安全爆破技术

安全爆破技术一、井巷掘进爆破技术•井巷掘进施工目前主要有两种方法，一是综合机械化施工法，二是钻眼爆破法。尽管综合机械化施工法作业连续，机械化程度高，安全高效，但目前还没有解决刀具磨损快、寿命短的问题，故其使用范围受到一定的限制。因此，钻眼爆破法仍是目前井巷掘进施工最主要的方法。（一）掘进爆破炮眼的种类和作用掘进爆破炮眼的种类按其用途和位置不同。可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼3种。•（１）掏槽眼。一般布置在掘进工作面的中下部、最先起爆。它的作用主要是给辅助眼增加自由面，为辅助眼的爆破创造有利条件。•（２）辅助眼。位于掏槽眼与周边眼之间。在掏槽眼之后起爆，它的作用是使自由面扩大，保证周边眼的爆破效果。•（３）周边眼。位于巷道的四周。包括顶眼、帮眼和底眼，最后起爆。它的作用是爆破后形成巷道轮廓，保证巷道断面形状、尺寸、方向和坡度等符合设计要求（二）井巷工作面炮眼布置巷道工作面炮眼布置•１）对炮眼布置的要求确定合理的钻眼爆破参数后，为了保证安全，提高钻眼爆破效率和质量，还需正确布置工作面上的炮眼。•合理的炮眼布置应能满足下列要求：•（１）有较高的炮眼利用率。•（２）炮眼的布置必须有利于爆堆集中，飞石距离小；不损坏支架和其他设备。•（３）掏槽眼应比其他炮眼加深200mm，保证掏槽的效果。•（４）炮眼布置应能保证爆破后断面和轮廓尺寸符合设计要求，不发生超大型挖或欠挖；巷帮平整，尽量减少其他工作量。•（５）先爆炸的炮眼不会影响后爆炸的炮眼的起爆，不会发生后起爆的炸药被钝化的情况。•（６）爆破块度均匀，大小符合装岩要求，大块率少。•（７）便于打眼工打眼操作，在保证爆破安全与效果的前提下减少布眼数量。•２）炮眼布置原则•掏槽眼应根据工作面岩石条件和巷道断面大小进行布置，选择适当的掏槽方法和掏槽位置。通常将掏槽眼布置在巷道的中下部，并尽量选择有弱面的地点。•辅助眼是破碎岩石的主要炮眼，应尽量利用掏槽腔来进行布置，以减少岩石压制程度；若巷道断面较大，还应增加辅助眼的圈数。•周边眼尽可能布置在设计轮廓线上，但为了打眼时易于操作，可向外或向上偏斜一定角度。偏斜角度的大小应根据炮眼深度来确定（一般为3～５度）。眼底落在设计轮廓线外部100mm处，最小抵抗线应从眼底算起。(三)井巷掘进的掏槽方式•常用的掏槽方式，根据掏槽的方向，可分为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽式3种。•１、斜眼掏槽•斜眼掏槽是目前井巷掘进中常风的掏槽方法，它适用于各种岩石条件中。斜眼掏槽的各掏槽眼不与巷道中线平行，而与工作面在水平方向成一角度。它的优点是：掏槽体积较大，能将掏槽眼内的岩石全部抛出，形成有效的自由面，掏槽效果容易保证，掏槽眼位容易掌握。•其缺点是：斜眼掏槽深度受到巷道宽度的限制，不适于深孔爆破，多台钻机作业进，互相干扰；若角度和装药量掌握不好，往往会影响爆破效果，容易崩倒技架和崩坏设备，抛掷距离较大，岩堆分散，不利于装载和清道等。常用的斜眼掏槽方式有单斜掏槽、扇形掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽。其中楔形掏槽使用范围比较广泛，适用于各类岩石和中等以上断面。•２、直眼掏槽•直眼掏槽是指所有掏槽眼都垂直于巷道工作面，各槽眼之间保持平行，且槽眼距离较小，留有不装药的空眼。直眼掏槽的优点是：槽眼垂直于工作面，布置方式简单，槽眼的深度不受巷道断面限制，便于进行深眼爆破；由于槽眼间平行，易于实现多台凿岩机平行作业和采用凿岩台车钻眼；岩石块度均匀，抛掷距离较近，爆破集中，便于清道装岩，且不容易崩坏支架和设备。其缺点是：对槽眼的间距、钻眼质量和装药等要求严格，所需槽眼数目和炸药消耗量偏多，掏槽体积小，掏槽效果不如斜眼掏槽。•直眼掏槽适用于坚硬或中等坚硬的岩石、断面较小的巷道中掏槽，特别是在立井井筒。便有空眼的直眼掏槽不能在有瓦斯或煤尘爆炸危险的地点使用。