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1、采矿通论课程第三篇第三篇井巷掘进与支护井巷掘进与支护井巷掘进与支护井巷掘进与支护第第第第6章章章章 钻眼爆破钻眼爆破钻眼爆破钻眼爆破1 1行业实操行业实操本章主要内容第第6章章 钻眼爆破钻眼爆破第一节第一节第一节第一节 岩石的性质及分级岩石的性质及分级岩石的性质及分级岩石的性质及分级第二节第二节第二节第二节 钻眼工作钻眼工作钻眼工作钻眼工作第三节第三节第三节第三节 爆破工作爆破工作爆破工作爆破工作2行业实操第一节第一节 岩石的性质与分级岩石的性质与分级井巷掘进是煤矿生产一项经常而重要的工作。不论开掘何井巷掘进是煤矿生产一项经常而重要的工作。不论开掘何种井巷，其主要工作都是破岩和支护。破岩和支护
2、的主要种井巷，其主要工作都是破岩和支护。破岩和支护的主要对象是各种不同的岩石，其物理力学性质各异。因而，了对象是各种不同的岩石，其物理力学性质各异。因而，了解岩石的性质，对于合理的确定破岩方法和支护方式，选解岩石的性质，对于合理的确定破岩方法和支护方式，选用适当的凿岩机械、爆破器材和掘进机械，以及正确确定用适当的凿岩机械、爆破器材和掘进机械，以及正确确定工作定额，具有重要的意义。工作定额，具有重要的意义。 3行业实操第一节第一节 岩石的性质与分级岩石的性质与分级一般认为：一般认为： 岩块岩块岩块岩块是从地壳岩层中切取出来的小块体；是从地壳岩层中切取出来的小块体； 岩体岩体岩体岩体是指地下工程周
3、围较大范围内的自然地质体；是指地下工程周围较大范围内的自然地质体； 岩石岩石岩石岩石则是不分岩块和岩体的泛称。则是不分岩块和岩体的泛称。“ “坚固性系数坚固性系数f f” ”：表示岩石破坏的难易程度。：表示岩石破坏的难易程度。 式中： Rc岩石的单轴抗压强度，MPa或kg/cm3, 1kg/cm2约等于0.098 MPa，工程上近似为0.1MPa。4行业实操级别级别坚坚固性程度固性程度岩石岩石坚坚固性系数固性系数fI最最坚坚固的岩石固的岩石最最坚坚固、最致密的石英岩及玄武岩，其它最固、最致密的石英岩及玄武岩，其它最坚坚固的岩石固的岩石20II很很坚坚固的岩石固的岩石很很坚坚固的花固的花岗岗岩岩
4、类类：石英斑岩，很：石英斑岩，很坚坚固的花固的花岗岗岩，硅岩，硅质质片片岩；岩；坚坚固程度固程度较较I级级岩石稍差的石英岩；最岩石稍差的石英岩；最坚坚固的砂岩及固的砂岩及石灰岩石灰岩15III坚坚固的岩石固的岩石致密的花致密的花岗岗岩及花岩及花岗岗岩岩类类岩石，很岩石，很坚坚固的砂岩及石灰岩，固的砂岩及石灰岩，石英石英质矿质矿脉，脉，坚坚固的固的砾砾岩，很岩，很坚坚固的固的铁矿铁矿石石10IIIa坚坚固的岩石固的岩石坚坚固的石灰岩，不固的石灰岩，不坚坚固的花固的花岗岗岩，岩，坚坚固的砂岩，固的砂岩，坚坚固的大固的大理岩，白云岩，黄理岩，白云岩，黄铁矿铁矿8IV相当相当坚坚固的岩石固的岩石一般的
5、砂岩，一般的砂岩，铁矿铁矿石石6IVa相当相当坚坚固的岩石固的岩石砂砂质页质页岩，泥岩，泥质质砂岩砂岩5V坚坚固性中等的岩固性中等的岩石石坚坚固的固的页页岩，不岩，不坚坚固的砂岩及石灰岩，固的砂岩及石灰岩，软软的的砾砾岩岩4Va坚坚固性中等的岩固性中等的岩石石各种不各种不坚坚固的固的页页岩，致密的泥灰岩，岩，致密的泥灰岩，3VI相当相当软软的岩石的岩石软软的的页页岩，很岩，很软软的石灰岩，白垩，岩的石灰岩，白垩，岩盐盐，石膏，石膏，冻冻土，无土，无烟煤，普通泥灰岩，破碎的砂岩，胶烟煤，普通泥灰岩，破碎的砂岩，胶结结的卵石及粗沙的卵石及粗沙砾砾，多石多石块块的土的土2VIa相当相当软软的岩石的岩
