煤礦井巷掘進爆破技術(shù)知識

　　煤礦井巷掘進爆破技術(shù)知識

　　一、概述

　　鉆眼爆破法是目前井巷施工中的主要施工方法，特別是在中等以上硬度的巖層中，是惟一的經(jīng)濟有效的施工方法，其缺點是各工序不連續(xù)，機械化作業(yè)線配套設(shè)備多，組織管理復(fù)雜。

　　鉆眼爆破是井巷掘進施工中的主要工序，其他工序都要圍繞它進行有序安排。掘進爆破的主要任務(wù)是在保證安全的條件下，高速度、高質(zhì)量地將巖體按規(guī)定的斷面爆破下來，并盡可能不破壞井筒或巷道圍巖。為此，需要在工作面上合理布置一定數(shù)量的炮眼，并裝填適量的炸藥，然后進行爆破。

　　井巷鉆眼爆破掘進時，通常將炮眼分為4種，即掏槽眼、輔助眼、崩落眼和周邊眼。掏槽眼用于爆破出新的自由面，為整個巷道爆破提供有利的條件;輔助眼用來進一步擴大掏槽眼形成的自由面;崩落眼是破碎巖石的主要炮眼，經(jīng)掏槽眼、輔助眼爆破后，崩落眼就有了大致平行于炮眼的自由面，故能在該自由面方向上形成較大體積的破碎漏斗;周邊眼又稱輪廓眼，主要用途是使爆破后的巷道斷面、形狀和方向符合設(shè)計要求。巷道中的周邊眼按其所在位置又分為頂眼、幫眼和底眼。

　　二、鉆眼爆破參數(shù)

　　井巷掘進過程中，確定合理的爆破參數(shù)，是保證爆破效果，加快掘進速度和確保施工安全的重要前提。井巷掘進中主要的爆破參數(shù)有單位炸藥消耗量，炮眼直徑，炮眼深度，炮眼數(shù)目等。對于這些參數(shù)的確定，國內(nèi)外有多種計算方法，但由于影響爆破效果的因素很多，計算數(shù)據(jù)不一定符合實際情況，通?？刹捎霉こ填惐确ɑ蛲ㄟ^實地試驗來確定具體情況下的爆破參數(shù)。

　　1.單位炸藥消耗量的確定

　　單位炸藥消耗量是指爆破1m3原巖所需的炸藥重量，通常用q來表示，單位為kg/m3。單位炸藥消耗量隨炸藥性能、巖石性質(zhì)、井巷斷面以及爆破參數(shù)等因素的不同而不同。該值的大小對爆破效果、鑿巖和裝巖的工作量、炮眼利用率以及巷道成形和圍巖穩(wěn)定性等均有較大影響。單位炸藥消耗量較小時，會造成欠挖，爆后斷面往往達不到設(shè)計要求;單位炸藥消耗量較大時，不僅浪費炸藥，而且還可能因過剩能量造成圍巖破壞超挖、損壞支護和設(shè)備。因此，如果q值選用不當，將導(dǎo)致掘進工程技術(shù)經(jīng)濟指標降低，影響工程進度。

　　單位炸藥消耗量確定以后，再乘以巷道斷面積和每次爆破的進尺即可得到每循環(huán)應(yīng)使用的炸藥消耗總量：

　　Q=ηqSL，kg

　　式中 S—井巷掘進斷面積，m2;

　　L—平均炮眼深度，m;

　　η—炮眼利用率，一般為80%～95%。

　　上式求得的q和Q值是平均值。具體到每個炮眼的裝藥量應(yīng)根據(jù)炮眼的作用來確定，一般情況下，掏槽眼裝藥量最大，周邊眼裝藥量最小。

　　2.炮眼直徑的選用

　　炮眼直徑對鑿巖速度、眼數(shù)、單位炸藥消耗量和巷道成形等都有影響。炮眼直徑和相應(yīng)藥卷直徑的增大，使炸藥能量相對地集中，可提高爆速和炸藥穩(wěn)定性。但是，炮眼直徑過大時，鑿巖速度明顯下降，并影響巖石的破碎質(zhì)量、巷道成形和圍巖的穩(wěn)定性。因此，必須根據(jù)鑿巖設(shè)備和工具、炸藥性能以及掘進的其他具體條件予以綜合分析，合理地選擇炮眼直徑。

　　大斷面巖巷掘進時，若采用鑿巖臺車和高效率鑿巖機，可采用38mm～45mm的大直徑藥卷來進行爆破，以提高爆破利用率和降低爆破材料的消耗。另一方面，在斷面較小、巖石堅硬的小斷面巷道和使用高威力炸藥時，應(yīng)用25mm～30mm小直徑藥卷也可取得較好的爆破效果。

