1、第 9 章 井巷掘进爆破9.1 平巷掘进爆破平巷掘进爆破的特点是只有一个自由面，同时炮孔深度受到限制，一般只有 1.5m-3.0m。9.1.1 工作面和炮孔布置平巷掘进中的炮孔，按其位置和作用的不同，分为掏槽孔、辅助孔（崩落孔）和周边孔。周边孔又可分为顶孔、底孔和帮孔（图 9-1） 。平巷掘进爆破时，由于只有一个自由面，四周岩石夹制力很大，爆破条件困难，因此，掏槽孔的布置极为重要。掏槽孔的作用就是在工作面上首先造成一个槽腔作为第二个自由面，为其他炮孔爆破创造有利条件。辅助孔的作用是扩大和延伸掏槽的范围。周边孔的作用是控制平巷断面规格形状。为了提高其他炮孔的爆破效果，掏槽空应比其他炮孔加深 0.
2、15-0.25m。9.1.1.1 掏槽孔的形式根据巷道断面、岩石性质和地质构造等条件，掏槽孔的排列形式种类繁多，归纳起来有倾斜孔掏槽、平行空孔直线掏槽和混合式掏槽三种。A 倾斜孔掏槽倾斜孔掏槽的特点是掏槽孔和工作面斜交。通常分为单向单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽。（1）单向掏槽。掏槽孔排列成一行，并朝一个方向倾斜。适用于软岩（钾盐、石膏等）或具有层理、节理、裂隙或软夹层的岩石中。可根据自然弱面存在的情况分别采用顶部掏槽、底部掏槽或侧向掏槽，掏槽孔倾斜角度依据岩石可爆性不同，取 50-70。与此相邻的第二排孔也要作适当的倾斜，如图 9-2 所示。（2）锥形掏槽。各掏槽孔以同等角度向工作面中心轴线倾
3、斜，孔底趋于集中，但互相不贯通，爆破后形成锥形槽（见图 9-3） 。掏槽孔有关参数视岩石性质而定，施工中可参考表 9-1 选取。表中参数使用于孔深在 2m 以内的浅孔爆破。表 9-1 锥形掏槽主要参数相邻炮孔间隔/m岩石坚固性系数 f 炮孔倾角/(）孔口间隔 孔底间隔2-6 75-70 1.00-0.9 0.46-8 70-68 0.9-0.85 0.38-10 68-65 0.85-0.8 0.210-13 65-63 0.8-0.7 0.213-16 63-60 0.7-0.6 0.1516-18 60-58 0.6-0.5 0.118-20 58-55 0.5-0.4 0.1（3）楔形掏
4、槽。楔形掏槽通常由两排或两排以上的相对称的倾斜炮孔组成，爆破后形成楔形槽。前者称为单楔形掏槽（简称楔形掏槽） ，后者称为双楔形（多楔形）掏槽。楔形掏槽又有垂直楔形掏槽和水平楔形掏槽之分（见图 9-4） 。楔形掏槽中，每对掏槽眼间距为 0.2-0.6m，孔底间距为 0.1-0.2m。掏槽孔与工作面夹角为 55-75。当岩石在中硬以上，断面大于 4时，可采用表 9-2 所列的参数。当岩石更为坚硬时，宜采用双楔形掏槽。平行空孔直线掏槽与楔形掏槽（倾斜掏槽）的爆破效果比较如表 9-4 所示。该表数据是在断面为 2.4x2.1m，长度为 600m 的不同岩层掘进时监测的。参数 直孔掏 槽 楔形掏 槽 直
5、孔与楔形掏槽 比较/% 备注掘进断面/ 1.91 2.21 -15.7 最大炮孔深度/m 1.5 1.5 0 循环炮孔数/个 34 24 33.3 两个直孔掘进孔数/个 22 14 41.6 不含周边孔循环装药量/kg 14-16 8-10 23.5 总装药量掘进药量/kg 10 4.2 58 不含周边孔掏槽/掘进面积/% 37.9 44 -16 钻孔方便和准确性 高 低 - 炮孔利用率/% 75 60 20 单位炸药消耗量 kg/m 2.12 1.76 16.98 单位体积炮孔长度 m/m 8.99 7.93 11.8 破碎程度 均匀 不均匀 - 由表 9-4 可以看出，楔形掏槽的优点是：（
6、1）所需炮孔数目少；（2）炸药单耗低；（ 3）爆破单位体积所需的炮孔长度小。 （4）钻孔方便，准确性高。而楔形掏槽的缺点正是直孔掏槽的优点。直孔掏槽在单位炸药消耗量和爆破单位体积岩石所需的炮孔长度方面都比楔形掏槽高，其主要原因是直孔掏槽槽腔的炸药单耗和炮孔数目明显偏高。因此，直孔掏槽的爆破效率在小断面掘进工作面要比楔形掏槽低，但在中等和大断面的掘进工作面，由于槽腔体积所占掘进面积的比例小，爆破效率明显提高。C 混合式掏槽混合式掏槽是指两种以上的掏槽方式混合使用，在遇到岩石特别坚硬或巷道断面较大时，可以采用桶形与锥形混合掏槽。9.1.1.2 辅助孔（崩落孔）和周边孔布置原则辅助孔（崩落孔）和周边