6、石碎石土，破碎碎石土，破碎页页岩，岩，结块结块的卵石及碎石，的卵石及碎石，坚坚硬的烟煤，硬硬的烟煤，硬化的粘土化的粘土1.5VII软软岩岩致密的粘土，致密的粘土，软软的烟煤，的烟煤，坚坚固的表土固的表土层层1.0VIIa软软岩岩微砂微砂质质粘土，黄土，粘土，黄土，细砾细砾石石0.8VIII土土质质岩石岩石腐植土，泥煤，微砂腐植土，泥煤，微砂质质粘土，湿砂粘土，湿砂0.6IX松散岩石松散岩石砂，砂，细砾细砾，松土，采下的煤，松土，采下的煤0.5X流沙状岩石流沙状岩石流砂，沼流砂，沼泽泽土壤，包含水的黄土既包含水的土壤土壤，包含水的黄土既包含水的土壤0.3表表6-1 6-1 岩石岩石强强度分度分级
7、级表表5行业实操第二节第二节 钻眼工作钻眼工作井巷施工首先要破碎岩石，常用的破岩方法有井巷施工首先要破碎岩石，常用的破岩方法有机械破岩机械破岩和和爆爆破破岩破破岩两种。两种。进行爆破破岩，就是要在采掘的煤岩中用钻研工具钻凿炮眼，进行爆破破岩，就是要在采掘的煤岩中用钻研工具钻凿炮眼，其深度一般不超过其深度一般不超过3 34m4m，直径，直径353575mm75mm。然后在炮眼中安。然后在炮眼中安放一定数量的炸药，炮眼口直至炸药间的一段炮眼放置以不放一定数量的炸药，炮眼口直至炸药间的一段炮眼放置以不燃的惰性物质（一般为粘土与砂子混合物）做得炮泥，再用燃的惰性物质（一般为粘土与砂子混合物）做得炮泥，
8、再用一定的方法是炸药在炮眼内起爆，从而产生巨大压力使煤和一定的方法是炸药在炮眼内起爆，从而产生巨大压力使煤和岩石从其整体中分离出来，并破碎成便于装运的块度。岩石从其整体中分离出来，并破碎成便于装运的块度。因此，钻眼爆破可分为两项主要工作：因此，钻眼爆破可分为两项主要工作：钻眼工作钻眼工作钻眼工作钻眼工作和和爆破工作爆破工作爆破工作爆破工作。 6行业实操第二节第二节 钻眼工作钻眼工作一、钻眼机械与机具一、钻眼机械与机具一、钻眼机械与机具一、钻眼机械与机具岩石的切削岩石的切削钻眼（又称凿岩）机具按钻眼（又称凿岩）机具按能源能源能源能源分，有电动、分，有电动、风动、液压、内燃四种。风动、液压、内燃四
9、种。按按破岩机理破岩机理破岩机理破岩机理来分，有来分，有冲击式、旋转式冲击式、旋转式两种。两种。1 1 1 1电钻电钻电钻电钻用旋转式钻眼法破岩用旋转式钻眼法破岩 ，用电力为动力。，用电力为动力。煤矿常用的有煤电钻和岩石电钻。煤矿常用的有煤电钻和岩石电钻。 7行业实操8行业实操9行业实操10行业实操第二节第二节 钻眼工作钻眼工作2 2 2 2、凿岩机、凿岩机、凿岩机、凿岩机( ( ( (风钻风钻风钻风钻) ) ) )矿山一般常用的有：手持式、矿山一般常用的有：手持式、气腿式、伸缩式和导轨式几气腿式、伸缩式和导轨式几种。种。 3 3 3 3全液压钻机全液压钻机全液压钻机全液压钻机液压凿岩机是以液