　　3.炮眼數(shù)目的確定

　　炮眼數(shù)目主要根據(jù)巷道斷面、巖石性質(zhì)和炸藥性能等確定。炮眼數(shù)過少，將造成大塊矸石過多，不利于高效率裝巖;炮眼數(shù)過多，則增加鑿巖工作量。

　　通常，巖石越堅硬，需要的炮眼就越多。由于多打炮眼將導(dǎo)致工時和成本的增加，因此在保證合格的爆破效果的前提下應(yīng)盡可能地減少眼數(shù)。

　　4.炮眼深度的確定

　　炮眼深度和炮眼長度不同，它是指炮眼底到工作面的垂直距離。炮眼深度決定每班循環(huán)次數(shù)和進尺。為了實現(xiàn)快速掘進，在提高掘進機械化程度和改善勞動組織的前提下，應(yīng)力求加大眼深和增加循環(huán)次數(shù)。加大眼深可提高工時利用率，即增加了鑿巖和裝巖所占工時的百分率，降低了裝藥、爆破、通風(fēng)和準備所占工時的百分率。實際施工時，應(yīng)選用淺眼多循環(huán)，還是深眼少循環(huán)，應(yīng)根據(jù)施工技術(shù)條件、工程地質(zhì)條件、勞動組織配備和安全要求確定。

　　三、掏槽爆破

　　掏槽眼爆破(簡稱掏槽爆破)的效果是關(guān)系到巷道全斷面爆破能否取得預(yù)想效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目的是為全斷面爆破提供新的自由面。由于掏槽眼受圍巖夾制作用，一般掏槽眼的爆破效果在80%左右，因而掏槽眼的深度要比其他炮眼深200mm～300mm。常用的掏槽方法有斜眼掏槽，直眼掏槽和混合掏槽。

　　(一)斜眼掏槽

　　斜眼掏槽時各炮眼與巷道中線和工作面水平方向成一角度。其優(yōu)點是：掏槽體積較大，能將掏槽內(nèi)的巖石全部拋出，形成有效的自由面，掏槽效果容易保證，眼位容易掌握。其缺點是：斜眼掏槽深度受巷道寬度限制，不適用于深孔爆破，多臺鉆機作業(yè)時，互相干擾。若角度和裝藥量掌握不好，往往影響爆破效果，容易崩倒支架和崩壞設(shè)備;拋擲距離較大，爆破分散，不利于清道和裝車等。在現(xiàn)有技術(shù)裝備和掘進斷面大于4m2的各類巷道，2m以內(nèi)淺眼爆破應(yīng)用比較普遍，在裝備鑿巖臺車的大斷面巷道中，斜眼掏槽已逐漸被直眼掏槽和混合掏槽所取代。

　　目前常用的斜眼掏槽方式有單斜掏槽、扇形掏槽、錐形掏槽和楔形掏槽。其中楔形掏槽使用范圍比較廣泛，適用于各類巖石及中等以上斷面。

　　1.單斜掏槽

　　適用于中硬及較軟的巖層。當巖石中有松軟的夾層和層理、節(jié)理與裂縫結(jié)構(gòu)時，各掏槽眼應(yīng)盡量垂直地穿過層理、節(jié)理和裂縫，并處于巷道中心線上，可避免夾釬或崩倒支架。眼數(shù)一般為l～3個，眼距為0.3m～0.6m，與工作面的平面夾角為50°～75°，眼深為0.8m～1.5m，裝藥滿度系數(shù)(裝藥長度與炮眼長度比值)為0.5左右，炮眼布置如圖9—8所示。

　　

 

　　圖9—8 單斜掏槽炮眼布置

　　2.扇形掏槽

　　適用于軟巖層中有弱面可利用的巷道。它是一排布置在較軟的煤巖層中的炮眼，向同一方面傾斜，與工作面的平面夾角一個比一個大(為45°～90°)，形成扇形。掏槽眼的方向可隨軟巖層的位置選定。眼數(shù)根據(jù)斷面大小和巖石的硬度選定，一般為3～5個，眼距為0.3m～0.6m，眼深為1.3m～2.0m，裝藥滿度系數(shù)為0.5左右，各槽眼利用多段延期電雷管依次起爆，如圖9—9所示。

　　3.錐形掏槽

　　在只有一個自由面的堅硬巖層或均質(zhì)巖層中爆破時，采用錐形掏槽，即將幾個掏槽炮眼的眼底，集中在一點附近，實行集中裝藥，一齊起爆，如圖9—10所示。

　　錐形掏槽可分為三眼或四眼錐形掏槽，眼數(shù)、眼深和眼距根據(jù)斷面大小及巖石軟硬而定，眼數(shù)一般為3～6個，多為4個。眼口左右間距一般為0.8m～1.2m，上下間距為0.6m～1.0m，與工作面夾角為55°～70°，眼底間距為0.1m～0.2m，眼深應(yīng)小于巷道高或?qū)挼?/2，各槽眼同時起爆。為了加深掏槽深度和循環(huán)進度，可采用分段錐形掏槽。

