隧道掘进爆破技术与安全

武汉理工大学2020/8/23第七章井巷掘进爆破2武汉理工大学资源与环境工程学院2020/8/23第七章井巷掘进爆破3主要内容隧道掘进爆破技术与安全一、隧道掘进爆破二、掘进爆破基本理论：三、隧道爆破安全技术2020/8/23第七章井巷掘进爆破4第一节隧道掘进爆破平巷井巷工程系指为进行采矿和其他工程目的，在地下开凿的各类通道和硐室的总称。在地下矿山，开凿在岩体或矿层中不直通地表的水平通道，称为平巷（水平巷道）。平硐在地层中开凿的直通地面的水平巷道称为平硐。在交通工程等，开凿的穿越岩体或水体的水平通道，一般断面较大称为隧道。井巷工程系指为进行采矿和其他工程目的，在地下开凿的各类通道和硐室的总称。隧道井巷工程系指为进行采矿和其他工程目的，在地下开凿的各类通道和硐室的总称。2020/8/23第七章井巷掘进爆破5工作面和炮眼布置平巷掘进中的炮眼，按其位置和作用的不同，分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。1掏槽眼用于爆出新的自由面，为其他后爆炮眼创造有利的爆破条件。3周边眼控制爆破后的巷道断面形状、大小和轮廓，使之符合设计要求。巷道中的周边眼按其所在位置分为顶眼、帮眼和底眼。2辅助眼（崩落眼）是破碎岩石的主要炮眼。崩落眼利用掏槽眼爆破后创造的平行于炮眼的自由面，爆破条件大大改善，故能在该自由面方向上形成较大体积的破碎漏斗周边眼又可分为顶眼、底眼和帮眼。2020/8/23第七章井巷掘进爆破6各种炮眼各种炮眼图示1—掏槽眼；2—辅助眼；3—周边眼2020/8/23第七章井巷掘进爆破7掏槽眼的形式掏槽眼形式平行空眼直线掏槽混合式掏槽倾斜眼掏槽③楔形掏槽②锥形掏槽①单向掏槽②桶形掏槽①龟裂掏槽③螺旋形掏槽④渐近式螺旋掏槽2020/8/23第七章井巷掘进爆破8各种掏槽眼图例（1）单向掏槽锥形掏槽（a）三角形；（b）四边形2020/8/23第七章井巷掘进爆破9各种掏槽眼图例（2）龟裂掏槽(a)垂直龟裂掏槽(b)水平龟裂掏槽桶形掏槽●—装药眼；○—空眼2020/8/23第七章井巷掘进爆破10各种掏槽眼图例（3）螺旋掏槽原理示意图（a）小直径空眼；（b）大直径空眼2020/8/23第七章井巷掘进爆破11各种掏槽眼图例（4）(a)渐进式螺旋掏槽布孔平面图(b)渐进式螺旋掏槽孔剖面装药结构示意图渐近式螺旋掏槽图（单位：cm）2020/8/23第七章井巷掘进爆破12爆破参数的确定AB2）炮眼深度（holedepth）CD1）炮眼直径（boreholediameter）3）炮眼数目（embrasurenumber）4）单位炸药消耗量（explodesconsumption）2020/8/23第七章井巷掘进爆破13二、掘进爆破基本理论毫秒爆破作用理论自由面在爆破中的作用群药包的单位耗药量最小抵抗线原理光面与预裂爆破技术定向断裂爆破新技术简介2020/8/23第七章井巷掘进爆破14毫秒爆破作用理论它是利用毫秒雷管（millIseconcondMS）或其他毫秒延期引爆装置，将同一网路的装药分组，以毫秒级的时间间隔进行顺序起爆的方法。毫秒爆破（MSblasting）毫秒爆破又称微差爆破或毫秒微差爆破.2020/8/23第七章井巷掘进爆破15毫秒爆破作用机理CBA3.剩余应力叠加2.形成新的自由面1.应力波相互干涉DE4.岩块碰撞辅助破碎5.毫秒爆破的减振作用2020/8/23第七章井巷掘进爆破161）我国长沙矿冶研究院提出的公式：△t=(20~40)Wo/f2）U.Langefors（兰格弗斯）等人的瑞典经验公式：△t=3.3KW3）前苏联矿山部门的公式：△t=KW(24–f)毫秒间隔时间计算原理A按应力波干涉计算B按形成新的自由面计算C按地震效应最小的原则确定D依经验公式计算2020/8/23第七章井巷掘进爆破17自由面在爆破中的作用①反射应力波。当爆炸应力波遇到自由面时发生反射，压缩应力波变为拉伸波，引起岩的片落和径向裂隙的延伸。②改变岩石应力状态及强度极限。