10、压为动力液压凿岩机是以液压为动力的凿岩机，它和风动凿岩机的凿岩机，它和风动凿岩机一样，也由冲击机构、转钎一样，也由冲击机构、转钎机构及排粉系统等组成。机构及排粉系统等组成。YT-23型风钻外形 11行业实操12行业实操13行业实操十字钎子头原理十字钎子头原理14行业实操15行业实操16行业实操钻眼工具钻眼工具钻眼工具钻眼工具1 1、凿岩机、凿岩机钎子钎子钎子钎子：钎头的：钎头的形状较多，但最常用的是形状较多，但最常用的是一字形和十字形钎头一字形和十字形钎头 。2 2、电钻钻具电钻钻具电钻钻具电钻钻具组合钎子 活动钎头 煤电钻钻具 17行业实操第二节第二节 钻眼工作钻眼工作二、掘进机械设备二、掘
11、进机械设备二、掘进机械设备二、掘进机械设备一种组合的装备及自动化配置。一种组合的装备及自动化配置。掘进凿岩台车掘进凿岩台车掘进凿岩台车掘进凿岩台车目前最广泛采用的掘进凿岩台车，是在可自行的车体上，安目前最广泛采用的掘进凿岩台车，是在可自行的车体上，安立钻臂，钻臂上端安设推进器。凿岩机在推进器的导轨上，立钻臂，钻臂上端安设推进器。凿岩机在推进器的导轨上，因推进机械的作用而前后移动，完成钻进和退钻的动作。钻因推进机械的作用而前后移动，完成钻进和退钻的动作。钻臂可上下、左右摆动，以便将凿岩机安置在所需钻眼的位置。臂可上下、左右摆动，以便将凿岩机安置在所需钻眼的位置。台车行走机构有轨轮、履带及轮胎三种
12、形式。国产台车目前台车行走机构有轨轮、履带及轮胎三种形式。国产台车目前以轨轮式为主以轨轮式为主 。18行业实操CGJ220.2型掘进凿岩台车 19行业实操凿岩台车凿岩台车20行业实操大型的凿岩台车大型的凿岩台车21行业实操第三节第三节 爆破工作爆破工作一、爆破作用的原理一、爆破作用的原理一、爆破作用的原理一、爆破作用的原理岩石与空气相接触的表面称为岩石与空气相接触的表面称为岩石与空气相接触的表面称为岩石与空气相接触的表面称为自由面自由面自由面自由面。药包中心到自由面的垂直距离叫药包中心到自由面的垂直距离叫药包中心到自由面的垂直距离叫药包中心到自由面的垂直距离叫最小抵抗线。最小抵抗线。最小抵抗线
13、。最小抵抗线。 不同最小抵抗线时的集中药包爆破现象 22行业实操三、炮眼的布置三、炮眼的布置23行业实操三、炮眼的种类和作用三、炮眼的种类和作用三、炮眼的种类和作用三、炮眼的种类和作用掏槽眼掏槽眼掏槽眼掏槽眼：首先爆炸的炮眼，其作用在于产生自由面。：首先爆炸的炮眼，其作用在于产生自由面。 辅助眼辅助眼辅助眼辅助眼：在掏槽眼的外围，除崩落岩石外，还能扩：在掏槽眼的外围，除崩落岩石外，还能扩大所掏的槽，提高周边眼的爆破效果。大所掏的槽，提高周边眼的爆破效果。周边眼周边眼周边眼周边眼：靠近巷道的周边，其作用在于使巷道获得：靠近巷道的周边，其作用在于使巷道获得一定的形状和规格。一定的形状和规格。24行
14、业实操25行业实操炮眼的布置炮眼的布置26行业实操第三节第三节 爆破工作爆破工作二、矿用炸药二、矿用炸药二、矿用炸药二、矿用炸药 炸药是一种固体或液体的化合物或混合物。当这种物质受到炸药是一种固体或液体的化合物或混合物。当这种物质受到一定的外界能量作用时一定的外界能量作用时 ( (遇热、机械冲撞力、其它炸药爆炸的遇热、机械冲撞力、其它炸药爆炸的影响影响) )，就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。，就能迅速分解，同时产生大量的气体和热量。 在炸药迅速分解的过程中，由于气体的膨胀作用对周围介质在炸药迅速分解的过程中，由于气体的膨胀作用对周围介质产生突然的冲击压力，致使介质破坏，同时发生巨大的音
