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，因没有实现多点起爆的完善方法故在大多数情况下，仍采用单点起爆。

这时可通过调整起爆药的位置以使装药得到充分起爆。

比较好的办法是：起爆药应放在所有装药的“重心”位置，这样传爆效率最高。

装药的重心是根据传爆方向以及装药数量来确定的，而非装药的几何中心，我们在现场采用如下图所示的装药结构迸行实验，效果十分明显。

在采用此种装药方式的时候，要注意装药聚能穴的方向和雷管安置的位置。

雷管安置在起爆药的尾端，自起爆药向外（含起爆药）的所有装药为反向装药，自起爆药向里的所有装药为正向装药，正反向装药之比约为1：3。

使整体装药近似反向装药，以充分利用反向爆破炮眼利用率高的优点。

4．炮眼封泥长度与爆破效果关系炮眼封泥的材料、长度和填塞质量也会影响应力波的参数，从而影响岩石的破碎过程和炸药能量的有效利用。

但这种作用是有限的，在有些情况下炮眼封泥则完全不起作用。

炸药爆炸对岩石的破坏主要靠两种作用，动作用和静作用。

利用爆炸产生冲击波或应力波形成的破坏称为动作用，利用爆炸气体产物的流体静压或膨胀功形成的破坏或抛掷称为静作用。

动作用产生的冲击破坏要远大于流体静压作用。

岩石被破碎并被抛掷出去的基本条件是动作用至少应等于或大于岩体的阻力（抗剪、抗压、抗拉强度）。

如果炸药猛度不够，所产生冲击能量无法破碎岩石，将迅速转变为流体静压作用在炮眼壁及炮跟封泥上，很显然封泥的强度与周围岩体相比相差甚远，将成为最薄弱的一环而被首先突破。

所以在掘进过程中经常出现“拔炮”现象，所以不应在炮眼封泥上大做文章，而应首先考虑的应该是炸药种类和炮眼布置的问题。

除了合理布置眼位外，应缩小炮眼间距，相应增大炸药的单位能量密度，再一个就是采用高猛度炸药可以获得较高的爆破冲击能量，提高炸药爆破后所产生的爆破力。

从快速施工的要求来看，采用高猛炸药更为有利。

5 实例15．1 工程概况14采上部回风巷，巷道净宽3600mm，净高3400mm，设计断面11.2m2，掘进断面11.9m2，巷道沿3‰上坡掘进，全长165m。

本区段位于C7 背斜的翼部，沿施工方向岩层平均5°～7°下降。

巷道将要穿过的层位自下而上为：煤5顶板泥岩（5.6-6.2m）、煤4底板铝质泥岩（1.0 －1.2m ）、煤4顶板泥岩（5.0-5.4m）、粉砂岩（3.2～3.6m）、中细砂岩（3.6—4.2m）、粉细砂岩（4.6—5.0m）、中砂岩（3.0—3.4m）、粉砂岩（0.8—1.0m）、3煤3.6（0.6）6.5m、泥岩1.5m。

岩石普氏系数（f=6～10）。

其中中硬岩层厚度达10余m。

5．2 施工组织及爆破方法全迎头采用多台ZY24型气腿式凿岩机打眼，￠32mm中柱齿钻头、￠22mm中空六角钢钎，30kw 扒装机出矸。

在由软岩进入硬岩层施工的初期，采用斜眼楔形掏槽，槽眼探度1.7m ，炮眼深度1.5m ￠27mm乳化炸药，秒延期电雷管，反向柱状装药，炮眼用塑料炮塞加黄泥封堵，封泥长度30Omm，串并联连线，MFB-150 型发爆器起爆。

平均爆破效率只有58%。

后期改用直眼漏斗式掏槽，采用中深孔爆破，炮眼深度2.3m ，掏槽眼深度2.5m，￠27mrn 乳化炸药，秒延期电雷管，近似反向柱状装药，三只塑料炮塞封堵，串并联连线，MFB －150 型发爆器起爆。

平均爆破效率达到91%。

但由于乳化炸药包装质量较差，存储过程中变形较为严重，因无现则的聚能穴而极大地影响了炸药的传爆效果，造成了爆破效率不稳定的现象。

经过调研发现水胶炸药具有猛度高、装填快速、管道效应小的特点，用于爆破中硬岩层，效果明显。

特别是水胶炸药无聚能穴的包装结构非常符合职工的操作习惯。

后改用水胶炸药彻底解决了炸药传爆的问题，爆破效率也因此稳定在93%左右。

6．实例26．1 薛村矿三水平西翼皮带暗斜井地质条件薛村矿三水平西翼皮带暗斜井全长1000m ，埋藏深度平均450 。

现经轨道暗斜井运输掘上山，巷道顶板岩性稳定，为距大煤底板10m的细砂岩，岩石硬度f ＞4。

巷道设计为半圆拱形断面，净宽4．2m，净高3．3m，毛断面17m2，＋60上山施工，采用光面爆破锚喷挂钢筋网支护。