在无限介质中，岩石处于三向应力状态，而自由面附近的岩石则处于单向或双向应力状态。故自由面附近的岩石强度接近岩石单轴抗拉或抗压强度,比在无限介质中承受爆破作用时相应的强度减少几倍甚至十几倍。③自由面是最小抵抗线方向，应力波低达自由面后，在自由面附近的介质运动因阻力减小而加速，随后而到的爆炸气体进一步向自由面方向运动，形成鼓包,最后破碎、抛掷。2020/8/23第七章井巷掘进爆破18自由面大小方向和位置对爆破作用的影响自由面数对爆破效果的影响炮孔与自由面相关位置对爆破的影响（a）垂直布置炮眼（b）倾斜布置炮眼（c）自由面在炮孔下方（d）自由面在炮孔上方2020/8/23第七章井巷掘进爆破19群药包的单位耗药量上页所提到的Kb与Ks都只是单个集中药包爆破时装药量与所爆落岩体体积之间的一个关系系数。当群药包共同作用时，群药包的总装药量与群药包一次爆落的岩体总体积的比值称为单位耗药量，简称炸药单耗，用字母q来表示，即：炸药单耗VQq2020/8/23第七章井巷掘进爆破20最小抵抗线原理（1）最小抵抗线方向——最小抵抗线原理——破碎和抛掷、堆积的主导方向。抛掷、堆积同最小抵抗线的关系。各种爆破方法的最小抵抗线2020/8/23第七章井巷掘进爆破21最小抵抗线原理（2）适于集中抛掷堆积的凹形地形改变最小抵抗线的辅助药包2020/8/23第七章井巷掘进爆破22最小抵抗线原理（3）药包位置与起爆顺序对最小抵抗线方向的影响最小抵抗线的指向是岩石破碎、抛掷和产生飞石的主导方向.应特别注意该方向的选择和安全防护。施工时应认真测量核实最小抵抗线W的大小和指向。由于装药量Q与W的3次幂有关,W值的错误测算往往会导致严重的爆破事故。2020/8/23第七章井巷掘进爆破23光面、预裂爆破机理当相邻两药包齐发爆破时，在沿炮孔连心线上的应力得到加强，而在炮孔连心线中段两侧附近则出现应力降低区。相邻炮孔应力波相遇叠加相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析（a）单个A孔产生的切向伴生拉应力（b）单个B孔产生的切向伴生拉应力（c）两孔合成的切向伴生拉应力2020/8/23第七章井巷掘进爆破24应力降低的分析多排成组药包的齐发爆破效果不好，得不到实际使用。应力降低的分析图2020/8/23第七章井巷掘进爆破25光面与预裂爆破技术（presplittingpreshearing）预裂爆破沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之前起爆，从而在爆区与保留区之间形成预裂缝，以减弱主爆区爆破时对保留岩体的破坏并形成平整轮廓面的爆破技术，称为预裂爆破。爆破开挖都是在有限的范围内需要解决两个同等重要的问题：①用最有效的方法将既定范围内的岩石进行适度破碎，必要时，再将破碎后的岩石进行抛掷，以达到一定的工程目的；②降低爆破对爆破范围以外岩石的破坏（损伤），最大限度地保持岩石原有的强度和稳定性，以利于爆破后围岩的长期稳定。同时，也包括降低爆破地震效应对环境的影响等。2020/8/23第七章井巷掘进爆破26光面爆破（Smoothblasting）光面爆破沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整轮廓面的爆破作业，称为光面爆破。2020/8/23第七章井巷掘进爆破27预裂爆破与光面爆破的差异区分:预裂爆破光面爆破A预裂爆破是在主爆区爆破之前进行；B光面爆破则在两个自由面条件下爆破，所受夹制作用小。A光面爆破则在主爆区爆破之后进行；B预裂爆破是在一个自由面条件下爆破，所受夹制作用很大.2020/8/23第七章井巷掘进爆破28光面、预裂爆破成缝的力学条件①单个炮孔装药爆炸产生的径向压力应小于岩石的动态极限动态抗压强度，使孔壁不发生粉碎性破坏，即：②单个炮孔装药爆炸产生的切向伴生拉应力应小于岩石的动态极限抗拉强度，使孔壁不产生不定向裂隙，即：③相邻炮孔在其炮孔连心线上产生的合成拉应力应大于岩石的动态极限抗拉强度，使相邻炮孔在其连心线上产生定向裂缝，即：[]压动压[]拉动拉动拉合拉2020/8/23第七章井巷掘进爆破29光面、预裂爆破成缝机理AB2）相邻炮孔连心线上应力加强CD1）不耦合装药3）相邻炮孔互为导向空孔4）同时起爆光面、预裂孔2020/8/23第七章井巷掘进爆破30光面、预裂爆破装药量的确定三种方法：理论计算法，经验公式计算法和经验数值法。