巷道掘进爆破技术(炮眼参数和炮眼种类)解析

第七章巷道掘进爆破技术钻眼爆破方法破岩，目前在国内外的岩石巷道施工中仍然占有最大比例。它是掘进施工的第一个主要工序，直接影响着整个掘进循环的成效。良好的钻眼爆破工作应该是：⑴爆破后所形成的巷道断面应符合设计要求和《井巷工程施工及验收规范》的标准，巷道的方向与坡度应符合设计规定。⑵爆下的岩石块度应有利于提高装岩生产率,岩石堆积状况便于组织装运、便于钻眼与装岩平行作业。⑶对巷道围岩的震动和破坏要小，以利于巷道的维护。⑷爆破单位体积的岩石所需的炸药和雷管的消耗量要低，钻眼工作量要小，炮眼利用率要达到85%以上。(5)提高机械化，改善作业条件。一、爆破工作（一）爆破器材选择炸药：我国目前使用的矿用炸药有销铵类炸药和含水炸药（乳化，水胶炸药）当穿过瓦斯地段时，应采用煤矿销铵炸药和煤矿含水炸药；对于坚硬岩石可考虑采用粉状高威力炸药。销铵类炸药价格低廉，为煤矿普遍使用。起爆材料：一般用8号电雷管。其中秒延期雷管，及毫秒延其电雷管都可以满足巷道爆破的起爆要求，但是在穿过瓦斯地层时，不能选用秒延期电雷管，且毫秒延期的秒量也不能大于130ms。1．炮眼直径炮眼直径的大小对钻眼效率、全断面炮眼数目、单位炸药消耗量和爆破岩石块度与岩壁平整度等均有影响。因此，应根据巷道断面大小、块度要求、炸药性能和凿岩机性能等综合考虑，进行选择。炮眼直径大，可减少炮眼数目，炸药能量相对集中，也可提高爆破效率，但钻速下降，影响爆破质量和降低围岩稳定性。在采用气腿式凿岩机的情况下，现场多根据约卷直径来确定。目前国内岩巷掘进均采用32㎜、35㎜两种药卷。因炮眼直径比药卷直径大6㎜左右，所以目前的炮眼直径多采用39～41㎜。（二）爆破参数确定爆破参数有：药卷直径、炮眼深度、炮眼数目、炸药消耗量2．炮眼深度影响炮眼深度的主要因素有：岩石性质、巷道断面大小、循环作业方式、凿岩机类型、炸药威力、工人技术水平等等。同时炮眼深度也影响了每茬炮的进尺量，也决定着循环的工作量及工时。炮眼深度的合理性分析：1)合理的炮眼深度必须与具体施工设备相适应：气腿式轻型凿岩机，较适宜的钻眼深度一般为1.8~2.5m;采用凿岩台车配备重型凿岩机，炮眼深度在3m以上则更为有利。2)合理的炮眼深度必须保证较高的爆破效率:为了达到较高的炮眼利用率（一般根不低于８5~90%）；除了考虑岩石条件和合理的炮眼布置外，还与炮眼的质量和爆破材料、装药结构有密切关系。3)合理的炮眼深度应尽可能使每班能够完成整循环:这样每班的工作任务明确，便于组织和管理，有利于实现正规循环作业，眼深与循环时间的确定必须和现有技术装备水平和施工条件密切结合，在合理的炮眼深度范围内，应力争达到每班多循环，以加快掘速度。凿岩台车3．炮眼数目合理的炮眼数目应当保证有较高的爆破效率(炮眼利用率不小于85~90%)、爆下的岩块、爆破后的巷道轮廓均能符合施工和设计要求。也可以按一个循环的总装药量平均装入所有炮眼的原则进行估算，作为实际排列炮眼的参考。其数目确定的是否合理将直接影响钻眼的时间和钻眼工作量，也影响着爆破效果。一个掘进循环所需总的装药量：LSqQ此总的装药量按照一定的炮眼装药系数，平均装入工作面的所有炮眼中去，那么总的装药量又可写成：mPaLNQpamSqN以上两式相等，故得总炮眼数为:q—单位炸药消耗量，kg／m3；S一巷道掘进断面积，㎡；L—炮眼平均深度，m；η—炮眼利用率；N—炮眼总数，个；a—炮眼的平均装药系数，一般取0.5~0.7；m——每个药卷的长度，m；P—每个药卷的质量，kg。4.