7、孔有如下布置原则：（1）布孔均匀，既要充分利用炸药能量。又要保证岩石按设计轮廓线崩落。其间距根据岩石性质而定，一般辅助孔取 0.4-0.8m，周边孔取 0.5-1.0m，周边孔距巷道轮廓线取 0.1-0.2m。（2）底孔布置较为困难，有积水时易产生盲炮，因此：1 ）底孔间距一般为 0.4-0.7m。抛渣爆破时，底孔采用较小间距。 2）底孔孔口应比巷道底板高出 0.1-0.2m，但其孔底应低于底板 0.1-0.2m。抛渣爆破时， ，应将炮孔深度加深 0.2m 左右。3）底孔装药量介于掏槽孔和辅助孔之间，装药高度为孔深的 0.5-0.7 倍，抛渣爆破时，每孔增加 1-2 个药卷。工作面的炮孔布置如
8、图 9-9 所示，巷道断面为 3x3m，图中数字为起爆顺序。9.1.2 爆破参数确定9.1.2.1 炮孔直径炮孔直径的大小直接影响钻孔速度、工作面炮孔数目、单位炸药消耗量、爆落岩石块度以及巷道轮廓的平整性。炮孔直径增加，意味着药卷直径也增加，有利于爆炸稳定性的提高，爆速增大。但是，炮孔直径过大，不仅钻速降低，而且因炮孔数目减少而影响药量均匀分布，使岩石破碎质量变差。目前国内平巷掘进多采用手持式凿岩机和气腿式凿岩机钻孔，孔径 有两种类型：普通型和小直径型 （小直径炮孔和小直径药卷） ，其规格列于表 9-5。类型 孔径 药径普通型 40-42 32-35小直径型 34-35 27小直径与普通孔径相
9、比，因凿岩面积减少，钻速显著提高。例如，直径 42mm 的钻头，钻凿面积为 1385mm2，而直径 32mm 的钻头钻凿面积只有 804mm2，后者较前者减少了 42%。因此，在相同条件下，小钻头钻速比大钻头钻速高。研究表明，钻头每减少 1.0mm，单位钻速可提高 3%-4%。采用重型凿岩机和凿岩台车钻孔时，炮孔直径为 45-55mm，可采用 40-45mm 直径的药卷进行深孔掘进爆破。9.1.2.2 炮孔深度炮孔深度简称孔深，是指孔底到工作面的垂直距离。孔深的大小，不仅影响着掘进工序的工作量和完成各工序的时间，而且影响爆破效果和掘进速度。它是决定每班掘进循环次数的主要因素。为了实现快速掘进，
10、在提高机械化程度，改善循环技术和改进工作组织的前提下，应力求加大孔深并增加掘进循环次数。在目前我国多采用手持式和气腿式凿岩机的条件下，采用普通型孔径（40-42mm ）时，其孔深可按表 9-6 选取，若采用小直径（34-35mm）时，以浅孔为宜。试验表明，孔深为 1.5m 时，炮孔利用率达 90%以上；孔深为 1.8m 时，炮孔利用率仅为 80%左右。掘进断面岩石坚固性系数 f121.6-3 2-3 2.5-3.54-6 1.5-2 2.2-2.57-20 1.2-1.8 1.5-2.29.1.2.3 炮孔数目炮孔数目与掘进断面、岩石性质、炮孔直径、炮孔深度和炸药性能等因素有关。确定炮孔数目的
11、基本原则是在保证爆破效果的前提下，尽可能地减少炮孔数目。通常可按下式估算：（9-1）=3.332式中 N-炮孔数目，个f-岩石坚固性系数S巷道掘进断面面积，。式（9-1）没有考虑炸药性能、药卷直径和炮孔深度等因素对炮孔数目的影响。9.1.2.4 单位炸药消耗量单位炸药消耗量的大小取决于炸药性能、岩石性质、巷道断面、炮孔直径和炮孔深度等因素。在实际工程中，多采用经验公式和参考国家定额标准来确定。A 修正的普式公式修正的普式公式具有下列简单的形式；(9-2)=1.10式中 q-单位炸药消耗量， kg/m；f-岩石坚固性系数；S-巷道掘进断面面积，；K0考虑炸药爆力的校正系数，K 0=525/p,p
