CN104390535A - 一种中硬岩深孔掏槽爆破方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法，涉及井巷掏槽爆破领域，能够减轻爆破噪声和震动对周围环境产生的影响。所述方法包括：用特制的钻机在巷道断面的中心处钻一中心大孔；在所述中心孔周围布置掏槽孔进行掏槽破岩；在所述掏槽孔外围，以所述掏槽孔向外再依次布置辅助孔、周边孔；在掏槽孔以及所述辅助孔和周边孔中装药；按照从掏槽孔-辅助孔-周边孔的起爆顺序进行起爆，实现一次爆破掘进。本发明适用于地下巷道的中硬岩深孔掏槽爆破。
Description
技术领域
本发明涉及一种深孔掏槽爆破的方法，尤其涉及一种中硬岩(普氏系数f大于7)深孔(3.5米以上)掏槽爆破的方法。
背景技术
目前在我国煤矿岩石巷道掘进主要有2种作业方式：一种为钻爆法施工，另一种为机械掘进施工，我国岩石巷道机械化掘进存在速度慢、截齿损耗大、粉尘高和适应性差等问题，钻爆法施工由于具有良好的适用性是我国目前主要的一种岩石巷道掘进方式，但是，由于煤矿巷道掘进爆破作业仅有一个自由面，岩石夹制作用大，爆破作业条件差，再加上传统的小循环楔形掏槽方式，造成我国煤矿岩石巷道在进尺方面速度慢和工人劳动强度大等问题，据相关资料表明，目前我国煤矿岩石巷道多采用浅眼多循环钻爆掘进方式，这种掘进方式一次爆破量小，爆破次数多，同时爆破作业时爆破噪声和震动也对周围环境和居民产生了影响，从长期来看，不利于降低投资者的开采成本，提高经济效益。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法，能够减轻爆破作业时的爆破噪声和震动对周围环境产生的影响。
为解决上述技术问题，本发明一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法采用如下技术方案：
一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法，包括：
用钻机在巷道断面的中心处钻一中心大孔，其中，所述中心大孔的直径大于200mm；
在所述中心孔周围钻至少两个掏槽孔，所述中心孔的直径大小至少为所述掏槽孔直径大小的两倍；
在所述至少两个掏槽孔外围，以所述中心孔为中心向外依次布置辅助孔、周边孔；
在所述中心孔中不装药，仅在所述掏槽孔以及所述辅助孔和周边孔中装药；
按照从掏槽孔-辅助孔-周边孔的起爆顺序进行起爆，实现一次爆破掘进。
可选地，根据权利要求1所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法，其特征在于，所述用钻机在巷道断面的中心处钻一中心孔包括：
用空心钻杆在巷道断面的中心处钻一中心孔。
可选地，所述用钻机在巷道断面的中心处钻一中心孔包括：
用锥形的空心钻杆在巷道断面的中心处钻一逞锥形的中心孔。
可选地，所述中心孔的直径根据如下公式确定：
D＝k×[(c×f)/s]
其中，D为中心孔的直径；
k为可爆性等爆破因素系数，取值范围为0～1；
c为岩石的剪切模量
f为岩石的强度系数
s为巷道断面面积，单位为平方米。
可选地，用空心钻杆在巷道断面的中心处钻一中心孔之后，所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法还包括：
利用所述空心钻杆将钻设所述中心孔时所形成的岩芯取出。
可选地，在用空心钻杆在巷道断面的中心处钻一中心孔的过程中，利用所述空心钻杆内壁上的岩石切碎器，对钻设所述中心孔时所形成的岩芯进行破碎，并利用所述空心钻杆将破碎后的岩石碎块取出。
可选地，用空心钻杆在巷道断面的中心处钻一中心孔之后，所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法还包括：
对所述中心孔进行扩底；其中
所述中心孔为直眼孔或锥形孔，所述掏槽孔为斜眼孔，所述掏槽孔末端靠近所述中心孔末端。
可选地，所述用钻机在巷道断面的中心处钻一中心孔，包括：
通过钻机行走机构4将钻机移动到巷道断面的工作位置；所述钻机行走机构4包括履带41和履带驱动装置42；