15、响和产生突然的冲击压力，致使介质破坏，同时发生巨大的音响和振动，这种现象称为爆炸。振动，这种现象称为爆炸。 爆炸与燃烧的区别：爆炸与燃烧的共同点均是散发气体和热爆炸与燃烧的区别：爆炸与燃烧的共同点均是散发气体和热量，但燃烧的反应速度很慢，所以热量不能聚积，气体产生随量，但燃烧的反应速度很慢，所以热量不能聚积，气体产生随即溢散。爆炸则反应速度很快，每秒钟达几百乃至几千米，而即溢散。爆炸则反应速度很快，每秒钟达几百乃至几千米，而且产生很高的温度且产生很高的温度(1500(15004500)4500)和大量的气体。和大量的气体。27行业实操第三节第三节 爆破工作爆破工作 1 1硝甘炸药硝甘炸药 硝甘
16、炸药的优点是爆炸力强，并具有良好的抗水性，所以特别适用于爆硝甘炸药的优点是爆炸力强，并具有良好的抗水性，所以特别适用于爆破含水较多的坚硬岩石或矿石。例如多在开凿水量较大的井筒时使用。破含水较多的坚硬岩石或矿石。例如多在开凿水量较大的井筒时使用。 硝甘炸药的缺点是敏感性很强，受到撞击或摩擦就可能引起爆炸。而且硝甘炸药的缺点是敏感性很强，受到撞击或摩擦就可能引起爆炸。而且还易于冻结、失效和出现汗渍。价格昂贵。还易于冻结、失效和出现汗渍。价格昂贵。2 2硝铵炸药硝铵炸药 是我国煤矿中广泛采用的炸药是我国煤矿中广泛采用的炸药【安全炸药安全炸药】。它的主要成分是硝酸铵它的主要成分是硝酸铵(NH(NH4
17、4NONO3 3) )，此外，还含有三硝基甲苯，此外，还含有三硝基甲苯(T.N.T)(T.N.T)、锯、锯末、炭粉和末、炭粉和食盐食盐等。（食盐等。（食盐= =消火焰作用）消火焰作用） 适用于有瓦斯和煤尘爆炸危险矿井中的硝铵炸药称为安全炸药。在爆炸适用于有瓦斯和煤尘爆炸危险矿井中的硝铵炸药称为安全炸药。在爆炸时它产生短而温度较低的火焰，可避免引起瓦斯或煤尘爆炸。时它产生短而温度较低的火焰，可避免引起瓦斯或煤尘爆炸。( (缺点：粘结性和潮解性缺点：粘结性和潮解性) )【 650650750 750 、瓦斯浓度、瓦斯浓度5-16%5-16%时，瓦斯爆炸的感应期为时，瓦斯爆炸的感应期为 0.02s0
18、.02s（最（最大值）大值）】28行业实操一要爆炸力强，二要安全可靠，三要按照人的要求随时爆炸。诺贝尔制成了硝甘安全炸药、无烟火药，又制成了引爆用的雷管，很好地解决了这三大难题。安全性较差、货源难寻煤矿很少使用。29行业实操 硝酸铵水溶液与油相溶液及消焰剂在乳化剂的作用下形成乳胶体，经敏化剂敏化混合而成。抗水性强，威力较大。30行业实操三、起爆器材三、起爆器材三、起爆器材三、起爆器材起爆器材就是供给炸药能量使其爆炸的器材。起爆器材在煤矿中起爆器材就是供给炸药能量使其爆炸的器材。起爆器材在煤矿中包括包括导爆索、雷管及发爆器导爆索、雷管及发爆器。1 1 1 1导爆索导爆索导爆索导爆索 又称导爆线，
19、是用来传递爆炸波，并直接引爆炸药的。又称导爆线，是用来传递爆炸波，并直接引爆炸药的。但它本身需要雷管引爆。但它本身需要雷管引爆。应用于深孔、分段装药的爆破中；缺点成本高，不能在应用于深孔、分段装药的爆破中；缺点成本高，不能在有瓦斯和有瓦斯和煤尘煤尘的矿井中使用。的矿井中使用。煤矿许用导爆索这种导爆索与普通导爆索的区别是在芯药和包覆层内加入消焰剂,起到了类似于煤矿安全炸药和被筒炸药的作用。31行业实操三、起爆器材三、起爆器材三、起爆器材三、起爆器材2 2 2 2雷管（电雷管）雷管（电雷管）雷管（电雷管）雷管（电雷管）用来起爆炸药和导爆索。它是最常用的起爆用来起爆炸药和导爆索。它是最常用的起爆器材
