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井巷掘进爆破技术与安全管理2006.01提纲一、我国煤矿岩巷掘进爆破技术发展现状二、工业炸药及起爆器材三、井巷掘进爆破技术1、掏槽爆破技术2、微差爆破技术3、中深孔爆破技术4、光面爆破技术四、煤矿井下爆破拒爆的原因及预防五、煤矿爆破中的安全管理一、我国煤矿岩巷掘进爆破技术发展•钻眼爆破法是我国煤矿井巷掘进的主要破岩方法。据统计,近年我国煤矿井下每年的岩巷、煤巷掘进90%以上是用钻眼爆破法完成的。钻眼爆破法以其施工机具结构简单、轻便灵活、操作容易、维修方便、耗能少、效率高,而非常适宜于煤矿井下凿岩爆破作业。新型的爆破器材、先进的爆破技术不断在煤矿爆破中的应用,给钻眼爆破法注入了新的活力,使其在煤矿建设和煤矿生产中的作用更加突出。公元7世纪发明黑火药13世纪经印度、阿拉伯传入欧洲1627年匈牙利将黑火药用于采掘工程1831年发明了导爆索1827年瑞典诺贝尔发明火雷管及硝化甘油1919年出现了泰安为药芯的导爆索1927年研制成功秒延期电雷管1946年出现毫秒延期电雷管1951年推广铵油炸药1956年库克发明了浆状炸药70年代初期出现了水胶炸药70年代末期出现乳化炸药80年代研制和推广了导爆管起爆系统炸药和爆破器材的发展简史一、工业炸药及爆破器材一、我国煤矿岩巷掘进爆破技术发展1、爆破器材的发展2、全断面一次起爆3、毫秒微差爆破技术4、光面爆破技术5、中深孔爆破技术6、小直径药卷爆破技术7、巷道掘进计算机辅助设计爆炸及炸药的基本基本概念爆炸现象及分类化学爆炸三要素炸药化学反应的基本形式炸药的起爆炸药的感度炸药的传爆炸药爆轰产物及氧平衡炸药的爆炸能，炸药的热化学参数二、工业炸药及爆破器材炸药的爆轰及爆轰参数的计算爆轰参数为：HHHHHHVVHDCDuDpQQrD434134414120202二、工业炸药及爆破器材炸药的爆炸作用1、炸药爆炸的动、静作用2、炸药的爆力3、炸药的猛度二、工业炸药及爆破器材工业炸药的分类•炸药的分类•按其应用范围可分为下列几类:•1、起爆炸药•2、猛性炸药:(1)单质猛性炸药(2)混合炸药•3、发射药对工业炸药的要求•(1)爆炸性能良好,具有足够的爆炸威力;•(2)具有适当的感度;•(3)炸药的反应应接近零氧平衡•(4)物化安定性好;•(5)原料来源丰富,制造工艺简单,价格便宜二、工业炸药及爆破器材铵梯炸药硝铵炸药是工业炸药中生产最多、使用最广泛的一种炸药。组成成分：硝酸铵：氧化剂。梯恩梯：氧化剂，它是一种单质猛性炸药，提高炸药的感度和威力。木粉：松散剂，用以阻止炸药的结块。石蜡和沥青：抗水剂，常用在抗水铵梯炸药，用以阻滞硝铵的吸潮。食盐：消焰剂，它不参加爆炸反应，主要作用是降低炸药的爆炸温度，以不致因炸药爆炸引起瓦斯、煤尘爆炸。因此，常作为井下炸药的添加剂。铵梯炸药是一类较安全的工业炸药。它对撞击、摩擦等比较钝感，遇到火焰和火星也不易引燃。但受到强烈的撞击二、工业炸药及爆破器材•铵松蜡炸药•铵松蜡炸药由于硝酸铵、松香、石蜡和木粉组成，也可添加适量柴油。铵松蜡炸药的爆破性能良好，能接近2号岩石炸药，适用于中硬以上岩石的爆破。它的突出优点是防潮抗水性能强，原料来源广，易加工，成本低和使用安全等。•铵沥蜡炸药•铵沥蜡炸药由硝酸铵、沥青、石蜡以及木粉组成。对于有瓦斯和矿尘爆炸危的井下，不宜采用铵沥蜡炸药作为抗水炸药。二、工业炸药及爆破器材铵油炸药铵油炸药是50年代发展起来的一种新型硝铵类炸药，是以硝酸铵和燃料油混合而成的不含敏感剂的炸药。这种炸药原料丰富，成本低，容易加工制造，使用安全。目前用量约占世界工业炸药总量的50%左右。60年代起，它在我国矿山、铁道和水利部门的露天矿得到了广泛的应用，取得了良好的经济效果。二、工业炸药及爆破器材浆状炸药浆状炸药是由于氧化剂水溶液、敏化剂和胶凝剂为基本成分组成的混合炸药。外观呈现浆状糊流质状态，故得名浆状炸药。