通过驱动所述钻杆1旋转的旋转驱动机构2和驱动所述钻杆往返运动的推送机构，驱动所述钻杆1旋转和前进进行钻孔；其中，驱动所述钻杆1旋转的旋转驱动机构2和驱动所述钻杆往返运动的推送机构布置在钻床5上，钻床5布置在钻机行走机构4上；所述驱动所述钻杆往返运动的推送机构包括：与所述钻杆平行设置的第一齿条6和第二齿条；所述第一齿条1和第二齿条相互平行地布置在所述钻床5上，并且所述第一齿条6和第二齿条设置在所述钻杆的两侧；与所述第一齿条6相啮合有第一齿轮，所述第一齿轮与第一齿轮驱动装置8相连；与所述第二齿条相啮合有第二齿轮，所述第二齿轮与第二齿轮驱动装置相连；第一齿条和第二齿条对称布置在所述钻杆1的两侧；第一齿轮与第二齿轮对称布置在所述钻杆1的两侧；第一齿轮驱动装置8和第二齿轮驱动装置对称布置在所述钻杆1的两侧；所述驱动所述钻杆旋转的旋转驱动机构包括：驱动所述钻杆旋转电机；所述第一齿轮驱动装置包括驱动所述第一齿轮转动的第一电机；所述第二齿轮驱动装置包括驱动所述第二齿轮转动的第二电机；所述钻杆1与所述钻床5平行设置；所述钻杆1呈一端具有所述端口11的圆筒形；所述端口11的周边间隔布置有切削齿；，并且所述钻杆11内具有用于容纳钻取物的空心结构12，所述空心结构12与所述端口11相连通；在所述钻杆1呈圆筒形的内壁上设置有用于破碎或切断钻取物的破碎齿13；在所述钻杆1的另一端设有用于与旋转驱动机构2连接的法兰盘14；在所述钻杆1呈圆筒形的内壁上设置有内螺纹，所述破碎齿13间隔设置在所述内螺纹上；
在钻进作业的过程中，所述破碎齿13对进入到钻杆内部空心结构12的岩芯同时进行破碎或切断，便于后续通过设置在所述钻杆内部的钻取物推出的可伸缩的推杆推出；
在所述钻床的一端设置有钻杆的稳定装置9，在所述稳定装置上设有第一通孔91，在钻进作业的过程中，所述第一通孔91的内径与所述钻杆1的外径滑动配合，所述钻杆1通过所述第一通孔91进行推进或后退；在所述稳定装置9上设有第二通孔，所述第二通孔开口于所述第一通孔91的内壁上，并且所述第二通孔与用于降尘的输液管10相连；在所述钻杆的外周设有便于所述切削液对钻 杆进行润滑和降温的沟槽，在钻进作业的过程中，利用切削液通过所述沟槽对所述钻杆进行润滑和降温。
可选地，所述中心孔的横截面积大小至少应该大于或等于所述所有掏槽孔横截面积大小之和。
本发明提供的一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法，首先用钻机在巷道断面的中心处钻一中心孔，所述中心孔的直径大小至少为所述掏槽孔直径大小的两倍，爆破时在所述中心孔中不装药，仅在所述掏槽孔以及所述辅助孔和周边孔中装药，并按照从掏槽孔-辅助孔-周边孔的起爆顺序进行起爆，这样能够为掏槽孔爆破时提供较大的临空面，减少岩石夹制作用，大大减轻爆破震动对周围环境产生的影响，同时，由于所述中心孔的直径大小至少为所述掏槽孔直径大小的两倍，为掏槽孔爆破时提供了岩石相互碰撞的破碎空间，相互碰撞破碎后的岩石之间形成的蜂窝状孔隙，有利于吸收爆破噪音，减轻爆破作业时的爆破噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法实施方式的流程示意图；
图2为根据本发明中硬岩深孔掏槽爆破的方法一实施实施例中的钻孔布置示意图；
图3为本发明一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法实施方式中所用钻机的结构示意图；
图4为图3中钻杆1的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
参看图1及图2，本发明一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法实施方式，包括步骤：
S1、用钻机在巷道断面S的中心处钻一中心孔k1；
在工作面上首先钻一中心孔，使工作面形成第二个自由面，为其它炮眼的爆破创造有利条件，提高破岩效率。
S2、在所述中心孔k1周围钻至少两个掏槽孔k2，所述中心孔k1的直径大小至少为所述掏槽孔k2直径大小的两倍；
掏槽孔为首先爆炸的炮眼，其作用在于增大前述步骤中形成的自由面。
S3、在所述至少两个掏槽孔k2外围，以所述中心孔k1为中心向外依次布置辅助孔k3、周边孔k4；
