CN102519328A - 采用水切割和切槽爆破技术的岩巷掘进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用水切割和切槽爆破技术的岩巷掘进方法，以‘先切后掏’为指导思想，在岩巷掘进面中部设置至少三个空间位置呈环绕状分布的炮孔，在炮孔环绕的中心部位设置1～2个中心孔，并布设崩落孔和周边孔，用水切割技术对每个炮孔的孔壁两侧进行对称分布的切槽加工，使切槽在延长线方向能相互汇合，顺序起爆切槽炮孔、中心孔、崩落孔和周边孔，完成掘进巷道的一个循环内的全断面爆破施工。其方法大大提高了爆破掘进速度，保证了爆破施工质量和施工水平，施工过程安全、可靠，特别适于在较高硬度的岩石巷道和地应力较大的岩石巷道掘进作业中使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种巷道掘进施工方法，特别涉及一种采用水切割与切槽爆破技术相结合的岩巷掘进方法。
背景技术
在岩石巷道掘进施工中，爆破作业是一种最主要的施工方式，受巷道掘进爆炸作业在单自由面上进行的限制，爆破施工时，首先需要在爆炸面上进行掏槽处理，为后续炮孔提供自由面和岩石的破碎膨胀空间，以保证爆破掘进效果，提高掘进速度，所以，掏槽就成为巷道掘进速度的关键。
近年来，中深孔爆破技术有了长足的进步，也在各行业中被不断推广，但受掘进过程中深孔位置的影响，随着地应力的增加，巷道四周围岩的夹制作用也在不断增大，导致现有掏槽技术产生的掏槽质量和掏槽效果不佳，尤其是在一些整体性较好、位置较深的中硬岩石巷道中，围压夹制作用巨大，并且岩石完整无缺陷，导致炸药起爆后，大部分能量以应力波的形式向四周传播，仅有爆生气体和少部分应力波能量能对岩石破碎作功，能量利用率低，掏槽深度浅，达不到中深孔的技术标准，严重限制了巷道掘进的速度。
如何进一步提高掏槽爆破技术水平，提高该类岩石巷道掘进速度，保证中深孔爆破技术的发展，就成为本发明要解决的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的掏槽爆破施工方法，以满足中深孔爆破掘进过程对速度的要求，提高掘进质量，保证掘进效率。
爆破掘进过程所依据的岩石动态断裂机理是指：在爆炸应力波作用下，岩石中出现径向裂纹，爆生气体驱动裂纹继续扩展，导致岩石破碎断裂，岩石断裂为一种拉伸断裂。为了使应力波的能量主要用于岩石破碎作功，需要增加应力波的持续作用时间。根据此原理，本发明提出了新的爆破思路——‘先切后掏’，即在岩体中预先形成裂缝，并使裂缝在延长线方向相互封闭环绕，构成‘先切’，然后，使爆炸应力波在裂缝处发生反射，反射应力波继续破碎岩石，而不是以透射应力波的形式向远处传播被吸收掉，形成‘后掏’，从而为后续高效爆破过程创造有利条件。
依据此指导思想，本发明通过以下技术方案来实现：
首先，采用常规作业方式，在岩巷掘进面中部设置至少三个空间位置呈环绕状分布的炮孔，在炮孔环绕的中心部位设置1～2个中心孔，并在断面其它部位布设崩落孔和周边孔。
其中，在岩巷掘进面中部设置的炮孔数量可以为3个、4个、5个，甚至更多个，只要能在空间分布成环绕状即可。中心孔分布在炮孔的中心部位，崩落孔和周边孔采用常规作业方式进行外围方向的分布，各孔径的大小和深度依据具体的岩石情况而定，在此并没有统一要求。其目的是：在炮孔和中心孔分布的掘进面中部区域形成预裂区，随着爆破过程的进行，在预裂区形成‘后掏’效果，保证后续崩落孔和周边孔的爆破过程能顺利、高效展开。
