淮北矿业集团许瞳煤矿83下采区运输下山掘进深孔预裂爆破试验方案设计及安全技术措施淮北矿业集团工程建设公司安 徽 理 工 大 学2013年10月20日一、工程概况许疃煤矿83下采区运输下山长度1213m(目前余730m)，坡度：10.5º，断面净尺寸(喷厚150mm)：宽×高=5×4.1m；岩性：砂岩，硬度f=8~10二、深孔松动爆破机理深孔松动爆破技术是根据工程实际需求，钻凿大直径深炮孔，利用炸药爆炸的“动”、“静”作用使炮孔周围岩石破裂破碎而不产生抛掷的控制爆破2.1 炸药爆破破岩过程在半无限介质中，炸药在炮孔内爆炸后，产生强冲击波和大量高温高压爆生气体由于爆炸压力远远超过介质的动抗压强度，使得炮孔周围一定范围内的介质被强烈压缩、粉碎，形成压缩粉碎区；在该区内有相当一部分爆破能量消耗在对介质的过度破碎上，然后冲击波透射到介质内部，以应力波形式向岩体内部传播在应力波作用下，介质质点产生径向位移，在靠近压缩区的介质中产生径向压缩和切向拉伸当切向拉伸应力超过介质的动抗拉强度时会产生径向裂隙，并随应力波的传播而扩展当应力波衰减到低于介质抗拉强度时，裂隙便停止扩展在应力波向前传播的同时，爆生气体紧随其后迅速膨胀，进入由应力波产生的径向裂隙中；由于气体的尖劈作用，裂隙继续扩展。
随着裂隙的不断扩展，爆生气体膨胀，气体压力迅速降低；当压力降到一定程度时，积蓄在介质中的弹性能就会释放出来，形成卸载波，并向炮孔中心方向传播，使介质内部产生环向裂隙(通常环向裂隙较少)径向裂隙和环向裂隙互相交叉而形成的区域称为裂隙区当应力波进一步向前传播时，已经衰减到不足以使介质产生破坏，而只能使介质质点产生振动，以地震波的形式传播，直至消失应力波过后，爆生气体产生准静态应力场，并楔入空腔壁上已张开的裂隙中，在裂隙尖端产生应力集中，使裂隙进一步扩展在裂隙扩展过程中，爆生气体首先进入张开宽度大、较平直、对气体楔入阻力小的大裂隙中，然后再进入与之沟通的小裂隙中，直到其压力降到不足以使裂隙继续扩展为止爆生气体在岩体内产生的准静态应力随距炮孔中心距离的增加而衰减，因而在岩体内存在爆生气体应力梯度在爆生气体压力驱动下，裂隙始终朝着压力(或应力)低的方向扩展，即向着远离炮孔的方向扩展2.2 松动爆破裂隙半径计算本次研究拟对岩层实施大直径深孔松动爆破，根据爆轰理论和应力波理论，松动爆破裂隙扩展半径一般按下式计算： （1）式中 —裂隙扩展半径；—应力波初始径向应力峰值，；—泊松比，取0.27；—应力波衰减值，=1.63；—炸药爆速，取3500m/s；—炸药密度，取1100kg/m3；—药卷半径，现场拟采用特制药卷直径Φ63mm，壁厚2mm，实际装药直径61mm，=0.061/2=0.0305m； —炮眼半径，炮孔直径设计为Φ75mm，=0.075/2=0.0375m；—岩体抗拉强度，取2.8MPa；—压力增大系数，8~11；取8。
带入各值，计算得松动裂隙半径=0.8m三、爆破试验方案设计为对巷道工作面岩石进行松动爆破，深孔松动爆破设计主要包括选择爆破器材，确定炮孔深度、炮孔直径、钻孔方向、炮孔数目、炮孔布置、装药参数等3.1 钻孔机具和爆破材料采用高性能大功率钻机实施深孔松动爆破的钻孔工作；炸药采用三级煤矿许用水胶炸药；1~5段毫秒延期电雷管3.2 炮孔直径和药卷直径炮孔直径Φ75mm，装外径Φ63mm（内径Φ61mm）的特制药卷3.3 炮孔深度和钻孔倾角全断面共布置3个孔，钻孔深度50m，装药44m，封孔6m3个孔均平行巷道轴线方向钻进为避免炮孔方向偏斜进入巷帮、造成超挖，要严格控制钻孔深度和倾角3.4 