CN1120114A - 采掘一个工作面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采掘一个工作面的方法，包括：以斜炮眼掏槽型式或垂直斜炮眼掏槽型式按预定角度在工作面中心周围钻若干斜孔；在所述斜孔的投影面积内钻若干平行掏槽孔；在斜孔中装填电雷管并在间接起爆的情况下在平行掏槽孔中装填炸药至斜孔的底部；爆破斜孔形成一个斜的自由面；爆破平行掏槽孔中的中心掏槽孔；顺序爆破平行掏槽孔之外的中间掏槽孔和外部掏槽孔从而形成一个立方体状空间。

Description

采掘一个工作面的方法

本发明涉及一种用于在隧道开采具有一个自由面的工作面的集合爆破方法，尤其涉及一种形成一个第二自由面的方法，包括：围绕工作面中心区域钻若干斜孔并在工作面的由斜孔所围绕的区域中钻若干平行掏槽孔；在斜孔和平行掏槽孔中装填电雷管和炸药；顺序爆破斜孔、中心掏槽孔、中间掏槽孔和平行掏槽孔之外的外部掏槽孔以便形成一个立方体空间，由此容易地形成一个第二自由面。

通常，对于用于开采具有一个自由面的工作面的爆破方法而言，根据掏槽孔的钻孔方法将用于钻掏槽孔以便获得一个第二自由面的方法分成斜炮眼掏槽方法和平行炮眼掏槽方法。

目前，在巷道爆破中通常采用斜炮眼钻进的V型掏槽法和平行钻孔的平行空炮眼掏槽法。

斜炮眼掏槽法用于软岩的短孔爆破，平行空炮眼掏槽法用于硬岩的长孔爆破。

但是，如图1所示的平行空炮眼掏槽法具有如下问题：

(1)基于爆破理论，为了提高爆破效率对着自由面的导向钻孔的投影面积必须大。但是，平行孔的投影面积又如图5B所示的那样小，且如图17B所示，由于爆破压力相对工作面9以40°-60°角作用，所以爆破效率低。

(2)钻打图1中的释负炮眼1困难并且必须钻进得使释负炮眼1的间隔为5cm至7cm。这样就要求有高水平的钻进技术并要使用昂贵的钻机。这时还会经常出现释负孔贯通的情况。

(3)因为释负炮眼1的直径大，其钻进时间也就长。

(4)因为岩石危险区6大，所以对岩石的加固困难，而且破碎岩石的剥落时间长。

(5)由于破碎岩石散布不佳，所以威胁到通风管电控台和钻机水管。

(6)因为导向钻孔的投影面积小，所以必须打若干导向钻孔。又由于必须将炸药装紧，故需要大量的炸药。

(7)每个采掘循环的工作时间长。由于开采效率低，所以加固和采掘的成本高。

如图2所示的斜炮眼掏槽法也有如下问题：

(1)斜孔的进尺比平行孔的短。这样，在长孔的情况下爆破效率最低。

(2)在孔底段上的斜孔间隔必须大约为100mm。如果孔底段上的斜孔间隔大于100mm，爆破效率降低。如果孔底段上的间隔小于100mm，斜孔可能会贯通。

(3)因为是倾斜地钻孔，所以孔底段和钻进深度不一致。这样，岩石的危险区大且爆破压力大。由破碎岩石引起意外事故的可能性增加，并且清送破碎岩石的时间增加。

(4)为了在工作面中心紧密地装填炸药，所以必须钻设若干掏槽扩张孔12(见图1)。

(5)因为采掘效率低，所以加固和采掘的成本高。

至今为止，为了通过形成一个第二自由面而增加爆破效率，现有的斜掏槽技术主要依赖于增加斜孔投影面积的方法。但是，在孔底段的斜孔间隔必须在100mm左右，并且炸药的装填密度必须大。

为了获得两个自由面，用平行掏槽的爆破方法必须包括钻释负钻孔1，该孔的直径为Φ102-120mm；钻掏槽孔2，其间隔为5-7cm；在掏槽孔2中装填炸药；和爆破掏槽孔2的步骤。另外，为了形成第二自由面，要用岩基钻机钻一个大直径的不装药孔。

综上所述可知，现有常规技术要求很高的技术和机械水平。

本发明的目的在于提供一种掘进具有一个自由面的工作面的爆破方法，该方法包括围绕着工作面中心区域钻若干斜孔，在工作面中由所述斜孔围绕的面积内钻若干平行掏槽孔；在斜孔和平行掏槽孔中装填电雷管和炸药；顺序爆破斜孔和中心掏槽孔、中间掏槽孔和平行掏槽孔之外的外部掏槽孔，从而形成一个立方体状的空间，由此容易地形成一个第二自由面。

