第7章 井巷掘進爆破

§7井巷掘進爆破7.1概述地下工程:礦山巷道、硐室；地下廠房，交通隧道，水工隧道，等等。地下工程的施工方法主要有二種:①綜合機械化施工法（TBM）②鉆孔爆破法。本章主要介紹井巷的掘進爆破?！?/p>

7井巷掘進爆破1、井巷掘進爆破的特點：

(1)作業(yè)條件差;

(2)臨空面少，夾制作用大;(3)爆破質(zhì)量要求較高：掘進方向準確，斷面達到設計標準；

(4)圍巖既平整又完整?！?井巷掘進爆破2、掘進爆破分類地下工程掘進爆破按炮孔深度可分為以下三類：

(1)淺孔爆破孔深≤2米；

(2)中深孔爆破

2＜孔深≤3.5米；

(3)深孔爆破孔深＞3.5米?！?井巷掘進爆破3、炮孔的種類及其作用

(1)掏槽孔（眼）作用：開辟新自由面(槽腔),創(chuàng)造爆破條件，是掘進工作的關(guān)鍵。

(2)輔助孔（眼）/崩落孔（眼）作用：擴大槽腔,即擴大自由面，崩落巖石,為周邊孔爆破創(chuàng)造條件。§7井巷掘進爆破

(3)周邊孔(眼)—頂孔、幫孔、底孔作用：控制巷道斷面的規(guī)格及形狀,最終成巷?！?.2掏槽爆破根據(jù)斷面大小、圍巖性質(zhì)、施工條件等因素，掏槽孔的布置形式主要有：斜眼掏槽：掏槽眼與工作面(自由面)斜交，傾斜成一定角度；直眼掏槽：掏槽眼與工作面(自由面)垂直；混合掏槽：以上二者的結(jié)合?！?井巷掘進爆破一、斜孔(眼)掏槽1、斜孔掏槽的形式：(1)單向掏槽(2)錐形掏槽(3)V形或楔形掏槽(4)扇形掏槽2、斜孔掏槽的優(yōu)缺點§7井巷掘進爆破①掏槽孔布置：排成一列，朝一個方向傾斜；傾斜角度45o～65o，孔距:30～60cm。②適用范圍：有明顯層理、節(jié)理或裂隙面巖層。③分類：頂部掏槽、底部掏槽、側(cè)向掏槽。④特點：掏槽孔遠離工作面中心,孔底不會彼此相遇。(1)單向掏槽①掏槽孔布置：各孔以相等或近似相等的角度向槽腔底集中，但不貫通；孔底距為10~20cm；孔口距為0.4~1.0m；傾角為55o～70o。②槽腔形狀：

錐形槽腔，分為三角錐形、四角錐形或圓錐形。③適用范圍：堅固巖石，斷面一般應大于4m2，不易受層理、節(jié)理及裂隙的影響。(2)錐形掏槽①掏槽孔布置由2~4對相向傾斜孔組成，炮孔參數(shù)可參考下表選取。(3)V形或楔形掏槽②分類：

垂直楔形掏槽：打孔方便，使用廣泛；水平楔形掏槽：巖層有水平層理、節(jié)理或巷道較寬；(3)V形或楔形掏槽復式楔形掏槽：布置2或3層掏槽孔；較小V形掏槽孔稱為內(nèi)掏槽孔，較大的V形掏槽孔稱為外掏槽孔。三級復式楔形掏槽雙楔形掏槽(3)V形或楔形掏槽③應用范圍常用于中硬以上斷面大于4m2均質(zhì)巖石的井巷。(3)V形或楔形掏槽①掏槽孔布置炮孔排成一列，但各炮孔深度、方向都不相同。②適用范圍適用于煤層、半煤巖或有軟夾層的巖體中。(4)扇形掏槽(1)優(yōu)點

①孔少；②掏槽面積大；③掏出量大。

(2)缺點

①孔深受斷面限制，循環(huán)進尺不是很大；②爆堆分散，容易損壞設備和支護；③鉆孔方向難掌握。斜孔掏槽的優(yōu)缺點二、直眼掏槽/直孔掏槽1、直眼掏槽的特點炮眼與工作面垂直,炮眼之間相互平行、相距較近;

