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1、1,欢迎皖北煤电集团公司各位领导、工程技术人员共同研究巷道快速掘进技术！ 报告题目： 硬岩巷道爆破法快速掘进技术 安徽理工大学 马教授、博导,2,主要内容：一、炸药及雷管简介二、岩巷掘进钻眼爆破法研究现状三、硬岩巷道爆破法快速掘进爆破参设计四、岩石物理力学性质测试报告五、爆破法快速掘进技术实例分析六、经济效益报告,3,目 标 在岩巷掘进中，破碎岩石是一项主要工序。目前国内外大量使用的破岩方法还是钻眼爆破法。因此，钻眼爆破工作的好坏，对巷道掘进速度、规格质量、支护效果以及掘进工效、成本等，都有较大的影响。巷道掘进中良好的钻眼爆破工作应该达到以下几项要求： 1炮眼利用率要高，炸药和雷管的消耗量要低
2、。 2巷道断面尺寸应符合设计要求和井巷工程施工及验收规范的标准，巷道的方向与坡度均应符合设计规定。 3对巷道围岩的震动和破坏要小，以利于巷道的维护。 4岩石块度和岩堆高度要适中，以利于提高装岩效率和钻眼与装岩工作的平行作业。为了获得良好的爆破效果，必须正确地布置工作面炮眼，合理确定爆破参数，选用适宜的炸药和先进爆破技术。,4,一、炸药与雷管,5,（一）、煤矿许用炸药 凡是允许在有瓦斯和可燃性煤尘爆炸危险的矿井中使用的炸药称为煤矿许用炸药。 当掘进巷道通过煤系地层时，必须根据瓦斯等级使用相应安全等级的煤矿许用炸药。 煤矿安全规程（2005年）第320条规定，井下爆破作业必须使用煤矿许用炸药和煤矿
3、许用电雷管。 高瓦斯矿井、低瓦斯矿井的高瓦斯区必须使用安全等级不低于三级的煤矿许用炸药。,6,煤矿许用炸药的特点是对爆温、爆热、爆炸产生的火焰长度及持续时间、爆炸产物中的有害气体及灼热固体颗粒等都有严格的限制。 煤矿许用炸药主要有以下几种： 1. 添加惰性消焰剂的炸药：常用的惰性消焰剂是氯化钠（食盐）和氯化铵，用来吸收热量，降低爆温，并抑制瓦斯的链锁反应。目前，我国使用的煤矿许用炸药主要是添加食盐的硝酸铵系列炸药。,7,2. 被筒炸药（sheathed explosive）: 以煤矿许用炸药为药芯，外面包有由消焰剂（氯化钠、氯化钾等）做成的被筒而制成的安全性等级比原来药芯炸药高的煤矿许用炸药。
4、,8,炸药的爆力与爆速,9,常用的煤矿许用炸药： 2级煤矿许用水胶炸药： 密度1.13g/cm3 , 药卷直径35mm， 药卷质量333g，药卷长度310mm， 爆速3200m/s。 3级煤矿许用水胶炸药 密度1.05g/cm3 ，药卷直径29mm， 药卷质量294g，药卷长度430mm， 爆速3000m/s。,10,（二）、起爆器材和起爆方法,工业炸药必须使用起爆器材才能被安全、可靠地激发爆炸。起爆器材包括：导火索、导爆索、继爆管、导爆管、雷管、起爆药柱、起爆器和起爆所需的其它用品。 常用的工业炸药起爆方法可分为导火索起爆法、电力起爆法、导爆索起爆法和导爆管起爆法。,11,爆破器材,12,工
5、业电雷管 简称电雷管。,普通电雷管,13,按通电后爆炸时间的不同以及是否允许用于有瓦斯或煤尘爆炸危险的工作面，作如下分类： 普通电雷管：普通瞬发电雷管 普通延期电雷管 煤矿许用电雷管：煤矿许用瞬发电雷管 煤矿许用毫秒延期电雷管,14,电雷管结构,电雷管壳使用的材料有纸、铜、覆铜钢、铝、铁等，但煤矿许用型电雷管的管壳只允许使用纸、铜、覆铜钢等材料。,15,瞬发电雷管由火雷管和电点火元件组装而成，电点火元件由聚氯乙烯绝缘镀锌铁脚线、桥丝（直径40m的镍铬合金丝）、引火药头和塑料塞组成。,桥丝和引火头,16,17,煤矿许用电雷管,煤矿许用电雷管： 允许在有瓦斯和煤尘爆炸危险的环境中使用的电雷管统称煤
