第六章隧道钻爆法开挖施工技术6.1 隧道爆破的基本概念隧道开挖爆破是单自由面条件下的岩石爆破,爆破条件往往是很差的,要求的爆破技术较高。
特点是:爆破自由面少,一般只有一个自由面,而且是大致与炮眼方向垂直。
炮眼数目与炸药消耗量多。
隧道开挖爆破涉及的主要名词如下:掏槽、光面爆破、预裂爆破。
循环进尺:一次开挖爆破的隧道进尺。
炮眼间距:同一并排两相邻炮眼的中心距离。
抵抗线:药包中心至自由面的最小距离。
炮眼利用率:实际循环进尺与炮眼深度之比。
掏槽眼:开挖断面中部偏下,最先起爆的炮眼。
辅助眼:掏槽眼之外、周边眼之内的所有炮眼。
周边眼:周边轮廓线上的炮眼。
底板眼:隧道底边上的炮眼。
炸药的敏感度。
爆力和猛度。
炸药爆炸的稳定性。
6.2.1.1 全断面开挖法适用条件:岩石坚固性中等以上、裂隙节理不发育、围岩整体性较好、断面小于100M2。
优点:可采用深孔爆破、空间大、通风容易、宜采用大型机械。
6.2.1.2 台阶开挖法适用条件:岩石坚固性中等以下、裂隙节理发育、围岩整体性较差。
台阶开挖法又分为:正台阶开挖法反(倒)台阶开挖法6.2.1.3 导洞开挖法导洞开挖法:根据主导洞位置分为上导洞、下导洞、侧导洞。
6.2.2 影响开挖方法的因素一、地质条件二、洞室的断面面积三、洞室的支护形式四、装运条件五、施工队伍与设备条件6.3 隧道爆破技术工作面的炮眼根据不同的功能分为:(1)掏槽眼(又名掏心眼)(2)辅助眼(又名崩落眼)(3)周边眼。
6.3.1 爆破参数隧道掘进爆破技术主要包括以下几个问题:正确确定爆破参数;选择合理的炮眼排列方式;采用有效的控制轮廓措施;解决施工操作中的安全问题。
一、爆破参数的确定原则其主要标志应当是:炮眼利用率高,应在90%以上;巷道断面轮廓合乎规格,超欠挖量不大,对围岩破坏小;岩堆比较集中,岩块大小合适,有利于装岩运输;炮眼数目少,爆破材料消耗少。
二、爆破参数爆破参数是指爆破工作中的主要技术指标。
它包括:炸药消耗量、炮眼直径、炮眼深度、炮眼数目、炮眼利用率、最小抵抗线等。
6.3.2 爆破参数的估算1、炸药消耗量的确定通常采用爆下1M3岩石所需炸药的公斤数作为指标,用符号q表示,叫做:单位炸药消耗量,单位为:kg/M3。
也有的来用掘进每米巷道消耗多少炸药作为指标,单位为:kg/M。
q值的大小与下列因素有关:岩石性质、巷道断面大小、炮眼深度和直径、炸药性质、掘进方向等。
参考平巷炸药和雷管消耗定额P21,表3-2。
从表中可以看到岩石性质、断面大小、掘进方向对q值的影响规律。
还须根据本企业实际消耗、技术条件来综合确定。
根据经验公式计算:见P20,3-1、3-2、3-3。
6.3 隧道爆破技术2、孔炮眼数目的确定掘进工作面上所需的炮眼数目,显然是愈少愈好,即在能保证爆破效果的前提下,应当尽量减少炮眼数。
炮眼数目过少,装药集中、爆破震动大。
炮眼数目过多,凿岩(钻眼)时间增加,进度慢、成本高。
确定炮眼数目的方法最主要的还是根据经验。
因为影响确定炮眼数目的因素很多,如岩石性质、炸药威力、眼深与掘进时间的关系、巷道断面、自由面状况、炮眼深度、装药系数、装药方式等。
这些因素中最重要的是岩性、巷道断面大小和装药条件三者。
(1)也可以采用经验公式计算:P21,3-4。
P22,3-5。
(2)根据炸药定额一循环爆破岩石所需总装药量Q按下式计算:Q=ηqsl 式中q—单位炸药消耗量,kg/m3;s—巷道掘进断面面积m2;l—炮眼的平均深度m;η—炮眼利用率,η=l/l0l0—一茬炮进尺,m。
