井巷爆破掘进工艺.doc

一、光面爆破标准 在锚杆喷射混凝土支护技术规范中，规定了光面爆破质量应符合下列要求 ㈠眼痕率硬岩不应小于80，中硬岩不应小于50。眼痕率为可见眼痕的炮眼个数与不包括底眼的总数之比，当炮眼眼痕大于孔长的70时，算一个可见眼痕炮眼。 ㈡软岩中巷道周边成型应符合设计轮廓。 ㈢岩面不应有明显的炮震裂纹。 ㈣巷道周边不应欠挖，平均线性超挖值应小于150mm。平均线性超挖值为超挖横截面积与不包括底板的设计开挖断面周长之比。 二、各类炮眼的布置原则 表2-1 炮眼的种类及布置原则 炮眼种类 掏槽眼 辅助眼 周边眼 布置原则 ⒈在立井井筒掘进中掏槽眼多布置在井筒工作面的中心，掏槽眼的圈径当采用直眼掏槽时可取1.2～1.4m；用伞钻打眼时通常取1.6～2.0m；当采用锥形掏槽时可取1.8～2.0m。 ⒉在巷道掘进中掏槽眼一般布置在工作面中央偏下，距巷道底板约1～1.3m处；工作面若有软岩层时，掏槽眼应布置在软岩层中。 ⒊立井井筒和巷道掘进的掏槽眼均应比其它炮眼加深200～300mm。 ⒈根据可能形成的槽腔形状和尺寸，按选定的最小抵抗线和眼间距,尽可能使辅助眼的眼口和底眼均匀地布置在掏槽眼和周边眼的眼口和底眼之间。 ⒉紧邻周边眼的辅助眼应为周边眼的光爆创造条件，使周边眼形成一圈（层）厚度等于它的最小抵抗线的岩层，即光面层。 ⒊对于立井井筒掘进的辅助眼，多根据井筒的掘进直径、岩性、炸药性能和药卷直径等按选定的圈距（最小抵抗线）和眼间距，以同心圆分圈并在各圈上均匀地布眼。 ⒈严格按选定的最小抵抗线和眼间距布置。 ⒉周边眼应布置井巷掘进断面轮廓线上，并控制眼底偏出轮廓线外50～100mm以内；但对于松软或不稳定的岩层，周边眼应布置在井巷轮廓线内50～100mm处，眼底落在轮廓线上。 基本要求 ⒈炮眼利用率高，钻眼工作量和爆破器材消耗量少； ⒉爆破后的井巷断面形状整齐、尺寸符合设计要求； ⒊爆破下的岩石块度与堆积状况有利于装载运输； ⒋不应因爆破过度降低井巷围岩的稳定性以及损坏井巷支护和施工设备； ⒌有利于机械化施工，工作条件好并能保证安全施工 。 表2-2 井巷掘进掏槽类型及适用条件 类型 特点及适用条件 直眼掏槽 ⒈适用于无瓦斯公族面，岩石整体性好、中硬以上； ⒉所有掏槽眼均垂直于工作面，深度不受井巷断面大小限制，有利于深孔爆破； ⒊工作面炮眼相互平行,有利于多台凿岩机同时作业,有利于采用凿岩台车实现机械化作业； ⒋爆破效率高，岩石块度均匀，岩石抛处不远,不易崩倒支架及损坏设备； ⒌掏槽体积小，需要掏槽眼和雷管段数较多； ⒍岩石越坚硬对掏槽眼的间距、钻眼质量、装药等要求越严格。 斜眼掏槽 ⒈适用于掘进断面积大于4㎡的各类井巷； ⒉掏槽体积大，充分利用了自由面，掏槽数目、炸药消耗量、适用雷管段数相对较少； ⒊掏槽深度手巷道宽度限制； ⒋易产生大块岩石，岩石抛出距离远，易崩倒支架或损坏设备。 混合掏槽 ⒈直眼掏槽与斜眼掏槽相结合，改善了直眼掏槽的不足，但是也带来了斜眼掏槽的缺点； ⒉比直眼跟掏槽抛渣能力强、爆破效率高、掏槽体积大； ⒊适用于断面较大的井巷。 表2-3 立井井筒掘进常用的掏槽形式 名称 布置图 技术特点及适用条件 锥 形 掏 槽 ⒈ 圈径1.8～2.0m； ⒉ 炮眼倾角70～80； ⒊ 装药系数0.7～0.8； ⒋ 装药系数0.7～0.8； ⒌ 为防止爆破抛渣过高，可在中心打一中空眼，深度为掏槽眼的2/3； ⒍ 适用于眼深3m以下。 