20、。器材。 雷管呈圆柱形，管壳用纸、铜和铝制成，内盛起爆炸药，直径雷管呈圆柱形，管壳用纸、铜和铝制成，内盛起爆炸药，直径为为6 68mm8mm，长约，长约404050mm50mm。国产毫秒延期电雷管各段的微差时间从国产毫秒延期电雷管各段的微差时间从25ms25ms到到300ms300ms，最大延期，最大延期可达可达2000ms2000ms。段数可达。段数可达2020段。段。 32行业实操33行业实操3 3发爆器发爆器 发爆器是电雷管起爆的电源，目前我国矿山中普遍得到发爆器是电雷管起爆的电源，目前我国矿山中普遍得到推广使用的是推广使用的是晶体管晶体管- -电容式发爆器电容式发爆器。 根据是否防爆，
21、发爆器可分为防爆型及非防爆型两种。根据是否防爆，发爆器可分为防爆型及非防爆型两种。在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井中，必须使用防爆型发在有瓦斯或煤尘爆炸危险的矿井中，必须使用防爆型发爆器。爆器。 34行业实操第三节第三节 爆破工作爆破工作四、装药四、装药四、装药四、装药1 1炮眼装药量的计算炮眼装药量的计算 每爆破一次的炸药总消耗量每爆破一次的炸药总消耗量( (Q Q) )，根据下式计算：，根据下式计算： Q Q = = q Vq V kg kg式中：式中： qq每爆破每爆破1m1m岩石所需之炸药消耗量，岩石所需之炸药消耗量，kg/mkg/m3 3； VV岩石爆破量，岩石爆破量，mm3 3。 每每
22、个炮眼的平均炸药消耗量个炮眼的平均炸药消耗量(r)(r)： r = Q / N,r = Q / N, kg/ kg/个个 式中：式中： NN炮眼数目，个。炮眼数目，个。35行业实操第三节第三节 爆破工作爆破工作2 2装填方法装填方法楔形掏槽两边炮眼的角度对称，装药量也要一致，否则，爆破力楔形掏槽两边炮眼的角度对称，装药量也要一致，否则，爆破力量偏向一边，易打倒支架。周边眼最好多量偏向一边，易打倒支架。周边眼最好多些，装药量则少些，些，装药量则少些，这样，有利于巷道轮廓面的规整和围岩的稳定。这样，有利于巷道轮廓面的规整和围岩的稳定。 起爆药卷在炮眼里的位置应靠近眼口，作为最外面一个起爆药卷在炮眼
23、里的位置应靠近眼口，作为最外面一个( (或第二个或第二个) )药卷，使雷管有聚能穴的一端朝向眼底，并堵上炮泥药卷，使雷管有聚能穴的一端朝向眼底，并堵上炮泥 。煤矿安全规程煤矿安全规程规定：封泥应用水炮泥，也可用不燃性的、可规定：封泥应用水炮泥，也可用不燃性的、可塑性的松散材料制成，如砂子、粘土和砂子混合物等。禁止使用塑性的松散材料制成，如砂子、粘土和砂子混合物等。禁止使用块状材料或可燃性材料作封泥。无封泥的炮眼，严禁放炮。块状材料或可燃性材料作封泥。无封泥的炮眼，严禁放炮。封泥多用粘塑性好的砂、土混合而成；也有用水炮泥的封泥多用粘塑性好的砂、土混合而成；也有用水炮泥的( (塑料套装塑料套装水水
