2、中深孔“三小”一次爆破试验技术报告.doc

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赵楼项目部

中深孔“三小”一次爆破试验

技术报告

项目主要参加人员

姓名

职称

单位及职务

参加程度

单仁亮

博导/教授

中国矿业大学（北京）力建学院副院长

方案研究与审定

汪学清

博士后

中国矿业大学（北京）

方案研究与实施

周纪军

博士研究生

中国矿业大学（北京）

方案研究与实施

李广景

研究生

中国矿业大学（北京）

方案实施

付怀

研究生

中国矿业大学（北京）

方案实施

目录

1概述 1

2中深孔“三小”一次爆破技术介绍 1

2.1掏槽眼爆破设计 1

2.2周边眼爆破设计 5

2.3崩落眼爆破设计 6

2.4一次起爆 6

3工程概况 7

3.1一采区轨道下山的工程概况 7

3.2南部辅助运输大巷的工程概况 9

4施工方案设计 11

4.1原施工方案 11

4.2试验方案设计 16

5现场试验及数据分析 21

5.1现场试验技术方案概述 21

5.2试验方案实施及其控制 22

5.3试验数据统计 23

5.4技术指标分析 24

6结论 27

27

1概述

中煤第一建设公司隶属中国中煤能源集团公司，全国500家最大建筑企业之一。

近年来，公司积极推进体制创新、科技创新和管理创新，为了提高公司在巷道掘进中的竞争力，中国中煤能源集团公司一建公司和中国矿业大学（北京）合作，在三十一处赵楼项目部开展岩巷中深孔“三小”一次爆破掘进技术的应用研究，通过对合理掏槽方式、周边控制爆破、爆破参数优化和安全高效一次起爆技术等方面的深入研究，对作业人员和技术人员进行指导和培训，提高赵楼项目部岩石巷道掘进水平，并依此向全公司推广中深孔一次爆破掘进技术，从而提高全公司在巷道掘进的水平。

通过几个月的调查和现场试验，已在赵楼项目部取得了良好的经济效益和社会效益。

现将试验技术、试验情况及试验效果作如下汇报。

2中深孔“三小”一次爆破技术介绍

中深孔“三小”一次爆破技术是特别针对赵楼项目部工程状况和实际作业条件提出的，“三小”是指小钻头、小炮眼和小药卷，本次试验钻头直径32mm，药卷27mm。

中深孔“三小”一次爆破设计主要包括掏槽眼爆破设计、周边眼爆破设计、崩落眼爆破设计和一次起爆四个方面，其中掏槽爆破设计是关键。

2.1掏槽眼爆破设计

在岩石巷道的爆破掘进中，炮眼的布置、装药和起爆都极大地影响着爆破的效果和掘进的效率。

其中，掏槽的布置和爆破至关重要。

爆破施工中，掏槽眼爆破条件最差，因为它是只在一个自由面的情况下起爆，掏槽眼爆破是以爆破漏斗的形式形成自由面，为其它炮眼的爆破创造更为有利的条件，掏槽眼爆破效果的好坏在很大程度上决定着其它炮眼的爆破效果。

掏槽爆破要求掏得进，抛得出，为其它炮眼爆破提供足够的自由面和补偿空间。

国内外巷道（隧道）掘进中长期使用斜眼掏槽（楔形掏槽）和直眼掏槽两种方式。

近几年来，以单仁亮教授为首的中国矿业大学（北京）岩巷掘进科研小组研究开发了一种高效的准直眼掏槽方式，并已在全国10多个矿区得到了非常成功的应用。

2.1.1斜眼掏槽

斜眼掏槽方式中炮眼与工作面的夹角一般为600～750。

此种掏槽方式适应性好，可靠性高，在各种岩石条件下均能获得较好的掏槽效果，能将槽腔内破碎的岩石部分或全部抛出，为崩落眼爆破创造有利的条件，在我国大多数矿山的岩石井巷掘进爆破中使用最为广泛。

但是，掏槽炮眼倾斜较大，槽底的孔距过小易穿孔；相邻崩落眼孔口与孔底抵抗线差值过大，易形成岩石未爆区，如图2-1所示，影响其掏槽效率；岩石的抛掷距离较大，极易损伤设备和支护，也给装岩带来一定麻烦。

此外，炮眼深度受巷道宽度的限制，难以应用在小断面，难以实现中深孔爆破，难以组织多台凿岩机平行施工。

图2-1楔形掏槽特点示意图

2.1.2直眼掏槽

直眼掏槽方式中炮眼轴线与工作面垂直，常规的直眼掏槽形式如图2-2所示。

此种掏槽方式，如果炮眼深度改变时，掏槽布置可不变，易于工人掌握和实现多台凿岩机平行作业及钻眼机械化；并且炮眼深度不受巷道断面大小限制，有较高的炮眼利用率，全断面巷道爆破下的岩石抛掷距离小，爆堆集中，不易崩坏巷道内的设备和支架。