在浆状炸药四，硝酸铵制成饱水溶液后，就不再吸收水分。在敏经剂作用下达到能瀑炸的程度时，即使侵入水中也同样爆炸。二、工业炸药及爆破器材•水胶炸药水胶炸药是70年代在浆状炸药基础上发展起来的一类含水炸药，它与浆状炸药不同之处是使用于新的无毒的水溶液的敏化剂硝酸甲铵。使氧化剂同还原剂的耦合状况大为改善。其特点是：相当于硝化甘油胶质炸药的威力；优于常用工业炸药的抗水性能；有毒气体生成量比铵梯炸药小；危险性高于纯硝酸铵而低于铵油炸药；适应性强，可以调整装药的密度和配方。•水胶炸药的组分的性能:水胶炸药由水、氧化剂、粘胶剂、二、工业炸药及爆破器材•乳化炸药•乳化炸药也叫乳胶炸药，它是70年代末含水炸药的最新发明。其内部结构是油包水型，而浆状炸药、水胶炸药是水包油型结构。二、工业炸药及爆破器材•硝化甘油炸药•硝化甘油炸药是以硝化甘油C3H5（ONO2）3为主要成分，以硝酸钾、硝酸钠或硝酸铵为氧化剂，以硝化棉、硅藻土等物质为吸收剂，加入少量木粉组成的炸药。掺与适量的二硝化乙二醇，可制成耐冻的硝化甘油类炸药。•该炸药的特点是：具有良好的抗水性、密度，并且具有可塑性，爆破威力大。故用于潮湿有水的坚硬和极硬的岩石中。然而，由于它对冲击、摩擦，火花感度高，并且易于干结硬化，所以具有安全性差，价格昂贵等缺点。近数十年来已逐渐被硝铵类炸药所代替。二、工业炸药及爆破器材•煤矿许用炸药主要是指经国家检测机关按特定的试验条件检验合格，允许在井下有瓦斯、煤尘爆炸危险条件下进行爆破作业时的炸药。它对爆炸生成的有毒气体、炸药的威力、爆温、火焰长度及持续时间有严格规定。根据炸药的组成和性质，煤矿许用炸药可分为五类。(1)粉状硝铵类许用炸药，（2）许用含水类炸药，（3）离子交换炸药，（4）被筒炸药，（5）当量炸药。二、工业炸药及爆破器材工程爆破中炸药的选择炸药品种很多，性能各异。炸药性能和质量，对爆破效果和安全有很大影响。因此，出现了工程爆破中合理选择炸药的问题。选择炸药应考虑爆破介质及炸药性能两大类因素，其原则是：选择破碎单位岩石成本最低的炸药，且岩石的破碎和崩落能满足工程需要。为此，要不断加强对爆破理论和炸药在介质中能量转化过程及其分配规律的研究，充分了解岩石和炸药的性能及两者参数间的匹配关系，使炸药的能量在爆轰过程中有效地破碎与抛掷岩石，减少转化为无用功的能量。这就需要研究不同爆破方法的破岩机理，掌握能量传递过程与效应的规律性，弄清具体爆破工程的综合要求，这样才能较好的解决炸药品种的选择问题。二、工业炸药及爆破器材炸药岩石阻抗匹配与爆炸作用•岩石爆破效果受到多种因素的影响，而岩石与炸药性质是诸因素中最主要的因素，尤其是岩石性质直接影响着炸药能量在岩石中的传播和分配。炸药的特性波阻抗与被爆岩石的特性波阻抗的良好匹配是最佳爆破效果的重要条件之一，也是进行爆破作业优化设计首先要考虑的问题。•所谓炸药与岩石的匹配，就是因为不同的炸药在同一岩石中或同一炸药在不同岩石中爆炸所激起的冲击波不同，则炸药爆炸能量转换成粉碎、破坏和抛掷岩石的能量各异，故对一定性质的岩石，应采用与之适应的特定爆速和爆热的炸药，才能取得最佳的破碎和抛掷效果，这就是炸药和岩石的匹配问题。P0=eecpmpmPDCC2二、工业炸药及爆破器材•炸药与岩石的合理匹配：•炸药与岩石阻抗匹配问题，目前一平面应力波的正入射理论。认为当炸药、岩石阻抗相等，即炸药、岩石阻抗匹配系数等于1时，炸药爆炸后其冲击波全部透射到岩石中去，能量传递系数最高，但在采掘爆破工程中，一般的高阻抗岩石均在100Mpa/s以上，目前普遍采用的硝铵炸药，其波阻抗为36Mpa/s，水胶炸药、乳化炸药的波阻抗一般也只有50Mpa/s左右，因此，在中、高阻抗岩石中炸药岩石匹配系数达到1目前不容易实现。二、工业炸药及爆破器材•从爆破能量传递和波动理论出发，合理的炸药岩石匹配应体现两方面：•1.炮孔中炸药爆轰后，炸药能量能够充分地通过孔壁传到岩石中去；•2.