第九章 井巷掘进爆破

第9章井巷掘进爆破井巷工程：为进行采矿或其他工程目的，在地下开凿的各类通道和硐室的总称。

爆破是井巷掘进中通常使用的基本方法。

爆破效果的好坏直接影响到井巷施工的质量、速度和成本。

合理地布置工作面上的炮孔和正确确定爆破参数，是取得良好爆破效果和加快掘进速度的重要保证。

井巷掘进爆破包括：平巷掘进爆破、井筒（立井、斜井）掘进爆破、隧道掘进爆破和硐库开挖爆破。

广泛应用于矿山、交通、水利水电、大型油库等工程中。

9.1 平巷掘进爆破平巷（水平巷道）：地下矿山，开凿在岩体或矿层中不直通地表的水平通道。

平硐：地下矿山，开凿在岩体或矿层中直通地表的水平巷道。

平巷掘进爆破的特点：只有一个自由面，且炮孔深度受到限制，一般孔深只有1.5~3m。

9.1.1 工作面炮孔布置123图9-1 炮孔种类1-掏槽孔；2-辅助孔；3-周边孔炮孔的种类：平巷掘进中的炮孔，根据所处位置和作用的不同，将其分为掏槽孔、辅助孔（崩落孔）和周边孔。

周边孔又分为顶孔、帮孔和底孔(图9-1)。

掏槽眼：在巷道断面的适当位置（一般在中央偏下）布置的几个装药量较多、首先起爆的炮眼。

辅助眼：位于掏槽眼与周边眼之间的炮眼。

周边眼：布置在巷道掘进断面开挖轮廓线上的炮眼。

平巷掘进爆破时，由于只有一个自由面，四周岩石的夹制力很大，爆破条件困难，故掏槽孔的布置极为重要。

各类炮孔的作用：掏槽孔的作用是在工作面上首先炸出一个槽腔，形成第二个自由面，为其他炮孔的爆破创造有力的条件。

辅助孔的作用是扩大和延伸掏槽的范围，并将岩石崩落（进一步扩大掏槽和崩落岩石）。

周边孔的作用是控制巷道断面的形状和规格。

为了提高其他炮孔的的爆破效果，掏槽孔比其他炮孔深0.15~0.25m（一般取0.2m）。

平巷掘进爆破的关键是掏槽眼和周边眼的爆破，掏槽眼为辅助眼和周边眼的爆破创造了有利条件，直接影响循环进尺和掘进效果；周边眼关系到开挖边界的超欠挖和对周围围岩的影响。

（1）掏槽形式由于巷道断面、岩石性质和地质构造等条件的不同，掏槽孔的排列形式很多，归纳起来有三种：即斜眼掏槽、直眼掏槽（平行空孔直线掏槽）、混合掏槽。

1）斜眼掏槽特点：所有掏槽眼与工作面斜交。

分为单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽。

单向掏槽（图9-2）：掏槽孔排列成一行或两行，并朝一个方向倾斜。

适用于软岩或具有层理、节理、裂隙或软弱夹层的岩石中。

根据自然弱面的存在情况，可分别采用顶部掏槽、顶部掏槽、侧向掏槽或扇形掏槽。

掏槽孔的倾斜角度根据岩石可爆性的不同，取50º~70º。

锥形掏槽：各掏槽孔以相等或近似相等的角度向工作面中心轴线倾斜，孔底趋于集中，但互相不贯通，爆破后形成锥形槽。

孔数为3~6个，通常呈三角锥形、正锥形和圆锥形（图9-3）。

正锥形掏槽在平巷掘进中使用较多，圆锥形掏槽多用于竖井掘进。

楔形掏槽：通常由两排或两排以上相对称的倾斜炮孔组成，爆破后形成楔形槽。

两排孔为单楔形掏槽（简称楔形掏槽），两排以上为双楔形（多楔形）掏槽。

楔形掏槽可分为垂直楔形和水平楔形（图ac d图9-2 单向掏槽a —顶部掏槽；b —底部掏槽；c —侧向掏槽；d —扇形掏槽9-4）。

楔形掏槽常用于中硬以上的均质岩石，巷道断面大于4m2。

当巷道岩层有水平层理时，宜采用水平楔形掏槽，以利于钻孔和爆破。

当岩石更为坚硬时，可采用双楔形掏槽。

楔形掏槽每对掏槽孔间距为0.2~0.6m，掏槽孔与工作面交角为55°~75°，孔底距离为10~20cm。

ab c图9-3 锥形掏槽a—三角锥形；b—正角锥形；c—圆锥形图9-4 楔形掏槽a—垂直楔形掏槽；b—水平楔形掏槽ba倾斜孔掏槽的优点：所需掏槽孔数较少，掏槽体积大，易将岩石抛出，有利于其它炮孔的爆破。

