第六章隧道钻爆法开挖施工技术

第六章隧道钻爆法开挖施工技术6.1 隧道爆破的基本概念隧道开挖爆破是单自由面条件下的岩石爆破，爆破条件往往是很差的，要求的爆破技术较高。

特点是：爆破自由面少，一般只有一个自由面，而且是大致与炮眼方向垂直。

炮眼数目与炸药消耗量多。

隧道开挖爆破涉及的主要名词如下：掏槽、光面爆破、预裂爆破。

循环进尺：一次开挖爆破的隧道进尺。

炮眼间距：同一并排两相邻炮眼的中心距离。

抵抗线：药包中心至自由面的最小距离。

炮眼利用率：实际循环进尺与炮眼深度之比。

掏槽眼：开挖断面中部偏下，最先起爆的炮眼。

辅助眼：掏槽眼之外、周边眼之内的所有炮眼。

周边眼：周边轮廓线上的炮眼。

底板眼：隧道底边上的炮眼。

炸药的敏感度。

爆力和猛度。

炸药爆炸的稳定性。

6.2.1.1 全断面开挖法适用条件：岩石坚固性中等以上、裂隙节理不发育、围岩整体性较好、断面小于100M2。

优点：可采用深孔爆破、空间大、通风容易、宜采用大型机械。

6.2.1.2 台阶开挖法适用条件：岩石坚固性中等以下、裂隙节理发育、围岩整体性较差。

台阶开挖法又分为：正台阶开挖法反（倒）台阶开挖法6.2.1.3 导洞开挖法导洞开挖法：根据主导洞位置分为上导洞、下导洞、侧导洞。

6.2.2 影响开挖方法的因素一、地质条件二、洞室的断面面积三、洞室的支护形式四、装运条件五、施工队伍与设备条件6.3 隧道爆破技术工作面的炮眼根据不同的功能分为：（1）掏槽眼（又名掏心眼）（2）辅助眼（又名崩落眼）（3）周边眼。

6.3.1 爆破参数隧道掘进爆破技术主要包括以下几个问题：正确确定爆破参数；选择合理的炮眼排列方式；采用有效的控制轮廓措施；解决施工操作中的安全问题。

一、爆破参数的确定原则其主要标志应当是：炮眼利用率高，应在90%以上；巷道断面轮廓合乎规格，超欠挖量不大，对围岩破坏小；岩堆比较集中，岩块大小合适，有利于装岩运输；炮眼数目少，爆破材料消耗少。

二、爆破参数爆破参数是指爆破工作中的主要技术指标。

它包括：炸药消耗量、炮眼直径、炮眼深度、炮眼数目、炮眼利用率、最小抵抗线等。

6.3.2 爆破参数的估算1、炸药消耗量的确定通常采用爆下1M3岩石所需炸药的公斤数作为指标，用符号q表示，叫做：单位炸药消耗量，单位为：kg/M3。

也有的来用掘进每米巷道消耗多少炸药作为指标，单位为：kg/M。

q值的大小与下列因素有关：岩石性质、巷道断面大小、炮眼深度和直径、炸药性质、掘进方向等。

参考平巷炸药和雷管消耗定额P21，表3-2。

从表中可以看到岩石性质、断面大小、掘进方向对q值的影响规律。

还须根据本企业实际消耗、技术条件来综合确定。

根据经验公式计算：见P20，3-1、3-2、3-3。

6.3 隧道爆破技术2、孔炮眼数目的确定掘进工作面上所需的炮眼数目，显然是愈少愈好，即在能保证爆破效果的前提下，应当尽量减少炮眼数。

炮眼数目过少，装药集中、爆破震动大。

炮眼数目过多，凿岩（钻眼）时间增加，进度慢、成本高。

确定炮眼数目的方法最主要的还是根据经验。

因为影响确定炮眼数目的因素很多，如岩石性质、炸药威力、眼深与掘进时间的关系、巷道断面、自由面状况、炮眼深度、装药系数、装药方式等。

这些因素中最重要的是岩性、巷道断面大小和装药条件三者。

（1）也可以采用经验公式计算：P21，3-4。

P22，3-5。

（2）根据炸药定额一循环爆破岩石所需总装药量Ｑ按下式计算：Ｑ=ηqsl 式中q—单位炸药消耗量，kg/m3；s—巷道掘进断面面积m2；l—炮眼的平均深度m；η—炮眼利用率，η=l/l0l0—一茬炮进尺，m。

