2 爆破参数

1 掏槽方式掏槽爆破技术是巷道掘进爆破的关键技术，直接关系到一茬炮的成败，必须认真进行科学、合理的技术设计。

掏槽眼应根据巷道岩石条件和巷道断面大小进行设计，通常布置在巷道中央偏下，并尽量选择有弱面的地方。

掏槽眼首先爆破时，自由面和空间小，受到的夹制作用大，一般装药量较大。

掏槽效果的好坏很大程度上决定了整个掘进爆破的效果。

实际发生的炮眼利用率低、崩倒棚子、飞石砸坏工作面设施等现象都是掏槽爆破设计不合理造成的。

目前在巷道掘进中常用的掏槽方式，按掏槽眼的方向可分为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。

1.1 斜眼掏槽方式斜眼掏槽是巷道掘进中最常见的掏槽方法，其特点是炮眼与工作面斜交。

通常根据岩巷断面的大小和岩层的坚固性来确定炮眼的角度和数目，一般为6～8个炮眼呈对称布置，角度为60°～75°，装药满度系数大约为0.7。

斜眼掏槽的主要优点是：1)适用于各类岩层的爆破，并能获得较好的掏槽效果。

2)槽腔体积较大，能将爆破槽内的岩石全部或部分抛出，形成有效自由面，为崩落眼爆破创造有利的破岩条件。

3)掏槽眼位容易掌握，槽眼的位置和倾角的精确度对掏槽效果的影响较小。

斜眼掏槽的主要缺点是：1)钻眼的角度在空间上难以掌握，要求钻工具有较熟练的技术水平；多台钻机作业时互相干扰较大。

2)斜眼掏槽深度受巷道宽度的限制，对于中、小断面巷道，不适于深孔爆破。

3)当巷道断面和炮眼深度变化时，必须相应修改掏槽爆破的几何参数，不可能设计出适合于任何断面和深度的标准掏槽方式。

4)全断面巷道爆破下的岩石抛掷距离较大，爆堆分散，除给清道和装岩造成困难外，还容易崩坏支架和设备。

垂直楔形掏槽的特点及适用条件为：1)掏槽眼相交的轴线通常为巷道的垂直中线。

2)适应于巷道穿过具有垂直层理的岩层。

3)一般不受地质条件的限制，通常适用于极坚硬、坚硬和中硬的均质岩层。

4)因掏槽眼是倾斜的，故巷道断面一般要大于4m2，若巷道宽度小于2.8m，掏槽眼深度应小于2.0m。

1.2 直眼掏槽方式直眼掏槽是指所有掏槽眼都垂直于工作面，且互相平行，炮眼间距小，并留有不装药的空眼，炮眼的装药满度系数多为0.7~0.8。

一般适用于坚硬或中等坚硬的岩石及断面较小的巷道进行中深孔和深孔爆破，便于采用凿岩台车打眼。

直眼掏槽是以空眼作为自由面和岩石碎胀后的补偿空间。

直眼掏槽的主要优点是：1)炮眼垂直于工作面，易于打眼，布置方式简单。

2)炮眼深度不受巷道断面限制，便于进行深孔爆破。

3)当炮眼深度和巷道断面改变时，可以不改变掏槽方式，只需调整装药量。

4)掏槽爆破的块度均匀，抛掷距离小，爆堆集中，不易崩坏设备。

直眼掏槽的主要缺点是炮眼数目多，且装药量大，对槽眼的间距和平行度要求高，槽眼间距小，掏槽体积小；在有瓦斯和煤尘爆炸危险的巷道有空眼的直眼掏槽不能使用。

1.3 混合掏槽方式在断面较大、岩石较硬的巷道掘进爆破中，为确保掏槽效果，加大槽腔深度和体积，可采用混合掏槽方式。

混合掏槽的炮眼布置形式很多，一般均为直眼与斜眼的混合形式，弥补斜眼掏槽深度不够与直眼掏槽槽腔体积较小的不足。

一般直眼布置在槽腔内部，斜眼作垂直楔形布置，与工作面的夹角为75︒～85︒为宜；斜眼眼底与直眼眼底距离大约0.2m，斜眼装药满度系数为0.7～0.5；直眼装药满度系数为0.7左右。