辅助孔又称崩落眼，是大量崩落岩石和继续扩大掏槽的炮眼。辅助孔要均匀布置在掏槽眼和周边孔之间，炮眼方向一般垂直于工作面。周边孔是爆落巷道周边岩石，最后形成巷道断面设计轮廓的炮眼。
S4、在所述中心孔中不装药，仅在所述掏槽孔以及所述辅助孔和周边孔中装药；
S5、按照从掏槽孔-辅助孔-周边孔的起爆顺序进行起爆，实现一次爆破掘进。
本发明提供的一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法，首先用钻机在巷道断面的中心处钻一中心孔，所述中心孔的直径大小至少为所述掏槽孔直径大小的两倍，爆破时在所述中心孔中不装药，仅在所述掏槽孔以及所述辅助孔和周边孔中装药，并按照从掏槽孔-辅助孔-周边孔的起爆顺序进行起爆，这样能够为掏槽孔爆破时提供较大的临空面，减少岩石夹制作用，大大减轻爆破震动对周围环境产生的影响，同时，由于所述中心孔的直径大小至少为所述掏槽孔直径大小的两倍，为掏槽孔爆破时提供了岩石相互碰撞的破碎空间，相互碰撞破碎后的岩石之间形成的蜂窝状孔隙，有利于吸收爆破噪音，减轻爆破作业时的爆破噪声。
可选地，本发明中硬岩深孔掏槽爆破的方法一实施方式中，所述用钻机在 巷道断面的中心处钻一中心孔(S1)包括：用空心钻杆在巷道断面的中心处钻一中心孔。
具体来讲，所述用钻机在巷道断面的中心处钻一中心孔(S1)包括步骤：钻孔前用全方位多点测量仪进行放线，打点并找到基准点，根据图纸中的设计数据计算出所述巷道断面中心点的位置，所述全方位多点测量仪结合所述基准点找到所述巷道断面中心点的位置，用特定的标记标示出所述巷道断面中心点的位置。根据标示出的所述巷道断面中心点的位置，根据标示出的所述巷道断面中心点的位置，用空心钻杆在巷道断面的中心处钻一中心孔。
本实施方式中，采用空心钻杆在巷道断面的中心处钻中心孔的好处在于：在钻孔的过程中，随着钻孔的推进，会在空心钻杆的内部形成一岩芯，该岩芯依然长在岩石本体上，该岩芯在钻孔的过程中，能够对钻杆起到导向的作用，防止钻孔的偏斜。
可选地，本发明中硬岩深孔掏槽爆破的方法一实施方式中，所述用钻机在巷道断面的中心处钻一中心孔(S1)包括：用锥形的空心钻杆在巷道断面的中心处钻一逞锥形的中心孔。
可选地，所述中心孔的直径根据如下公式确定：D＝k×[(c×f)÷(r×s)]其中，D为中心孔的直径；
k为可爆性等爆破因素系数，取值范围为0～1；
c为岩石的剪切模量
f为岩石的强度系数
s为巷道断面面积，单位为平方米。
可选地，本发明中硬岩深孔掏槽爆破的方法一实施方式中，用空心钻杆在巷道断面的中心处钻一中心孔(S1)之后，所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法还包括：利用所述空心钻杆将钻设所述中心孔时所形成的岩芯取出。这样在钻孔完成后，岩芯可一并取出，节省清理钻孔的时间，提高了作业效率。
可选地，在用空心钻杆在巷道断面的中心处钻一中心孔的过程中，利用所述空心钻杆内壁上的岩石切碎器如切断齿等，对钻设所述中心孔时所形成的岩芯进行破碎，并利用所述空心钻杆将破碎后的岩石碎块取出。
可选地，本发明中硬岩深孔掏槽爆破的方法一实施方式中，用空心钻杆在巷道断面的中心处钻一中心孔(S1)之后，所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法还包括：对所述中心孔进行扩底；其中，所述中心孔为直眼孔或锥形孔，所述掏槽孔为斜眼孔，所述掏槽孔末端靠近所述中心孔末端。
本步骤中，对所述中心孔进行扩底，有利于提高吸收噪声的能力，提高降噪效果。所述掏槽孔为斜眼孔，所述掏槽孔末端靠近所述中心孔末端，能够在爆破时迅速扩大临空面，提高掏槽的效果。
参看图2及图3，可选地，本发明中硬岩深孔掏槽爆破的方法一实施方式中，所述用钻机在巷道断面的中心处钻一中心孔，包括：
通过钻机行走机构4将钻机移动到巷道断面的工作位置；所述钻机行走机构4包括履带41和履带驱动装置42。
