安徽煤礦巖巷掘進(jìn)深孔預(yù)裂爆破試驗(yàn)方案設(shè)計及安全措施

XX礦業(yè)集團(tuán)XX煤礦83下采區(qū)運(yùn)輸下山掘進(jìn)深孔預(yù)裂爆破試驗(yàn)方案設(shè)計及安全技術(shù)措施XX礦業(yè)集團(tuán)工程建設(shè)公司2013年10月20日一、工程概況XX煤礦83下采區(qū)運(yùn)輸下山長度1213m(目前余730m)，坡度：10.5o，斷面凈尺寸(噴厚150mm)：寬×高=5×4.1m；巖性：砂巖，硬度f=8~10。二、深孔松動爆破機(jī)理深孔松動爆破技術(shù)是根據(jù)工程實(shí)際需求，鉆鑿大直徑深炮孔，利用炸藥爆炸的“動”、“靜”作用使炮孔周圍巖石破裂破碎而不產(chǎn)生拋擲的控制爆破。2.1炸藥爆破破巖過程在半無限介質(zhì)中，炸藥在炮孔內(nèi)爆炸后，產(chǎn)生強(qiáng)沖擊波和大量高溫高壓爆生氣體。由于爆炸壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過介質(zhì)的動抗壓強(qiáng)度，使得炮孔周圍一定范圍內(nèi)的介質(zhì)被強(qiáng)烈壓縮、粉碎，形成壓縮粉碎區(qū)；在該區(qū)內(nèi)有相當(dāng)一部分爆破能量消耗在對介質(zhì)的過度破碎上，然后沖擊波透射到介質(zhì)內(nèi)部，以應(yīng)力波形式向巖體內(nèi)部傳播。在應(yīng)力波作用下，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生徑向位移，在靠近壓縮區(qū)的介質(zhì)中產(chǎn)生徑向壓縮和切向拉伸。當(dāng)切向拉伸應(yīng)力超過介質(zhì)的動抗拉強(qiáng)度時會產(chǎn)生徑向裂隙，并隨應(yīng)力波的傳播而擴(kuò)展。當(dāng)應(yīng)力波衰減到低于介質(zhì)抗拉強(qiáng)度時，裂隙便停止擴(kuò)展。在應(yīng)力波向前傳播的同時，爆生氣體緊隨其后迅速膨脹，進(jìn)入由應(yīng)力波產(chǎn)生的徑向裂隙中；由于氣體的尖劈作用，裂隙繼續(xù)擴(kuò)展。隨著裂隙的不斷擴(kuò)展，爆生氣體膨脹，氣體壓力迅速降低；當(dāng)壓力降到一定程度時，積蓄在介質(zhì)中的彈性能就會釋放出來，形成卸載波，并向炮孔中心方向傳播，使介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生環(huán)向裂隙(通常環(huán)向裂隙較少)。徑向裂隙和環(huán)向裂隙互相交叉而形成的區(qū)域稱為裂隙區(qū)。當(dāng)應(yīng)力波進(jìn)一步向前傳播時，已經(jīng)衰減到不足以使介質(zhì)產(chǎn)生破壞，而只能使介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生振動，以地震波的形式傳播，直至消失。應(yīng)力波過后，爆生氣體產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場，并楔入空腔壁上已張開的裂隙中，在裂隙尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，使裂隙進(jìn)一步擴(kuò)展。在裂隙擴(kuò)展過程中，爆生氣體首先進(jìn)入張開寬度大、較平直、對氣體楔入阻力小的大裂隙中，然后再進(jìn)入與之溝通的小裂隙中，直到其壓力降到不足以使裂隙繼續(xù)擴(kuò)展為止。