因此，中深孔爆破中经常采用直眼掏槽方式。

尽管直眼掏槽方式有以上优点，但是直眼掏槽不是以工作面为自由面，而是以中心空眼作为自由面和破碎岩石膨胀的补偿空间，因此，空眼的大小、数量和位置，以及炮眼间距和平行度等均对掏槽效果有重要影响。

此外，直眼掏槽所需的炮眼数量多、槽腔小，炸药消耗量大。

图2-2常用的直眼掏槽形式

2.1.3准直眼强力掏槽

为了提高掘进速度，隧道或井巷爆破中炮孔深度有不断增加的发展趋势，在矿山岩石巷道中深孔爆破中采用直眼掏槽技术，但直眼掏槽的钻孔数量多，为其它后续炮孔提供的补偿槽腔小，且要求钻孔质量高，炮孔参数的控制严格，工艺和技术都比较复杂，实际爆破施工过程中带有较大的经验性和随意性，常常造成掏槽失败。

国内外在中深孔掘进爆破中，直眼掏槽虽已取得不少成功经验，但大多限于工艺试验研究，还没有较为完整的理论来说明这些成功经验的物理本质。

因此当施工条件、岩层性质、炮孔孔径、深度、炸药品种等变化时，直眼掏槽参数的选取往往具有盲目性，需要较长的工艺摸索时间，造成浪费。

因此，以单仁亮教授为首的中国矿业大学（北京）岩巷掘进课题组在分析了现有的掏槽方式的掏槽机理及其各自的优缺点，总结了现场的施工特点和经验，创造性地提出了准直眼强力掏槽爆破技术，为岩巷中深孔爆破和快速施工提供了有力的技术保障。

准直眼强力掏槽方式是结合了直眼掏槽和楔形掏槽各自的优点，采用合理的时间间隔进行分层分次掏槽的综合性掏槽技术。

准直眼强力掏槽中所有炮孔采用同等深度，主掏槽孔微倾斜（近似为直眼），孔底间距大，配合中心直眼，采用合理时间间隔进行分层分次爆破，从爆破机理上讲，它涉及到多孔爆破漏斗理论同时也涉及到自由面对爆破漏斗的作用理论。

（1）准直眼强力掏槽图解

准直眼强力掏槽图解如图2-3所示。

在准直眼强力掏槽中，1-6号孔为主掏槽孔，近似的直眼，即微倾斜孔，它们与工作面的夹角为75～850；中心7-8号孔为直眼，称为中心次掏槽孔，下部装药，上部为空孔。

中心次掏槽孔深度可以与主掏槽孔相同，也可比主掏槽孔深度略深20cm左右。

炮眼装药时，主掏槽孔为主炮眼，装70％左右的炸药，中心次掏槽孔装20％左右的炸药。

爆破中1-6号主掏槽孔先于7-8号中心次掏槽孔起爆。

1-6号起爆时，7-8号孔的上部相当于2个空孔，为1-6号孔爆破提供了一定的自由面和补偿空间；起爆后，1-6号孔的装药将对它所包围的岩体进行破碎，且利用炮孔轴线与自由面斜交的自由面将靠近自由面的岩石抛出，只剩下下部有一部分的岩石抛不出去，但这部分的岩石在爆炸作用下将受到损伤，其中的节理、裂隙会得到扩展，且为7-8号孔下部装药爆破提供了自由面和有利条件。

1-6号孔爆破后如图2-3c所示。

（a）掏槽炮眼平面布置图（b）掏槽剖面图（c）1-6号孔爆后图（d）7-8号孔爆后图

图2-3准直眼强力掏槽图解

7-8号孔爆破为双孔爆破漏斗作用，它不仅将1-6号孔没有爆出的岩体破碎，而且还可以将1-6号孔已破碎但未抛出的碎渣抛出，形成我们所希望达到的深度和大小的槽腔，7-8号孔爆后如图2-3d所示。