•目前广泛使用的直眼掏槽方式有直线掏槽、菱形掏槽、角柱掏槽、五星掏槽和螺旋掏槽等方法。•３、混合式掏槽•在断面较大、岩石较硬的掘进巷道中，为了弥补直眼掏槽的不足，采用直眼与斜眼混合掏槽。斜眼作垂直楔状布置，其槽眼与工作面夹角以75～85度为宜。斜眼眼底与直眼眼底相距约0.2m，斜眼装药满度系数为0.4～0.5。直眼装药度系数为0.7左右。（四）井巷掘进的主要爆破参数•井巷掘井中，除正确选择掏槽方式和合理布置炮眼外，还应合理确定炸药消耗量、炮眼直径、药包直径、炮眼深度、炮眼数目、眼距等爆破参数。由于影响爆破效果的因素很多，应根据实际试验或相信似条件类比来确定具体的爆破参数。•（１）单位炸药消耗量。爆破1立方米原岩所需的炸药量为单位炸药消耗量，单位为kg/m3。单位炸药消耗量受炸药的种类、品种、岩石的性质及爆破参数等因素的影响。实际爆破工作中，单位炸药消耗量偏小时，会造成欠挖，爆破后无法达到设计要求；单位炸药消耗量过大时，不公浪费炸药，而且破坏围岩的稳定、容易崩倒支架、损坏支护和设备，产生大量有毒有害气体，更为严重的是造成瓦斯、煤尘爆炸。一般情况下掘进工作面掏槽眼装药量最大，辅助眼次之，周边眼的装药量最少•（２）炮眼直径。炮眼直径对凿岩速度、眼数、单位炸药消耗量和巷道成形等都有影响。炮眼直径一般比照标准药包直径（32mm或35mm）大5～7mm来确定，一般为37～42mm。•（３）炮眼深度。确定炮眼深度，要结合钻眼效率、循环工作量和循环时间，劳动力组织、经济成本、顶板情况等因素来考虑。如果条件允许，为了提高工效，应力求增加眼深和循环次数。在眼前施工技术和设备等条件下，炮眼深度一般不起过4m，以0.8～2.0m居多。为了提高炮眼利用率，掏槽眼必须比其他炮眼深200mm。•（４）炮眼数目。根据岩石性质、断面尺寸、使用爆炸材料等，按炮眼的不同作用进行合理布置，排列出炮眼数，经实践验证后再作适当调整。炮眼数目过少，易出大块矸石，不利于装岩，同时巷道周边轮廓成型较差；炮眼数目过多，导致工时和成本的增加。调整后的炮眼数目应满足有较高的爆破效率，且爆破后的巷道轮廓应符合施工和设计的要求。（五）对掘井工作面爆破工作的要求掘进工作面爆破工作要做到“七不、二少、一高”。•七不：•（１）不发生爆破伤亡事故，不发生引燃、引爆瓦斯或煤尘事故。•（２）巷道轮廓符合设计要求，工作面平、直、齐、中、腰线符合规定，不超挖、欠挖。•（３）不崩倒支架，防止发生冒顶事故。•（４）不崩破顶板，便于支护，不留伞檐，防止落石事故。•（５）不留底根，便于装车、铺轨和支架。•（６）不崩坏管线、设备。•（７）不抛掷太远，块度均匀，不出大块，岩堆集中，有利于打眼与装岩平行作业和单行作业。•二少：•（１）缩短爆破时间，作到全断面一次起爆。•（２）材料消耗少，合理布置炮眼，装药量适当，降低炸药、雷管消耗，减少震动。•一高：•炮眼利用率高。•二、毫秒爆破•毫秒爆破又叫微差爆破，是指利用毫秒雷管或其他毫秒延期装置，使成群的药包以毫秒级的时间间隔，控制炮眼按预定顺序先后分组起爆的方法。毫秒爆破的延期间隔时间是几毫秒到几百毫秒。由于前后相邻段药包爆炸时间间隔极短，致使各药包爆炸产生的能量场相互产生影响，从而产生一系列良好的效果。•１、毫秒爆破的安全性《煤矿安全规程》规定，爆破地点附近20m以内风流中瓦斯浓度达到1%，严禁装药爆破。经测定，在高瓦斯矿井中，爆破后160ms，瓦斯浓度为0.3%～0.5%，260ms时0.3%～0.98%，360ms时为0.35%～1.60%，最高达1.6%，但在360ms以内一般不超过1%。在有瓦斯和煤尘爆炸危险的采掘工作面进行爆破，采用秒延期雷管时，因其延期时间较长，在爆破过程中从岩体内排泄出的瓦斯有可能达到爆炸界限，从而造成瓦斯爆炸事故。因此，《煤矿安全规程》规定，煤矿井下不得使用秒延期雷管.•对于瞬发雷管，由于没有延期性，在有瓦斯和煤尘爆炸危险的采掘工作面进行爆破时，如果只进行一次爆破，其安全性也符合要求，但井下在使用瞬发雷管时，仅一次爆破很难达到生产的需要，往往要多次爆破才能实现。