炸药消耗量炸药消耗量q是爆破1m3实体岩石所需要的炸药量，也就是工作面一次爆破所需的总炸药量Q和工作面一次爆下的实体岩石总体积V之比，即VQqkg/m3影响炸药消耗量的主要因素有以下儿点：1）炸药性能2）岩石的物理力学性质3）自由面的大小和数目除以上因素外，还有炮眼直径和炮眼深度等，总之，因影响因素太多，到目前为止，还没有解决精确计算炸药消耗量的问题。通过实践，国家对各种岩石、不同掘进断面的炸药消耗量进行了统汁。表4-1所列为1981年颁发的《矿山井巷工程预算定额》规定的岩巷掘进炸药消耗量定额。改用新炸药后的q`值为：q—采用标准炸药时的炸药消耗量，kg/m3。P—所用炸药的爆力,mL。Pqq3204.炸药消耗量（续）(三)工作面炮眼布置按炮眼的作用分为掏槽眼、辅助眼和周边眼三种。影响炮眼布置的因素：主要因素是岩石性质、巷道断面的大小、钻眼设备、炮眼深度和炸药性能。选择炮眼的步骤：①选择合理的掏槽方式；②根据光面爆破要求布置周边眼及决定周边眼最小抵抗线的输助眼；③布置底眼；④在工作面其余部分均匀布置辅助眼；⑤最后根据工作面实际情况，不断改进，使之完善。1、掏槽眼掏槽眼的作用：是首先在工作面上将某一部分岩石破碎并抛出，在一个自由面的基础上崩出第二个自由面来，为其它炮眼的爆破创造有利条件。掏槽效果的好坏对循环进尺起着决定性作用。掏槽眼一般布置在巷道断面中央靠近底板处，这样便于打眼时掌握方向，并有利于其它多数炮眼的岩石能借助于自重崩落。在掘进断面中如果存在有显著的软弱岩层，一般应将掏槽眼布置在这些软弱层中。掏槽的方法有：斜眼掏槽法、直眼掏槽法、混合式掏槽法。（1）、斜眼掏槽法★单向掏槽由数个炮眼向同一方向倾斜组成。适用于中硬（f＜4）以下具有层、节理或软夹层的岩层中。掏槽角度在450～650，间距在30～60cm范围内，尽量同时起爆。这种方法炸药集中程度低，在均质坚硬的岩石中很少使用，只是在有明显松软夹层时才能取得良好的爆破效果。★锥形掏槽数个共同向中心倾斜的炮眼组成，爆破后槽腔呈角锥形。锥形掏槽适用于f＞8的坚韧岩石，其掏槽效果较好，但钻眼困难。★楔形掏槽由数对（一般为2～4对）对称的相向倾斜的炮眼组成，爆破后形成楔形的槽腔。适用于各种岩层，特别是中硬以上的稳定岩层。这种掏槽方法，爆力比较集中，爆破效果较好，槽腔体积较大。★扇形掏槽扇形掏槽各槽眼的角度和深度不同，主要适用于煤层、半煤岩或有软夹层的岩石中。此种掏槽需要多段延期雷管顺序起爆各掏槽眼，逐渐加深槽腔。总之：斜眼掏槽适用于各类岩石，其炮眼与工作面夹角为55~70度，岩石超坚硬夹角越小；每侧眼间距取300~500mm，坚硬岩石取小值；眼底一般取较其他炮眼深200mm，每对眼底间距100~200mm，不能打透。掏槽眼一次起爆斜眼掏槽的优缺点优点：适用于各种岩层并获得较好的掏槽效果；所需掏槽眼数目较少，单位耗药量小于直眼掏槽；槽眼位置和倾角的精确度对掏槽效果的影响较小。缺点：钻眼方向难以掌握，要求钻眼工具有熟练的技术水平；炮眼深度受巷道断面的限制，尤其在小断面巷道中更为突出；全断面巷道爆破下岩石的抛掷距离较大，爆堆分散，容易损坏设备和支护，尤其是掏槽眼角度不对称时。（2）、直眼掏槽炮眼垂直于工作面且相互平行，距离较近。其中有一个或几个不装药的空眼。空眼的作用是给装药眼创造自由面和作为破碎岩石的膨胀空间。★缝隙掏槽掏槽眼布置在一条直线上且相互平行，隔眼装药，各眼同时起爆，爆破后，在整个炮眼深度范围内形成一条稍大于炮眼直径的条形槽口，为辅助眼创造临空面。适用于中硬以上或坚硬岩石和小断面巷道★螺旋掏槽所有装药眼围绕中心空眼呈螺旋状布置，并从距空眼最近的炮眼开始顺序起爆，使槽腔逐步扩大。