6、矿许用电雷管。煤矿许用电雷管分为瞬发和毫秒延期两种类型。,18,为确保雷管的爆炸不致引起瓦斯和煤尘的爆炸，煤矿许用电雷管在普通电雷管的基础上采取了以下措施：1为消除雷管爆炸时产生的高温和火焰的引燃作用，在雷管的主装药内加入适量的消焰剂。 2. 为消除雷管爆炸飞散出的灼热碎片或残渣的引燃作用，禁止使用铝质管壳。 3. 采用铅质五芯延期体，减少了延期药用量，并能吸收燃烧热，同时具有抑制延期药燃烧残渣喷出的作用。 4. 采用燃烧温度低、气体生成量少的延期药。加强雷管的密封性，避免延期药燃烧时，火焰喷出管体引爆瓦斯或煤尘。 5. 煤矿许用毫秒延期电雷管的段别分为五段，最长延期时间不超过130ms。,1
7、9,串联的雷管数目越多，不爆的雷管（俗称“丢炮”）也越多。如果将这些丢炮再逐个通入最小发火电流，则它们又单独地都爆炸了。 产生上述现象的原因在于电雷管电学性质的不均匀性。就是说，即使是同一批合格产品，由于桥丝电阻、桥丝焊接质量及引火药的物理状态存在着一定的差异，各雷管之间的各项电学特性参数值都不可能完全一样，因而表现为对电具有不同的敏感度。,20,在串联情况下，当电流通过时，总是最敏感的雷管先得到足够的电能而爆炸，造成串联网路断路，此时，敏感度较低的一些雷管，还没有获得足够的能量来点燃引火药，但由于网路已断，这些雷管因不能继续获得电能而形成丢炮被遗留下来。 试验表明：通过串联网路的电流越大，丢
8、炮就越少，当电流增大至某一数值时，就不再有丢炮。能使规定发数的串联电雷管全部起爆的规定恒定直流电流称为串联准爆电流。,21,国家标准规定：对于串联连接的20发电雷管通以1.2A恒定直流电流，应全部爆炸。其中的1.2A恒定直流电流就是国家标准规定的串联准爆电流，它是选用起爆电源以及进行电爆网路设计的重要依据。 爆破安全规程规定：电力起爆时，流经每个雷管的电流为：一般爆破，交流电不小于2.5A，直流电不小于2A；大爆破，交流电不小于4A，直流电不小于2.5A。,22,起爆材料一般采用8号电雷管，其中有秒延期雷管和毫秒延期雷管。对巷道和立井浅孔爆破一般采用毫秒延期雷管，对中深孔爆破应采用间隔时间较长
9、的延期雷管，它有利于提高炮眼利用率。在穿过有瓦斯、煤尘爆炸危险的地层时，必须选用毫秒延期雷管，而且最后一段的总延期时间不得超过130ms。另外，所选用的电雷管的各电阻值差不得超过0.2，否则不能使用。严禁不同工厂、不同品种、不同时期的电雷管混用。,23,岩石（或其它介质）的密度同岩石（或其它介质）纵波速度的乘积，称为该岩石（或介质）的波阻抗。它的物理意义是：在岩石（或其它介质）中引起扰动使质点产生单位振动速度所必需的应力。 波阻抗大，产生单位振动速度所需的应力就大；反之，波阻抗小，产生单位振动速度所需的应力就小。因此，波阻抗反映了岩石（或其它介质）对波传播的阻尼作用。炸药的密度与其爆速的乘积称
10、作炸药的波阻抗。,24,实验表明，当炸药的波阻抗值同岩石的波阻抗值愈接近，炸药传给岩石的能量就愈多，在岩石中所引起的破碎程度也愈大。从能量观点来看，为提高炸药能量的有效利用，炸药的波阻抗应尽可能与所爆破岩石的波阻抗相匹配。因此，岩石的波阻抗愈高，所选用炸药的密度和爆速应愈大。,25,二、岩巷掘进钻眼爆破法研究现状,岩巷掘进中钻眼爆破法发展的三个重要阶段 以后发展的主要技术,26,岩巷全断面一次爆破,岩巷毫秒爆破技术,光面爆破技术,岩巷掘进中钻眼爆破法发展的三个重要阶段,目前岩巷掘进中钻眼爆破法仍是破岩的主要手段,爆破效果直接影响着掘进后续工序,如装岩、运输、支护等的效率和质量,从而影响着掘进速
11、度。标志爆破技术提高发展的三个重要阶段:,27,岩巷全断面一次爆破,解放初期,我国煤矿岩巷掘进爆破是人力抱钻,打眼深度1.01.3m,瞬发雷管起爆,工作面要分34次放炮,效率很低。1953年采用秒延期雷管进行全断面一次起爆试验获得成功,改变了多次放炮的落后面貌。并运用抛渣爆破,实现钻眼与装岩的平行作业,使岩巷掘进速度大幅度提高。,28,岩巷毫秒爆破技术,毫秒雷管的生产,促使在岩巷掘进中大力推广毫秒爆破技术。不仅巩固了全断面一次起爆的成果,而且推动了直眼掏槽的试验和应用。平行龟裂、螺旋掏槽、筒形掏槽等方法得到实际应用,炮眼深度加大到1.51.8m,提高了爆破效率,降低了炸药消耗,提高了循环进尺。