经验公式计算法地下隧道及巷道开挖：取1.5~4；露天爆破及大型硐库中的深孔爆破：取2~4。不耦合系数建议0.60.60.034[][]qa压0.50.60.042[][]qa压用于地下隧道爆破用于深孔爆破装药量的计算式中，q`为炮孔线装药密度，kg/m；为岩石极限抗压强度，MPa；a为炮孔间距，m。压2020/8/23第七章井巷掘进爆破31光面、预裂爆破施工钻孔装药结构堵塞ABC当预裂孔与主爆区炮孔一起爆破时：预裂孔应在主爆孔爆破前引爆，其时间差应不小于75~110ms。2020/8/23第七章井巷掘进爆破32定向断裂爆破新技术简介（1）（1）炮孔切槽爆破（2）聚能药包爆破（3）切缝药包爆破炮孔切槽及异形钻孔方法（a）炮孔切槽（b）炮孔切割槽（c）设置导向孔（d）异形炮孔1—炮孔壁2—孔内装药风动潜孔刻槽机示意图1圆形机头；2风动马达；3金刚石锯片；4炮孔2020/8/23第七章井巷掘进爆破33定向断裂爆破新技术简介（2）（1）炮孔切槽爆破（2）聚能药包爆破（3）切缝药包爆破聚能装药及异形药包方法（a）聚能药包（b）矩形药包（c）设置高硬度介质1—炮孔壁2—孔内装药3—高硬度介质2020/8/23第七章井巷掘进爆破34定向断裂爆破新技术简介（3）（1）炮孔切槽爆破（2）聚能药包爆破（3）切缝药包爆破切缝药包方法（a）切缝药包（b）内切槽装药管1—炮孔壁2—切缝管内装药3—切缝管2020/8/23第七章井巷掘进爆破35三、隧道爆破安全技术炸药的安全技术雷管安全技术施工安全技术2020/8/23第七章井巷掘进爆破36乳化炸药的主要成分与使用安全水少量添加剂油相材料密度调整剂氧化剂油包水型乳化剂成分水和氧化剂组成乳化炸药的分散相，又称水相或内相.一类非水溶性的有机物质，形成乳化炸药的连续相，又称外相.微小气泡封闭性夹带气体的固体微粒2020/8/23第七章井巷掘进爆破37导爆管雷管起爆法及安全技术导爆管雷管起爆法利用导爆管传递冲击波引爆雷管，进而直接或通过导爆索起爆法起爆工业炸药。属非电起爆法。塑料导爆管1.结构3.性能2.传爆原理2020/8/23第七章井巷掘进爆破38导爆管雷管a.非电毫秒雷管结构示意图1—塑料导爆管2—塑料连接套3—消爆空腔4—空信帽5—延期药6—加强帽7—正起爆药8—副起爆药9—金属管壳b.卡口塞放大图1—连通管2—导爆管3—管壳限位台阶4—导爆管限位台阶5—喷孔c.装入炮孔内的导爆管雷管及段别图示法图例右上方（6）表示6段2020/8/23第七章井巷掘进爆破39管壳聚能穴火雷管加强药正起爆药传火孔加强帽瞬发电雷管引火头桥丝脚线密封塞秒延期电雷管精致导火索引火头桥丝脚线密封塞排气孔蜡纸毫秒延期电雷管延期内管延期药引火头桥丝脚线密封塞2020/8/23第七章井巷掘进爆破402020/8/23第七章井巷掘进爆破41管壳聚能穴火雷管加强药正起爆药传火孔加强帽瞬发导爆管雷管精致导火索蜡纸毫秒延期导爆管雷管延期内管延期药卡口塞导爆管卡口塞导爆管2020/8/23第七章井巷掘进爆破42毫秒延期导爆管雷管瞬发导爆管雷管2020/8/23第七章井巷掘进爆破43导爆管连接元件（1）1.连接块带传爆雷管的连接块图(a)连接块及导爆管连通装配图(b)带雷管的连接点图示法图例1—塑料连接块主体；2—传爆雷管；3—主爆导爆管；4—被爆导爆管2020/8/23第七章井巷掘进爆破44导爆管连接元件（2）2.连通器分岔式连通器集束式连通器单向反射式联接点图示法图例正向分流式联接点图示法图例单向反射式四通连通器示意图2020/8/23第七章井巷掘进爆破45导爆管激发元件在导爆管爆破网路图示中，击发元件主要是在