第9章井巷掘进爆破

第9章井巷掘进爆破几个概念1.井巷工程：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。2.平巷：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。3.平硐：在地层中开凿的直通地面的水平巷道，称为平硐。1223546891013131277119.1平巷掘进爆破平巷掘进爆破特点1.只有一个自由面2.炮孔深度受到限制，一般只有1.5~3.0m9.1.1工作面和炮孔布置炮孔掏槽孔辅助孔周边孔顶孔底孔帮孔各炮孔的作用1.掏槽孔：在工作面上首先造成一个槽腔作为第二个自由面，为其他炮孔的爆破创造有利条件。2.辅助孔：扩大和延伸掏槽的范围，大量崩落岩石。3.周边孔：控制平巷断面规格形状。为了提高其他炮孔的爆破效果，掏槽孔应比其他炮孔加深0.15~0.25m掏槽孔的形式掏槽孔倾斜孔掏槽平行空孔直线掏槽混合式掏槽单向掏槽锥形掏槽楔形掏槽龟裂掏槽桶形掏槽螺旋形掏槽1、倾斜孔掏槽（1）单向掏槽（2）锥形掏槽（3）楔形掏槽2、平行空孔直线掏槽（1）龟裂掏槽（2）桶形掏槽（3）螺旋形掏槽3、混合式掏槽辅助孔和周边孔的布置原则1、布孔均匀：一般辅助孔取0.5~1.0m，周边孔取0.4~0.8m，周边孔距巷道轮廓线取0.1~0.2m。2、底孔布置注意几点：（1）间距0.4~0.7m，抛渣爆破时，取小值；（2）孔口高出0.1~0.2m，孔底低于底板0.1~0.2m，抛渣爆破时，孔加深0.2m左右；（3）装药量介于掏槽孔和辅助孔之间，装药高度为孔深的0.5~0.7倍，抛渣爆破时，每孔增加1~2个药卷。9.1.2爆破参数的确定1、炮孔直径直径钻速直径炮孔数目直径炸药单耗直径块度质量直径炸药爆速表9-5两种类型的孔径类型孔径/mm药径/mm普通型40~4232~35小直径型34~3527小直径与普通孔径相比，钻速显著提高例如：42mm钻头钻凿面积为32mm钻头钻凿面积为钻凿面积减少了42%研究表明，钻头每减少1.0mm，单位钻速可提高3%~4%“三小”光爆锚喷技术：小直径钻头、小直径药卷、小直径锚杆“三小”是提高平巷掘进速度的有效方法21385mm2804mm2、炮孔深度炮孔深度：指孔底到工作面的垂直距离h。炮孔长度：指炮孔方向的实际长度L。两者关系：炮孔长度L≥炮孔深度hL=hhL垂直钻孔时L=h倾斜钻孔时Lh炮孔深度的选取原则：合适的炮孔深度应有助于提高掘进速度和炮孔利用率。随着凿岩、装碴运输设备的改进，目前普遍存在加长炮孔深度以减少作业循环次数的趋势。一般根据下列因素确定炮孔深度：（1）围岩的稳定性，避免过大的超欠挖；（2）凿岩机的允许钻孔长度、操作技术条件和钻孔技术水平；（3）掘进循环安排，保证充分利用作业时间。3炮孔数目影响炮孔数目的因素（1）掘进断面：掘进断面炮孔数目（2）岩石性质：普氏系数f炮孔数目（3）炮孔直径：炮孔直径炮孔数目（4）炸药性能：炸药威力炮孔数目确定炮孔数目的基本原则是在保证爆破效果的前提下，尽可能地减少炮孔数目式中——炮孔数目，个；——岩石坚固性系数；——巷道掘进断面积，323.3fSNfN炮孔数目的计算公式S2m4单位炸药消耗量q影响q的因素：炸药性能、岩石性质、巷道断面、炮孔直径、炮孔深度等。确定方法：在实际工程中，大多采用经验公式和参考国家定额标准来确定。（1）修正的普氏公式式中——单位炸药消耗量，；——岩石坚固性系数；——巷道掘进断面积，；——考虑炸药爆力的修正系数，为爆力，。q3/mkgfS0kpk/5250pmLSfkq01.12m（2）查表掘进断面/岩石坚固性系数2~34~66~1012~1415~204~66~88~1010~1212~1515~201.050.890.780.720.660.641.501.281.121.010.920.902.151.891.691.511.361.312.642.332.041.901.781.672.932.592.322.101.971.85f2m表9-8平巷掘进单位炸药消耗量定额每循环的总药量qSLqVQS式中——每循环爆破岩石体积，；——巷道掘进断面积，；——炮孔深度，；——炮孔利用率，一般取0.8~0.95。