掘进爆破

发布时间:2017-02-09

掘进爆破 

2. 1岩巷爆破

爆破技术方面在60~70年代，建井研究所进行螺旋掏槽、光面爆破、控制爆破、深孔爆破采煤方法等多项爆破新技术的试验研究，其中在邯邢陶二立井的建设施工中，成功搞成孔深6米立井深孔光面爆破，减少超挖方量15%，加快立井建井速度10%，取得了明显的经济效益。

1）爆破理论方面

为适应爆破技术的发展，从20世纪50 年代以建井所来陆续对岩石的坚固性、可钻性、可爆性、爆破过程的 热力学与热化学、炸药的爆轰波与爆轰参数、炸药的爆炸作用 与爆炸理论，都完成了比较深入的研究，特别是20世纪80年代以来，随着快速摄影、动态光弹、动态应变量测等先进试验设备和量测手段的应用，以及计算机和数据处理技术在爆破模 拟与相似试验中的推广，爆破数学模型的建立及爆破参数的优化，比较系统地研究了爆破动应力场，提出了爆破的近区、中区、远区、自由区的爆破破碎规律，揭示了控制爆破的机理， 提出了适合我国井巷掘进各种硬岩、中硬岩及软岩的光面爆破参数，使我国的控制爆破理论和技术提高到一个新的水平。在地下工程爆破中，认为凡采用相应的技术措施，合理利用炸药能量，使爆破后岩体的爆破断裂面具有一定的平整度并保持岩体的稳定性，做到定量、定距、定向，改善爆破质量，提高爆 破效果，消除爆破危害的爆破，如光面爆破、预裂爆破、微差爆破、缓冲爆破、定向爆破等均称为地下工程控制爆破。地下控制爆破的原理主要有能量平衡原理、最小抵抗线原理、缓冲作用原理、炮眼间爆破成缝原理等。目前光面爆破破岩机理尚未彻底搞清，但从光面爆破理论分析中可以看出影响光面爆 破质量好坏的关键是周边眼的不耦合系数、装药集中度、装药 结构、炸药单位消耗量等装药参数和炮眼间距、最小抵抗线、炮眼密集系数等炮眼布置参数，以及有关炸药参数，这些参数互相之间都有一定的关系，选择时要抓住主要参数，根据工程 要求采取工程类比法与光面爆破参数设计结合进行，以便取得正确结论。

2）爆破技术

1956年建井所起在学习前苏联经验的基础上，迅速在立井井筒与岩石巷道工作面推广开来，并对龟裂（缝隙）掏槽、角柱形掏槽、 筒形掏槽、螺旋掏槽、双螺旋掏槽等进行试验研究。在这一试 验研究的热潮中，1965年有些矿还对光面爆破完成了试验，后 因“文化大革命”而中止。1972年在编写《岩巷掘进十六项经验》时看到了他们的试验资料，经分析认为光面爆破具有减少 超挖、提高巷道轮廓质量、对巷道围岩强度破坏较小、能提高 巷道稳定性、不需加强支护，对加快掘进速度、降低成本、保 证安全十分有利，很有推广价值，但试验资料不足，为了充实 有关数据，在开深矿务局的支持下组织了中国矿业学院教师先 后在赵各庄矿、马家沟矿对光面爆破的原理、参数和起爆时差 等完成了试验研究，并获得了大量数据，不仅充实了《岩巷掘进十六项经验》的内容，而且为20世纪70年代在我国煤矿全 面推广奠定了坚实基础。光面爆破与普通爆破的主要区别在于 井巷周围边眼爆破时，各炮眼之间形成贯穿裂缝，同时能降低 对巷道壁面的破坏且将周边眼以内的岩石（光爆层）爆落下来，是一种合理利用炸药爆破作用的控制爆破技术。周边眼的起爆 时差对贯穿裂缝的形成和光爆质量的好坏至关重要，周边眼为 同时起爆，相邻炮眼之间可形成应力波叠加，能促使贯穿裂隙 及早形成，并使周围岩体内应力下降，从而抑制其他方向裂缝 的扩展，隔断反射波向岩壁内传播，并形成平整的断裂面，反之，如周边眼起爆时差超过0.1 s, 各炮眼就同单独起爆一样，炮眼周围将产生很多裂隙，形成凸凹不平的壁面，因此周边眼 应选用同段高精度毫秒电雷管，以便同时起爆。研究和实践表 明，如在装药眼附近有空眼，由于产生应力集中，增大了装药 眼与空眼连线上的拉应力，就会首先形成贯穿裂隙，并抑制其 他方向上裂缝的产生与扩展。为了控制炮眼中产生裂缝的起始 部位和扩展方向，使光面爆破效果更为理想，在以后的实验研 究中还提出了刻槽眼爆破，为了解决实现刻槽的困难，又试验 了切缝药包爆破，试验结果表明，该法具有应用前景。