24、) )。水炮泥既起堵孔的作用，又起消尘和减少有害气体的作用。水炮泥既起堵孔的作用，又起消尘和减少有害气体的作用。36行业实操第三节第三节 爆破工作爆破工作3 3联线方式联线方式 井巷掘进爆破中，可有三种雷管联线方式，即串联、并井巷掘进爆破中，可有三种雷管联线方式，即串联、并联和混联联和混联( (串并联及并串联串并联及并串联) )。 采用串联时，联线简单，而且通过每个雷管的电流相等，采用串联时，联线简单，而且通过每个雷管的电流相等，故串联法在煤矿的巷道掘进爆破中使用最广，缺点是只故串联法在煤矿的巷道掘进爆破中使用最广，缺点是只要一个雷管断路则整个串联组拒爆。要一个雷管断路则整个串联组拒爆。 并联
25、方法可靠，但所需起爆电流较大。并联方法可靠，但所需起爆电流较大。 在井下大爆破中，一般炮孔的数目都比较多，因此多采在井下大爆破中，一般炮孔的数目都比较多，因此多采用混联。用混联。 37行业实操巷道掘巷道掘进进断面断面(m2)岩石岩石坚坚固性系固性系数数 f1.52346810121415206 8 10 12 15 200.780.650.560.520.470.440.401.050.890.780.720.660.640.601.501.281.121.010.920.900.862.151.891.691.511.361.311.262.642.332.091.901.781.671.6
26、22.932.592.322.101.971.851.80表6-9 岩巷掘进炸药消耗量定额 38行业实操炮眼的布置及装药量设计炮眼的布置及装药量设计39行业实操装药结构装药结构40行业实操联线方式联线方式41行业实操第三节第三节 爆破工作爆破工作五、毫秒爆破五、毫秒爆破五、毫秒爆破五、毫秒爆破利用毫秒雷管或其它设备利用毫秒雷管或其它设备控制放炮的顺序控制放炮的顺序，使每段之间只有，使每段之间只有几十毫秒的间隔，叫做几十毫秒的间隔，叫做毫秒爆破或微差爆破毫秒爆破或微差爆破。光面爆破光面爆破 光面爆破技术约在光面爆破技术约在19501950年发源于瑞典，年发源于瑞典，19521952年在加拿大年在
27、加拿大首次应用。光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，首次应用。光面爆破是一种控制岩体开挖轮廓的爆破技术，是通过一系列措施对开挖工程周边部位实行正确的钻孔和爆是通过一系列措施对开挖工程周边部位实行正确的钻孔和爆破，并使周边眼最后起爆的爆破技术。破，并使周边眼最后起爆的爆破技术。 沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威沿开挖边界布置密集炮孔，采取不耦合装药或装填低威力炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整的轮廓面的爆破作力炸药，在主爆区之后起爆，以形成平整的轮廓面的爆破作业。业。42行业实操思考题1 1岩石分级的目的是什么？举出两种常用的岩石分级方法，岩石分级的目的是什么？举出两种常用的岩石分级方法，并说明其特点？并说明其特点？2 2炮眼的种类和作用？炮眼的种类和作用？3. 3. 矿用炸药的种类和特点？矿用炸药的种类和特点？4. 4. 简述钻眼爆破常用的起爆器材及其工作原理？简述钻眼爆破常用的起爆器材及其工作原理？5. 5. 什么是毫秒爆破？其爆破效果有何特点？什么是毫秒爆破？其爆破效果有何特点？6. 6. 分析光面爆破的机理？分析光面爆破的机理？ 43行业实操