按炮眼实际装药总装药量用下式计算：Ｑ=Ｎalρ/m 式中Ｎ—炮眼总数；a—装药系数，为炮眼里的装药长度对眼长度之比，一段取0.5～0.7；m—每个药卷的长度，m；ρ—每个药卷的质量，kg；两式相等得炮眼总数为Ｎ=qsηm/aρ（3）根据巷道断面积大小和岩石坚固性系数确定眼数。

工作面上每单位面积所需的可用简单的经验公式求出式中n—单位面积所需要的炮眼数（个）；f—岩石坚固性系数；S—巷道断面积（米2）；N—工作面上炮眼总数（个）。

3、炮眼直径炮眼直径的大小直接影响到炮眼数目、单位炸药消耗量、凿岩工劳动生产率、井巷轮廓整齐性等。

我国在浅眼爆破中多用直径为32mm的标准药包，与之相适应的炮眼直径为38～42mm，炮眼开口部分直径可达44～48mm。

国外一些国家，由于采用轻型高频凿岩机，使用高威力高感度炸药，所以，多采用24～34毫米的小直径钎头，取得高速掘进的效果。

在我国，由于受下列两方面因素的限制，未能出现更小的炮眼直径。

（1）我国低感度炸药的临界直径值不允许太小。

（2）钎杆质量还不够高，直径过小时钎杆易断。

为了管理方便，根据凿岩设备、技术和药包直径，确定炮眼直径，使规格单一化，以便制备钎头，使工作效率提高。

6.3 隧道爆破技术4、炮眼深度合理确定炮眼深度，对于提高掘进速度和炮眼利用率、降低掘进成本都有重大影响。

眼深一经确定，就同时决定了循环时间、每班循环次数等掘进工作组织参数。

所以，实践中往往用调整炮眼深度来确保正规作业，加强技术管理和劳动组织，以提高掘进速度。

国内外平巷掘进采用的眼深为1.2～3.5米。

决定眼深的因素主要是工作组织、劳动力配备和凿岩设备机械化程度，尤其是设备问题是主要因素。

5、炮眼间距与抵抗线炮眼间距与抵抗线的确定，是根据炮孔数量，结合开挖断面。

采用不同的掏槽方式，结合辅助眼，周边眼眼距与抵抗线要求来确定。

6.3.3 布孔技术将炮眼布置在工作面上，使之符合爆破效果要求，叫布孔技术，也称为炮眼排列。

炮眼排列的方式很多，合理的炮眼排列方式应满足以下几个要求：1）炮眼利用率高，爆破效果好，材料消耗省；2）眼距合适（最小抵抗线恰当），不致带炮或挤死邻炮眼；3）巷道轮廓整齐，超欠挖量小，爆堆集中；4）便于凿岩操作。

一、掏槽眼的布置掏槽眼的作用是增加第二个自由面、扩大自由面，它直接影响爆破效果。

1）掏槽眼一般布置在开挖断面中部或偏下的位置。

2）掏槽眼应比其他炮眼深15～20cm，叫做超深。

超深的作用是形成的自由面使其他炮眼利用率提高。

一）小断面浅眼掏槽小断面浅眼掏槽：是指断面面积小于20m2，炮孔深度小于2.5m。

1）尽量利用裂隙、软岩夹层等有利条件布置掏槽位置。

2）根据掏槽眼与工作面的夹角，分为斜眼掏槽和直眼掏槽两大类。

下面介绍掏槽眼布置的一些类型。

（1）斜眼掏槽掏槽眼不是垂直工作面，而是与工作面斜交，使爆破后有一个向巷道方向的分力能使岩碴向空间方面抛出。

此法使用的掏槽眼数少，有利于掏出槽子，但打眼不方便，掏槽深度受到限制，炮眼角度不易掌握。

多用在工作面面积较大处。

斜眼掏槽又有多种形式。

掏槽形或的选择主要决定于巷道断面和地层条件。

斜眼掏槽的主要优点是：1、适用于任何岩石并能获得较好的掏槽效果；2、能将槽洞内破碎了的岩石全部或部分抛出，形成有效自由面，为崩落眼创造有利的破岩条件；3、槽眼位置和倾角的精确度对掏槽效果的影响较小。

斜眼掏槽具有以下缺点：1、钻眼方向难以掌握，要求钻工具有较熟练的技术水平，掏槽型式和参数也全凭经验选择；2、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，不可能设计出适用于任何断面和炮眼深度的标准掏槽方式；3、掏槽深度受巷道断面的限制；4、全断面巷道爆破下岩石的抛掷距离较大，爆堆分散，因此，除给清道和装岩造成困难外，还容易崩坏支架和设备。