此种掏槽方法优点是可以用较少的炮眼和炸药获得较大体积的槽腔，各后续起爆的装药眼，易于将碎石从腔内抛出。•中心空眼为小直径的螺旋掏槽•中心空眼为大直径(d=l00~120mm)的螺旋掏槽⑶角柱式掏槽（目前应用最多的一种）三角柱掏槽菱形掏槽五星掏槽掏槽眼按各种几何形状布置，使形成的腔呈角柱体或圆柱体，所以又称为桶状掏槽，装药眼和空眼数目及其相互位置与间距是根据岩石性质和巷道断面来确定的。空眼直径可以采用等于或大于装药眼的直径。优点：炮眼垂直于工作面布置，方式简单，易于掌握和实现多台钻机同时作业和钻眼机械化；炮眼深度不受巷道断面限制，可以实现中深孔爆破；当炮眼深度改变时，掏槽布置可不变，只需调整装药量即可；有较高的炮眼利用率；全断面巷道爆破，岩石的抛掷距离较近，爆堆集中，不易崩坏井筒或工作面内的设备和支架。缺点：需要较多的炮眼数目和较多的炸药；炮眼间距和平行度的误差对掏槽效果影响较大，必须具备熟练的钻眼操作技术。直眼掏槽的优缺点3．混合式掏槽为了加强直眼掏槽的抛渣力和提高炮眼利用率，形成了以直眼掏槽为主并吸取斜眼掏槽优点的混合式掏槽。斜眼布置成垂直楔形，与工作面的夹角为：75~85°，装药系数不要太大，以0.4~0.5为宜。其起爆顺序应安排在所有垂直槽眼起爆之后，以发挥抛渣扩槽的作用。㈡辅助眼辅助眼又称崩落眼，既是大量崩落岩石和进一步扩大掏槽的炮眼。辅助眼要均匀布置在掏槽眼与周边眼之间，其眼距一般为500~700㎜，炮眼方向一般垂直于工作面，装药系数（装药长度与炮眼长度之比）一般为0.45~0.60，如采用光面爆破，则紧邻周边眼的辅助眼要为周边眼创造一个理想的光面层（光面层厚度要比较均匀，且等于周边眼的最小抵抗线。）㈢周边眼周边眼是爆落巷道周边岩石，最后形成巷道断面设计轮廓的炮眼。现在光面爆破已较成熟，一般应按光爆要求进行周边眼布置。光面爆破周边眼间距与其最小抵抗线存在着一定的比例关系，即WEK式中，K为炮眼密集系数，一般为0.6~1.0，岩石坚硬时取大值，较软时取小值；E为周边眼间距，一般取400~600㎜，W为最小抵抗线。㈢周边眼(续)光面爆破周边眼满足以下要求：⑴周边眼中心都应布置在巷道设计掘进断面轮廓线上，而眼底应稍向轮廓线之上偏斜，一般不超过100~150mm,可使下一循环打眼时凿岩机有足够的工作空间，同时要尽量减少超挖量。⑵底眼负责控制标高。底眼眼口位置应比巷道底板高出150㎜，以利钻眼和防止灌水，但眼底应低于底板标高100～200㎜，以免巷道底板欠挖。底眼眼距一般为500～700㎜，装药系数一般为0.5～0.7。水沟的炮眼应与其它炮眼同时钻眼与爆破。有时为了给钻眼与装岩同时作业创造条件，需采用抛渣爆破，则将底眼眼距缩小为400㎜左右，眼深增加200㎜左右，每个底眼增加1～2个药卷。除合理选择掏槽方式和爆破参数外，还需合理布置炮眼，以取得理想的爆破效果。炮眼的布置方法和原则如下：⑴工作面上各类炮眼布置是“抓两头，带中间”。即是先选择掏槽方式和掏槽眼位置，其次是布置好周边眼，最后根据断面大小布置崩落眼。⑵掏槽眼通常布置在断面的中央偏下，并考虑使崩落眼的布置较为均匀和减少崩坏支护及其它设施的可能，⑶周边眼一般布置在巷道断面轮廓线上，顶眼和帮眼按光面爆破的要求，各炮眼相互平行，眼底落在同一平面上。⑷崩落眼均匀的布置在掏槽眼和周边眼之间，以掏槽眼形成的槽腔为自由面层层布置。炮眼布置原则四、爆破说明书及爆破图表爆破原始条件表装药量及起爆顺序表一爆破条件工作面炮眼布置图二炮眼布置图预期爆破效果表三预期爆破效果