炮孔布置根据巷道断面和爆破后炮孔周围裂隙圈理论计算结果，炮孔布置成三角形炮孔间距：1600mm；炮孔排距：1380mm具体布置如图1所示图1 炮孔布置图3.5 装药参数由于所有装药一次起爆能量太大，为减小爆破对围岩的造成的损伤和地震效应，炮孔分别用1、3、5段雷管引爆为防止冲孔，封孔长度应不小于6m表1 装药参数表编号炮孔直径/mm炮孔深度/m装药直径/mm装药长度/m堵塞长度/m雷管段别1#75506344612#75506344633#75506344653.6 炮孔装药和起爆网路采用特制药柱，连续正向装药，风动封孔机封堵孔口，黄泥作为封堵材料，封堵长度6.0m。
每个炮孔单个起爆药柱，每个起爆药柱装两发同段雷管，分别用胶质导线引出孔外，孔外采用并联电起爆网路，接头处使用防水胶布处理，确保可靠起爆3.7 装药施工工艺1）探孔为保证装药顺畅，当钻机起钻后，用压风将孔内残碴吹清并用专用探孔管对炮孔进行探孔，并记录钻孔深度2）装药根据探孔深度，确定装药长度，装药长度视炮孔深度根据表1进行调整3）封孔方式① 装药完毕，采用黄泥、用封孔器封孔对炮眼深度中除装药长度以外的长度以黄泥作为封堵炮泥材料，用风动封孔机封堵至孔口，然后再进行所有孔一次分段起爆装药结构示意图如图2所示图2 正向装药结构示意图② 若第一种用黄泥封孔的方式不能封住时，采用速凝水泥封孔即与第一种方式一样，在装药完毕，采用圣特产速凝水泥四、爆破施工辅助设备与材料表2工程公司准备的材料序号名称规格数量备注1药柱Φ63×1m×3.3kg500kg2雷管1、3、5段12每孔两发3母线200m4黄泥20袋用于封孔5防水胶带10卷表3 安徽理工大学准备的爆破材料序号名称规格数量备注1探孔管Φ50×2m50根探孔深2探孔头Φ63×30cm2个探孔深3封孔器1台封孔用五、操作注意事项1）打钻：现场技术员准确确定钻孔的位置，钻孔确保直、齐、平。
孔打好后，为保证炸药能顺利装入炮孔内，要求孔内粉渣必须完全排出；稳钻及打钻过程中，现场必须配有相关技术人员，以保证钻孔符合设及要求，绝对避免出现下山孔及孔内出现台阶，致使无法装药当钻杆拨后，用探孔管探孔验证孔深，以确定装药的长度2）装药方式：药柱一端装入一根600mm长的索状传爆材料，以保证可靠传爆每个炮孔装药用两发电雷管分别用放炮母线引出孔外装药采用正向装药方式炮头的加工是将雷管脚线剪掉只留15cm长接胶质线，其接头用绝缘胶布裹紧，防止断路和短路雷管脚线和胶质线接头处与雷管脚线处要用防水胶带进行防水处理，且在炮头药柱底壳内外都用黄泥填实进行防水同时尤其要注意母线附于管壁侧面，并用雷管做炮头时剩余脚线固定，以防管与孔壁的摩擦使雷管脚线与母线脱落，导致雷管断路和短路要求装药前要对雷管进行导通检查，其导通电阻符合要求，方可将雷管装入药柱头内，封孔后也要对雷管进行导通检查3）装药：用阻燃性专用塑料质探管推动药卷装入炮孔，装药前，先用探管探试炮孔，然后再装药，每次装药药柱不得多于3卷装药一定要到底，要保证连续装药，不得有夹矸，以防拒爆4）封孔：装药完毕，随即采用专用黄泥封孔器或水泥封孔，封堵一定要紧，防止穿孔。