缺点：掏槽孔深度受到巷道断面限制，因而影响到每个掘进循环的进尺；岩石抛掷距离远，岩堆分散，影响装岩效率。

（2）平行空孔直线掏槽（直眼掏槽）所有掏槽眼均垂直于工作面，且相互平行，其中有几个不装药的空孔，作为装药炮孔爆破时的辅助自由面和破碎岩石的碎胀补偿空间。

直眼掏槽分为龟裂掏槽、筒形掏槽和螺旋掏槽。

龟裂掏槽：有垂直龟裂和水平龟裂两种。

掏槽孔均布置在一条直线上，彼此间严格平行，装药孔与空孔间隔布置，爆破后形成一条槽缝，故又称缝形掏槽。

炮孔数目取决于断面大小和岩石坚固性系数。

中硬以上岩石，3~7个掏槽孔，孔间距8~15cm。

空孔直径可与装药孔直径相同，也可以是50~100mm。

这种掏槽方式最适于工作面有较大的夹层或接触带相交的情况，将掏槽布置在较软或接触带附近的部位。

由于龟裂掏槽体积较小，故常被桶形掏槽所代替（图9-5）。

桶形掏槽：又称角柱形掏槽。

各掏槽孔呈对称形式排列，由4~7个炮孔组成，其中1~4个空孔。

应用范围广，大、中、小断面均可。

图9-5 龟裂掏槽和桶形掏槽a—龟裂掏槽；b—桶形掏槽b岩石较硬时，也可采用75~100mm 的大直径空孔（图9-6）。

桶形掏槽较龟裂掏槽形成的槽腔体积大，在中硬岩石中使用较为普遍。

螺旋掏槽：由桶形掏槽发展而来。

各装药孔至空孔距离依次递增，呈螺旋线布置，并按由近及远的顺序起爆，形成非对称桶形。

空孔可以是小直径，也可以是大直径。

能充分利用自由面，扩大掏槽效果，适用于均质岩石。

扩槽原理如图9-7所示。

空孔一般只用1个，遇到坚韧难爆的岩石时，可以增加1或2个图9-6 大直径空眼角柱形掏槽 —空孔；1、2、3、4—起爆顺序图9-7 螺旋掏槽原理示意图a 小直径空眼；b 大直径空眼a b空孔(图中虚线所示)。

螺旋形掏槽孔爆破后往往在槽中存留下被压实的岩碴，影响辅助孔的爆破效果，为了克服这一缺点，常将空孔比装药孔加长300~500mm ，并在孔底装入200~300g 炸药，然后用充填物堵塞约100mm ，待所有掏槽孔爆破之后，紧接着反向起爆，以利于抛碴。

小直径空孔螺旋掏槽（图9-8），各装药孔与空孔之间的距离，可根据炮孔直径d ，按以下方法确定：L 1＝（1~1.8）d ；L 2＝（2~3.5）d ；L 3＝（3~4.5）d ；L 4＝（4~5.5）d图 9-8 小直径空眼螺旋掏槽图9-9 大直径空眼螺旋掏槽大直径空孔螺旋掏槽炮孔布置见图9-9。

直眼掏槽与倾斜孔掏槽相比，其优点是：孔深不受巷道断面限制，可进行较深炮孔的爆破，加大掘进循环的进尺；掏槽体积里外大小较一致，因而相邻炮孔的最小抵抗线里外也较一致，使爆落的矿岩块度均匀，不会抛掷太远，爆堆集中在工作面附近，有利于装岩，其缺点是：掏槽孔数较多，掏槽体积小，装药孔和空孔的间距不能太大且需相互平行，要求要有较高的钻孔技术。