留有不裝藥的空眼,作為自由面和碎脹補償空間。2、直眼掏槽的形式

(1)縫形掏槽/龜裂掏槽

(2)桶形掏槽/角柱形掏槽（應用最廣）

(3)螺旋形掏槽3、掏槽眼裝藥量4、掏槽眼起爆順序及延期時差5、槽腔拋碴6、直眼掏槽的優(yōu)缺點§7井巷掘進爆破①炮眼布置裝藥眼和空眼布置在一條直線上，且相互平行；一般為3-7個炮眼；空眼與裝藥間隔布置，眼距(1~2)d（d為空眼直徑）；②槽腔形狀爆后，掏出一條不太寬的槽子,如同一條裂縫，故稱為縫形掏槽。(1)縫形掏槽或龜裂掏槽③適用范圍適用于堅硬或中等堅硬巖石和小斷面巷道。①炮眼布置藥眼與空眼之間互相平行,呈對稱式排列。(2)桶形掏槽/角柱形掏槽多種空眼、藥眼排列方案，見下圖。說明：空眼直徑可以等于或大于藥孔直徑;

大直徑空孔可以形成較大的人工自由面和補償空間，使爆破效果較好；但施工困難，需2種規(guī)格的鉆具，如果風壓不足，鑿巖速度慢。(2)桶形掏槽/角柱形掏槽②眼距實驗表明:空眼數(shù)目、空眼直徑及眼距影響掏槽效果。從圖中可看出（φ=50mm）：

L＜0.8φ：鄰孔炸藥被擠死；

L=（0.8~1.5)φ：破碎拋離；

L=（

1.5~2.1)φ：碎而不拋；

L＞2.1φ：塑性變形，出現(xiàn)沖炮。故，眼距常取L=(1~2)φ。(2)桶形掏槽/角柱形掏槽從圖中可看出（φ=100mm）：

L＜0.6φ：鄰孔炸藥被擠死；

L=（0.6~1.4)φ：破碎拋離；

L=（

1.4~2.3)φ：碎而不拋；

L＞2.3φ：塑性變形，出現(xiàn)沖炮。故，眼距常取L=(1~2)φ。(2)桶形掏槽/角柱形掏槽例如：實踐證明，空眼直徑為102mm，藥眼直徑為40~50mm時，眼距為18~20cm(1.8~2.0φ)時，掏槽爆破效果非常好；即使孔距稍3~5cm，只要鉆孔精度有保證，也能取得很好的掏槽爆破效果。③適用范圍：適用于各種硬度的巖層，但中硬以上巖層掏槽效果更好。(2)桶形掏槽/角柱形掏槽①布孔特點：特點是藥眼到空眼的距離依次遞增，呈螺旋線布置；由近及遠順序起爆；所以，能充分利用自由面，使槽腔逐步擴大，提高了掏槽效果。

⑶螺旋形掏槽/非對稱角柱形掏槽說明：遇有特別難爆的巖石，可增加1~2個空孔，以增大自由面和補償空間體積。②藥眼與空眼的距離⑶螺旋形掏槽/非對稱角柱形掏槽③優(yōu)缺點優(yōu)點：用同樣的炮眼數(shù)可得到較大的槽腔；不足：可靠性較差。⑶螺旋形掏槽/非對稱角柱形掏槽線裝藥密度：

第1次起爆的炮孔：550~800g/m；

而后依次起爆的炮孔，逐漸增加，但一般情況下應控制在1200g/m以內(nèi)（有時可達1400g/m）；炸藥單耗：全部掏槽孔的宜控制在1.4~1.8kg/m3，鐵路隧道實際多在2.0kg/m3。3、掏槽眼裝藥量(1)起爆順序按藥眼與空眼距離：近→遠。(2)延期時間