5）封孔器封孔安全使用方法及注意事项：（1）检查封孔器是否漏气，封孔管是否堵塞2）将粒度不大于6mm的黄泥选用喷雾水造湿，其颜色变为棕色为宜，粘度为用手能捏成团而不易散为宜3）封孔的具体步骤： ① 关闭封孔器出口阀、泄气阀和进气阀② 将黄泥从封孔器上端进料口装入，装入量为封孔器容积的1/3左右③ 将封孔管塞入炮孔中，并将雷管的脚线用手抓住，防止黄泥将脚线冲入炮孔中④ 用手将进料口阀门关闭后，开启进气阀，往封孔器内送气，此时，封孔器内的气压将会把封孔器内的进料阀门自动关实⑤ 当进气时间略半分钟，封孔器内的压力达到4MPa时，通知封孔管操作人员，往炮孔中送黄泥当黄泥封满后，立即关闭出口阀，再封下一个炮孔，如此循环，当封孔器的黄泥全部用完后，再装黄泥4）如果在封孔过程中，出现雷管脚线冲入炮孔中时，应当及时用高压水清洗干净，将雷管脚线勾出5）封孔时，封孔操作人员佩戴防护镜和手套，防止黄泥吹出伤人六、安全技术措施应制定专门的深孔预裂松动爆破安全技术措施，并报相关部门审批1、成立以主管领导任总指挥的领导小组，负责指挥领导该巷道深孔预裂爆破的现场实施，按照《煤矿安全规程》对深孔爆破作业的有关条款的规定执行，同时还应包括放炮、撤人、警戒、回风系统停电撤人等有关安全技术措施，深孔控制爆破工程实施前，要对措施进行认真审批和贯彻，落实到位。
2、除了领导和现场指挥人员、技术人员外，要求配专职放炮工2人；装药和封孔工6-8人3、放炮点应在与其相邻的巷道内或在本巷道的躲避硐内，放炮警戒设置在距爆破地点相邻巷道内不小于300m、直巷不小于500m放炮母线采用铜芯绝缘线，不得有破损和明接头放炮母线必须相互扭紧并悬挂，不得同轨道、金属管、钢丝绳、刮板输送机等导电体接触放炮母线同电缆、电线、信号线应分别挂在巷道的两侧如果必须挂在同一侧时，放炮母线必须挂在电缆的下方，并应保持0.3m以上的悬挂距离母线敷设必须严格执行《煤矿安全规程》第308条的有关规定4、放炮30min后，由救护队员去爆破区域进行探察，应根据检查结果确定采取恢复送电、通风等具体措施确定无险情后方可进行正常生产施工5、装药人员和放炮人员必须经过深孔松动控制爆破操作技术培训，培训合格后方可上岗操作6、炸药和雷管的储存、发放、运输，要严格执行《煤矿安全规程》的有关规定，并执行好本矿有关规定炸药的使用要符合爆破规程的规定，同时，炸药和雷管的运输工作应注意以下几个方面：（1）爆破材料必须由专业人员护送2）爆破材料存放在井下炸药库，由专职放炮员领取3）加强现场炸药管理装药前，爆破材料都应存放在制定位置，专人看管，起爆材料存放在加锁的木箱内。
4）放炮前，须将炸药专车及存放剩余爆破材料的木箱转移至警戒线外的安全地点，由专人看管，放炮后送回炸药库7、爆破采用三级煤矿许用水胶炸药，孔内敷设煤矿安全导爆索，双炮头正向起爆，严禁使用过期变质的炸药和导爆索8、施工时必须做好准备工作：① 钻眼前，综掘机后退至安全位置，至掘进工作面距离不得小于20m② 爆破孔前后10m范围内的巷道支护应检查加固；③ 爆破前，对综掘机及附近的其它设备、电缆等进行严密的防护，可利用大板、旧皮带、竹笆等包扎、遮挡9、严格执行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”施工现场必须有专职瓦斯检查员持证上岗10、装药前、装药过程中和放炮前，专职瓦斯检查员必须对放炮地点及回风流中瓦斯进行检查，超限时（≥0.8%），不得进行作业11、装药前要用压风排净孔内残渣和水12、采用可连接塑料筒装药柱进行装药装药时，无关人员撤离现场13、装药前首先将导爆索穿过塑料被筒，然后将塑料被筒一节一节连接并送到爆破孔孔底14、炮头及连线等工作，由班组长、放炮员、或专业技术人员现场操作15、放炮前，必须将爆破地点前后20m范围内进行洒水灭尘16、放炮前，必须在可能进入爆破地点所有通路上设置警戒或栅栏。
警戒人员必须在有掩护的安全地点进行警戒，警戒线处应设置警戒牌或拉绳等标志17、严格执行《煤矿安全规程》第300条规定炮头由放炮员亲。