1981~1983年煤炭科学研究院建井研究所、新汶矿务局协庄煤矿完成煤炭工业一般项目大直径3.3米孔深光面爆破研究，在岩巷掘进中采用大直径深孔光面爆破是一种较先进的技术，使用全液压凿岩台车钻眼、直眼旋爆掏槽、大直径水胶炸药、周边眼空气柱装药。这种爆破技术可降低爆破对围岩的破坏，减少超挖，减少炮眼数目，缩短钻爆时间，提高爆破效率，加快掘进速度。1981年至1983年试验了2.7～3.3米孔深爆破试验，炮眼直径为51毫米 、药卷直径为45毫米 的大直径孔深的光爆试验共进行57个循环，进尺161.4米。其中2.7米孔深为12个循环，3.3米孔深为45个循环，大直径2.7～3.3米孔深岩巷光面爆破参数、器材选用合理，试验是成功的。大直径3.3米孔深光爆是可行的，有条件的地方，可以推广应用。但除周边眼间距应作适当调整外，应尽快解决高效凿岩机具的研究，为推广大直径深孔岩巷光爆技术创造条件。

1986~1989年煤炭工业重点项目中硬岩石巷道中深孔光爆技术与参数的研究由建井所、中国统配煤矿总公司第十工程处承担该课题研究用于中硬岩石巷道中深孔爆破作业，寻求2.5米-3.0米中深孔的合理爆破参数，使其炮眼利用率达到85%；围岩超欠挖不大于150毫米 ；眼痕率达到70%，实行光面爆破，提高巷道的成形质量和围岩的稳定性；飞石距离控制在15米以内，炸药单耗及工作面炮孔数目较定额值低10%。最终达到加快巷道掘进速度，提高钻、装机械化工作效率，降低掘进与支护成本。

 “六五”期间配合国家科技攻关项目“立井短段掘砌混合作业法”的研究， “七五”期间完成了“井筒截排导技术的研究”、“岩巷低抛掷技术的研究”；“八五”期间完成了“岩巷机械化作业线施工工艺和施工组织的研究”，并相继完成了“爆炸能金属表面硬化的研究”、“矿井瓦斯爆炸机理的研究”、“矿井微差爆破时差优化技术的研究”及“冻结爆破安全技术的研究”等10项技术成果，并利用爆破试验室为韩国进行“爆破防护材料试验”和“聚能切割试验”等涉外研究项目。建井所在毫秒爆破、深孔爆破、螺旋掏槽、光面爆破等爆破技术研究方面也做出了突贡献，并建成了包括爆破确堡和每秒500万次的高速摄影仪在内的可进行爆破试验检割巳验室。

3）爆破器材

抚顺分院围绕煤矿爆破技术、爆破器材与安全方面，进行长期的大量的基础理论和工艺技术的试验研究。在毫秒雷管煤矿许用炸药、光面爆破、毫秒爆破在瓦斯煤层掘进工作面的应用，提高炮采面单产效率与安全，深孔控制卸压爆破防治煤（岩）与瓦斯（或CO₂)突出 以及强化抽放瓦斯等研究领域具有相当的水平，大多数项目在国内处于领先，达到国际先进水平，在生产中得到推广应用，取得了显著经济与社会效益。爆破器材方面 在60～70年代研究的纸皮雷管、按沥蜡煤矿炸药、按木油炸药在当时得到普遍推广应用，为国家节约铜材、TNT炸药做出了贡献。在国内首次研制的1～20段 毫秒雷管，1～5段高压亳秒雷管，为西南铁道大断面隧道开挖，实现全断面一次爆破与露天矿实现大区毫秒（微差）爆破提供了有力的工具。