試驗觀測表明：掏槽碎巖運動速度約40~60m/s。孔深2m：33~50ms；孔深4m：67~100ms；孔深5m：83~125ms。結(jié)合雷管段別時間間隔，孔深2m時，常取50~75ms，孔深4~5m時，常取75~100ms。3、掏槽眼的起爆順序和延期時間拋碴措施：空眼底部裝藥。具體做法如下：空眼超深，裝入適量炸藥，于全部掏槽藥眼起爆后再起爆，以便將巖碴推出槽腔。如下圖所示。4、槽腔拋碴(1)優(yōu)點①眼深不受限制，循環(huán)進尺較大；②炮眼利用率高，可達90~100%；③容易控制眼底深度，使眼底在同一鉛垂面上；④鉆孔時，鉆臂間互相干擾少，鑿眼效率高；⑤巖石拋擲距離較近,爆堆集中,不易破壞設備和支護。(2)缺點①眼多；②炸藥消耗大③鉆孔平行，鉆孔精度要求高。

5、直眼掏槽的優(yōu)缺點學習直眼掏槽方式時應注意以下幾點：(1)主要自由面不是工作面，而是空孔壁。(2)掏槽孔的最小抵抗線是裝藥孔與空孔之間的距離，且從孔口到孔底都是一樣大。(3)空孔所起作用：自由面，補償空間。(4)直眼掏槽的技術(shù)要點（６字訣）：①密：眼距小；②平：炮眼相互平行；③深：空眼比藥眼超深30~50cm；④拋：空眼底裝藥（300~500g）拋碴;⑤隔：隔段起爆（延期間隔）；⑥藥：藥量要適度。§7井巷掘進爆破§7.3掘進工作面爆破施工技術(shù)§7.3.1爆破參數(shù)的確定1、裝藥量計算(1)單位炸藥消耗量(炸藥單耗)q

q是指爆破每立方米原巖所需的炸藥量，kg/m3。q的確定方法：

①按經(jīng)驗公式計算；

②按國家定額(炸藥消耗定額)選?。翰楸圃O計手冊;③按工程類比法選取；④通過爆破試驗求得（試爆）。§7井巷掘進爆破①按經(jīng)驗公式計算②按定額選取q§7井巷掘進爆破(2)每個循環(huán)所需裝藥量QQ=qV=qSLη

式中

V—爆破原巖體積；

η—炮眼利用率，一般取0.8~0.95。2、炮眼利用率

(1)單個炮眼的炮眼利用率炮眼利用率=炮眼有效長度÷炮眼長度；

(2)井巷全斷面的炮眼利用率炮眼利用率=每循環(huán)工作面爆破進尺÷炮眼深度?！獭?井巷掘進爆破3、孔徑φ采用氣腿鑿巖機

(如YT24、YT23D)：φ=38~42mm；采用鑿巖臺車：φ=42~50mm。氣腿式鑿巖機四臂液壓鑿巖臺車§7井巷掘進爆破4、孔深炮孔深度跟炮孔長度不同，它是指炮孔底到工作面的垂直距離?？咨钆c斷面大小，采用的鉆孔設備等因素有關(guān)。①采用氣腿式鑿巖機(如YT24、7655)時:

孔深取1.5~2.5m。氣腿式鑿巖機②采用中小型鑿巖臺車（鉆孔臺車）時：孔深取2~3m，有些可達3.5m。③采用大型鑿巖臺車（鉆孔臺車）時：孔深可達5m?！?井巷掘進爆破四臂液壓鑿巖臺車CLJY12.2全液壓履帶式鑿巖臺車

B.按經(jīng)驗選取查爆破設計手冊等。如：孔徑d=35～40mm時，藥孔與空孔距離可取8～15cm，硬巖取小值，軟巖取大值?！?井巷掘進掘進爆破５、孔距a(1)掏槽孔間距①直孔掏槽炮間距A.孔距為破碎半徑的2倍，即②斜孔掏槽炮孔間距(2)輔助孔間距可參照臺階爆破炮孔的間距取值，一般取40～80cm。(3)周邊孔間距按光面爆破參數(shù)選??；一般取50～80cm，也有人建議取65～80cm，其中底孔取小值；工程爆破中應按實際情況（如巖性、裂隙的發(fā)育程度，等等）取值?！?井巷掘進爆破６、炮孔數(shù)目①根據(jù)掘進斷面積S和巖石堅固系數(shù)f估算§7井巷掘進爆破②根據(jù)每一循環(huán)所需裝藥量Q