大量的试验结果表明：瞬发雷管分次爆破，尽管采取了强制通风等措施，使风流中的瓦斯浓度迅速下降，但在槽腔、炮窝内以及通内不良的地点，瓦斯浓度往往达到1%～10%，所以在多次连续爆破时，特别是在高瓦斯矿井中是相当危险的。据统计，我国由于二次瞬发爆破而引起瓦斯爆炸事故在总的爆破事故中占65%左右。•而采用毫秒爆破，相邻段之间的间隔只有25ms，只要煤矿许用毫秒电雷管最后一段延期时间在130ms以内，并且能够按其它相关的安全规定，爆破安全是能够保证的。因为在360ms内，瓦斯浓度一般也不超过1%，而且130ms仅为360ms的1/3多一点，这样在工作面的瓦斯涌出量没有达到爆炸浓度前，爆破己经完毕。另外，尽管炮后槽腔、炮窝内的瓦斯可能较大，但由于不再进行爆破，没有火源，就不会发生因爆破引发的瓦斯爆炸事故，从而达到安全的目的。•实践证明，在瓦斯矿井的采掘工作面利用毫秒电话雷管全断面一次起爆实现延期爆破，是完全安全可靠的。我国从1970年开始，在各主要矿区的高、低瓦斯矿井的各种采区工作面中使用了数亿发毫秒电雷管，从未发生过因使用毫秒电雷管引起的瓦斯爆炸事故。•２、毫秒爆破的参数•采用毫秒爆破时，其爆破效果除与装药起爆方式和起爆顺序有关外，还决定于所采用的爆破参数。毫秒爆破参数确定方法与一般爆破相同。但在相同爆破参数条件下，毫秒爆破能减少岩石破碎块度。•毫秒爆破的另一个重要参数是延期间隔时间。确定合理的毫秒间隔时间和准确地控制它，是关系到毫秒爆破应用成功与否的关键。在实际爆破工作中，合理的毫秒间隔时间应能得到良好的爆破破碎效果和最大限度地降震。•３、毫秒爆破的优点•毫秒爆破与秒延期、瞬发爆破相比有如下优点：•（１）一次爆破可以增加起爆雷管个数，缩短爆破时间和炮后检查时间，提高效率。•（２）提高爆破作业的安全性。与瞬发电雷管相比，较好的解决二次爆破引爆瓦斯、煤尘的隐患，有效保证“一炮三检”、一次装药一次起爆和严禁２台发爆器同时在一个工作面爆破等制度的实施。•（３）具有补充破碎作用，在采用毫秒爆破时，由于各组药包起爆间隔时间很短，前、后组药包先后爆破的岩石相互碰撞，进行补充破碎，提高岩石的破碎程度。•（４）降低单位炸药消耗量。药包爆破时，对周围岩体的残余应力需要经过一定的时间才会消失，因此，当前、后药包以毫秒间隔先后爆破时，就会出现应力叠加，扩大炸药的破岩范围。•（５）降低爆破时产生的地震作用。减轻和防止采掘工作面顶板围岩的破坏，有利于顶板管理。据实际观测，毫秒爆破的地震作用比一般爆破大约降低1/3～2/3。•（６）有利于安全生产和工人的身体健康，并大大减轻爆破工的体力劳动。瞬发爆破时，工人必须连续多次进入帮顶容易冒落的爆破工作面进行连线作业，使发生冒顶伤人事故的可能性增加，同时，工人多次吃炮烟，不利于身体健康；采用毫秒爆破时，因可实现全断面一次起爆，故就没有上述这些弊端。•４、采掘工作面实行毫秒爆破应采取的安全措施在有瓦斯的采掘工作面采用毫秒爆破，为了确保安全生产，必须制定切实可行的安全措施。•（１）加强采掘工作面的瓦斯检查，严格执行“一炮三检”制度，瓦斯浓度达到1%时不准装药、爆破。•（２）煤矿许用毫秒延期电雷管总延期时间必须控制在130ms以内。•（３）毫秒爆破，无论是正向起爆还是反向起爆都应装填水炮泥，封泥质量和长度必须符合规程的要求，严防“打筒子”、炮眼喷火。•（４）电雷管使用前必须导通测试全电阻值并要分组；爆破工要熟记电雷管的段别标志，防止装错。•（５）采用毫秒爆破时，掘进工作面应全断面一次一起爆，不能全断面一次起爆的，必须采取安全措施；在采煤工作面，可分组装药，但一组装药必须一次起爆。•（６）相邻两炮眼的距离不得小于0.4m；一次爆破的雷管数应根据通风、顶板、运输能力等情况确定。炮采工作面采用一次打眼，间隔分组一次装药，分组起爆时，未装药的炮必须用炮棍堵好。三、光面爆破•爆破后巷道成型规整，符合设计断面轮廓要求，保持围岩稳定，不产生或很少产生炮震裂缝的控制爆破称为光面爆破（简称光爆）。•１、光面爆破的种类光面爆破根据施工方法不同可分为3类。•（１）轮廓线光爆法。此法周边眼是沿巷道轮廓线打一排密集