按炮眼实际装药总装药量用下式计算:Q=Nalρ/m 式中N—炮眼总数;a—装药系数,为炮眼里的装药长度对眼长度之比,一段取0.5~0.7;m—每个药卷的长度,m;ρ—每个药卷的质量,kg;两式相等得炮眼总数为N=qsηm/aρ(3)根据巷道断面积大小和岩石坚固性系数确定眼数。
工作面上每单位面积所需的可用简单的经验公式求出式中n—单位面积所需要的炮眼数(个);f—岩石坚固性系数;S—巷道断面积(米2);N—工作面上炮眼总数(个)。
3、炮眼直径炮眼直径的大小直接影响到炮眼数目、单位炸药消耗量、凿岩工劳动生产率、井巷轮廓整齐性等。
我国在浅眼爆破中多用直径为32mm的标准药包,与之相适应的炮眼直径为38~42mm,炮眼开口部分直径可达44~48mm。
国外一些国家,由于采用轻型高频凿岩机,使用高威力高感度炸药,所以,多采用24~34毫米的小直径钎头,取得高速掘进的效果。
在我国,由于受下列两方面因素的限制,未能出现更小的炮眼直径。
(1)我国低感度炸药的临界直径值不允许太小。
(2)钎杆质量还不够高,直径过小时钎杆易断。
为了管理方便,根据凿岩设备、技术和药包直径,确定炮眼直径,使规格单一化,以便制备钎头,使工作效率提高。
6.3 隧道爆破技术4、炮眼深度合理确定炮眼深度,对于提高掘进速度和炮眼利用率、降低掘进成本都有重大影响。
眼深一经确定,就同时决定了循环时间、每班循环次数等掘进工作组织参数。
所以,实践中往往用调整炮眼深度来确保正规作业,加强技术管理和劳动组织,以提高掘进速度。
国内外平巷掘进采用的眼深为1.2~3.5米。
决定眼深的因素主要是工作组织、劳动力配备和凿岩设备机械化程度,尤其是设备问题是主要因素。
5、炮眼间距与抵抗线炮眼间距与抵抗线的确定,是根据炮孔数量,结合开挖断面。
采用不同的掏槽方式,结合辅助眼,周边眼眼距与抵抗线要求来确定。
6.3.3 布孔技术将炮眼布置在工作面上,使之符合爆破效果要求,叫布孔技术,也称为炮眼排列。
炮眼排列的方式很多,合理的炮眼排列方式应满足以下几个要求:1)炮眼利用率高,爆破效果好,材料消耗省;2)眼距合适(最小抵抗线恰当),不致带炮或挤死邻炮眼;3)巷道轮廓整齐,超欠挖量小,爆堆集中;4)便于凿岩操作。
一、掏槽眼的布置掏槽眼的作用是增加第二个自由面、扩大自由面,它直接影响爆破效果。
1)掏槽眼一般布置在开挖断面中部或偏下的位置。
2)掏槽眼应比其他炮眼深15~20cm,叫做超深。
超深的作用是形成的自由面使其他炮眼利用率提高。
一)小断面浅眼掏槽小断面浅眼掏槽:是指断面面积小于20m2,炮孔深度小于2.5m。
1)尽量利用裂隙、软岩夹层等有利条件布置掏槽位置。
2)根据掏槽眼与工作面的夹角,分为斜眼掏槽和直眼掏槽两大类。
下面介绍掏槽眼布置的一些类型。
(1)斜眼掏槽掏槽眼不是垂直工作面,而是与工作面斜交,使爆破后有一个向巷道方向的分力能使岩碴向空间方面抛出。
此法使用的掏槽眼数少,有利于掏出槽子,但打眼不方便,掏槽深度受到限制,炮眼角度不易掌握。
多用在工作面面积较大处。
斜眼掏槽又有多种形式。
掏槽形或的选择主要决定于巷道断面和地层条件。
斜眼掏槽的主要优点是:1、适用于任何岩石并能获得较好的掏槽效果;2、能将槽洞内破碎了的岩石全部或部分抛出,形成有效自由面,为崩落眼创造有利的破岩条件;3、槽眼位置和倾角的精确度对掏槽效果的影响较小。
斜眼掏槽具有以下缺点:1、钻眼方向难以掌握,要求钻工具有较熟练的技术水平,掏槽型式和参数也全凭经验选择;2、当巷道断面和炮眼深度变化时,必须相应修改掏槽爆破的几何参数,不可能设计出适用于任何断面和炮眼深度的标准掏槽方式;3、掏槽深度受巷道断面的限制;4、全断面巷道爆破下岩石的抛掷距离较大,爆堆分散,因此,除给清道和装岩造成困难外,还容易崩坏支架和设备。