锥 形 分 段 掏 槽 ⒈ 圈径第一圈1.8～2.0m；第二圈2.5～3.0m； ⒉ 倾角第一圈70～75；第二圈75～80； ⒊ 第一圈掏槽眼深度约为二圈的2/3； ⒋ 第一圈掏槽眼数量约为二圈的0.4～0.5倍。 ⒌ 装药系数0.7左右； ⒍ 适用于韧性大的岩石，眼深3～5m。 一 阶 直 眼 掏 槽 ⒈圈径f≤3为1.2～1.6m,f＞3取1～1.2m。如用伞钻时，应考虑伞钻打眼的最小圈径。 ⒉眼数3～6个。 ⒊装药系数f＝3以下为0.5～0.55；f＝3～6为0.55～0.6；f＞6为0.6～0.8； ⒋爆破抛掷低，槽腔内底部岩石抗力大，不易破碎，为此可在中心钻1～3个空眼，其深度为掏槽眼深度的2/3. ⒌适用于眼深2m以下的浅眼。 二 阶 直 眼 掏 槽 ⒈一阶圈径同上。眼深可取l10.5～0.6l2,装药系数同前。 ⒉二阶圈径较一阶增大200～500mm； ⒊二阶眼数4～6个； ⒋二阶眼装药系数0.4～0.5； ⒌适用于眼深2m以上，f≤3的岩石。 三 阶 直 眼 掏 槽 ⒈一阶、二阶圈径同上，眼深可取l1＝（0.5～0.6）l2，l2＝（0.5～0.6）l3，装药系数同上； ⒉三阶圈径较二阶圈径增大200～500mm； ⒊三阶眼数6～9； ⒋三阶眼装药系数0.3～0.35； ⒌适用眼深2m以上，f＞3岩石。 表2-4 巷道掘进常用直眼掏槽的类型、技术特点及使用条件 类型 布置图 技术特点及适用条件 直 线 掏 槽 ⒈眼距L＝100～200mm； ⒉眼深以小于2m为宜； ⒊装药系数0.7～0.9； ⒋各装药眼同时起爆； ⒌适用于小断面巷道。 菱 形 掏 槽 单空孔型 ⒈眼距单孔孔型 f4～6 L1150mm，L2200mm； f6～8 L1100～130mm，L2170～200mm； f＞8采用双空孔型 L1100～130mm，L2170～200mm，L1100mm， ⒉眼深以小于2m为宜； ⒊分两段起爆，但是单空孔也可以同时起爆。 双空孔型 五 星 掏 槽 ⒈眼距软岩 L1140mm，L2250～300mm； 中硬岩L1110mm，L2250mm； ⒉眼深小于2.5m时，可用二号岩石炸药；眼深在2.5～3m时，应采用四号岩石炸药或其它高威力炸药； ⒊分两段起爆。 角 柱 状 掏 槽 ⒈眼距L＝（2～4）d,d为炮眼直径； ⒉眼深不宜超过2m； ⒊同时起爆。 表2-5 巷道掘进常用斜眼掏槽的类型、技术特点及使用条件 类型 布置图 技术特点及适用条件 楔 形 掏 槽 单楔形掏槽 ⒈眼数依据断面大小及岩石性质而定，一般取4～8个；中硬岩石一般取6个； ⒉眼距和眼数应依据岩性调整，一般取L2300～500mm，α55～70,岩石越硬L2、α值越小，例f8～10取L2400mm，α65为宜； ⒊d＝100～200mm，L12Lctgαd，一般L11000～1400mm； ⒋掏槽眼应比其它炮眼深200mm； ⒌装药系数一般为0.7； ⒍同时起爆； 双楔形掏槽 ⒈当岩石坚硬或炮眼深度超过2m时可以采用； ⒉加强掏槽眼数一般取2～6个，深度较小，一般L2800～1000mm，L3600～1000mm； ⒊装药系数一般为0.4～0.5； ⒋分两段起爆。 