楔形掏槽的优点是：1）所需炮孔数量少；2）炸药单耗低；3）爆破单位体积岩石所需的炮孔长度小。

直孔掏槽的优点是：1）炮孔利用率高；2）孔深不受巷道断面限制；3）破碎块度均匀；4）钻孔方便，准确性高。

楔形掏槽的缺点正是直孔掏槽的优点。

混合式掏槽：混合掏槽是指将两种以上的掏槽方式混合使用。

在遇到岩石特别坚硬或巷道断面较大时，可以采用复式楔形掏槽或桶形与锥形混合掏槽。

（2）辅助眼（崩落眼）和周边眼的布置原则1）布孔均匀：既要充分利用炸药能量，又要保证岩石按设计轮廓线崩落。

孔间距根据岩石性质而定，一般辅助孔取0.4~0.8m，周边孔取0.5~1m，周边孔距巷道轮廓线0.1~0.2m。

2）底孔布置比较困难，有积水时易产生哑炮。

因此：①底孔间距一般为0.4~0.7m，抛渣爆破时，底孔采用较小间距。

②底孔孔口应比巷道底板高出0.1~0.2m，但其孔底底应低于底板0.1~0.2m，抛渣爆破时，应将炮孔深度加深0.2m 左右。

③底孔装药量介于掏槽眼和辅助眼之间，装药长度为眼深的0.5~0.7倍，抛渣爆破时，每孔增加1~2个药卷。

注意：直眼掏槽一般都采用过量装药，装药长度占全眼长的70%~90%，如果装药长度不够，易发生“挂门帘”和“留门坎”现象。

当眼深大于2.5m 时易产生沟槽效应，应采取相应措施防止爆轰中断。

必熟题29、平巷掘进工作面炮孔布置的原则和方法是什么？答：（1）工作面各类炮孔布置的顺序是：首先选择适当的掏槽方式和掏槽位置，其次是布置好周边孔，最后根据断面大小均匀布置辅助孔。

(2) 掏槽孔的位置会影响岩石的抛掷距离和破碎块度，通常布置在断面的中央偏下，并考虑辅助孔的布置较均匀。

(3) 周边孔一般布置在断面轮廓线上，按光面爆破要求，各炮孔要相互平行，孔底落在同一平面上，孔底的最小抵抗线和炮孔间距通常与辅助孔相同。

为保证爆破后在巷道底板不留“根底”，底孔孔底要超过底板轮廓线。

(4)布置好掏槽孔和周边孔后，再布置辅助孔。

辅助孔是以槽腔为自由面层层布置，均匀地分布在被爆岩体上，并根据断面大小和形状调整好最小抵抗线和炮孔密集系数。

30、试述倾斜孔掏槽和平行空孔直线掏槽的区别和适用条件是什么？（斜眼掏槽和直眼掏槽）答：倾斜孔掏槽是指掏槽孔方向与工作面斜交的掏槽方法，通常分为单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽。

平行空孔直线掏槽也称直眼掏槽，所有掏槽孔均垂直于工作面，且互相平行，通常分为龟裂掏槽、桶形掏槽和螺旋形掏槽。

斜眼掏槽与直眼掏槽的适用条件如下表所示。

掏槽的适用条件9.1.2 爆破参数确定（1）炮孔直径直径大小直接影响钻孔速度、炮孔数量、炸药单耗、爆落岩石块度及巷道轮廓的平整度。

炮孔直径过大，钻速降低，而且会因孔数减少而影响药量均匀分布，导致岩石破碎质量较差。

目前，国内平巷掘进多采用手持式凿岩机和气腿式凿岩机，孔径有普通型和小直径型两种。

表9-5 两种类型的孔径当采用重型凿岩机和凿岩台车钻孔时，炮孔直径为45~55mm，可采用直径为40~45mm的药卷。

（2）炮孔深度炮孔深度简称孔深，至孔底到工作面的垂直距离。

而炮孔长度是指炮孔方向的实际长度。

孔深不仅影响掘进的工作量和完成各工序的时间，而且影响爆破效果和掘进速度。

它是决定每班掘进循环次数的主要因素。

确定原则：为了实现快速掘进，在提高机械化程度、改善循环技术和改进工作组织的前提下，应力求加大孔深并增加掘进循环次数。

普通型孔径的孔深可根据岩石坚固性和掘进断面积按表9-6确定。

（3）炮孔数目与掘进断面、岩石性质、炮孔直径、炮孔深度和炸药性能等因素有关。

确定原则是在保证爆破效果的前提下，尽可能减少炮孔数目。

估算公式：32 3.3fS N =（4）单位炸药消耗量取决于炸药性能、岩石性质、巷道断面积、炮孔直径和炮孔深度等因素。

在实际工程中，确定炸药单耗多采用经验公式或参考国家定额标准。

经验公式——修正的普氏公式：SfK q 01.1= 式中，K 0 ——炸药爆力校正系数，K 0 = 525/p ，p 为炸药的爆力。

经验值与定额标准：P 341表9-7、9-8。

确定了单位炸药炸药消耗量q 之后，根据每一循环爆落的岩石体积，可求出每循环使用的总药量：ηqSL qV Q ==η 为炮孔利用率，一般可取95.0~8.0=η。