　　錐形掏槽因槽眼方向不易掌握，鉆眼工作不方便，眼深受到限制，在目前巷道掘進中已很少使用。

　　

 

　　圖9—9 扇形掏槽炮眼布置

　　注：l、2、…、6為掏槽跟數(shù)目

　　

 

　　圖9—10 錐形掏槽炮眼布置

　　(a)—三眼錐形掏槽;(b)—四眼錐形掏槽

　　注：l、2、3、4為掏槽數(shù)目

　　4.楔形掏槽

　　楔形掏槽和錐形掏槽一樣，根據(jù)眼底集中裝藥，爆破成拋擲漏斗的原理，集中裝藥在眼底成一條直線。槽眼為對稱布置，分水平楔形掏槽和垂直楔形掏槽，如圖9—11所示。

　　垂直楔形掏槽每對水平方向槽眼眼口間距為1.0m～1.4m，眼底間距為0.2m～0.3m，但對于堅硬難爆的巖石，眼底距離不超過0.2m。裝藥深度系數(shù)一般為0.7。槽眼排距(每對槽眼垂直距離)、眼數(shù)及槽眼角度根據(jù)巖石軟硬決定，排距一般為0.3m～0.5m，眼數(shù)一般為4～6個，槽眼角度一般為60°～70°，槽眼深度一般為巷道寬度的 l/4。垂直楔形掏槽因受巷道寬度限制，深度較淺，如欲加深，可采用復(fù)式楔形掏槽，由內(nèi)楔和外楔組成，由內(nèi)向外分段起爆。

　　

 

　　圖9—11 楔形掏槽炮眼布置

　　a—垂直楔形掏槽;b—水平楔形掏槽

　　注：l、2、…、6為掏槽數(shù)目

　　楔形掏槽由于鉆眼技術(shù)比錐形簡單，易于掌握，故適用于任何巖石，因此，在巖巷掘進中使用較廣泛。

　　(二)直眼掏槽

　　直眼掏槽是指所有掏槽眼的方向均垂直于巷道工作面。槽眼距離較小，并且嚴格保持平行。通常情況下要留有不裝藥的空眼，作為槽眼爆破時的自由面和破碎巖石的膨脹空間。

　　槽眼垂直工作面，布置方式簡單，槽眼的深度不受巷道斷面限制，便于進行深眼爆破。其優(yōu)點是：槽眼相互平行，便于實現(xiàn)多臺鉆機平行作業(yè)和采用鑿巖臺車作業(yè);巖石塊度均勻，拋擲距離較近，爆堆集中，便于清道裝巖;不易崩壞支架和設(shè)備。其缺點是：對槽眼的間距、鉆眼質(zhì)量和裝藥等要求嚴格，不易掌握，所需槽眼數(shù)目和炸藥消耗量偏多，掏槽體積小，掏槽效果不如斜眼掏槽。

　　直眼掏槽多用于中硬巖層、斷面較小的巷道和中深孔爆破中，特別是立井井筒施工中。但有空眼的直眼掏槽不宜在有瓦斯和煤塵爆炸危險的巷道中使用，因空眼內(nèi)可能滲出或積聚瓦斯，易引燃或引爆瓦斯。

　　常使用的直眼掏槽方式有直線掏槽、菱形掏槽、角柱掏槽、五星掏槽和螺旋掏槽等。

　　1.直線掏槽

　　各個炮眼相距0.1m～0.2m，適用于整體性好的韌性巖石和較小的巷道斷面，炮眼布置如圖9—12所示。

　　2.菱形掏槽

　　菱形掏槽利用毫秒電雷管分兩段起爆，距離小的一對先起爆，距離大的一對后起爆，裝藥深度系數(shù)為0.7～0.8，如圖9—13所示。

　　3.角柱掏槽法

　　角柱掏槽法用于中硬巖層中。掏槽眼一般用兩段毫秒電雷管起爆，如圖9—14所示。

　　

 

　　圖9—12 直線掏槽法炮眼布置

　　O—空眼;1、2、3—裝藥眼

　　

 

　　圖9—13 菱形掏槽法炮眼布置

　　(a)—普通巖石菱形掏槽;(b)—堅硬巖石菱形掏槽

　　O—空眼;1、2、3、4—裝藥眼

　　

 

　　圖9—14 角柱掏槽法炮眼布置

　　O—空眼;1、2、3、4—裝藥眼

　　4.五星掏槽法

　　五星掏槽法適用于井下各種條件，掏槽效果比較可靠，中深孔爆破時，可采用4號巖石銨銻炸藥或高威力炸藥。用毫秒電雷管起爆時，起爆順序為：1號眼為1段，2～5號眼為2段，裝藥深度系數(shù)為0.7～0.8，如圖9—15所示。

　　

 