爆生氣體在巖體內(nèi)產(chǎn)生的準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力隨距炮孔中心距離的增加而衰減，因而在巖體內(nèi)存在爆生氣體應(yīng)力梯度。在爆生氣體壓力驅(qū)動下，裂隙始終朝著壓力(或應(yīng)力)低的方向擴(kuò)展，即向著遠(yuǎn)離炮孔的方向擴(kuò)展。2.2松動爆破裂隙半徑計算本次研究擬對巖層實(shí)施大直徑深孔松動爆破，根據(jù)爆轟理論和應(yīng)力波理論，松動爆破裂隙擴(kuò)展半徑一般按下式計算：（1）式中—裂隙擴(kuò)展半徑；—應(yīng)力波初始徑向應(yīng)力峰值，；—泊松比，取0.27；—應(yīng)力波衰減值，=1.63；—炸藥爆速，取3500m/s；—炸藥密度，取1100kg/m3；—藥卷半徑，現(xiàn)場擬采用特制藥卷直徑Φ63mm，壁厚2mm，實(shí)際裝藥直徑61mm，=0.061/2=0.0305m；—炮眼半徑，炮孔直徑設(shè)計為Φ75mm，=0.075/2=0.0375m；—巖體抗拉強(qiáng)度，取2.8MPa；—壓力增大系數(shù)，8~11；取8。帶入各值，計算得松動裂隙半徑=0.8m。三、爆破試驗(yàn)方案設(shè)計為對巷道工作面巖石進(jìn)行松動爆破，深孔松動爆破設(shè)計主要包括選擇爆破器材，確定炮孔深度、炮孔直徑、鉆孔方向、炮孔數(shù)目、炮孔布置、裝藥參數(shù)等。3.1鉆孔機(jī)具和爆破材料采用高性能大功率鉆機(jī)實(shí)施深孔松動爆破的鉆孔工作；炸藥采用三級煤礦許用水膠炸藥；1~5段毫秒延期電雷管。3.2炮孔直徑和藥卷直徑炮孔直徑Φ75mm，裝外徑Φ63mm（內(nèi)徑Φ3.3炮孔深度和鉆孔傾角全斷面共布置3個孔，鉆孔深度50m，裝藥44m，封孔6m為避免炮孔方向偏斜進(jìn)入巷幫、造成超挖，要嚴(yán)格控制鉆孔深度和傾角3.4炮孔布置根據(jù)巷道斷面和爆破后炮孔周圍裂隙圈理論計算結(jié)果，炮孔布置成三角形。炮孔間距：1600mm；炮孔排距：1380mm。具體布置如圖1所示。圖1炮孔布置圖3.5裝藥參數(shù)由于所有裝藥一次起爆能量太大，為減小爆破對圍巖的造成的損傷和地震效應(yīng)，炮孔分別用1、3、5段雷管引爆。為防止沖孔，封孔長度應(yīng)不小于6m。見表1表1裝藥參數(shù)表編號炮孔直徑/mm炮孔深度/m裝藥直徑/mm裝藥長度/m堵塞長度/m雷管段別1#75506344612#75506344633#75506344653.6炮孔裝藥和起爆網(wǎng)路采用特制藥柱，連續(xù)正向裝藥，風(fēng)動封孔機(jī)封堵孔口，黃泥作為封堵材料，封堵長度6.0m。每個炮孔單個起爆藥柱，每個起爆藥柱裝兩發(fā)同段雷管，分別用膠質(zhì)導(dǎo)線引出孔外，孔外采用并聯(lián)電起爆網(wǎng)路，接頭處使用防水膠布處理，確?？煽科鸨?.7裝藥施工工藝1）探孔為保證裝藥順暢，當(dāng)鉆機(jī)起鉆后，用壓風(fēng)將孔內(nèi)殘碴吹清。并用專用探孔管對炮孔進(jìn)行探孔，并記錄鉆孔深度。2）裝藥根據(jù)探孔深度，確定裝藥長度，裝藥長度視炮孔深度根據(jù)表1進(jìn)行調(diào)整。3）封孔方式=1\*GB3①裝藥完畢，采用黃泥、用封孔器封孔。對炮眼深度中除裝藥長度以外的長度以黃泥作為封堵炮泥材料，用風(fēng)動封孔機(jī)封堵至孔口，然后再進(jìn)行所有孔一次分段起爆。裝藥結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。