为进一步保证‘后掏’效果，中心孔的深度大于切槽炮孔、崩落孔和周边孔的深度，这样‘后掏’过程才能更可靠、更有效。通常情况下，中心孔的深度比切槽炮孔深100～200mm。
接着，采用水切割技术，对每个炮孔的孔壁两侧进行对称分布的切槽加工，形成切槽炮孔，并使切槽炮孔的切槽在延长线方向上能相互汇合，形成对中心孔的封闭状环绕。其中，切槽的形状可以为U形或V形，而切槽的深度通常小于切槽炮孔的深度。切槽深度通常为50～150mm，切槽宽度为10～20mm，视岩石特性和施工机具等具体情况而定。
水切割，又称水刀切割，是一种利用高压水流进行切割的技术。通过在高压水中添加砂料，增加水刀切割能量，用于切割金属、玻璃、混凝土和岩石等材料，特别是可以作为一种防止瓦斯突出的有效切割手段使用。
由于切缝可使应力产生集中现象，使断裂过程沿切缝方向进行，故在炮孔壁上首先利用水切割方式进行V形或U形槽加工，水切割方式加工简单、操作方便，对切割环境要求较低，同时，为了形成‘后掏’过程，炮孔上的切槽成对称分布，并在切槽延长线方向上能相互汇合，形成一个相对封闭的环绕状，而中心孔则位于环绕状分布的切槽炮孔的中心部位上。如：切槽炮孔为3个时，炮孔切槽的延长线方向会构成一个相对封闭的三角形，中心孔位于三角形的中心附近；切槽炮孔为4个时，炮孔切槽的延长线方向会构成一个相对封闭的矩形，中心孔位于矩形的中心附近；而切槽炮孔为5个或者更多个时，炮孔切槽的延长线方向会构成一个相对封闭的多边形或者圆形，中心孔则位于多边形的中心附近或者圆形的圆点附近。
最后，对切槽炮孔、中心孔、崩落孔和周边孔装填炸药，以顺序微差起爆的方式，顺序起爆切槽炮孔-中心孔-崩落孔-周边孔，完成掘进巷道的一个循环内的全断面爆破施工。
通常情况下，中心孔的炸药单耗为0.8～1.5kg/m3；切槽炮孔的炸药单耗为0.6～1.2kg/m3，炸药单耗是指单位体积岩石需要的炸药量。而具体引爆连接操作中，切槽炮孔采用第一段雷管，中心孔采用第二段雷管，崩落孔采用第三段雷管，周边孔采用第四段雷管，以顺序微差起爆的方式进行起爆。其中，当切槽炮孔发生爆破时，岩体优先沿切缝方向扩展出预裂面，形成一个相对孤立的岩芯，随着中心孔的爆破，中心孔爆生应力波将主要在该岩芯内反射、传播，对岩石做功，使整个槽腔内岩石拉断、破碎并抛出，形成‘后掏’作用，最后，四周分布的崩落孔和周边孔的爆破，形成了一个完整的掘进面爆破施工，巷道爆破掘进过程完成。
本发明所述的采用水切割与切槽爆破技术的岩巷掘进方法，根据“先切后掏”的指导思想，将水切割和切槽爆破技术相结合，具体应用于岩石巷道掘进施工的过程中。其中，水切割方式操作简单、使用方便、适用范围广；切槽爆破可有效控制爆破范围和爆破的进程，形成爆破所需的有利空间环境。其方法大大提高了爆破掘进速度，保证了爆破施工质量和施工水平，施工过程安全、可靠，特别适于在较高硬度的岩石巷道和地应力较大的岩石巷道掘进作业中使用。
附图说明
图1为掘进巷道迎头断面的炮孔布置示意图；
图2为图1的A-A向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图1、图2对本发明的具体实施方式做进一步说明：
本发明所述的采用水切割与切槽爆破技术的岩巷掘进方法，以四个切槽炮孔为例，具体步骤包括：