锥 形 掏 槽 ⒈眼数依据断面大小及岩石性质而定，一般取3～6个；但一般取4个； ⒉眼距和眼数应依据岩性调整，一般取L600～1000mm，α55～70,岩石越硬L、α值越小，例f8～10取L2800mm，α65为宜； ⒊d＝100～200mm，掏槽眼应比其它炮眼深200mm； ⒋装药系数一般为0.7； ⒌同时起爆； 单 斜 掏 槽 斜线掏槽 ⒈眼距一般取L300～600mm，α50～75,⒉眼深800～1500mm； ⒊装药系数一般为0.5左右； ⒋分两段起爆或同时起爆。 半楔形掏槽 ⒈眼距一般取L300～600mm，α50～75,⒉眼深不超过1500m； ⒊装药系数一般为0.5左右； ⒋同时起爆。 ⒌应布置在软弱岩层中（如半煤岩巷的煤层中），依软分层所在位置不同，确定掏槽眼的方向（向左、向右或向下）。 扇形掏槽 ⒈眼距一般取L300～600mm，α45～90呈扇形； ⒉眼数应依据断面大小及岩性调整，一般取3～5个，眼深不超过2m； ⒊装药系数一般为0.5左右； ⒋各掏槽眼依次起爆； ⒌适用于煤巷或半煤岩巷。 表2-6 巷道掘进常用混合掏槽的类型、技术特点及使用条件 混和方式 布置图 技术特点及适用条件 角 柱 形 掏 槽 与 楔 形 掏 槽 ⒈眼距L1750～850mm，L2100mm； L3800～1000mm，L4100～150mm； ⒉楔形掏槽眼与工作面夹角75～85,眼底与直眼距离150～250mm； ⒊眼深2～3m，装药系数直眼为0.7左右，斜眼为0.4～0.5； ⒋分两段起爆； ⒌适用于中硬以上岩层及大、中型断面。 直 线 掏 槽 与 楔 形 掏 槽 ⒈眼距L1600～800mm，L2100～150mm； ⒉眼深2m左右； ⒊适用条件及其它要求参见第一栏。 直与 眼锥 菱形 形掏 掏槽 槽 ⒈眼距L1600～800mm，L2150～200mm； L3100～150mm； ⒉眼深2m左右； ⒊适用条件及其它要求参见第一栏。 三、巷道掘进爆破主要参数的选择 表3-1 巷道掘进爆破主要参数的选择 参数名称 参数的选择 炮眼深度 炮眼深度应根据巷道掘进的作业方式、钻眼设备和凿岩机能力、岩层条件及巷道断面综合考虑。通常采用气腿式凿岩机时，炮眼深度以1.8～2.5m为宜；采用高效凿岩台车时，一般眼深可达3m以上。 炮眼直径 通常采用φ42～45mm。 炮眼数目 主要取决于岩石性质、巷道断面形状和尺寸、炮眼直径和炸药性能等因素，一般是先以岩石性质和断面大小进行初步估算，然后在断面图上作炮眼布置，得出炮眼数，并通过实践调整修正，炮眼数目的估算按下式 N3.32 式中N炮眼数目； f岩石坚固性系数； S巷道掘进断面积 ㎡。 炸药消耗量 单位炸药消耗量可根据经验公式或参照巷道掘进消耗定额（见表2-2）来确定，简单的经验公式为q＝1.1K0, kg/m3 式中f岩石坚固性系数； S巷道掘进断面积 ㎡； K0炸药作功能力的核定系数，K0＝525/P; P所用炸药的作功能力，Ml. 根据经验，煤矿岩石巷道采用光面爆破时，掏槽眼、辅助眼、控制光爆层的辅助眼和周边眼的每眼装药量比例为4321。 