（2）直眼掏槽掏槽眼垂直于工作面，深度不受巷道断面的限制。

随着深眼爆破的发展，直眼掏槽的应用将愈来愈广泛。

这种掏槽由于受到自由面限制，通常都有空眼（不装药的炮眼），用以增大自由面。

1、直眼掏槽的特点2、布孔参数固定，适用于机械凿岩、循环进尺变化时，不需调整布孔参数，只需调整炮孔深度、炸药药量3、抛渣距离较小4、炮眼数量较多。

5、炮孔精度要求较高，要求熟练的钻眼技术。

（3）掏槽爆破减震技术掏槽爆破炸药药量一般较大，在软岩中，对围岩造成震动破坏较大。

为了降低爆破震动对围岩造成的破坏，采用分多段爆破，增加炮孔数量，减少药量实施减震爆破。

（4）掏槽形式的选择开挖断面大小、地质岩体条件、施工机械设备、钻眼爆破技术水平、开挖技术条件二）大断面中深眼掏槽（1）眼掏槽类型V型掏槽、扇形掏槽、大直径直眼掏槽6.3 隧道爆破技术三）全断面深眼掏槽爆破技术（1）岩石性质（2）空眼直径与数量（3）起爆眼与空眼的距离（4）炸药性能与药量（5）殉爆与瞎炮（6）管道效应（7）钻眼偏差（8）起爆顺序与时差（9）正向起爆与反向起爆6.3.4 光面爆破技术光面爆破简称光爆，是一种合理利用炸药能量的控制爆破技术。

用光面爆破法开掘出来的井巷成形规整，符合设计的断面轮廓尺寸，岩壁无明显的爆震龟裂，保护了围岩的整体性，提高了围岩的稳定性与自承能力。

（一）光爆的发展光面爆破在我国的发展，是随着我国推广应用锚喷支护而相应发展起来的。

光爆是锚喷支护的重要前提和基础，光爆和锚喷的有机结合，构成了“光爆锚喷”新技术，这是我国锚喷支护技术的进一步发展。

《煤矿安全规程》第四十一条规定：采用锚杆、锚喷等支护形式时，应遵守下列规定：（二）采用钻爆法掘进的岩石巷道，必须采用光面爆破。

（二）光爆的类型1.按爆破时序分类（1）周边后裂法，又称修边法。

（2）周边先裂法，又称预裂法。

2.按爆破深度分类（1）浅孔光爆法。

孔深不大于2～2.5m的简易光面爆破。

（2）中深孔光爆法。

孔深大于2.5m、小于5～6m的极限深度的深循环掘进光面爆破。

（3）特深孔光爆法，又称超深光爆法。

一次钻爆掘进深度可达6m以上的光面爆破。

（三）光爆的标准原煤炭工业部在《光爆锚喷试行规程》中对光爆的标准规定了三项指标：（1）眼痕率不少于50％。

（2）超挖尺寸不得大于150mm，欠挖尺寸不得超过质量标准要求。

在《井巷施工验收规范》中对欠挖标准规定如下：巷道高度：欠挖应小于30mm。

巷道宽度：主要巷道欠挖应小于20mm；一般巷道应小于50mm。

（3）岩面上不应有明显的炮震裂缝。

（四）光爆的优点光爆与普通爆破相比，具有以下四方面的优点：（1）由于光爆巷道成形规整，消除围岩凸凹处的应力集中，最大限度地保持了围岩自身强度，从而增强了围岩自承能力，为锚喷支护提供了基础。

（2）由于光爆大大地减少了掘进超挖量（一般普通爆破的超挖量为20％～30％，而光爆的超挖量只有4％～6％），因此可减少材料（支护和炸药等）消耗，从而降低成本，加快掘进速度。

（3）光爆可有效地减少对工作面围岩的破坏，使井巷围岩较为稳定，有利于施工和安全。

同时也减少了井巷的维修量，降低了井巷的失修率。

（4）光爆消除了围岩的凸凹不平，从而减少了通风阻力和瓦斯聚集，有利于安全。

三、光爆原理（一）光爆的原理1.周边眼同时起爆原理2.以静压为主的光爆原理（二）实现光爆应采取的措施选用合适的炸药，控制装药量，合理选择装药结构，使爆破作用于炮孔壁岩石上的巨大压力衰减，就能够使岩石不受破坏或少受破坏。