圖2正向裝藥結(jié)構(gòu)示意圖=2\*GB3②若第一種用黃泥封孔的方式不能封住時，采用速凝水泥封孔。即與第一種方式一樣，在裝藥完畢，采用圣特產(chǎn)速凝水泥。四、爆破施工輔助設(shè)備與材料表2工程公司準(zhǔn)備的材料序號名稱規(guī)格數(shù)量備注1藥柱Φ63×1m×3.3kg52雷管1、3、5段12每孔兩發(fā)3母線200m4黃泥20袋用于封孔5防水膠帶10卷表3安徽理工大學(xué)準(zhǔn)備的爆破材料序號名稱規(guī)格數(shù)量備注1探孔管Φ50×2m50根探孔深2探孔頭Φ63×30cm2個探孔深3封孔器1臺封孔用五、操作注意事項(xiàng)1）打鉆：現(xiàn)場技術(shù)員準(zhǔn)確確定鉆孔的位置，鉆孔確保直、齊、平?？状蚝煤?，為保證炸藥能順利裝入炮孔內(nèi)，要求孔內(nèi)粉渣必須完全排出；穩(wěn)鉆及打鉆過程中，現(xiàn)場必須配有相關(guān)技術(shù)人員，以保證鉆孔符合設(shè)及要求，絕對避免出現(xiàn)下山孔及孔內(nèi)出現(xiàn)臺階，致使無法裝藥。當(dāng)鉆桿撥后，用探孔管探孔驗(yàn)證孔深，以確定裝藥的長度。2）裝藥方式：藥柱一端裝入一根600mm長的索狀傳爆材料，以保證可靠傳爆。每個炮孔裝藥用兩發(fā)電雷管分別用放炮母線引出孔外。裝藥采用正向裝藥方式。炮頭的加工是將雷管腳線剪掉只留15cm長接膠質(zhì)線，其接頭用絕緣膠布裹緊，防止斷路和短路。雷管腳線和膠質(zhì)線接頭處與雷管腳線處要用防水膠帶進(jìn)行防水處理，且在炮頭藥柱底殼內(nèi)外都用黃泥填實(shí)進(jìn)行防水。同時尤其要注意母線附于管壁側(cè)面，并用雷管做炮頭時剩余腳線固定，以防管與孔壁的摩擦使雷管腳線與母線脫落，導(dǎo)致雷管斷路和短路。要求裝藥前要對雷管進(jìn)行導(dǎo)通檢查，其導(dǎo)通電阻符合要求，方可將雷管裝入藥柱頭內(nèi)，封孔后也要對雷管進(jìn)行導(dǎo)通檢查。3）裝藥：用阻燃性專用塑料質(zhì)探管推動藥卷裝入炮孔，裝藥前，先用探管探試炮孔，然后再裝藥，每次裝藥藥柱不得多于3卷。裝藥一定要到底，要保證連續(xù)裝藥，不得有夾矸，以防拒爆。4）封孔：裝藥完畢，隨即采用專用黃泥封孔器或水泥封孔，封堵一定要緊，防止穿孔。5）封孔器封孔安全使用方法及注意事項(xiàng)：（1）檢查封孔器是否漏氣，封孔管是否堵塞。（2）將粒度不大于6mm的黃泥選用噴霧水造濕，其顏色變?yōu)樽厣珵橐耍扯葹橛檬帜苣蟪蓤F(tuán)而不易散為宜。（3）封孔的具體步驟：=1\*GB3①關(guān)閉封孔器出口閥、泄氣閥和進(jìn)氣閥。=2\*GB3②將黃泥從封孔器上端進(jìn)料口裝入，裝入量為封孔器容積的1/3左右。=3\*GB3③將封孔管塞入炮孔中，并將雷管的腳線用手抓住，防止黃泥將腳線沖入炮孔中。=4\*GB3④用手將進(jìn)料口閥門關(guān)閉后，開啟進(jìn)氣閥，往封孔器內(nèi)送氣，此時，封孔器內(nèi)的氣壓將會把封孔器內(nèi)的進(jìn)料閥門自動關(guān)實(shí)。=5\*GB3⑤當(dāng)進(jìn)氣時間略半分鐘，封孔器內(nèi)的壓力達(dá)到4MPa時，通知封孔管操作人員，往炮孔中送黃泥。當(dāng)黃泥封滿后，立即關(guān)閉出口閥，再封下一個炮孔，如此循環(huán)，當(dāng)封孔器的黃泥全部用完后，再裝黃泥。（4）如果在封孔過程中，出現(xiàn)雷管腳線沖入炮孔中時，應(yīng)當(dāng)及時用高壓水清洗干凈，將雷管腳線勾出。（5）封孔時，封孔操作人員佩戴防護(hù)鏡和手套，防止黃泥吹出傷人。