L3m2mmV在平巷掘进中，当孔深为3~5m时，广泛采用平行空孔直线掏槽。（1）平行空孔直线掏槽的爆破过程第一阶段：是装药炮孔爆破，在爆炸冲击波的作用下岩石破碎，并向空孔方向运动；第二阶段：是由于爆炸气体的膨胀作用使破碎岩石沿槽腔向自由面方向运动、抛掷。9.1.3平行空孔直线掏槽的几个问题抛掷速度：孔口部位最大，孔底部位最低，由孔口到孔底呈逐渐减小的变化。提高掏槽效果的措施：确定合理孔深；增大孔底装药量；增加空孔直径或数目等。（2）空孔的作用一是作为装药炮孔爆破时的辅助自由面；二是作为破碎体的补偿空间。最佳间距：空孔与装药孔之间的距离，不能过小，也不能过大。其最佳间距应能使炸药能量利用率最高、单位炸药消耗量最低、槽腔内破碎的岩石抛掷率最高。9.2立（竖）井掘进爆破井筒：泛指竖井、斜井、盲井。组成：井颈、井身、井窝。（1）井颈：靠近地表的一段井筒。此井段内常开有各种孔口，如安全通道、管路通道等。井颈的深度一般为15~20m。（2）井身：井颈以下至罐笼进出车水平或箕斗装载水平的井筒部分。（3）井底：井底车场水平以下部分的井筒。9.2.1竖井工作面和炮孔布置断面形式：一般均采用圆形，其优点是承压性能好、通风阻力小、并且便于施工。根据竖井断面形式，炮孔呈同心圆布置。掏槽孔形式（1）圆锥形掏槽炮孔的倾角一般为：700~800炮孔加深：0.2~0.3m孔底间距不得小于：0.2m（2）直孔桶形掏槽圈径：1.2~1.8m孔数：4~7个圈距：0.2~0.3m为了改善岩石破碎和抛掷效果，可在井筒中心钻凿1~3个空孔，并加深0.5m以上，孔底装少量炸药，最后起爆。辅助孔布置光爆层厚度：0.5~0.7m圈距：0.6~1.0m孔距：0.8~1.2m周边孔布置采用深孔光面爆破，炮孔布置在井筒轮廓线上，孔距为0.4~0.6m。为了方便打孔，孔孔向外倾斜，孔底偏出轮廓线0.05~0.1m。9.2.2竖井爆破参数的确定1、炮孔直径采用手持式凿岩机：孔径39~46mm，孔深2m采用伞钻：孔径35~50mm，孔深3.5~4.0m2、炮孔深度影响炮孔深度的主要因素：（1）钻孔机具（2）掏槽形式（3）炸药性能炮孔深度的确定式中——按月进度要求的炮孔深度，；——计划的月进度，；——每月掘进天数；——每循环小时数；——炮孔利用率，一般取0.8~0.9；——循环率，一般可取0.8~0.9。1124nnLIm1nLnI1m3、炮孔数目式中——单位炸药消耗量，；——井筒的掘进断面积，；——每个药包的长度，；——每个药包的重量，；——炮孔利用率；——炮孔平均装药系数，当药包直径为32mm时，取0.6~0.72；当药包直径为35mm时，取0.6~0.65。GmsqN3/mkgGsmq2mmkg4、单位炸药消耗量主要影响因素（1）岩石坚固性（2）岩石结构构造特性（3）炸药威力确定方法（1）查表法（2）试算法（3）类比法9.2.3竖井爆破的起爆网路竖井掘进爆破，大多采用电雷管起爆网路；对于大于2.5m深的炮孔，也可采用电雷管——导爆索复式起爆网路。在电雷管起爆网路中，广泛采用并联和串并联，极少采用串联。并联又分为闭合反向并联、闭合正向并联和反向并联。起爆电源大多采用地面的220V或380V的交流电。在并联网路中，随着雷管并联组数的增加，起爆总电流也增大，必须采用高能量的起爆电源。9.2.4斜井掘进爆破斜井掘进爆破与平巷类似，但由于斜井倾斜100~250，甚至350，因此，各施工工序难度增加，例如钻孔、爆破、装岩、排水等工序。斜井掘进作业的特点（1）“三大一仓”是提高斜井掘进速度的有效途径。