步骤一在巷道断面中心部位布置四个炮孔1，四个炮孔1的空间位置呈环绕状分布，炮孔中心距为800～1200mm；在炮孔1环绕的中心区域布设两个中心孔2，并在巷道断面其它部位按照常规方法布设崩落孔3和周边孔4。
其中，炮孔1、中心孔2、崩落孔3和周边孔4的直径为30～45mm，炮孔1、崩落孔3和周边孔4的深度为1500～2500mm，中心孔2的深度比其它各孔深100～200mm。
步骤二对四个炮孔1进行二次加工，用加砂水切割技术，沿着每个炮孔1的直径方向加工出对称的U形槽5，U形槽5的宽度为10～20mm，深度为50～150mm，并使切槽5在延长线方向能相互汇合，形成封闭的矩形预裂区，矩形预裂区的边长为800～1200mm，两个中心孔2分布在预裂区的中心部位处。
步骤三向切槽后的炮孔1、中心孔2、崩落孔3和周边孔4内装填炸药，以顺序微差起爆方式连接雷管，炮孔1采用第一段雷管，中心孔2采用第二段雷管，崩落孔3采用第三段雷管，周边孔4采用第四段雷管，顺序起爆炮孔1-中心孔2-崩落孔3-周边孔4，即可完成掘进巷道的一个循环内的全断面爆破施工。
其中，炮孔1内炸药单耗为：0.8kg/m3，中心孔2内的炸药单耗为1.0kg/m3，崩落孔3和周边孔4的炸药单耗按照常规设计即可。
当然，上述步骤中各参数只是具体实施过程中的一个优选参数，各炮孔1、中心孔2、崩落孔3和周边孔4的深度、间距、装药量等参数，还需根据具体岩石的特性综合考虑，其数值并不能统一，在此不再赘述。
起爆过程中，切槽后的炮孔1首先爆破，沿切槽方向施工出预裂缝，在预裂区内形成孤立岩芯，接着，中心孔2爆破，中心孔2爆生应力波将预裂区内岩石破碎并抛出，为后续崩落孔3提供自由面和膨胀空间，最后，崩落孔3和周边孔4相继爆破，完成掘进巷道的爆破施工。至此，一个循环内的全断面爆破施工完成。
Claims (6)
1.采用水切割和切槽爆破技术的岩巷掘进方法，其特征在于，包括：
A、采用常规作业方式，在岩巷掘进面中部设置至少三个空间位置呈环绕状分布的炮孔，在炮孔环绕的中心部位设置1～2个中心孔，并在断面其它部位布设崩落孔和周边孔；
B、采用水切割技术，对每个炮孔的孔壁两侧进行对称分布的切槽加工，形成切槽炮孔，并使切槽炮孔的切槽在延长线方向上能相互汇合，形成对中心孔的封闭状环绕；
C、对切槽炮孔、中心孔、崩落孔和周边孔装填炸药，以顺序微差起爆的方式，顺序起爆切槽炮孔-中心孔-崩落孔-周边孔，完成掘进巷道的一个循环内的全断面爆破施工。
2.根据权利要求1所述的采用水切割和切槽爆破技术的岩巷掘进方法，其特征在于，所述切槽的深度小于切槽炮孔的深度。
3.根据权利要求1所述的采用水切割和切槽爆破技术的岩巷掘进方法，其特征在于，所述切槽炮孔的切槽为U形或V形。
4.根据权利要求1所述的采用水切割和切槽爆破技术的岩巷掘进方法，其特征在于，所述中心孔的深度大于切槽炮孔、崩落孔和周边孔的深度。
5.根据权利要求4所述的采用水切割和切槽爆破技术的岩巷掘进方法，其特征在于，所述中心孔的深度比切槽炮孔深100～200mm。
6.根据权利要求1所述的采用水切割和切槽爆破技术的岩巷掘进方法，其特征在于，所述中心孔的炸药单耗为0.8～1.5kg/m3；切槽炮孔的炸药单耗为0.6～1.2kg/m3。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130522 Termination date: 20131230 |