表3-2 平硐及平巷掘进炸药消耗量定额 kg/m3 掘进断面 ㎡ ＜4 ＜6 ＜8 ＜10 ＜12 ＜15 ＜20 ＜25 ＜30 ＞30 岩 石 硬 度 煤 f＜3 f＜6 f＜10 f＞10 1.2 1.91 2.85 3.38 4.07 1.01 1.57 2.34 2.79 3.39 0.89 1.39 2.08 2.42 3.03 0.83 1.32 1.93 2.24 2.82 0.76 1.21 1.79 2.09 2.59 0.69 1.08 1.61 1.92 2.33 0.65 1.05 1.54 1.86 2.22 0.63 1.02 1.47 1.73 2.14 0.60 0.97 1.42 1.59 1.93 0.56 0.91 1.39 1.46 1.85 注1.表中数字是根据2000年版煤炭建设井巷工程基础定额每米消耗量换算； 2.表中所用炸药为硝胺炸药。 3.当岩石条件变化时可以作适当的调整。 表3-3 平硐及平巷掘进雷管消耗量定额 个/m3 掘进断面 ㎡ ＜4 ＜6 ＜8 ＜10 ＜12 ＜15 ＜20 ＜25 ＜30 ＞30 岩 石 硬 度 煤 f＜3 f＜6 f＜10 f＞10 3.41 4.08 4.44 5.52 7.23 2.85 3.40 3.52 4.62 6.15 2.70 2.98 3.16 3.99 5.37 2.54 2.90 3.05 3.73 4.99 2.30 2.67 2.80 3.64 4.80 2.21 2.42 2.66 3.23 4.51 2.10 2.28 2.47 3.42 4.28 2.04 2.20 2.44 3.18 4.18 1.90 2.09 2.29 2.94 4.13 1.79 1.95 2.15 2.71 3.60 注1.表中数字是根据2000年版煤炭建设井巷工程基础定额每米消耗量换算； 表3-4 立井掘进炸药消耗量定额 kg/m3 净直径 m 5 5.5 6 6.5 7 7.5 岩石 硬度 f＜6 f＜10 2.10 2.83 2.05 2.74 2.01 2.64 1.94 2.56 1.89 2.53 1.85 2.47 注1.表中数字是根据2000年版煤炭建设井巷工程基础定额每米消耗量换算； 2.表中所用炸药为水胶炸药。 3.当岩石条件变化时可以作适当的调整。 表3-5 立井掘进雷管消耗量定额 个/m3 净直径 m 5 5.5 6 6.5 7 7.5 岩石 硬度 f＜6 f＜10 1.09 1.24 1.07 1.20 1.01 1.14 0.97 1.10 0.93 1.09 0.90 1.06 注1.表中数字是根据2000年版煤炭建设井巷工程基础定额每米消耗量换算； 表3-3 巷道掘进辅助眼及周边眼参数的确定 眼别 参数 取值范围或计算方法 图示 巷 道 辅 助 眼 最小 抵抗线 W1 它与岩石性质、炸药做功能力和药卷直径等因素有关。一般W1550～600mm。辅助眼的眼口与眼底应均匀地分布在掏槽眼和周边眼的眼口与眼底之间。紧邻周边眼的辅助眼要保证周边眼的最小抵抗线W符合光面爆破的要求，它的最小抵抗线值W1对于松软破碎岩层可取W1＝W100～150mm;对于中硬以上较完整岩层取W1＝W。 