12、 为爆力，mL。B 定额与经验值在实际应用过程中，应根据国家定额或工程类比法选取单位炸药消耗量数值，通过在工程实践中不断加以调整，确定合理的使用值。表 9-7 所示为岩石坚固性系数与巷道断面决定的延米巷道炸药消耗量经验值；表 9-8 所示为原煤炭工业部制定的平巷与平硐掘进炸药消耗量定额值。表 9-7 巷道掘进延米巷道炸药消耗量经验值岩石坚固性系数 f巷道掘进断面面积/2-4 5-7 8-10 11-144 7.28 9.26 12.80 15.72 6 9.30 12.24 16.62 20.58 8 11.04 14.80 19.92 24.88 10 12.06 17.20 23.00 2
13、8.80 12 14.04 19.32 25.80 32.40 14 15.40 21.42 28.70 36.12 16 16.64 23.36 31.04 39.36 18 17.82 24.38 33.66 42.30 表 9-8 平巷与平硐掘进单位炸药消耗量定额值巷道断面面积/30岩石坚固性系数 f平巷与平硐炸药消耗量定额值 kg/m煤 1.2 1.01 0.89 0.83 0.76 0.69 0.65 0.63 0.6 0.5610 4.07 3.39 3.03 2.82 2.59 2.33 2.22 2.14 1.93 1.85确定了单位炸药消耗量后，根据每一掘进循环爆破的岩石体积
14、，按下式可计算出每循环所使用的总药量：（9-3）=式中 V-每循环爆破岩石体积，m ；S巷道掘进断面面积，；L炮孔深度，m ；炮孔利用率，一般取 0.8-0.95。9.1.3 爆破说明书与爆破图表爆破说明书是巷道施工组织设计的一个重要组成部分，是指导检查和总结爆破工作的技术文件。爆破说明书的主要内容包括：（1）爆破工程的原始资料。包括掘进巷道的名称、用途、位置、断面形状和尺寸、穿过岩层的性质、地质条件以及瓦斯情况、涌水量等。（2）选用的爆破器材与钻孔机具。包括炸药、雷管的品种，凿岩机具的型号、性能，起爆电源等。（3）爆破参数的计算选择。包括掏槽方法，炮孔直径、深度、数目，单位炸药消耗量，每个炮
15、孔的装药量、填塞长度等。（4）爆破网络的设计和计算。（5）爆破采取的各项安全技术措施。根据爆破说明书绘出爆破图表，包括炮孔布置图、装药结构图，炮孔布置参数及装药参数表格，预期的爆破效果以及经济指标。9.2 立（竖）井掘进爆破在地下矿山，立（竖）井是通向地表的主要通道，是提取矿石、岩石、升降人员，运输材料和设备以及通风、排水的咽喉。在长大隧道的开挖工程中，为缩短工期，往往需要掘进竖井、斜井以增加工作面，改善通风条件。在水利、水电工程中，永久船闸输水系统、抽水蓄能电站也都需要掘进立（竖）井。所谓立(竖)井就是服务于各种工程在地层中开凿的直通地表的竖直通道。9.2.1 立（竖）井工作面炮孔布置立（竖
16、）井一般采用圆形断面，其优点是承压性能好，通风阻力小和便于施工。立（竖）井工作面炮孔呈同心圆布置。同心圆数目一般为 3-5 圈，其中最靠近开挖中心的 1-2 圈为掏槽孔，最外一圈为周边孔，其余为辅助孔（崩落孔） 。9.2.1.1 掏槽孔的形式掏槽孔的形式最常用的有以下两种：（1）圆锥形掏槽。圆锥形掏槽与工作面的夹角（倾角）一般为70-80，掏槽孔比其他炮孔深 0.2m-0.3m。各孔底间距不得小于0.2m，见图 9-10（a） 。（2）直孔桶形掏槽。圈径通常为 1.2-1.8m，孔数为 4-7 个。在坚硬岩石中爆破时，为减少岩石夹制力，除选用高威力炸药和增加药量以外，尙采用二级或三级掏槽，即布
17、置多圈掏槽，并按圈分次爆破，相邻每圈间距 0.2-0.3m 左右，由里向外逐圈扩大加深，见图 9-10（b ） 、 （c） 、 （d ） ，各圈孔数分别控制在 4-9 个。为改善岩石破碎和抛掷效果，也可在井筒中心钻凿 1-3 个空孔，空孔深度较其他炮孔深 0.5m 以上，并在孔底装入少量炸药，最后起爆。采用圆锥形和直孔桶形掏槽时，掏槽圈直径和炮孔数目可参考表9-9 选取。岩石坚固性系数掏槽参数1-3 4-6 7-9 10-12 13-16圆锥形掏槽 1.8-2.2 2.0-2.3 2-2.5 2.2-2.6 2.2-2.8掏槽圈直径/m直孔桶形掏槽 1.8-2.0 1.6-1.8 1.4-1.
