光面煤破技术教材.docx
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光面煤破技术教材
小断面煤矿巷道的光面爆破
（湖北省巴东县沙坝煤矿有限公司陈明海）
2012年4月
1前言
在煤矿生产和建设中，巷道掘进占有十分重要的地位，目前在生产矿井的井巷掘进中，巷道工程量约占掘进总工程量的20%—25%，施工工期占掘进总工期的40%-60%。
在技改矿井建设中，巷道工程量约占掘进总工程量的40%—60%，施工工期占掘进总工期的30%-40%。
因此加快巷道掘进速度和质量，对于保证煤矿采掘关系正常发展和加快矿井的建设速度有着十分重要的意义。
目前在巷道掘进主要采用钻眼爆破方法，因此我们县各煤矿在组织巷道掘进的工作中，都以发展和完善钻爆法施工技术作为岩和巷掘进技术的主攻方向。
光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，是通过一系列措施对开挖工程周边部位实行正确的钻孔和爆破，并使周边眼最后起爆的爆破技术。
巷道围岩不产生或很少产生炮震裂缝，保持了围岩完整性，从而增大了围岩自身的承载能力，这为采用锚喷支护创造了有利的条件。
光面爆破技术和锚喷技术相结合，进一步增强了锚喷支护的作用，特别是在松软岩层中更能显示这一特点。
在裂隙发育的地层中，避免裂隙扩大和产生新的裂缝，提高了围岩的稳定性，能基本清除落石伤人事故，为快速施工提供了有利条件。
巷道成型规整，极大地减少了掘进超挖数量和出碴工作量，加快了掘进速度，节省了衬砌材料，提高了施工进度。
由于巷道成型规整，凹凸很少，除增强巷道本身稳定性外，也减少了巷道的维护量，在有瓦斯的巷道则不易于产生瓦斯局部聚集。
2光面爆破的原理
光面爆破的破岩机理是一个十分复杂的问题，目前仍在探索之中。
尽管在理论上还不甚成熟，但在定性分析方面已有共识。
一般认为，炸药起爆时，对岩体产生两种效应；一种是两炮眼同时起爆，两炮眼产生压缩应力相互叠加，汇合形成拉伸应力波，形成贯穿裂隙。
二是爆炸气体膨胀做功所起的作用。
光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向其四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，则产生应力波的叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，爆炸气的膨胀合裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。
在这主要介绍一种以县安监局行业指导部门探讨在沙坝煤矿实验效果比较成功的一种原理，沿开挖轮廓线布置间距较小的平行炮眼，在这些光面炮眼中进行药量较少的不耦合装药，然后同时起爆，爆破时沿这些炮眼的中心连线破裂成平整的光面。
光面炮眼组同时起爆时，由于起爆器材的起爆时间误差，不可能在同一时刻爆炸。
先起爆的药包的应力波作用在炮眼周围产生细微径向裂隙（图1-b的A炮眼）。
由于B炮眼所起的导向作用，结果沿相邻两炮眼连心线的那条径向裂隙得到优先发育。
在爆炸气体作用下，这条裂隙继续延伸和扩展，在相邻两炮眼的连心线同眼壁相交处产生应力集中，此处拉应力最大。
A、B两炮眼中爆炸气体的气楔作用将这些径向裂隙加以扩展，成为贯通裂隙。
a）孔装药情况；（b）先爆炮孔对相邻炮孔的影响；（c）光面的形成形成光面
图1光面爆破时炮眼连心线上破裂面的形成
3巷道施工
为了成功实现光面爆破，必须有一套科学的管理方法、必须精心设计、认真操作、管理到位。
3.1合理选择巷道形状
巷道的轮廓线的选择十分重要，为了便于施工，尽量选择形状简单的巷道形状。
拱形巷道是煤矿中最多的巷道，一般都是全矿的开拓、准备巷道，服务年限长、巷道中管线多、巷道的利用要求高。
煤矿常用的拱形巷道形状有半圆拱形、圆弧拱形、三心圆拱。