2 爆破参数设计2.1 单位炸药消耗量合理的单位耗药量取决于多种因素，其中主要有：岩石的物理力学性质、巷道断面大小、炸药性质和炮眼直径与深度。

用理论精确计算单位耗药量是很难的，对于具体岩石条件可通过标准爆破漏斗试验来确定。

计算单位耗药量的经验公式多采用如下修正的普氏公式：q = 1.1 K e( f/S )1/2(2.1) 式中f—岩石坚固性系数；S—巷道断面大小，m2；K e—考虑不同炸药的修正系数，K e=525/P；P—炸药做功的能力(爆力)，mL。

目前平巷掘进爆破常根据国家定额选取或工程类比与经验法选取。

表2.1为岩石坚固性系数与巷道断面决定的炸药消耗量经验值；表2.2为煤炭工业局制定的(99统一基价)平巷与硐室掘进炸药消耗量定额值。

当确定了单位耗药量后，就可根据掘进断面积和炮眼深度计算一个爆破循环所需要的总装药量，再根据每个炮眼的平均装药量，估算出全断面炮眼总数。

在岩巷掘进中，一般也采用经验数据，通常按装药系数(装药长度和炮眼长度百分比)确定，见表2.3。

表2.3中深孔装药系数(%)2.2 炮眼直径和装药直径炮眼直径对凿岩速度、眼数、巷道成形情况和装药参数等都有影响。

直径过小会影响装药和炸药稳定爆炸；过大则影响凿眼速度。

炮眼直径和相应的装药直径的增加，使炸药能量相对集中，爆轰波参数、爆速以及爆轰的稳定性都相应得到提高，因而有利于改善爆破效果。

但是，炮眼直径过大将导致钻眼速度的明显下降，岩石破碎质量、周边平整度和围岩稳定性都有不同程度的影响。

所以说，最佳的炮眼直径要以能获得较优的爆破效果，同时又不增加钻孔时间和炸药消耗量为原则。

一般情况下，钻眼速度随炮眼直径呈幂指数下降，因此，只有在钻机能力满足的条件下，如采用机械化程度较高的液压钻车或凿岩台车时，才能够用大直径炮孔来进行爆破。

对掏槽眼应采用偶合装药，装药直径即为炮眼直径；对周边眼采用不偶合装药时，装药直径一般指药卷直径。

周边眼和辅助眼相对较多，采用小直径炮眼和小直径的药卷，可以缩短打眼时间。

经测试小直径(Φ32mm)比大直径(Φ42mm)的凿岩速度有明显提高，所以为了节省打眼时间，提高凿岩速度，对于周边眼应采用小直径钻头，选用能力适中的中频凿岩机和中等威力的炸药。

2.3 炮眼数目根据岩石性质、断面尺寸和炸药性质等，按炮眼的不同作用对炮眼进行合理布置，最终排列出的炮眼数即为一次爆破的总炮眼数。

一般还需要实践验证后再作适当调整。

炮眼数目过少，易出现大块，不利于装岩，同时巷道周边轮廓会成形差；炮眼数目过多，会导致钻眼工时和成本增加。

合理的炮眼数目应当保证有较高的爆破效率，即炮眼利用率在90%以上，爆下的岩块和爆破后的巷道轮廓，均能符合施工和设计要求。

实际设计时可先按以下方法估算炮眼总数：(1)按巷道断面和岩石坚固性系数估算如下：N = 3.3(fS2)1/3(2.2) 式中N—巷道炮眼总数；f—岩石坚固性系数；S—巷道掘进断面，m2。

(2)按一个循环的总炸药消耗量和掘进进尺估算如下：一个循环的总装药量为：Q = qSLη(2.3) 式中Q—循环的总装药量，kg；L—炮眼平均深度，m；η—炮眼的利用率。

每个炮孔的平均装药量：Q b = Law/n(2.4) 式中Q b—炮孔的平均装药量，kg；a—炮眼平均装药系数，一般取0.5~0.7；w—每个药卷的重量，kg；n—每个药卷的长度，m。

总炮眼数目为：N= Q/ Q b= qSηn/(aw) (2.5) 2.4 炮眼深度炮眼深度直接决定着每个循环的进尺量，也就是决定着掘进中钻眼和装岩等主要工序的工作量和完成该工序所要的时间，它是决定每班循环次数和能否实现正规循环作业的直接因素。