通过驱动所述钻杆1旋转的旋转驱动机构2和驱动所述钻杆往返运动的推送机构，驱动所述钻杆1旋转和前进进行钻孔；其中，驱动所述钻杆1旋转的旋转驱动机构2和驱动所述钻杆往返运动的推送机构布置在钻床5上，钻床5布置在钻机行走机构4上；所述驱动所述钻杆往返运动的推送机构包括：与所述钻杆平行设置的第一齿条6和第二齿条；所述第一齿条1和第二齿条相互平行地布置在所述钻床5上，并且所述第一齿条6和第二齿条设置在所述钻杆的两侧；与所述第一齿条6相啮合有第一齿轮，所述第一齿轮与第一齿轮驱动装置8相连；与所述第二齿条相啮合有第二齿轮，所述第二齿轮与第二齿轮驱动装置相连；第一齿条和第二齿条对称布置在所述钻杆1的两侧；第一齿轮与第二齿轮对称布置在所述钻杆1的两侧；第一齿轮驱动装置8和第二齿轮驱动装置对称布置在所述钻杆1的两侧；所述驱动所述钻杆旋转的旋转驱动机构包括：驱动所述钻杆旋转电机；所述第一齿轮驱动装置包括驱动所述第一齿轮转动的第一电机；所述第二齿轮驱动装置包括驱动所述第二齿轮转动的第二电机；所述钻杆1与所述钻床5平行设置；所述钻杆1呈一端具有所述端口11的圆筒形；所述端口11的周边间隔布置有切削齿；，并且所述钻杆11内具有用于容纳钻取物的空心结构12，所述空心结构12与所述端口11相连通；在所述钻杆1呈圆 筒形的内壁上设置有用于破碎或切断钻取物的破碎齿13；在所述钻杆1的另一端设有用于与旋转驱动机构2连接的法兰盘14；在所述钻杆1呈圆筒形的内壁上设置有内螺纹，所述破碎齿13间隔设置在所述内螺纹上。
在钻进作业的过程中，所述破碎齿13对进入到钻杆内部空心结构12的岩芯同时进行破碎或切断，便于后续通过设置在所述钻杆内部的钻取物推出的可伸缩的推杆推出。
在所述钻床的一端设置有钻杆的稳定装置9，在所述稳定装置上设有第一通孔91，在钻进作业的过程中，所述第一通孔91的内径与所述钻杆1的外径滑动配合，所述钻杆1通过所述第一通孔91进行推进或后退；在所述稳定装置9上设有第二通孔，所述第二通孔开口于所述第一通孔91的内壁上，并且所述第二通孔与用于降尘的输液管10相连；在所述钻杆的外周设有便于所述切削液对钻杆进行润滑和降温的沟槽，在钻进作业的过程中，利用切削液通过所述沟槽对所述钻杆进行润滑和降温。
可选地，本发明中硬岩深孔掏槽爆破的方法一实施方式中，所述中心孔的横截面积大小至少应该大于或等于所述所有掏槽孔横截面积大小之和。这样能够进一步确保为掏槽孔爆破时提供较大的临空面，减少岩石夹制作用，为掏槽孔爆破时提供岩石相互碰撞的破碎空间，相互碰撞破碎后的岩石之间形成的蜂窝状孔隙，有利于吸收爆破噪音，减轻爆破作业时的爆破噪声。
应当理解的是，本发明实施方式中所述的中深孔为深度为5米到6米深的孔。本发明所述的掏槽爆破的方法不限于中深孔掏槽爆破，也可适用于普通的掏槽爆破作业。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种中硬岩深孔掏槽爆破的方法，其特征在于，包括：
用钻机在巷道断面的中心处钻一中心大孔，所述中心大孔的直径大于200mm；
在所述中心孔周围钻掏槽孔，所述中心孔的直径大小至少为所述掏槽孔直径大小的5倍以上；
在所述掏槽孔外围，以所述中心孔为中心向外依次布置辅助孔、周边孔；
在所述中心孔中不装药，仅在所述掏槽孔以及所述辅助孔和周边孔中装药；
按照从掏槽孔-辅助孔-周边孔的起爆顺序进行起爆，实现一次爆破掘进。
2.根据权利要求1所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法，其特征在于，所述用钻机在巷道断面的中心处钻一中心大孔包括：
用空心取芯钻在巷道断面的中心处钻一中心大孔。
3.根据权利要求1所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法，其特征在于，所述用钻机在巷道断面的中心处钻一中心大孔包括：
用大取芯空心钻在巷道断面的中心处钻一中心大孔(直径大于200mm)。
根据权利要求1所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法，所述中心孔的直径根据如下公式确定：D＝k×[(c×f)/s]，其中
D为中心孔的直径；
k为可爆性等爆破因素系数，取值范围为0～1；
c为岩石的剪切模量
f为岩石的强度系数
s为巷道断面面积，单位为平方米。
4.根据权利要求2或3所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法，其特征在于，用取芯空心钻在巷道断面的中心处钻一中心大孔之后，所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法还包括：