另一方面是炸药爆炸后在岩石激起的冲击波和应力波能够达到岩石破裂所要求的强度和作用时间。使作用在岩石上的压力（应力）刚好达到或略大于岩石破裂的强度极限。将炸药爆能合理地分配到爆破应力场中。二、工业炸药及爆破器材起爆器材及起爆方法•利用工业炸药爆破施工时，必须借助起爆器材来激发炸药爆炸。根据所用起爆器材的不同，将构成不同的起爆方法。本章将对各种起爆方法逐一进行详细的阐述。其中，主要地讲述各种起爆器材的结构和性能。•所谓起爆器材，是用来产生足够的能量供给炸药、引起炸药爆炸的材料，包括点火、引爆、传爆等环节所用的器材，如导火索、雷管、导爆索、导爆管、继爆管等，其中雷管起主要的作用。二、工业炸药及爆破器材雷管用来引爆炸药、导爆索、导爆管、继爆管等，是工业炸药爆破的一种起爆器材，其种类很多。工业雷管按用途的不同，可作如下分类。电磁雷管延期导期导爆管瞬发发导爆管雷安全导全导爆管毫秒导秒导爆管导爆管雷管无起爆药起爆药抗静电静电电抗静电静电电抗杂杂散电流电雷特种种电雷毫秒延期电秒延秒延期电延期延期电期电瞬发发电雷电雷管火雷管工业业雷二、工业炸药及爆破器材导火索导火索是以粉状或粒状黑火药为药芯，以棉线、麻纤维、纸条、沥青等材料被覆而成的索状起爆器材。导爆索导爆索又叫传爆索、导爆线。它是一种传导爆轰的索状起爆材。它与导火索类似，本质区别是其药芯是高猛炸药：黑索金或泰安。二、工业炸药及爆破器材导爆管是用莎纶或高压聚乙烯挤出的管子，其外径3mm，内径约1.5mm。内管壁表面涂有一薄层起爆药，采用奥克托金与铝粉的混合物或黑索金与铝粉的混合物，药量为16~20mg/m。导爆管内所含炸药量极少，而远远小于炸药稳定爆轰的临界直径，故按经典爆轰理论，不可能产生稳定爆轰。按管道效应原理，导爆管可以传播空气冲击波。导爆管中激发的冲击波以1600~2000m/s的速度传播，发出白色的光而声响不大，波动过程中冲击波能量的衰减可由管壁内表面加强药粉的爆破能来补充。冲击波传播后导爆管仍然完整无损。二、工业炸药及爆破器材•1、火雷管与导火索起爆方法•2、导爆索起爆法•3、电力起爆法•4、导爆管起爆系统•常用的起爆方法二、工业炸药及爆破器材二、工业炸药及爆破器材炸药爆炸可能引起瓦斯与煤尘爆炸的因素(1)爆生气体的直接作用，(2)爆炸空气冲击波的作用，(3)炽热固体颗粒的作用。煤矿许用炸药的特点：（1）能量要有一定的限制；（2）有较高的敏感度和较好的传爆能力；（3）爆生有毒气体少；（4）组分中不含有金属粉末。煤矿许用炸药的种类：（1）粉状硝铵类许用炸药；（2）许用含水炸药；（3）离子交换炸药；（4）被筒炸药；（5）当量炸药目前的状况•目前，随着资源开采越来越向深部发展，掘进技术面临着一些新的难题，突出表现在岩巷掘进效率不高，施工水平有待进一步提高，接续紧张，从而极大地影响了生产的可持续性。•如何实现巷道的优质高效掘进，是矿山生产的一个重要问题。三、井巷掘进爆破技术爆破的内部作用1、几个基本概念（1）最小抵抗线W；（2）临界抵抗线WC；三、井巷掘进爆破技术内部作用的范围（1）扩大的空腔RK；（2）压碎圈；（3）裂隙圈；（4）震动圈。三、井巷掘进爆破技术岩石爆破破坏的几种假说1、爆生气体膨胀作用理论2、爆炸应力波发射拉伸作用理论3、爆生气体和应力波综合作用理论（1）、高阻抗：15×105~25×105g/cm3·cm/s（2）、低阻抗：5×105g/cm3·cm/s（3）、中等阻抗：5×105~15×105g/cm3·cm/s三、井巷掘进爆破技术破裂区裂隙形成应力示意图三、井巷掘进爆破技术RK-空腔半径，RC-压碎圈半径；RP-裂隙圈半径；1-扩大空腔；2-压碎圈；3-裂隙圈；4-震动圈三、井巷掘进爆破技术快速掘进的内容与我们的目标•⑴.研究工作对象的性质—岩石（岩性，深度，断面）。•⑵.设计合适爆破参数。•⑶.挑选优良的掘进设备。•⑷.优化劳动组织。•我们的目标是；打眼要少，装药要少，炮眼利用率要高，要符合掘进的配套机