　　圖9—15 五星掏槽法炮眼布置

　　a—空眼間距;b—掏槽裝藥眼間距

　　O—空眼：l、2、…、5—裝藥眼

　　5.螺旋掏槽

　　螺旋掏槽適用于中硬以上巖石，是較好的直眼掏槽方式之一。它以中空眼為中心，周邊布置四個掏槽眼，逐個加大距離，形成螺旋。在1、2、3號眼連線中間各加一個空眼，作為自由面以防炸藥壓死，如圖9—16所示。

　　

 

　　圖9—16 螺旋掏槽法炮眼布置

　　O—空眼;1、2、3、……—裝藥眼，按順序起爆;d—炮眼直徑

　　(三)混合式掏槽

　　在斷面較大、巖石較硬的巷道中，為了彌補直眼掏槽的不足，采用直眼與斜眼混合掏槽。斜眼作垂直楔狀布置，布置在直眼外側(cè)，斜眼與工作面的夾角為75°～85°，眼底與直眼相距約0.2m，斜眼裝藥滿度系數(shù)為0.4～0.5，直眼裝藥滿度系數(shù)為0.7左右，如圖9—l7所示。

　　

 

　　圖9—17 混合式掏槽

　　(a)—菱形直眼混合掏槽;(b)—三角柱直眼混合掏槽

　　1、2、3—起爆順序

　　四、毫秒爆破

　　毫秒爆破又叫微差爆破，是一種延期爆破，延期間隔時間是幾毫秒到幾十毫秒。由于前后相鄰段藥包爆炸時間間隔極短，致使各藥包爆炸產(chǎn)生的能量場相互產(chǎn)生影響，而產(chǎn)生一系列良好的效果。

　　(一)毫秒爆破作用原理

　　毫秒爆破雖然在國內(nèi)外應(yīng)用了多年，但由于礦巖性質(zhì)復(fù)雜，爆破作用時間極短，因而至今尚未總結(jié)出一個能夠準確指導(dǎo)生產(chǎn)實踐的毫秒爆破理論。綜合國內(nèi)外的研究資料，毫秒爆破的基本原理如下：

　　1.應(yīng)力增強作用

　　炸藥在巖體中爆炸后，周圍的巖石產(chǎn)生變形、位移，處于應(yīng)力狀態(tài)中。毫秒爆破時，先起爆的藥包在巖體中形成的應(yīng)力狀態(tài)還未消失之前，后起爆的藥包又在巖體中形成新的應(yīng)力狀態(tài)，兩個應(yīng)力疊加使應(yīng)力增強，因而改善破碎效果。

　　2.增加自由面作用

　　先起爆的炮孔爆破，使其附近的巖石產(chǎn)生徑向裂隙。徑向裂隙發(fā)展到一定程度時，后起爆的炮孔再起爆，則這些徑向裂隙就成為新的自由面。自由面的增加，有利于后起爆炮孔的破碎作用，爆破的破碎范圍就可增大，因而，增大了孔間距和每米炮孔崩礦量，減少了炸藥消耗量。

　　3.巖塊間的相互擠壓碰撞作用

　　先爆的巖塊在未落下之前，與后爆的巖塊相互擠壓碰撞。這樣可充分地利用能量，使巖塊進一步破碎，因而提高爆破質(zhì)量，易于控制爆堆，減小飛石距離。

　　4.減弱地震作用

　　只要選擇恰當?shù)暮撩霑r間間隔，使先后起爆的地震波相互作用，產(chǎn)生干擾，可以使地震消弱，這樣可減弱地震波對臨近巷道的影響。

　　(二)毫秒爆破參數(shù)

　　采用毫秒爆破時，其爆破效果除與裝藥起爆方式和起爆順序有關(guān)外，還決定于所采用的爆破參數(shù)。毫秒爆破參數(shù)確定方法與一般爆破相同。但在相同爆破參數(shù)條件下，毫秒爆破能減小巖石破碎塊度。反之，若保持巖石塊度不變，采用毫秒爆破時，可增大炮眼間距10%～20%，或增大裝藥的最小抵抗。

　　毫秒爆破的另一個重要參數(shù)是延期間隔時間。確定合理的毫秒間隔時間和準確地控制它，是關(guān)系到毫秒爆破應(yīng)用成功與否的關(guān)鍵。由于對毫秒爆破破碎礦巖的機理仍無定論，因而，對毫秒間隔時間確定的原則和計算方法仍不統(tǒng)一。在實際爆破工作中，合理的毫秒間隔時間應(yīng)能得到良好的爆破破碎效果和最大限度地降震。