半圆拱形形状简单，拱部成型好，是最佳选择，在巷道跨度较大时，为了提高巷道的利用，同时为了使巷道断面更为合理，宜采用圆弧拱形。
在沙坝煤矿的主运输大巷2.8X2.5米的圆弧拱巷道、马河煤矿的下山2.2X2.2米的半圆巷道在进都取得了良好的效果。
3.2精心设计光面爆破图表，优化炮眼参数
优化炮眼参数，设计切合实际的光面爆破参数、编制贯彻好作业规程。
图2为沙坝煤矿主运输大巷的光面爆破图表。
3.21施工前技术人员应根据施工图和光面爆破参数选择的原则，精心设计合理的光爆图表，并在施工中及时根据岩性的变化，不断的修改完善光面爆破图表。
3.22光面爆破图表中要明确规定炮眼的位置、角度、装药量、装药结构，联线方式及起爆序。
表１为沙坝煤矿的爆破说明书。
表１：
沙坝煤矿爆破说明书
眼号
眼深 （米）
装 药 量
角度
响炮顺序
装药联线方式
眼 数
每孔药量
总药量
水平
垂直
1
2.3
1
8
8
90
90
1
串联
8—11
2.3
4
7
28
90
90
2
串联
12—15
2.3
4
7
28
90
90
3
串联
15—19
2.3
5
6
30
90
90
4
串联
19—23
2.3
5
6
30
90
90
5
串联
24,25,27—45
2.3
19
6
114
90
90
6
串联
26
2.6
1
8
8
90
83
6
串联
合计
39
246卷，36.9kg
3.23光面爆破参数的选择主要是对炮眼布置与装药量选择。
1、掏槽眼
光面爆破与普通爆破一样，掏槽是控制巷道进尺的关健一环，在现在煤矿小断面巷道爆破中主要采用的是圆柱法直眼掏槽。
直眼掏槽不受断面的限制，可多台风钻同时打眼，炮眼质量易掌握，爆破效率高，光面效果好，但因掏槽眼垂直于工作面，爆破抵抗线大，往往需要打空心眼做掏槽辅助自由面，所以掏槽打眼多，用药多。
在实际的巷道掘进过程中要根据岩层情况增减空眼数量（硬岩中取小值，软岩中取大值），例如银华矿业公司中吴家坪全岩巷中一般用六棱柱掏槽，而在沙坝煤矿梁山组较硬的黄龙灰岩中增加了三个炮眼，用九棱柱掏槽，以便达到掏槽的效果。
直眼掏槽的眼距要严格控制。
太大时掏槽比较困难，太小时岩石被挤实，掏槽效果差。
直眼掏槽的眼距一般等于破碎圈的直径，即为100-150毫米。
2、辅助眼
掏槽眼以外布置辅助眼进行扩槽，扩槽眼的布置主要遵循先从最弱面进行，逐步扩大岩层的自由面，靠近掏槽眼的第一、二圈辅助眼的间距为什么300-350毫米，以外辅助眼一般间距为600-750毫米（硬岩中取小值，软岩中取大值）。
3、二圈眼（又称抵抗眼）
辅助眼以外布置二圈眼，二圈眼是确保光爆层厚厚度的重要参数。
在松软围岩中，应从二圈眼开始尽量减少装药量。
二圈眼的间距略大于抵抗值，一般取550-650毫米。
4、周边眼
周边眼一般布置在巷道轮廓线附近。
硬岩可以布置在轮廓线以外，与轮廓线外接；软岩布置在轮廓线以里，与轮廓线外切。
周边眼是直接保护围岩的，因此其参数应严格控制。
其抵抗线一般为400-500毫米。
周边眼的间距为350-450毫米，与一般规律相反，软岩取小值，硬岩取大值，软岩或裂隙发育处应加空心眼起导向作用，眼距缩为200-300毫米。
如图3所示。
3.3精心钻眼
钻出的眼孔要做到平、准、直。
巷道方位使用激光指向仪进行导向，控照设计方位、坡度安好定向仪后，要根据指向仪光心定出炮眼的位置。
平：
要求周边眼、二圈眼、掏槽眼要互相平行。
帮眼、周边眼的外插上爬不得超过100毫米，不得向内插和下栽。
准：
各炮眼要打在点好的眼位上，上下左右的误差要控制在20毫米以内。
各个炮眼的深度要达到掏槽眼的位置，个别带有角度的眼，同时也为了减少两发炮的接头台阶，要备用一根3米的钻杆，适当加长炮眼，以达到相同位置。
直：
要求上述炮眼的方向，特别是周边眼的方向与巷道方位线的方向平行一致。
打眼应注意事项：