巷道光面爆破周边布置图 1 周边眼； 2 周边眼内第一圈辅助眼； 眼距 E1 它与岩石性质、炸药做功能力和药卷直径等因素有关，一般E1＝550～600mm； 紧邻周边眼的辅助眼应为周边眼的光面爆破创造条件，所以应采取与巷道的轮廓线相似形状布置，使之与周边眼的间距处处相等，它的眼距E1值，对于松软破碎岩层可取E1＝E；对于中硬以上较完整岩层取E1＝E100～150mm; 装药系数a1 装药系数指装药长度与炮眼长度的比值。它与岩石性质、炸药做功能力和药卷直径等因素有关。一般a1＝0.45～0.6。 炮眼数目N1 辅助眼数目可以在巷道断面图上首先将掏槽眼和周边眼布置完毕后，在剩余空间按选定的W1和E1均匀布置即可。或者可按下式近似计算 N1＝（整个巷道掘进断面积－掏槽眼和周边眼负担的破碎面积）/ W1E1. 巷 道 周 边 眼 眼距 E 根据岩石性质和巷道轮廓的曲率确定。一般E＝400～500mm，层节理发育、不稳定的松软岩层取下限，反之取上限。在巷道交岔点和曲线部分施工时，E值应适当减小，一般为300～400mm为宜。底眼的眼距一般为500～700mm,见右图。对于预裂爆破，眼距应比光面爆破减少100～200mm左右。 抵抗线 W 它与岩石性质关系密切。一般W＝450～500mm，岩石坚固时取下限。选取的E与W之比值，即炮眼密集系数应在0.8～1.0范围内。 装药 集中度 a 周边眼与岩石性质、、炸药做功能力和药卷直径以及炮眼直径与药卷直径的比值（不耦合系数）150有关。一般f＜3取a＝100～150g/m；f＝3～6取a＝100～200g/m；f＞6取a＝200～300g/m；该值是采用2号硝胺岩石炸药，如用其它炸药则应按其做功能力值这算。 对于预裂爆破，装药集中度与炮眼密集系数可取与光面爆破相近似的数值，但装药长度应控制在炮眼长度的75％以下，对于十分破碎的岩体应降到55％。眼口不装药断要全部用炮泥充填，避免眼口出现爆破漏斗，破坏预裂面的平整性。 底眼的装药系数，一般在0.5～0.7左右，但两地脚眼的装药系数应比其它底眼少30％～40％，并且在起爆顺序上也应比其它底眼延迟一段时间与两帮炮眼同时起爆，以避免巷道两帮悬空。 炮眼数目 N 通常，周边眼可以在巷道断面图上按照选取的眼间距E值直接布置即可，也可按下式计算并取整值数； N＝（巷道掘进轮廓线的周长）/E,个 若遇到软弱、破碎的岩层时，或者将眼间距E适当增加100mm左右，在两眼中间再增打一个空眼；或者在原布置的周边眼间适当增加1～2个空眼，以利于在两装药眼之间形成裂隙时起到导向和应力集中作用（右图）。 增加空眼布置图 1空眼；2软弱岩层 巷 道 底 眼 ⒈眼距一般为500～700mm； ⒉眼口应比巷道底板高出100～200mm，以利于钻眼和避免炮眼内积水； ⒊眼底应比巷道底板低100～200mm，以免巷道底高； ⒋水沟炮眼应同时钻眼与爆破； ⒌对于向下掘进的斜井或斜巷，底眼应大于巷道坡度3～5; ⒍当钻眼与装岩平行作业时，为了给钻工登碴打上部眼创造条件，可采用抛碴爆破，如右图所示。但是，钻眼与装岩采用顺序作业方式时，不应采用抛碴爆破，以利于装岩机装岩。 抛碴爆破效果示意图 1普通爆破岩石堆； 2抛碴爆破岩石堆 四、井巷常用的装药结构 在便于操作的前提下，我们一般采用连续装药结构。 井筒正常基岩段掘进采用反向连续装药结构，当穿煤、穿断层工作面有瓦斯时必须采用正向连续装药结构。 巷道一般采用正向连续装药结构。 - 10 -