（1）炸药

矿用炸药是从以硝酸按为主逐步发 展起来的。20世纪50年代初仅有3个品种，50年代中期发展到8个品种，硝酸按类炸药虽具有成本低、安全性好的优点， 但抗水性能差，为此在有水的工作面曾一度推广使用防水套； 为了改善爆破性能、提高爆破效率、增加防水性能，在20世纪 60年代又研制成功1号岩石炸药、2号岩石炸药、2号抗水岩石炸药、3号抗水岩石炸药、4号抗水岩石炸药和按梯黑和按梯铝 高威力硝按炸药；这类炸药虽有抗水性强、威力高等优点，但感度高、安全性差、成本高，为了克服这些缺点，20世纪70年 代末，我国又自行研制了系列水胶炸药，如一般威力的3号水 胶炸药、1号和2号高威力水胶炸药、铝100型岩石水胶炸药、 煤矿安全型水胶炸药； 20世纪80年代我国还研制了性能优于水胶炸药的乳化炸药，已生产出乳化岩石炸药、乳化煤矿炸药、 乳化高安全炸药等系列产品，受到了普遍重视，但由于成本高， 尚未普遍应用。20世纪90年代又新研制出粉状乳化炸药，具有 粉状与乳化炸药两者的优点，被认为是一种有前途的新品种，具有世界先进水平，不久的将来，乳化炸药和粉状乳化炸药将 会在我国井巷掘进中发挥重要作用。

（2）雷管

井巷掘进用起爆材料主要 是雷管，由初期的火雷管逐步发展为20世纪50~60年代的瞬 发电雷管、段发电雷管、秒延期电雷管、毫秒延期电雷管，为 克服在有瓦斯工作面爆破时引起瓦斯爆炸，为了提高毫秒延期电雷管的延期秒量 精度，20世纪70年代还研 制生产了煤矿许用延期电雷管和毫秒延期电雷管；国产毫秒延 期电雷管按延期时间和段数分有I、II 川、N、V五个系列， 生产最多的为第1I系列。20世纪90年代初又生产了高精度毫秒延期电雷管，具有 良好的抗静电、抗杂散电流和防潮性能，安全性能高，达到国 际先进水平。

80年代在国内首次研制成功1～5段煤矿许用毫秒雷管，在煤矿行业普遍推广应用，为煤矿井下采掘工作面实现毫秒爆破技术提供了有力的工具。RZY- II、III型煤矿许用乳化炸 药的研制成功，改变了我国几十年来一直沿用的粉状按佛炸药的落后局面。在研究的过程中，还对乳化机理、乳化专用蜡稳定性、快速发泡敏化等作用进行深入研究。并准备进行粉 状乳化炸药与低爆速煤矿许用乳化炸药的研究。此外，还对目前我国煤矿许用炸药的安全性与适用条件完成了系统调研与试验，提出我 国煤矿许用炸药的分级，已纳入煤矿爆破安全条例中

淮北爆破研究所研制的固体乳化炸药，是无毒、无昧、淡黄色、呈粉状、生产过程中元三废污染。其中岩石型的，具有爆力大、爆速和猛度较高、殉爆值高、炮烟少等优点，适应于低瓦斯、高瓦斯、有煤和瓦斯突出危险的矿井爆破，是新一代乳化炸药品种。在相同的条降下，采用一、二和三级煤矿许用型固体(粉状)乳化炸药，采煤万吨和炸药耗量分别比镀梯宅药减少0.7、0.57和0.19t，雷管耗量分别减少279发、223发和102发;在岩巷爆破中，其平均进尺、每公斤炸药崩岩量、每循环进尺雷管量等指标都优于2号岩石镀梯炸药。按1993年5月价格计算，该种炸药原材料价格为1213.9元It，总成本为2165.8元It，产品为3520元It，以年产2000t算，年总收入将达到194.1万元，年利税可达到270.8万元，推广表明，经济效益显著。随后又成功小直径(φ'27mm)系列乳化炸药，是"三小"光爆锚喷岩苍掘进作业线的配套项目，爆破效率可达80%以上，掘进速度可提高40%以上，药耗量也育不同程度降低，掘进成本明显降低。