利用所述取芯空心钻将所述中心大孔钻取时所形成的岩芯取出。
5.根据权利要求5所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法，其特征在于，在用取芯空心钻在巷道断面的中心处钻一中心大孔的过程中，利用所述空心钻杆内壁上的岩石切碎器，对钻设所述大孔时所形成的岩芯进行钻取，并利用所述取芯空心钻将预先钻取大孔取出。
6.根据权利要求6所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法，其特征在于，用取芯空心钻在巷道断面的中心处钻一中心大孔之后，所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法还包括：
对所述中心大孔进行扩底；其中
所述中心大孔为直眼孔，所述掏槽孔为直眼孔或锥形斜眼孔，所述掏槽孔末端靠近所述中心孔末端。
7.根据权利要求1至3、6或7任一项所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法，
其特征在于，所述用钻机在巷道断面的中心处钻一中心大孔，包括：
通过钻机行走机构(4)将钻机移动到巷道断面的工作位置；所述钻机行走机构(4)包括履带(41)和履带驱动装置(42)；
通过驱动所述钻杆(1)旋转的旋转驱动机构(2)和驱动所述钻杆往返运动的推送机构，驱动所述钻杆(1)旋转和前进进行钻孔；其中，驱动所述钻杆(1)旋转的旋转驱动机构(2)和驱动所述钻杆往返运动的推送机构布置在钻床(5)上，钻床(5)布置在钻机行走机构(4)上；所述驱动所述钻杆往返运动的推送机构包括：与所述钻杆平行设置的第一齿条(6)和第二齿条；所述第一齿条(1)和第二齿条相互平行地布置在所述钻床(5)上，并且所述第一齿条(6)和第二齿条设置在所述钻杆的两侧；与所述第一齿条(6)相啮合有第一齿轮，所述第一齿轮与第一齿轮驱动装置(8)相连；与所述第二齿条相啮合有第二齿轮，所述第二齿轮与第二齿轮驱动装置相连；第一齿条和第二齿条对称布置在所述钻杆(1)的两侧；第一齿轮与第二齿轮对称布置在所述钻杆(1)的两侧；第一齿轮驱动装置(8)和第二齿轮驱动装置对称布置在所述钻杆(1)的两侧；所述驱动所述钻杆旋转的旋转驱动机构包括：驱动所述钻杆旋转电机；所述第一齿轮驱动装置包括驱动所述第一齿轮转动的第一电机；所述第二齿轮驱动装置包括驱动所述第二齿轮转动的第二电机；所述钻杆(1)与所述钻床(5)平行设置；所述钻杆(1)呈一端具有所述端口(11)的圆筒形；所述端口(11)的周边间隔布置有切削齿；，并且所述钻杆(11)内具有用于容纳钻取物的空心结构(12)，所述空心结构(12)与所述端口(11)相连通；在所述钻杆(1)呈圆筒形的内壁上设置有用于破碎或切断钻取物的破碎齿(13)；在所述钻杆(1)的另一端设有用于与旋转驱动机构(2)连接的法兰盘(14)；在所述钻杆(1)呈圆筒形的内壁上设置有内螺纹，所述破碎齿(13)间隔设置在所述内螺纹上；
在钻进作业的过程中，所述破碎齿(13)对进入到钻杆内部空心结构(12)的岩芯同时进行破碎或切断，便于后续通过设置在所述钻杆内部的钻取物推出的可伸缩的推杆推出；
在所述钻床的一端设置有钻杆的稳定装置(9)，在所述稳定装置上设有第一通孔(91)，在钻进作业的过程中，所述第一通孔(91)的内径与所述钻杆(1)的外径滑动配合，所述钻杆(1)通过所述第一通孔(91)进行推进或后退；在所述稳定装置(9)上设有第二通孔，所述第二通孔开口于所述第一通孔(91)的内壁上，并且所述第二通孔与用于降尘的输液管(10)相连；在所述钻杆的外周设有便于所述切削液对钻杆进行润滑和降温的沟槽，在钻进作业的过程中，利用切削液通过所述沟槽对所述钻杆进行润滑和降温。
8.根据权利要求1至3、6或7任一项所述的中硬岩深孔掏槽爆破的方法，其特征在于，所述中心孔的横截面积大小至少应该大于或等于所述所有掏槽孔横截面积大小之和。
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