12、在此条件下,实现了多台凿岩机作业和浅眼多循环的作业方式,使掘进速度得到进一步提高。围绕着提高爆破效果,相继开展了掏槽方法、合理爆破参数、合理延期间隔时间等的试验研究,巩固了毫秒爆破技术在岩巷掘进中的应用,并使其成为常规的应用技术。,29,光面爆破技术,70年代初,光面爆破以其优越的爆破质量和效果在岩巷掘进中得到推广,并与锚喷支护相结合成为岩巷掘进中新的工艺系统。在煤系地层中以及在松软破碎岩层中光面爆破已成为锚喷支护的前提条件。光面爆破技术使爆破技术在新水平上得到进一步地发展。,30,以后发展的主要技术,直眼掏槽方式,中深孔爆破技术,小直径药包爆破技术,31,中深孔爆破技术,在光面爆破推广应用中
13、,就合理炮眼深度问题从掏槽方法、装药结构、凿岩机效率及掘进循环的工时有效利用等方面进行了综合研究。研究表明:加大炮眼深度可提高工时利用率和掘进速度;但眼深又受凿岩机能力的制约,用气腿凿岩机钻眼深度超过2.5m后钻速剧烈下降,眼深太大将加大钻眼时间, 从凿岩机能力方面考虑以不超过2.5m眼深是较适宜的;同时,眼深还受岩层稳定程度和断面的限制。因此,在实践中,中深孔(2.02.5m)爆破应得到推广应用。,32,直眼掏槽方式,影响直眼掏槽效果的因素是炮眼间距、线装药密度、起爆时差和空眼数量4个主要参数。空眼在直眼掏槽中的作用是作为首爆炮眼的破裂导向和碎胀空间,所以大直径空眼或多空眼形式可增加掏槽效果
14、的可靠性。空眼的多少依岩性而定。眼距是影响直眼掏槽效果最敏感的参数,选择不当易造成掏槽失败。直眼掏槽的装药属超量装药,一般是以装药长度达眼深的75%以上来控制。,33,小直径药包爆破技术,为加快岩巷掘进速度,1991年煤炭部提出了“三小”工作面(小钻头、小锚杆、小药包)示范性推广项目。通过兖州兴隆庄矿、鹤壁等矿的试验和正规循环作业表明:在巷道断面12m2条件下取得了显著的技术经济效益,掘进速度各矿分别提高60%、80%和39.6%,成本降低10%30%。小直径药包爆破技术在“三小”工作面中起到了主要作用,更适合光面爆破的需要。,34,三、爆破参数设计,目标:在岩巷掘进中，目前国内外大量使用的破
15、岩方法还是钻眼爆破法。因此，钻眼爆破工作的好坏，对巷道掘进速度、规格质量、支护效果以及掘进工效、成本等，都有较大的影响。巷道掘进中良好的钻眼爆破工作应该达到以下几项要求： 1炮眼利用率要高，炸药和雷管的消耗量要低。 2巷道断面尺寸应符合设计要求和井巷工程施工及验收规范的标准，巷道的方向与坡度均应符合设计规定。 3对巷道围岩的震动和破坏要小，以利于巷道的维护。 4岩石块度和岩堆高度要适中，以利于提高装岩效率和钻眼与装岩工作的平行作业。为了获得良好的爆破效果，必须正确地布置工作面炮眼，合理确定爆破参数，选用适宜的炸药和先进爆破技术。,35,掘进工作面的炮眼，按其用途和位置可分为掏槽眼、辅助跟和周边
16、眼三类，其起爆顺序为先掏槽眼，其次辅助眼，最后周边眼。影响炮眼布置的因素很多，主要有岩石性质和结构，巷道断面形状和大小以及炸药性能和装药量等。特别是井下地质条件往往变化很大，故工作面的炮眼布置不能一成不变，必须根据具体情况进行布置或调整。 根据试验研究，井巷爆破合理布孔原则是“抓两头，带中间”，即一头抓掏槽眼，一头抓周边眼的分类布孔法。 “重掏心，轻扒边。”,36,主要内容,先进技术方法的提出 单位炸药消耗量 炮眼直径和装药直径 炮眼数目 炮眼深度 炮眼填塞 炮眼布置与起爆网络 周边光面爆破设计,37,高瓦斯矿井硬岩巷道中深孔不同阶微差斜眼掏槽方法的提出,掏槽爆破技术是巷道掘进爆破的关键技术，直接关系到一茬炮的成败，必须认真进行科学、合理的技术设计。 掏槽眼应根据巷道岩石的条件和巷道断面大小进行设置，通常布置在巷道中央偏下，并尽量选择有弱面的地方。掏槽眼首先爆破时，自由面和空间小，受到的夹制作用大，一般装药量较大。 目前在巷道掘进中常用的掏槽方式，按掏槽眼的方向可分为斜眼掏槽、直眼掏槽和混合掏槽。,38,斜眼掏槽方式,斜眼掏槽的特点