影响炮眼深度的因素主要有岩石性质、钻眼机械、循环作业方式、炸药威力等，在选择炮眼深度时应综合考虑。

炮眼深度的合理性有三个方面：合理的炮眼深度必须与具体施工岩石条件、施工装备相适应；合理的炮眼深度必须保证较高的爆破效率；合理的炮眼深度应尽可能使每班完成整循环。

2.4.1 根据钻眼机械确定合理的炮眼深度应与钻眼机械相适应，即合理的炮眼深度要保证钻眼时有较高的钻眼速度。

对于普通的气腿式凿岩机(如常用的YT-27型)，在相同的凿岩条件下，采用同一根钎子钻眼，每增加1m炮眼，其钻眼速度就下降约10%，且随着钻眼深度的加大，钻眼速度下降得越快。

特别当炮眼深度超过3.0 m时，钻眼速度仅约为眼深1.0m的30%。

由于钎子长度的增加，使克服钎子弹性变形的冲击功增大，排粉难度也增大；再者人工拔钎也困难。

因此，使用普通气腿式凿岩机，炮眼深度宜控制在2.5 m以内。

2.4.2 选择合理的炮眼深度根据现场经验，当炮眼深度变化时，各主要工序包括钻眼、装药、联线、放炮、装运岩石、临时支护和永久支护、铺设轨道等，其纯的单位工时消耗量基本保持不变，但各种转换工序和各种辅助工序，如交接班、钻眼准备、工作面清整、放炮前撤人撤物、通风、安全检查等的单位工时消耗量却随着炮眼深度的增加而明显减少。

除此以外，在确定炮眼深度时，还需考虑巷道断面的大小、岩石的坚硬程度、所用炸药的爆炸威力等。

巷道断面小、岩石坚固性高、炮眼底部岩石夹制作用强，掏槽难度就大；装药直径大、爆炸威力高，就能获得较高的掏槽效果。

确定炮眼深度的另一个主要影响因素是爆破后的空顶距，由于岩层风化、破碎，最大空顶距是有限的，因此如炮眼较深会产生较大的空顶距，对临时支护和永久支护造成影响。

另外，过大的空顶距也是施工隐患的多发地。

由于用药量大，巷道成形不好，顶板超欠挖严重，周围围岩受破坏较大，顶板掉矸、冒落时有发生，严重地影响了施工安全。

炮眼深度主要综合考虑施工设备、掘进任务和劳动组织等多方面因素进行优化设计。

(1)根据巷道掘进任务要求计算炮眼深度：L= L o/(TN m N s N xη) (2.6) 式中L—炮眼深度，m；L o—巷道掘进全长，m；T—规定完成巷道掘进任务的月数；N m—每月工作日，考虑备用系数一般取25天；N s—每天工作班数；N x—每班循环数；η—炮眼利用率。

(2)按掘进循环组织确定炮眼深度：根据完成一个掘进循环的时间和劳动组织，考虑钻眼设备和装岩设备能力等因素，估算炮眼深度如下：L= T o /[(K p N/(K d V d )+ ηS/(ηm P m )) (2.7) 式中 T o —每循环用于钻眼和装岩的小时数；K p —钻眼与装岩的非平行作业时间系数，一般小于1； N —每循环钻眼总数； K d —同时工作的凿岩机台数； V d —每台凿岩机的钻眼速度，m/h ； S —巷道掘进断面，m 2； ηm —装岩机的时间利用率； P m —装岩机生产率，m 3/h 。

(3)最优炮眼深度：影响炮眼深度的因素很多，在综合考虑各种因素的前提下，使掘进每米巷道所需劳动量为最小的炮眼深度可认为是最优炮眼深度。

与炮眼深度直接有关的劳动量包括钻眼、爆破和装岩。

通过试验找出各工序劳动量与炮眼深度的相关关系，即可求得使劳动量最小的最优炮眼深度。

根据月进130m 的要求，确定采用中深孔爆破，孔深按下式估算：mn N L l 0.29.08.03301301=⨯⨯⨯=⋅⋅⋅=ηη (2.8)式中 L — 月掘进速度，m ；N —月掘进天数； n — 日循环数； η1—正规循环率；η— 炮眼利用率。

钻眼机具目前现场使用有YT23、YT24型凿岩机和一字型钻头。

由于岩石比较硬，炮眼较深，用一般的凿岩机和普通钻头效率低，须配备高性能凿岩机和钻头，以提高钻眼速度。