从我们生产试验来看，这种掏槽方式的掏槽效率能达到设计深度的95%以上，且适应性很强，只要对岩性了解，适当调整炮孔参数、槽腔大小和装药单耗，效果均能达到。

目前，由于广大矿山在浅孔爆破中均采用楔形掏槽方式，工人对楔形掏槽比较熟悉，本掏槽方式的布眼与楔形掏槽类似，合乎他们的习惯，很容易被工人掌握。

（2）准直眼强力掏槽的优点

准直眼强力掏槽的优点在于：

充分利用了炮孔，在主掏槽孔1-6起爆时，充分利用中心次掏槽孔7-8上部未装药的空孔效应，增强了第一次爆破效果，没有“浪费”炮孔，因此可以更有利于提高炮孔利用率；与直眼掏槽相比，减少掏槽眼数量，扩大槽腔体积，为后续炮孔爆破提供更大的自由面和补偿空间；孔底间距较大，不会出爆破压死现象；准直眼微倾斜，充分利用了工作面提供的自由面，增强了爆破效果，同时其倾角比楔形掏槽的小，全断面巷道爆破时的岩石抛掷距离小，爆堆集中不易崩坏巷道里的设备和支架等。

准直眼强力掏槽充分结合了直眼掏槽和楔形掏槽各自的优点，准直眼强力掏槽中所有炮孔可以采用同等深度，中心直眼与准直眼配合，采用合理时间间隔进行分层分次爆破，易操作、效率高、成本低。

2.2周边眼爆破设计

周边眼光面爆破有许多优点：

巷道成型规整，减少掘进超欠挖量；巷道围岩受爆破震动小，保持了围岩的完整和稳定，有利于锚喷支护；减少炸药消耗量，降低成本。

因此，本次试验周边眼采用光面爆破技术。

光面爆破时，相邻炮眼间形成贯通裂缝并将岩石从岩体中分离，这是应力波和爆生气体共同作用的结果。

由于应力波在岩体中传播的速度远远高于其产生裂纹的传播速度，所以当应力波越过裂纹尖端后，应力波产生的径向裂纹在爆生气体的准静态压力所产生的膨胀作用下进一步扩展。

应力波自中心径向传播时，遇到辅助眼爆破产生的自由面反射成拉伸应力波，由于岩石抗拉强度较低，岩石发生拉断破坏，使得岩石从在自由面拉断破坏。

周边眼孔距E和抵抗线W是光爆的两个重要参数，其比值M=E/W、炮眼密集系数的设计应遵循一些原则。

（1）两相邻孔产生的应力波相遇造成初始裂隙之后，应力波才能到达抵抗线边缘。

考虑到雷管本身的误差以及起爆时差，实际中不可能做到两孔同时起爆，有时要靠先起爆的孔来完成，所以一般软弱岩体、中等坚硬岩体和比较坚硬岩体，孔距通常小于或等于抵抗线厚度。

（2）两相邻孔在裂隙贯通之前，应力波应到达自由面，并产生拉伸应力波。

炮眼密集系数不能太小，以保证两孔裂隙贯通前，炮孔到自由面方向的岩体已经受到一定程度的破坏。

孔距和抵抗线之间的关系，依岩性不同而变动，同时也受炮眼深和装药结构等因素的影响。

2.3崩落眼爆破设计

崩落眼眼一般垂直工作面，以掏槽眼的槽腔为自由面层层布置，并均匀地分布在被爆岩石内，以保证爆破崩落的岩石均匀为装岩创造有利的条件。

崩落眼应最大限度为周边眼的光面爆破创造条件，即提供抵抗线大致相等的光面爆破层。

实际崩落眼布置时，根据断面大小和形状调整最小抵抗线和临近系数，一般临近系数在1.2以上，眼间距600~700mm。

2.4一次起爆

目前我国煤矿井下岩巷施工大多采用钻眼爆破法，并且由于炮孔数目多，爆破设计施工不当，发爆器能力有限等原因，全断面装药一般分几次放炮，严重影响工人地身心健康，限制了施工速度，并且存在安全隐患。

本次试验使用强力200发爆器；使用准直眼掏槽减少掏槽孔数；使用大孔距小抵抗的方法布置崩落眼，减少崩落眼数；并根据我们的实验室实验结果，采用密集系数为1的方式布置周边眼降低周边孔数，最终使全断面炮孔大为减少，使一次爆破称为可能。

一次起爆可以降低炮孔数量、炸药总消耗，缩短了放炮和通风的时间，提高了工时利用率，缩短了循环作业时间，提高掘进速度。

实现全断面一次爆破时，应注意以下事项。

（1）装药时，为了防止丢炮现象，要使用同厂、同批生产的雷管，检查所有雷管的电阻值，阻值控制在0.3Ω以内。

（1）全断面采用串连联线方式。

（2）每次在放炮网络连接前，必须对母线做一次检测，保证母线电阻稳定、合理，否则可能有接地、接水等现象。

（3）每个雷管脚线都要拉开拉直，每个接头都不能接地、接水，接头上方也不准有滴水；雷管串联后的头、尾与母线必须接紧接实，并离开地或水。

（4）整个放炮网络连接完毕后，使用电爆网络测试仪进行网络电阻测试，电阻值应