三大——大扒斗、大箕斗、大提升机一仓——大矸石仓（2）爆破工艺必须与斜井机械化配套相适应：例如采用YT-28凿岩机、42~44mm钎头，大力推广中深孔爆破、全断面一次光面爆破、抛渣爆破等。9.2.5天井反向掘进爆破什么叫天井？天井是矿山用于连接上下两个开采水平，提升下放设备、材料、通风、行人以及勘探矿体等的一段通道。专门用于放矿的天井，叫溜井。断面形式：一般为矩形或圆形。断面尺寸：)0.30.3(~)5.15.1(mmmm（1）浅孔爆破法反向掘进：自下而上掘进。搭设工作台，工作台与工作面距离2.0~2.5m，采用上向式凿岩机打孔炮孔深度为1.6~1.8m，炮孔数为2.5~3.5个/m2适用条件：适用于掘进短天井，不适用于掘进高天井，因为掘进高天井时，通风、提升困难，工效低，并且不安全。（2）深孔爆破法定义：用深孔钻机自上而下或自下而上沿天井全高钻凿一组平行深孔，然后分段，自下而上依次爆破，形成所需的断面和一定高度的天井。优点：掘进工程中，工人不进入天井内作业，工作安全，作业条件好，是近期行之有效的方法。炮孔布置：掏槽孔布置有两种方式以空孔为自由面的掏槽方式：小直径深孔，大直径空孔，以提高爆破效果，（图8-15)。以工作面为自由面的漏斗掏槽方式：采用大直径炮孔，每段只爆一个炮孔，装药交错布置，（图8-16)。炮孔直径：采用潜孔钻时，孔径为90~150mm；采用FJI-700型深孔钻机时，孔径为51~76mm。炮孔数目：根据类似矿山经验和试验结果确定，或按公式（8-7）计算。分段高度段高影响因素：岩石性质、天井断面、孔径大小一般情况下，岩石易爆时，段高较大；岩石难爆时，段高较小。例如：云南某铁矿，对于天井长度15m时，一次起爆；天井长度=15~25m时，分两段爆破；天井长度25m时，分三段爆破。9.3隧道掘进爆破川藏公路二郎山隧道9.3.1隧道爆破施工特点（1）高度大、跨度大（2）埋藏浅，岩体破碎，影响因素多（3）服务年限长，造价昂贵，必须确保工程质量（4）对钻孔质量要求高9.3.1隧道开挖方法（1）全断面开挖法定义：全断面开挖法系在地质条件较好隧道施工中，以凿岩台车钻孔、装药、堵塞、起爆网路连接，一次完成整个断面开挖，并以出渣、运输机械完成出渣作业的方法。全断面法施工优点（1）场地宽敞，工作面空间大，能充分发挥机械的效能，便于大型机械作业。（2）只有一道开挖工序，干扰少，工序集中，开挖工效高，施工速度快。（3）能最大限度地减少开挖过程中对隧道围岩的扰动。（4）开挖断面大，受岩石夹制作用小，有利于较大规模爆破作业，能充分发挥隧道深孔钻爆的作用。（5）管理方便。（6）通风排水及管线布置简单，运输方便。（2）半断面法（台阶工作面法）定义：半断面法是以上半断面或弧形导坑快速贯通或掘进到一定里程停止前进，然后用大型机械一次扩大为全断面的开挖方法。半断面法施工优点（1）可以实现快速掘进，从而起到提早探明地质、提早处理特殊地质、提早贯通以利通风排水的作用。（2）将全断面分两次爆破，可以起到降低震动影响，创造临空面，减少正洞钻孔数量，改善爆破效果，提高掘进速度等作用。（3）分部开挖法定义：在隧道断面上，先以小型断面进行导坑掘进，然后分多部，逐步刷大到设计断面的开挖方法。分部开挖确定原则（1）各部开挖后周边轮廓都应尽量圆顺，以避免应力集中；（2）各部底标高与钢拱架接头一致，以便接腿，一般取2.5~3.0m，开挖比较方便；（3）分部开挖时，要保证隧道周边围岩稳定，及时做好临时支护；（4）各部尺寸大小应能满足风、水、电等管线布设需要。分部开挖缺点（1）工序繁多，对围岩多次扰动，开挖面长时间暴露，隧道塌方经常发生；（2）作业空间狭小，半机械化作业，施工环境差，工效低，因此目前隧道施工中很少采用。9.3.3隧道爆破技术1、隧道掏槽爆破技术掏槽孔布置原则（1）一般应布置在开挖断面中部或中偏下位置；（2）炮孔方向，在岩层层理明显时，应尽量垂直于岩层的层理面。（3）掏槽孔一般由4~6个装药孔和2~4个空孔组成，空孔个数应随孔深增大而增