　　(三)毫秒爆破的優(yōu)點

　　1.可減弱爆破地震效應(yīng)和空氣沖擊波的影響，減小飛石距離。

　　2.可增大一次爆破量，減少爆破次數(shù)，提高大型設(shè)備的利用率。

　　3.爆落的矸石塊度均勻，大塊率低。

　　4.爆堆形狀整齊，爆堆比較集中，有利于提高裝巖效率。

　　5.可以在有瓦斯煤塵爆炸危險的工作面使用，實現(xiàn)全斷面一次起爆，縮短爆破和通風(fēng)時間，提高掘進速度，并有利于工人健康。

　　(四)毫秒爆破的安全性

　　在有瓦斯煤塵爆炸危險的地點進行爆破時，以瞬發(fā)爆破最安全，但在這種情況下，全斷面只能分次放炮。爆破次數(shù)越多對巷道掘進進度影響越大，爆破次數(shù)越少對爆破效果和震動作用影響越大。采用秒延期爆破時，因延期時間較長，在爆破過程中從煤巖體內(nèi)泄出的瓦斯有可能達到爆炸界限，因而，不能在有瓦斯爆炸危險的地點使用。

　　毫秒爆破則克服了瞬發(fā)爆破的缺點。同時，只要對總延期時間加以控制，就不會發(fā)生秒延期爆炸存在的危險。

　　《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：在采掘工作面，使用煤礦許用毫秒延期電雷管時，最后一段的延期時間不得超過130ms。采用毫秒爆破時，必須嚴格按照規(guī)程規(guī)定進行裝藥放炮和檢查瓦斯。

　　五、光面爆破

　　光面爆破，就是控制爆破的作用范圍和方向，使爆破后的巖面光滑平整，防止巖面開裂，減少超、欠挖和支護的工作量，增加巖壁的穩(wěn)定性，減少爆破的振動作用，進而達到控制巖體開挖輪廓的一種技術(shù)。

　　(一)光面爆破機理

　　光面爆破是沿開挖輪廓線布置間距較小的平行炮孔，在這些光面炮孔中進行藥量減少的不耦合裝藥，然后同時起爆，爆破時沿這些炮孔的中心聯(lián)接線破裂成平整的光面。從國內(nèi)外實驗室研究和現(xiàn)場生產(chǎn)實踐可以看出，光面爆破時由于采用不耦合裝藥，藥包爆轟后，炮孔壁上的壓力顯著降低，此時，藥包的爆破作用為準靜壓作用。當炮孔壓力值低于巖石動抗壓強度時，在炮孔壁上就不致造成“壓碎”破壞。這樣爆轟波引起的應(yīng)力波只能引起少量的徑向細微裂隙。裂隙數(shù)目及其長度隨不耦合系數(shù)和裝藥量而不同。一般在藥包直徑一定時，不耦合系數(shù)值越大，藥量越少，則細微裂隙數(shù)越少而長度也越短。光面炮孔組同時起爆時，由于起爆器材的起爆時間誤差，不可能在同一時刻爆炸。先起爆的藥包應(yīng)力波作用在炮孔周圍產(chǎn)生細微徑向裂隙，由于相臨炮孔的導(dǎo)向作用，結(jié)果沿相鄰兩炮孔連心線的那條徑向裂隙得到優(yōu)先發(fā)育。在爆炸氣體作用下，這條裂隙繼續(xù)延伸和擴展，在相鄰兩炮孔的連心線同孔壁相交處產(chǎn)生應(yīng)力集中，此處的拉應(yīng)力值最大，相鄰炮孔中爆炸氣體的氣楔作用將這些徑向裂隙加以擴散，成為貫通裂隙，最后形成光面。

　　(二)光面爆破參數(shù)

　　為獲得良好的光面效果，一般選用低密度、低爆速、低體積威力的炸藥，以減少炸藥爆轟波的擊碎作用和延長爆炸氣體的膨脹作用時間，使爆破作用為準靜壓力作用，應(yīng)盡量使用光面爆破專用藥卷，以獲得預(yù)期的效果。

　　1.不耦合裝藥系數(shù)

　　不耦合裝藥系數(shù)K是指炮孔直徑d和藥卷直徑d。之比。

　　K=d/do

　　不耦合裝藥系數(shù)K=1，表示炮孔直徑和藥卷直徑完全耦合，炮孔全部被炸藥裝滿，藥卷與孔壁之間沒有空隙。此時爆轟壓力對孔壁作用明顯。K>1，表示炮孔直徑與藥卷直徑不耦合，藥卷與孔壁之間有孔隙。K越大，則空隙也越大。大量實踐證明，K≥2～5時，光面效果最好。大部分情況選用K=1.5～2.5。

　　2.炮孔間距

　　一般為炮孔直徑的l0～20倍。在節(jié)理裂隙比較發(fā)育的巖石中應(yīng)取小值，整體性好的巖石中應(yīng)取大值。

　　3.最小抵抗線

　　光爆炮眼中心到鄰近輔助炮孔中心的距離為最小抵抗線，一般應(yīng)大于或等于光爆孔間距。

　　4.炮眼臨近系數(shù)

　　炮眼臨近系數(shù)m過大時，爆后有可能在光面眼間的巖壁表面留下巖埂，造成欠挖;m值過小時，則會在新壁面造成超挖凹坑。實踐表明，當m=0.8～1.0時，爆后的光面效果最好。