六、安全技術(shù)措施應(yīng)制定專門的深孔預(yù)裂松動爆破安全技術(shù)措施，并報相關(guān)部門審批。1、成立以主管領(lǐng)導(dǎo)任總指揮的領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)指揮領(lǐng)導(dǎo)該巷道深孔預(yù)裂爆破的現(xiàn)場實(shí)施，按照《煤礦安全規(guī)程》對深孔爆破作業(yè)的有關(guān)條款的規(guī)定執(zhí)行，同時還應(yīng)包括放炮、撤人、警戒、回風(fēng)系統(tǒng)停電撤人等有關(guān)安全技術(shù)措施，深孔控制爆破工程實(shí)施前，要對措施進(jìn)行認(rèn)真審批和貫徹，落實(shí)到位。2、除了領(lǐng)導(dǎo)和現(xiàn)場指揮人員、技術(shù)人員外，要求配專職放炮工2人；裝藥和封孔工6-8人。3、放炮點(diǎn)應(yīng)在與其相鄰的巷道內(nèi)或在本巷道的躲避硐內(nèi)，放炮警戒設(shè)置在距爆破地點(diǎn)相鄰巷道內(nèi)不小于300m、直巷不小于500m。放炮母線采用銅芯絕緣線，不得有破損和明接頭。放炮母線必須相互扭緊并懸掛，不得同軌道、金屬管、鋼絲繩、刮板輸送機(jī)等導(dǎo)電體接觸。放炮母線同電纜、電線、信號線應(yīng)分別掛在巷道的兩側(cè)。如果必須掛在同一側(cè)時，放炮母線必須掛在電纜的下方，并應(yīng)保持0.3m4、放炮30min后，由救護(hù)隊(duì)員去爆破區(qū)域進(jìn)行探察，應(yīng)根據(jù)檢查結(jié)果確定采取恢復(fù)送電、通風(fēng)等具體措施。確定無險情后方可進(jìn)行正常生產(chǎn)施工。5、裝藥人員和放炮人員必須經(jīng)過深孔松動控制爆破操作技術(shù)培訓(xùn)，培訓(xùn)合格后方可上崗操作。6、炸藥和雷管的儲存、發(fā)放、運(yùn)輸，要嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，并執(zhí)行好本礦有關(guān)規(guī)定。炸藥的使用要符合爆破規(guī)程的規(guī)定，同時，炸藥和雷管的運(yùn)輸工作應(yīng)注意以下幾個方面：（1）爆破材料必須由專業(yè)人員護(hù)送。（2）爆破材料存放在井下炸藥庫，由專職放炮員領(lǐng)取。（3）加強(qiáng)現(xiàn)場炸藥管理。裝藥前，爆破材料都應(yīng)存放在制定位置，專人看管，起爆材料存放在加鎖的木箱內(nèi)。（4）放炮前，須將炸藥專車及存放剩余爆破材料的木箱轉(zhuǎn)移至警戒線外的安全地點(diǎn)，由專人看管，放炮后送回炸藥庫。7、爆破采用三級煤礦許用水膠炸藥，孔內(nèi)敷設(shè)煤礦安全導(dǎo)爆索，雙炮頭正向起爆，嚴(yán)禁使用過期變質(zhì)的炸藥和導(dǎo)爆索。8、施工時必須做好準(zhǔn)備工作：①鉆眼前，綜掘機(jī)后退至安全位置，至掘進(jìn)工作面距離不得小于20m。②爆破孔前后10m范圍內(nèi)的巷道支護(hù)應(yīng)檢查加固；③爆破前，對綜掘機(jī)及附近的其它設(shè)備、電纜等進(jìn)行嚴(yán)密的防護(hù)，可利用大板、舊皮帶、竹笆等包扎、遮擋。9、嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢制”和“三人連鎖放炮制”。施工現(xiàn)場必須有專職瓦斯檢查員持證上崗。10、裝藥前、裝藥過程中和放炮前，專職瓦斯檢查員必須對放炮地點(diǎn)及回風(fēng)流中瓦斯進(jìn)行檢查，超限時（≥0.8%），不得進(jìn)行作業(yè)。