18、6 1.3-1.5 1.2-1.3炮孔数目/个 4-5 4-6 5-7 6-8 7-99.2.1.2 辅助孔（崩落孔）和周边孔布置原则辅助孔介于掏槽孔和周边孔之间，可布置多圈，其最大圈与周边孔距离应满足光爆层要求，以 0.5-0.7m 为宜。其余辅助孔的圈距取 0.6-1.0m，按同心圈布置，孔距 0.8-1.2m 左右。周边孔布置有以下两种方式：（1）采用深孔光面爆破，将周边孔布置在井筒轮廓线上，孔距取 0.4-0.6m。为便于钻孔，炮孔略向外倾斜，孔底偏出轮廓线 0.05-0.1m。（2）采用非光面爆破时，将炮孔布置在距井帮 0.15-0.3m 的圆周上，孔距为 0.6-0.8m。炮孔向外
19、倾斜，使孔底落在掘进面轮廓线上。与深孔光面爆破相比，井帮易出现凹凸不平，岩壁破碎，稳定性差。立井的炮孔布置如图 9-11 所示。9.2.2 立井爆破参数确定9.2.2.1 炮孔直径炮孔直径在很大程度上取决于使用的钻孔机具和炸药性能，采用手持式凿岩机钻孔，在软岩和中硬岩中，孔径为 39-46mm，孔深2m。随着钻机机械化程度的提高，孔径和孔深都有增大的趋势。例如，采用伞形钻架（由钻架和重型高频凿岩机组成的井筒名称 掘进断面面积/ 岩石性质 炮孔深度/m 炮孔数目/个 掏槽方式 炸药种类药包直径/mm雷管种类 爆破进尺/m 炮眼利用率/%炸药消耗量/kg/m凡口副井 27.34 石灰岩f=8-10
20、 2.8 80锥形 甘油与硝铵 炸药 32 毫秒 2.18 81 1.96铜山新大井 29.22花岗闪长岩、大理岩，f=4-6，8-103-3.8 62 直孔含 20%-30%TNT 和2%TNT 的硝铵32 毫秒 平均 2.51 75.3 1.67安庆铜矿副井 29.22 页岩、角页岩、 细砂岩 2-2.3 70-95 锥形 硝铵黑 32 毫秒、秒差 2.7-3.31 77 3.14凤凰山新副井 26.4 大理岩 f=8-10 4.3-4.5 104 复锥 2 号岩石硝铵炸药 32 秒差 1.5-1.7 75 2.15桥头河二号井 26.4 石灰岩f=6-8 1.83 65锥形 40%的硝化甘油炸药 35 毫秒 1.6 87.5 1.979.2.2.5 辅助孔（崩落孔）参数崩落孔的参数包括圈距、孔距、装药系数和崩落孔数目A 圈距崩落孔的圈距 W 即崩落孔的最小抵抗线，它与岩石性质，炸药做功能力和药卷直径等因素有关，一般 W=700-900mm。当岩石不太坚固或采用高威力大直径药卷时，W 取大值，反之则取小值。紧邻周边孔的一圈崩落孔应保证周边孔的圈距满足光面爆破要求的最小抵抗线值。表 9-11 所示为炮孔圈间距参考值；