　　5.線裝藥密度

　　線裝藥密度又叫裝藥集中度，它是指單位長度炮眼中裝藥量的多少(g/m)。為了控制裂隙的發(fā)育.以保持新壁面的完整穩(wěn)固，在保證沿炮孔連心線破裂的前提下，應(yīng)盡可能少裝藥。一般線裝藥密度如下：軟巖中為70g/m～120g/m，中硬巖中為100g/m～150g/m，硬巖中為150g/m～250g/m。

　　6.起爆間隔時間

　　實驗室爆破試驗研究結(jié)果表明，齊發(fā)起爆的裂隙表面最平整，毫秒延期起爆次之，秒延期起爆最差。齊發(fā)起爆時，炮孔間貫通破裂較長，抑制了其他方向裂隙的發(fā)育，有利于減少炮孔周圍的裂隙的產(chǎn)生，可形成平整的壁面。所以，在實施光面爆破時，間隔時間越短，壁面平整的效果越有保證。應(yīng)盡可能減少周邊孔間的起爆時差，相鄰光面炮孔的起爆間隔時間不應(yīng)大于100ms。

　　(三)光面爆破的特點

　　與普通爆破相比較，光面爆破具有以下優(yōu)點：

　　1.巖面光滑平整，能減少超挖和欠挖，保證輪廓線達到設(shè)計要求。

　　2.巷道輪廓外裂隙區(qū)范圍較小，對圍巖破壞不大，提高了巷道的穩(wěn)定性。

　　3.施工安全，巷道和工作面平整，很少有活石，在圍巖穩(wěn)定性差的情況下也不易發(fā)生冒頂、片幫。

　　4.巷道成形規(guī)整，可減少通風(fēng)阻力，不易產(chǎn)生瓦斯積聚。

　　5.可提高工程進度和工程質(zhì)量，降低成本。

　　6.與噴射混凝土和錨桿支護相配合，已形成了一套高效、快速、安全的施工工藝。

　　(四)光面爆破質(zhì)量要求

　　1.眼痕率，硬巖不應(yīng)小于80%，中硬巖不應(yīng)小于60%。

　　2.軟巖中的巷道，周邊成形應(yīng)符合設(shè)計輪廓。

　　3.兩炮銜接臺階尺寸，眼深小于3m時，不得大于150mm;眼深為5m時，不得大于250mm

　　4.巖面不應(yīng)有爆震裂縫。

　　5.巷道周邊不應(yīng)欠挖，平均線性欠挖值應(yīng)小于200mm。

　　六、定向斷裂爆破

　　(一)定向斷裂爆破原理

　　定向斷裂爆破對巖巷周邊爆破時利用切縫藥包中的切縫管對爆炸能量的釋放進行控制，通過控制能量沿切縫方向集中釋放來改變爆炸應(yīng)力場的分布。高壓爆生氣體在瞬間沿切縫方向形成能流集中，作用于巖面并產(chǎn)生裂縫，裂縫在爆生氣體的作用下定向擴展，形成精確控制的斷裂面，從而實現(xiàn)了周邊眼的精確控制爆破，如圖9—18所示。

　　圖(a)為A、B兩炮孔;圖(b)為A孔首先起爆后應(yīng)力波PA向B孔擴展;圖(C)為PA已掠過，B孔也開始起爆，沿連線面開始形成徑向裂縫;圖(d)為B孔起爆后，PB向A孔作用，A孔繼續(xù)擴展;圖(e)為最后形成光滑的壁面。

　　之所以能夠沿一定方向產(chǎn)生強大的能量集中，是由于在藥包周圍增加了定向切縫管，切縫對準連心面，當切縫藥包爆炸后空腔內(nèi)尚未形成均布壓強。沖擊波的動作用僅使切縫方向形成微小裂縫，而沿其他方向由于切縫管壁的阻尼，不致產(chǎn)生徑向裂縫。炸藥爆炸后，爆轟波直接作用于管殼，除產(chǎn)生透射波外，尚有爆炸中心反射壓縮波，透射波外殼中的沖擊波經(jīng)過環(huán)形空間衰減后再作用于孔壁，由于外殼的阻尼作用使炸藥爆炸保持很高的壓力，對爆生氣體的徑向膨脹作用也限制了對其他方向的破壞，延長了爆生氣體在裝藥空間的滯留時間，加強了切縫方向的定向爆破作用。