11、裝藥前要用壓風(fēng)排凈孔內(nèi)殘渣和水。12、采用可連接塑料筒裝藥柱進(jìn)行裝藥。裝藥時，無關(guān)人員撤離現(xiàn)場。13、裝藥前首先將導(dǎo)爆索穿過塑料被筒，然后將塑料被筒一節(jié)一節(jié)連接并送到爆破孔孔底。14、炮頭及連線等工作，由班組長、放炮員、或?qū)I(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場操作。15、放炮前，必須將爆破地點(diǎn)前后20m范圍內(nèi)進(jìn)行灑水滅塵。16、放炮前，必須在可能進(jìn)入爆破地點(diǎn)所有通路上設(shè)置警戒或柵欄。警戒人員必須在有掩護(hù)的安全地點(diǎn)進(jìn)行警戒，警戒線處應(yīng)設(shè)置警戒牌或拉繩等標(biāo)志。17、嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》第300條規(guī)定。炮頭由放炮員親自制作，制作前放炮員要對雷管進(jìn)行導(dǎo)通測試，然后將雷管腳線扭接短路。制作炮頭時，電雷管必須捆綁在安全導(dǎo)爆索上，全部插入被筒的炸藥。電雷管插入被筒炸藥后，將腳線纏繞固定在被筒上；然后用銅芯絕緣線加長腳線，并聯(lián)接可靠，接頭用膠布絕緣，并將銅芯絕緣線在炮頭上打結(jié)固定。每個雷管上加長用的銅芯線須采用不同的顏色，以免出現(xiàn)誤接現(xiàn)象。加長的腳線末端要懸空，遠(yuǎn)離導(dǎo)體，并扭結(jié)短路。制作炮頭的地點(diǎn)要距炸藥、導(dǎo)爆索10m以外。18、炮頭被筒連接好后，使用專用炮棍慢慢送入孔內(nèi)，不得沖撞、搗實(shí)，炮頭裝入后進(jìn)行壓風(fēng)噴泥封孔。19、封孔采用壓風(fēng)裝泥機(jī)器與抗靜電阻燃橡膠管進(jìn)行壓風(fēng)噴泥封孔。封孔材料為略潮的黃土。壓風(fēng)不足時(<0.35MPa)，不得封孔，以保證封孔密實(shí)，封孔長度不得小于6m20、爆破孔內(nèi)的每個雷管單獨(dú)接入母線，接頭處必須懸空，不得同任何物體接觸。放炮母線和連接線，必須符合《煤礦安全規(guī)定》第308條的有關(guān)規(guī)定。21、放炮前，放炮母線必須扭接成短路。22、放炮母線連接腳線、檢查線路和通電起爆工作，只準(zhǔn)放炮員一人操作。23、放炮鑰匙必須由放炮員隨身攜帶。不到放炮通電時，不得將放炮器鑰匙插入放炮器內(nèi)。24、連接好放炮母線后，應(yīng)檢查線路連接情況，確認(rèn)無誤后方可起爆。放炮員必須最后離開放炮地點(diǎn)，并必須在警戒線外的安全地點(diǎn)進(jìn)行放炮。25、放炮前，應(yīng)由班組長清點(diǎn)人數(shù)，確認(rèn)無誤后再下達(dá)放炮命令，放炮員接到放炮命令后，必須先發(fā)出放炮警號，至少等5s，方可放炮。26、放炮后，至少等30min，待炮煙吹凈后，由放炮員、瓦斯檢查員和班組長進(jìn)入現(xiàn)場檢查，認(rèn)真檢查爆破情況。27、通電以后爆破孔萬一不能起爆時，放炮員必須先取下放炮器鑰匙，并將放炮母線從電源上摘下，扭接成短路，至少再等30min后方可沿線路檢查。28、若出現(xiàn)拒爆事故時，由爆破工嚴(yán)格檢查放炮母線及腳線的連接情況，若是由于連線不良造成的拒爆事故，可重新連線再次進(jìn)行起爆。若為非連線原因造成的拒爆事故，由安徽理工大學(xué)科研人員采取專門措施進(jìn)行處理。拒爆事故處理期間，嚴(yán)禁其他人員進(jìn)入警戒區(qū)域，嚴(yán)禁