巷道掘进中中深孔爆破技术讲义

巷道掘进中中深孔爆破技术讲义

1．巷道掘进爆破作业中采用中深孔爆破的必要性

1.1 钻眼爆破的技术发展趋势

钻眼爆破工作是一项主要工序，质量好坏，对巷道掘进进度、规格质量、支护效果、掘进工效和成本都有很大影响，因此必须采用最优的施工工艺参数，才能获得最佳的施工效果。

目前，钻眼爆破的主要技术发展趋势是发展中深孔、光面爆破和断裂成型（刻槽）爆破技术。增加眼深，完善深孔直眼掏槽方式，减少炮眼数量，加快钻眼速度和提高爆破效率。现代工程是以每米巷道所需的钻爆工时最短、炮眼利用率最高和光爆质量标准评价施工效果。

1．2 解决开拓紧张问题

岩巷掘进中，增大炮眼深度，使用中深孔爆破技术，可以增大循环进尺，增加一次爆破岩石量，提高耙斗装岩机的有效工时利用率和生产效率，减少钻眼、装岩等工序的辅助时间，有利于提高掘进速度和工效。

1．3 提高硬岩巷道掘进爆破的效率

在巷道掘进过程中，当遇到石灰岩、中细砂岩等一类较为坚硬的岩石时，钻眼时间明显延长（如在f=10的石灰岩层中采用ZY24型手持式风钻的平均钻眼速度约为0.1m/min），岩石爆破困难．经常出现放炮“打筒”现象，爆破效率普遍较低，有时只能达到50%左右，工程进展缓慢。为提高爆破效率，增加循环进尺人们只是盲目地增加炮眼数量、加大装药量和加长炮眼封泥。结果往往是事与愿违，白白地浪费了大量的人力物力和时间，令施工人员感到一筹莫展。为克服硬岩石的高阻抗，确实需要适当增加炮眼数量和装药量，但应引起注意的是增加的炮眼和装药是否得到了充分合理的利用，一些无效的投入只能是事倍功半。如何提高硬岩巷道的爆破效率，需要探讨。

1．4 中深孔爆破适用条件

中深孔爆破要求岩石自稳定能力允许，岩石硬度系数越大，越适合深孔爆破。

2．实现中深孔爆破的关键技术及其爆破机理

2.1 适合于硬岩巷道掘进中深孔爆破的掏槽方式

选择合理有效的掏槽形式和确定装药量，使岩石完全破碎形成槽洞和达到较高的炮眼利用率，是掘进施工中重要的一环。

常用掏槽形式三种：斜眼、直眼和混合掏槽，一般认为斜眼掏槽适用于任何岩层，且有良好的的掏槽效果。实际施工中也多以斜眼楔形掏槽为主。但硬岩层中掘进的实践却表明：采用斜眼掏槽，爆破效率多数情况下只能达到50%左右，放炮“打筒”现象非常严重，有时甚至完全无法把岩石爆破下来。而改用直眼掏槽后，在同等炮眼数量和装药量的前提下爆破效率却可以达到80%以上。

实践表明，硬岩中采用中深孔爆破技术，直眼掏槽爆破优于斜眼掏槽爆破。

造成这种情况的主要原因认为有如下两方面。

（1）能量匹配问题。将一定体积岩石自岩体上爆破下来，并达到所要求的破碎度，必须满足两个条件：

①该介质中产生的应力必须超过岩石破碎的极限强度，为裂隙的发生、发展和爆破漏斗的形成创造条件；

②能量密度（单位体积内的能容量，又称比能），应超过某一最小极限，以保证达到所要求的破碎度。

因此，掏槽眼应首先把槽腔内的岩石破碎，尔后方可将其抛掷出去，斜眼掏槽其炮眼与工作面夹角一般为55～70°，岩石越硬，夹角越小。这一方而限制了循环进尺，增加了打眼操作的难度，另一方面斜眼掏槽眼口间距大，爆破岩石体积相对较大，作用于岩体上的比能量较小且能最分布不均匀，自眼底向外岩石体积不断增大。当单位岩石体积超过炸药能量破碎的临界值后，会出现以下两种结果。