1）、掌握《煤矿安全规程》、作业规程相关内容，掌握安全操作规程，掌握钻眼机具结构、性能和使用方法，正确佩戴劳动防护用品，遵守操作规程，按作业规程要求作业，特别是要把握好前进的度，打好眼也是提高掘进速度关健的一环，所以打眼的力度要调合适，太慢容易影响进度，太快容易发造型生断钎伤人。
2）、钻眼作业前应做好如下检查：
（1）工作面支护和顶板管理情况；
（2）钻眼机具、供水管路、水压是否正常，电缆是否有漏电、失爆现象；工作面是否有瞎炮；工作面瓦斯是否超限；控顶距是否符合作业规程要求；有无透水、瓦斯突出等异常现象。
3）、钻眼前要做好下列准备：
在坡度较大的上山和平巷打上部眼时，应搭设脚手架或工作台，巷道设置挡板，防止煤、矸滑落伤人，风、水管和电缆吊挂、固定好；需要超前支护的地方，应做好超前支护；清理工作面浮煤、浮矸，排除积水；
4）、应按爆破说明书规定的炮眼位置、个数布置炮眼。
多台风钻同时打眼，应先划分区域，定人、定具、定顺序打眼，不准交叉作业。
在一些经验比较先进的浙江掘进队中把打眼看的相当重要，打完炮眼后认真检查眼位、眼间距、角度、深度。
凡是不到位的炮眼都重新打眼，直到打到符合条件为止。
打完眼后，必须用高压风进行扫孔，将岩粉积水排净后方可装药放炮。
5）、钻进过程中，坚持先打出高质量的导向孔，并插上钎了或炮棍，作为其它各眼的导向，司机应集中精力，注意观察工作面和钻进情况，发现煤、岩片帮、冒顶危险时，应立即停钻处理；如遇突水征兆，应立即停止钻眼，不准拔出钻杆。
6）、风钻操作应符合下列要求：
风钻司机应站在风钻一侧，两脚前后错开，脚踏实地，防止踩空；不准骑在气腿上打眼；定眼时，领钎人应站在钻杆一侧，将钻头放在眼窝上，先低速钻进20~30毫米后，再全速钻进；钻眼时，司机应调整好气腿高度、角度，推力均匀适度；钻进时，风钻、钻杆下禁止站人；更换眼位、调整气脚时应停钻。
7）、有下列情况之一，禁止钻眼作业：
（1）工作面风流瓦斯超过1%时；
（2）支护不牢，有倒棚危险，局部片帮来压及控顶距超过作业规程规定时；
（3）瞎炮未处理时；
（4）局部通风机停止运转时；
（5）工作面无风或风筒口距离工作面超过作业规程规定时；
（6）有瓦斯突出、透水征兆时；
（7）钻孔与老采空区、旧巷相透时；
（8）溜道上需打眼，却正在运煤时；
（9）供水管路无水或水压不正常时；
（10）无防尘设施或防尘设施损坏时；
（11）煤电钻响声异常、过热时。
8）、钻眼结束后，应将钻具放在指定位置，放在无淋水地点。
3.4认真做好放炮工作
（１）必须严格按照爆破图表规定的装药结构、各炮眼的装药量、封泥长度进行装药、定炮、联线。
装药时要用竹质或木质炮棍将药轻轻的推入眼内，不得冲撞和捣实，各药卷必须彼此密实，炮泥要要封至眼口。
定眼联线后要检查线路有无断路、短路、接地、经检查无误后方可放炮。
（2）起爆顺序。
掏槽眼为1号，扩槽眼为2号，辅助眼为3号，三圈眼为4、5号，帮眼、底眼为6号。
（3）放炮后的检查。
放炮后要认真检查有无瞎炮、残爆。
发现有瞎炮、残爆的炮眼必须严格按煤矿安全规程的有关要求，及时进行处理。
还要对巷道的断面按设计尺寸进行检查验收，凡有欠挖部位都要进行处理。
4成功实现光面爆破应采取的措施
（1）光面爆破实际上是控制周边眼爆破。
周边眼的爆破效果直接影响到光面爆破的效果，周边眼的爆破是巷道成形的关键。
因此装药定炮眼时周边眼必须采用瞬发雷管和同极毫秒雷管。
（2）合理的光爆装药结构，装药结构为径向空气间隙不偶合和轴向软垫层不偶合装药。
尽可能减少装药密度。
因为药量越大，产生的破碎范围越大，爆生气体压力也更大，故在能够将岩石炸落的前提下，药量越少越好。
一种方法减小炸药直径。
目前我县暂无光面爆破专用这种炸药，尽量不用这种方法。
第二种方法眼中间隔垫衬装药，如图4所示。
将药装入眼底，再装一节导管（木质竹管，长度不超60毫米），只在炮眼口按规程要求进行封泥。
这种装药操作简单，效果可靠，在沙坝煤矿普遍采用取得良好的效果。
参考文献
[1]黄志伟.
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