　　根據(jù)測定，沿定向斷裂炮孔的水平、垂直和45°三個不同方向和不同距離應(yīng)變峰值不同。沿水平方向應(yīng)變峰值最大，衰減速度也最快;沿45°方向應(yīng)變峰值最小，衰減程度介于垂直和水平方向之間;沿垂直方向應(yīng)變峰值介于兩者之間，衰減程度最小。在測定30mm處，沿定向斷裂方向的切向應(yīng)變峰值是垂直方向的3.6倍，是45°方向的4.9倍。而在測點110mm處，沿定向斷裂方向的切向應(yīng)變峰值是垂直方面的1.5倍，是45°方向的5.5倍。可以看出定向斷裂爆炸時，改變了炮孔周圍應(yīng)力發(fā)展的對稱性，沿定向斷裂方向應(yīng)變遠大于其他方向，這是能流集中產(chǎn)生定向斷裂作用的重要原因。

　　

 

　　圖9—18 定向斷裂爆破原理與裂縫擴展過程圖

　　(二)定向斷裂爆破的優(yōu)點

　　經(jīng)過對該項技術(shù)的試驗性研究和近幾年的應(yīng)用，該項技術(shù)已趨于成熟，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：

　　1.可以使周邊眼距在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上增加到600mm。

　　2.可以控制周邊不平整度不超過100mm。

　　3.節(jié)約爆破材料和支護費用。

　　4.由于爆炸能量沿切縫方向集中釋放，使得爆炸對圍巖的破壞小，增強了圍巖自身穩(wěn)定能力。

　　5.中硬巖石巷道中，周邊眼痕率可提高到95%左右。

　　6.中深孔定向斷裂爆破時，炮眼利用率可達98%，可大大提高現(xiàn)有的掘進速度。

　　7.該技術(shù)應(yīng)用范圍廣，在各類硬巖、中硬和軟弱破碎巖層以及各種層理巖層中均可取得良好效果。

　　七、井巷工作面炮眼布置

　　(一)巷道工作面炮眼布置

　　1.對炮眼布置的要求

　　除合理確定鉆眼爆破參數(shù)外，為保證安全，提高鉆眼爆破效率和質(zhì)量，還需正確布置工作面上的炮眼。

　　合理的炮眼布置應(yīng)能滿足下列要求：

　　(1)有較高的炮眼利用率;

　　(2)先爆炸的炮眼不會破壞后爆炸的炮眼，或影響其內(nèi)裝藥爆轟的穩(wěn)定性;

　　(3)爆破塊度均勻，大小符合裝巖要求，大塊率小;

　　(4)爆堆集中，爆破高度和寬度符合要求;飛石距離小，不會損壞支架或其他設(shè)備;

　　(5)爆破后斷面和輪廓符合設(shè)計要求，不會發(fā)生欠挖和過量超挖;壁面平整并能保持巷道圍巖本身的強度和穩(wěn)定性;，

　　(6)便于打眼，并盡可能減少鉆眼機械和設(shè)備的移動。

　　2.炮眼布置方法與原則

　　(1)周邊眼按光面爆破參數(shù)布置(特殊情況除外，不包括底眼)。原則上，周邊眼應(yīng)布置在設(shè)計輪廓線上，但為便于打眼，通常向外(或向上)偏斜一定角度。偏斜角又稱外甩角，根據(jù)炮眼深度來調(diào)整(一般為3°～5°)。眼底落在設(shè)計輪廓線外不超過100mm。最小抵抗線應(yīng)從眼底算起。采用普通光面爆破時，周邊眼深度不應(yīng)大于崩落眼深度。全斷面炮眼數(shù)目較一般爆破約增加15%～20%。炮眼封泥嚴格按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定執(zhí)行。

　　(2)選擇適當?shù)奶筒鄯椒ê吞筒畚恢?。掏槽位置會影響巖石的拋擲距離和破碎塊度，也會影響炮眼的數(shù)目，通常將掏槽眼布置在巷道的中部偏下。除斷面很大以外，在槽洞和底眼之間不再布置崩落眼。直眼掏槽面積(包括輔助掏槽眼)占巷道總斷面的5%～10%，楔形掏槽面積占巷道總斷面的10%～20%，掏槽眼比其他眼加深 10%～25%，裝藥系數(shù)也應(yīng)比其他炮眼大。

　　(3)布置好周邊眼、掏槽眼后，布置崩落眼。崩落眼以槽洞為中心，層層布置，如圖9—19所示。崩落眼的最小抵抗線可根據(jù)有關(guān)計算確定，也可根據(jù)工程條件類比確定。

　　

 

　　圖9—19 崩落眼布置圖

　　(4)底眼的最小抵抗線和炮眼間距通常與崩落眼相同。為避免爆破后在巷道底板留下根底或使坡度增大，并為鋪軌創(chuàng)造有利條件，可增大眼底超出設(shè)計輪廓線的距離，同時增大裝藥系數(shù)。當巷道有水溝時，可利用底眼將水溝一次拉出。

　　為降低爆堆高度，給鉆眼和裝巖平行作業(yè)創(chuàng)造條件，可減少底眼間距和最小抵抗線，增大單耗藥量，并使底眼最后起爆，將爆破下的巖石拋離工作面。這種方法稱為拋渣爆破。