①采用正向装药时，外部先爆的炸药由于无法破碎岩石而产生“打筒”现象；

②采用反向装药时，外部大块完整的岩石对里面破碎的岩石有一个较大的阻力，同样容易产生“打筒”现象。爆炸产中的高温高压气体最多在岩体内部形成一扩大空腔，而无祛克服岩石阻力并将其抛掷出去。

直眼掏槽相对爆破体积较小，作用于岩体上的比能量较高且能量分布较均匀，因此对破碎岩石将更为有利。并且炮眼深度不受巷道断面和岩性的限制可以进行较深炮眼的爆破。

（2）操作问题。斜眼掏槽对炮眼间距及角度要求精度较高，而实际施工中打眼方向及角度均不便掌握，因此不规范的操作对爆破效果的影响较大。而直眼掏槽则操作简便，风钻方向易于控制，爆破效果受人为因素影响较小。并且利于多台风钻同时作业，加快施工速度。

根据以上分析可以看出，在硬岩层中掘进，直眼掏槽优于斜眼掏槽。

2.2 中深孔直眼掏槽爆破效果的影响因素

直眼掏槽效果取决于空孔数目，空眼直径及空眼与装药眼之间的距离（即最小抵抗线）。

一般来说，空孔数目越多，空孔直径越大，掏槽效果越好。当炮眼深度在2.5m以内时，建议采用爆破漏斗式掏槽，是一种最为简便的直眼掏槽方法，尤为适合现场施工。这种掏槽是利用密集槽眼（间排距300～400mm左右）装药起爆，不留空眼。当眼底装药同时起爆后，破碎的岩石在爆生气体余力的作用下向外抛掷形成槽洞。此种掏槽方式布孔灵活，操作简便，掏槽效果良好，可以有效地避免因空眼设置不当带来的负面影响：缺点是槽眼数最及装药量相对较多。

3．掏槽爆破起爆方式的选择

为使炮眼中炸药具有较好的传爆长度，以便达到良好的深孔爆破效果，起爆方式的选择也具有重要影响。

根据起爆装药的位置，可以分为正向和反向装药。试验表明，反向起爆的炮眼利用率优于正向起爆。这是因为

①反向爆破增长了应力波的动作用时间和爆生气体的静作用时间。可以避免由于正向起爆时，起爆药在孔口位置，有可能被邻近爆破“挤死”或提前爆开，甚至发生“带炮”的现象，尤其是炮孔深，间隔时间长，炮眼眼间距小时更易产生上述现象；

②反向爆破提高了爆炸冲击波的有效作用。反向爆破时爆速和应力波将叠加成一个高压应力波阵面指向自由面，使得在自由面反射后能形成强烈的拉伸应力波，提高了自由面附近岩石的破碎效果。正向爆破时，叠加后的高应力波阵面指向岩体内部，应力波能量为无限岩体吸收，降低了爆破效果。因而在无瓦斯和煤尘爆炸危险的工作面一般多采用反向装药以提高炮眼利用率。

但是，我们应当看到这样一种现象，当爆破完成以后，在迎头的残眼中常发现有残留未爆的炸药。这是由于炸药受本身特性、制造过程以及炮眼内沟槽效应的影响导致爆轰中断、装药不能做到完全起爆造成的。这种现象在正向装药时较为常见，而在反向装药中也同样存在不完全爆破的问题，只不过人们一般无法看到而已。所以尽管多装了炸药，却没有起到应有的作用。改善爆破效果的有效途径是提高炸药能量的有效合理利用，如果装药不能完全起爆，所产生的能量达不到破碎岩石所需的能量，将会降低槽眼利用率，进而影响整体爆破效果。

可见，在爆炸过程中还存在一个炸药利用率的问题。炸药利用率越高爆破效率也越高。炮眼利用率的高低应该和炸药利用率的高低直接相关，不应只看到反向装药的有利一面而忽略了对炸药能量的充分刊用。采用多点起爆可以有效地改善这种状况。目前，因没有实现多