(2)直眼掏槽掏槽眼垂直于工作面,深度不受巷道断面的限制。
随着深眼爆破的发展,直眼掏槽的应用将愈来愈广泛。
这种掏槽由于受到自由面限制,通常都有空眼(不装药的炮眼),用以增大自由面。
1、直眼掏槽的特点2、布孔参数固定,适用于机械凿岩、循环进尺变化时,不需调整布孔参数,只需调整炮孔深度、炸药药量3、抛渣距离较小4、炮眼数量较多。
5、炮孔精度要求较高,要求熟练的钻眼技术。
(3)掏槽爆破减震技术掏槽爆破炸药药量一般较大,在软岩中,对围岩造成震动破坏较大。
为了降低爆破震动对围岩造成的破坏,采用分多段爆破,增加炮孔数量,减少药量实施减震爆破。
(4)掏槽形式的选择开挖断面大小、地质岩体条件、施工机械设备、钻眼爆破技术水平、开挖技术条件二)大断面中深眼掏槽(1)眼掏槽类型V型掏槽、扇形掏槽、大直径直眼掏槽6.3 隧道爆破技术三)全断面深眼掏槽爆破技术(1)岩石性质(2)空眼直径与数量(3)起爆眼与空眼的距离(4)炸药性能与药量(5)殉爆与瞎炮(6)管道效应(7)钻眼偏差(8)起爆顺序与时差(9)正向起爆与反向起爆6.3.4 光面爆破技术光面爆破简称光爆,是一种合理利用炸药能量的控制爆破技术。
用光面爆破法开掘出来的井巷成形规整,符合设计的断面轮廓尺寸,岩壁无明显的爆震龟裂,保护了围岩的整体性,提高了围岩的稳定性与自承能力。
(一)光爆的发展光面爆破在我国的发展,是随着我国推广应用锚喷支护而相应发展起来的。
光爆是锚喷支护的重要前提和基础,光爆和锚喷的有机结合,构成了“光爆锚喷”新技术,这是我国锚喷支护技术的进一步发展。
《煤矿安全规程》第四十一条规定:采用锚杆、锚喷等支护形式时,应遵守下列规定:(二)采用钻爆法掘进的岩石巷道,必须采用光面爆破。
(二)光爆的类型1.按爆破时序分类(1)周边后裂法,又称修边法。
(2)周边先裂法,又称预裂法。
2.按爆破深度分类(1)浅孔光爆法。
孔深不大于2~2.5m的简易光面爆破。
(2)中深孔光爆法。
孔深大于2.5m、小于5~6m的极限深度的深循环掘进光面爆破。
(3)特深孔光爆法,又称超深光爆法。
一次钻爆掘进深度可达6m以上的光面爆破。
(三)光爆的标准原煤炭工业部在《光爆锚喷试行规程》中对光爆的标准规定了三项指标:(1)眼痕率不少于50%。
(2)超挖尺寸不得大于150mm,欠挖尺寸不得超过质量标准要求。
在《井巷施工验收规范》中对欠挖标准规定如下:巷道高度:欠挖应小于30mm。
巷道宽度:主要巷道欠挖应小于20mm;一般巷道应小于50mm。
(3)岩面上不应有明显的炮震裂缝。
(四)光爆的优点光爆与普通爆破相比,具有以下四方面的优点:(1)由于光爆巷道成形规整,消除围岩凸凹处的应力集中,最大限度地保持了围岩自身强度,从而增强了围岩自承能力,为锚喷支护提供了基础。
(2)由于光爆大大地减少了掘进超挖量(一般普通爆破的超挖量为20%~30%,而光爆的超挖量只有4%~6%),因此可减少材料(支护和炸药等)消耗,从而降低成本,加快掘进速度。
(3)光爆可有效地减少对工作面围岩的破坏,使井巷围岩较为稳定,有利于施工和安全。
同时也减少了井巷的维修量,降低了井巷的失修率。
(4)光爆消除了围岩的凸凹不平,从而减少了通风阻力和瓦斯聚集,有利于安全。
三、光爆原理(一)光爆的原理1.周边眼同时起爆原理2.以静压为主的光爆原理(二)实现光爆应采取的措施选用合适的炸药,控制装药量,合理选择装药结构,使爆破作用于炮孔壁岩石上的巨大压力衰减,就能够使岩石不受破坏或少受破坏。