　　(二)立井工作面炮眼布置

　　立井工作面鉆眼爆破參數(shù)的選擇與巷道基本相同。在圓形斷面井筒內(nèi)，最常采用的掏槽型式為圓錐掏槽和筒形直眼掏槽。在急傾斜地層中也可采用楔形掏槽，如圖9—20所示。

　　

 

　　圖9—20 立井掘進的掏槽型式

　　(a)—圓錐形掏槽;(b)—一級筒形掏槽;

　　(c)—二級筒形掏槽;(d)—三級筒形掏槽;(e)—楔形掏槽

　　圓錐掏槽的炮眼利用率較高，但巖石拋擲高度也較高，容易崩壞井內(nèi)設(shè)備。為減少拋擲高度，在井筒中心可附加一個緩沖炮眼，其深度為掏槽深度的一半。若在其內(nèi)裝藥，則與掏槽眼同時起爆。

　　目前，應(yīng)用最廣泛的掏槽型式是筒形掏槽。當炮眼深度較大時，可采用二級或三級筒形掏槽，每級逐漸加深，后級深度通常為前級深度的1.5～1.6倍。楔形掏槽在圓形井筒內(nèi)很少使用。

　　立井工作面的炮眼，包括掏槽眼、崩落眼和周邊眼，均布置在以井筒中心為圓心的同心圓周上。周邊眼爆破參數(shù)應(yīng)按光面爆破設(shè)計(特殊情況除外)。

　　采用圓錐或筒形掏槽時，掏槽圈直徑和炮眼數(shù)目可參照表9—5來確定。

　　光爆層和掏槽圈之間所需圈數(shù)和各圈內(nèi)炮眼間距，根據(jù)崩落眼最小抵抗線和鄰近系數(shù)的關(guān)系來調(diào)整，也可根據(jù)工程類比法來確定。立井炮眼布置的圖式如圖9—20所示。

　　在凍結(jié)法掘進的立井井筒中，采用爆破開挖凍結(jié)層時，應(yīng)盡可能降低裝藥對圍巖產(chǎn)生的爆炸作用，保證不破壞凍結(jié)壁和凍結(jié)管。為此，必須限制炮眼深度、單位耗藥量和一次爆炸的藥量。炮眼深度不應(yīng)超過1.5m，一次最大裝藥量不超過10kg。各種巖石的耗藥量應(yīng)?。簬r石堅固性系數(shù)f=1.5，q=0.4kg/m3;f=2～3，q=0.6kg/m3;f=4～6，q=0.75kg/m3;f=7～9，q=0.9kg/m3。

　　在堅固巖石中，周邊眼距井壁距離不應(yīng)小于300mm;在中等堅固或堅固性差的巖石中，不應(yīng)小于400mm，周邊留下的巖石用風(fēng)鎬開挖。周邊眼沿圓周間距為：巖石堅固性系數(shù)f≤4，a=1m;f=5～6，a=0.85m;f>6，a=0.7m。炮眼方向應(yīng)垂直井筒斷面，藥卷直徑不應(yīng)大于36mm。為減少破壞作用，可增大周邊眼裝藥的不耦合系數(shù)或采用空氣柱裝藥。

　　在f=2～3的非巖質(zhì)凍結(jié)層中，裝藥距凍結(jié)管的安全距離應(yīng)為裝藥半徑的60倍;在f=4～6的巖質(zhì)凍結(jié)層中，安全距離應(yīng)為裝藥半徑的80倍。

　　八、爆破作業(yè)說明書

　　爆破作業(yè)說明書是作業(yè)規(guī)程的主要內(nèi)容之一，是爆破作業(yè)貫徹《煤礦安全規(guī)程》的具體措施，是爆破工進行爆破作業(yè)的依據(jù)。

　　《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：煤礦所有爆破作業(yè)地點必須編制爆破作業(yè)說明書，爆破工必須依據(jù)爆破作業(yè)說明書進行爆破作業(yè)。說明書的內(nèi)容及要求包括：，

　　1.炮眼布置圖必須標明采煤工作面的高度和打眼范圍或掘進工作面的巷道斷面尺寸，炮眼的位置、個數(shù)、深度、角度及炮眼編號，并用正面圖、平面圖和剖面圖表示。

　　2.炮眼說明表必須說明炮眼的名稱、深度、角度、使用炸藥、雷管的品種、裝藥量、封泥長度、連線方法和起爆順序。

　　3.爆破作業(yè)說明書必須編入采掘作業(yè)規(guī)程，并根據(jù)不同的地質(zhì)條件和技術(shù)條件及時修改補充。

　　除上述《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的要求外，爆破作業(yè)說明書還必須有預(yù)期爆破效果表，說明炮眼利用率、每循環(huán)進尺和炮眼總長度，炸藥和雷管總消耗量及單位炸藥消耗量等主要技術(shù)經(jīng)濟指標。