與每個炮孔的裝藥量q單

來計算§7.3.2掘進工作面炮孔布置1、周邊孔布置(1)頂孔、幫孔布置①頂孔、幫孔應布置為傾斜孔，傾角為3o~5o。

a.孔口距輪廓線10~25cm，孔底不超出輪廓線;§7井巷掘進爆破

b.孔口布置在輪廓線上，孔底超出輪廓線10~20cm。②周邊孔深度與輔助孔深度應相等，使爆出的新工作面平整。③炮孔堵塞長度不小于0.2m。④爆破參數(shù)按光面爆破選取。§7井巷掘進爆破(2)底孔布置①傾斜孔：炮孔向底板下方要有一定的傾斜角度。

孔口應高出底板水平15cm左右，硬巖中孔底應低于地板標高10~15cm；②為避免欠挖、消除底坎，孔間距一般為50~60cm。③適當增加底孔藥量，減少堵塞長度?！?井巷掘進爆破2、掏槽孔布置(1)掏槽位置①整個斷面中最容易爆破或最容易打孔的部位。例如掘進斷面中存在顯著易爆的軟巖夾層時，則應考慮將掏槽孔布置在這些軟弱夾層中。②斷面中央稍偏下適用于巖體完整，無軟巖層、大的斷層、節(jié)理?！?井巷掘進爆破(2)掏槽范圍（即槽腔的大?。?/p>

掏槽孔提供的自由面和空間，能滿足擴大孔正常單耗所需的合適孔距和排距（即最小抵抗線）為準。直眼桶形掏槽的槽腔邊長為1.4～1.5倍擴大孔排距，即可滿足擴大孔正常爆破的要求。(3)掏槽孔深度掏槽孔應比其它孔深15～20cm左右。3、布孔順序掏槽孔周邊孔輔助孔?！?井巷掘進爆破1、裝藥結(jié)構(gòu)(1)裝藥結(jié)構(gòu)是指炸藥在炮孔內(nèi)的放置方式。(2)裝藥結(jié)構(gòu)的分類①連續(xù)裝藥炸藥在炮孔內(nèi)連續(xù)裝填，不留間隙。如右圖所示。§7井巷掘進爆破§7.3.3裝藥結(jié)構(gòu)、起爆方法及炮孔堵塞②間隔裝藥炸藥在炮孔內(nèi)分段裝填，各段炸藥間由炮泥、木墊或空氣柱隔開，如右圖所示。作用：炸藥均勻分布，使巖石破碎塊度均勻。當炮孔長度超過3.5~4m時，常采用多段間隔裝藥?！?井巷掘進爆破③耦合裝藥裝藥直徑＝炮孔直徑；無空氣間隙。作用過程：爆轟波（沖擊波）炮孔壁。炸藥爆炸后，在巖體內(nèi)激起沖擊波，造成粉碎/壓縮區(qū)，消耗了大量爆炸能?！?井巷掘進爆破④不耦合裝藥裝藥直徑＜炮孔直徑；有空氣間隙。

a.不耦合系數(shù)Kd：Kd=

炮孔直徑÷裝藥直徑。

b.作用過程：爆轟波(沖擊波)間隙空氣炮孔壁。

c.不耦合系數(shù)對孔壁壓(應)力的影響,如左下圖所示.§7井巷掘進爆破從圖中可以看出：Kd↑→p↓;

當Kd增加到一定值時，孔壁上的壓應力等于或小于巖石的極限抗壓強度;

則孔壁巖石只能由壓應力引起的拉應力來破壞，如右圖所示。由以上分析得出：采用不耦合裝藥可以

控制爆炸能量的作用過程，降低爆炸沖擊波的峰值壓力(或動壓應力)，避免在炮孔周圍產(chǎn)