）正向装药87(e)(d)2345623456(c)654322321(b)(a)图7-14装药结构(a)偶合装药；(b)不偶合装药；(c)正向连续装药；(d)正向空气间隔装药；(e)反向连续装药1-炸药；2-炮眼壁；3-药卷；4-雷管；5-炮泥；6-脚线；7-竹条；8-绑绳1）连续装药和间隔装药2）耦合装药和不耦合装药炮孔直径与装药直径之比称为不偶合系数(decouplingindex)。散装药时，不偶合系数为1。3）正向装药和反向装药正向起爆——反射应力波产生的裂隙使炮孔内气体过早逸出，眼底受力降低，减小破碎范围，降低炮孔利用率；反向起爆——爆生产物在孔内作用时间较长，加强破碎岩石、降低大块率、提高炮眼利用率。4）炮孔堵塞及炮泥作用为了保证炸药反应充分，放出最大热量和减少有毒气体生成量；降低爆生气体逸出自由面的温度和压力；使炮孔内保持较高的爆轰压力和较长的作用时间——必须填塞炮泥。填塞炮泥的长度和质量及材料会直接影响爆炸应力波参数，进而影响岩石破碎过程和炸药能量的有效利用。生产中常取0.35～0.5倍的装药长度。水炮泥——可以吸收部分热量、降低喷出气体的温度，有利于安全，（主要应用于瓦斯工作面）。4、爆破说明书和爆破图表它是施工组织设计的一个重要组成部分，是指导、检查和总结爆破工作的技术文件。编制应根据岩石、地质、设备、队伍等条件，合理选择爆破参数，尽量采用先进的爆破技术。1）说明书编制内容（1）原始资料——井巷（隧道）的名称、用途、位置、断面形状尺寸、穿过的岩层性质、地质及瓦斯等情况；（2）选用钻爆器材（3）爆破参数计算（4）爆破网路设计计算（5）爆破安全技术措施2）爆破图表编制图包括：炮眼布置图、装药结构图、网路图、柱状图（地面上爆破还应有爆破环境图、结构图等）。表：炮孔参数、装药参数表；预期的爆破效果和技术经济指标表9.2立（竖）井掘进爆破1、井筒炮眼种类根据爆破作用不同，井筒炮眼种类有：掏槽眼、周边眼和崩落眼三类。掏槽眼的作用：在于向深部揭开岩石，并为其它炮眼的爆破提供第二个自由面，是决定爆破有效进尺的关键。2、掏槽方式常采用：直眼掏槽、锥形掏槽锥形掏槽布置如图所示。锥形掏槽布置图锥形分段掏槽直眼掏槽布置如图所示。一阶直眼掏槽布置图（a）两阶同深掏槽(b)两阶不同深掏槽(c)三阶直眼掏槽布置图二阶直眼掏槽布置图3、爆破参数主要包括：炮眼深度、药包直径、炮眼直径、抵抗线(或圈距)、眼距、装药系数、炮眼数目和炸药消耗量等;应根据井筒施工的地质条件、岩石性质、施工机具和爆破材料等因素综合考虑合理确定。一般情况下，影响炮眼深度的因素有：井筒断面大小及掏槽类型；钻眼机具可能达到的最大钻眼深度和精度；炸药的爆轰性能；循环组织形式和金属模板的高度等。按计划的月进度确定l=式中l--炮眼深度，m；L--单项工程施工组织设计中规定的立井计划月进度指标，m；N--每月实际用于掘进的作业天数；n--每日完成的掘进循环数；--正规循环率，一般可取0.85~0.95；--炮眼利用率，一般可达0.85~0.94。1nNL14、装药结构有以下几种形式：偶合装药与不偶合装药结构；连续装药和间隔装药结构；正向起爆和反向起爆。5、立井爆破网路爆破网路类型：并联网路并联网路:a闭合反向、b闭合正向、c反向并联；abc技术特点闭合反向并联——网路电流分布最均匀，起爆可靠，立井工程多采用；闭合正向并联——网路电流分布较均匀，立井爆破经常采用；反向并联——网路电流均匀分布较差，但布线简单，立井爆破也有采用。立井井筒掘进由于断面大、一次起爆的雷管数目多、工作面通常有淋水，所以，给爆破网路的设计和实施带来一定困难。一般采用220V或380V交流电源起爆，在地面设专用开关箱，井筒内敷设专用放炮电缆，工作面设木桩架起一定高度的裸铝线或镀锌铁丝作为连接线，采用并联网路。6、立井井筒爆破说明书与图表编制包括四个内容：爆破条件、爆破参数、炮眼布置图和爆破预期效果。现以某矿井筒为例加以说明。（一）爆破条件1）井筒名称：XX矿主井井筒2）井筒深度：425m3）掘进直径和掘进断面积：＝5.8m，S＝26.42m。4）岩石性质：表土层占32％，基岩f＝8硬砂岩占54％，f＝4页岩占14％。5）瓦斯等级，低瓦斯矿井。6）钻眼方式；伞形钻架。7）凿岩机台数：6台。8）炸药类型：高威力防水铵黑炸药，药包规格；45mm×300mm×500g。9）炮眼直径：55mm。10）雷管类型：段发电雷管。11）井筒涌水量：3～5m／h。（二）爆破参数圈别炮眼个数(个)圈径(m)炮眼角度(0)炮眼深度(m)眼间距(m)眼圈距(m)每眼药包数(个)每个炮眼药量(Kg)每圈装药量充填长度(m)雷管段数起爆顺序联线方式1234536915271.21.72.24.25.690909090871.83.24.44.24.41.050.860.750.80.640.250.251.00.745511822.52.52.5461522.582.51080.60.70.70.70.313579ⅠⅡⅢⅣⅤ并联并联并联并联并联合计60234表3-14-8爆破参数表（三）炮眼布置图3-14-15炮眼布置图（四）爆破预期效果序号爆破指标单位数量1234567891011炮眼利用率每循环进尺每循环爆破实体岩石量每循环炸药消耗量单位原岩炸药消耗量每米井筒炸药消耗量每循环炮眼长度单位原岩炮眼消耗量每米井筒炮眼消耗量单位原岩雷管消耗量每米井筒雷管消耗量％mm3KgKg/m3Kg/mmm/m3m/m个/m3个/m90.43.81012342.3261240.62.3863.30.59415.799.3隧道掘进爆破9.4平巷（隧道）周边孔光面爆破和预裂爆破一、光面爆破及特点适用于断面周边一层岩石，爆后断面符合设计要求、围岩形状规整。表面光滑、损伤小、保持稳定。特点：减少超欠挖；井巷成形规整、质量高；围岩稳定，自身承载能力强，减少支护及用材；掘进速度快、成本低、施工安全；钻孔质量要求高。二、光爆原理1、光爆实质——是在断面设计的轮廓线上布置间距较小相互平行的炮孔，控制装药量及不耦合装药结构，选用低密度、低爆速（低威力）炸药并同时起爆，沿炮孔连线将岩石切断崩落。2、原理1）应力波叠加原理——相邻两孔装药同时爆炸时，应力波沿炮孔连线相向传播，相互干涉叠加，当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，切断岩石形成贯穿裂缝。2）应力波与爆生气体共同作用原理——实际爆破时，两孔难以保证同时，故连线上应力波叠加难以实现。因此，认为贯穿裂缝的形成，是基于各装药爆炸所激起的应力波先在孔壁上产生初始裂缝，然后，在爆生气体静压作用下，形成“气楔”使裂缝扩展，最终贯通。三、光爆参数（Kd、E、W、△t）1、不耦合系数由不耦合装药炮孔壁上产生的冲击压力知令可求得Kb。一般取Kb＝1.5～2.52、炮眼间距根据不同的光爆原理有不同的确定方法。炮孔间距一般为孔眼直径的10～20倍。在节理裂隙比较发育的岩石中应取小值，整体性好的岩石可取大值。nddDPbc62028