本发明的另一个目的在于提供一种掘进具有一个自由面的工作面的爆破方法，该方法可明显地减小工作面危险区域。

本发明的另一个目的是获得高的爆破效率而不需要复杂的机械和熟练的技术。

为实现上述目的，本发明提供了一种掘进工作面的方法，包括以平行斜炮眼掏槽型式或垂直斜炮眼掏槽型式围绕工作面的中心按预定的角度钻若干斜孔；在所述斜孔的投影面积内钻若干平行掏槽孔；在斜孔中装入电雷管并且在间接起爆的情况下在平行掏槽孔中装填炸药直至斜孔的底部；爆破斜孔以便形成一个斜的自由面；爆破平行掏槽孔中的中心掏槽孔以便形成具有基道形状的两个自由面；顺序爆破中心掏槽扩张孔和平行掏槽孔之外的外部掏槽孔，以便形成一个立方体状的空间。

下面将结合附图进行详细描述，以便于理解本发明的特点和目的。

图1A为表示平行空炮眼掏槽法中钻孔在工作面上型式的前视图；

图1B是沿图1A中A-A′线取的剖面图；

图2A为一个工作面的前视图，其中表示斜炮眼掏槽法的钻孔型式；

图2B是沿图2A中A-A′线取的剖面图；

图3是一个剖视图，其中说明了根据本发明实施例的爆破过程；

图4为一张示意图，其中表示了斜炮孔的投影面积；

图5为一张描述图，其中描述了平行炮孔的投影面积；

图6为根据本发明实施例的斜炮孔的局部剖视图；

图7为示意图，其中表示了根据本发明实施例的斜炮孔位置和间隔；

图8为根据已有方法的斜炮孔局部剖视图；

图9为示意图，其中表示了根据本发明实施例随着一个工作面截面的变化，掏槽孔的钻孔位置和间隔；

图10为示意图，其中表示根据本发明的实施例随着一个工作面横截型式的变化，炮孔的钻孔间隔和型式；

图11表示一个局部剖视面积，其中表示掏槽孔中爆破物的装填型式；

图12为示意图，其中表示雷管的装填位置；

图13为局部剖视图，其中表示雷管在切割孔中的装填位置；

图14为前视图，其中表示根据本发明的实施例对一个工作面的爆破顺序；

图15为示意图，其中表示根据本发明的实施例对掏槽孔的爆破过程；

图16为示意图，其中表示根据本发明实施例对一个工作面的掘进过程；

图17为示意图，分别表示一个自由面和两个自由面的爆破型式。

在详细描述本发明之前，应理解本发明并不局限于根据附图详细描述的应用，因为本发明还可以有其它的实施例并可按其它方式实施。还需理解到，本文中所采用的术语是用于描述本发明而不具有限制性意义。

参见图3，为了采掘一个在线200′至预定掘进线210处具有一个自由面的工作面，或者以水平斜炮眼掏槽型式或者以垂直斜炮眼掏槽型式围绕着工作面中心钻若干斜孔或V型孔21。然后，在一个工作面中在由所述斜孔21包围的区域中钻若干平行掏槽孔20′。如图16所示，平行掏槽孔20′由区域22a中的若干中心掏槽孔、区域23a中的中间掏槽孔和区域24a中的外部掏槽孔组成。

如图3所示，在环绕所述掏槽孔20′和21的区域中钻若干平行孔20。平行孔20由区域25a中的若干中心扩张孔、区域26a中的填塞孔和区域27a中的轮廓孔组成，如图16所示。

在斜孔21和平行20和20′中装填一个电雷管。

在利用间接起爆时，所述平行掏槽孔20′中的爆破物从所述平行掏槽孔的底线填至斜孔的底线。

按图3B′中数字所标示的起爆顺序对钻孔进行爆破，然后剥落碎岩，由此完成对一个工作面的采掘循环，直至预定的掘进线210。

现在参考用于表示本发明的附图，如图9所示，随着爆破条件的变化，例如：岩石硬度、掘进型式、爆破物类型等等，以水平斜炮眼掏槽型式或垂直斜炮眼掏槽型式钻出适量的斜孔21。在本发明中，可以根据掏槽孔的钻孔条件、工作面条件等采用V孔型斜孔、钻石型斜孔、棱柱型斜孔、棱锥型斜孔等等。假如斜孔为V孔型，则这些斜孔可以包括微型V型孔(Baby-V Holes)、主V孔和付V孔，这些孔从工作面的内部一直排布至其外部。

根据爆破理论，爆破效率的增加与投影面积成正比，所以为了提高爆破效率就必须增大斜孔的投影面积。如上所述，投影面积被限定为一个孔投影到一个工作面上的面积。如图4和5所示，投影面是随着斜孔的角度的增加而增加的。一个平行孔的投影面积等于其横截面积。

本发明根据采掘条件决定斜孔的间隔和角度。例如，在孔的底段斜孔的间隔为30-50cm较合适。虽然斜孔的钻孔角度或其顶底端的位置是随着斜孔变化的，但是如图15和16所示，因为在区域22a中在斜孔之下的岩石易于由中心掏槽孔下部的爆破物所爆破，所以爆破效率没有降低。

但是在现有技术中，当孔底段的斜孔交叉或斜孔之间的间距增加时，爆破效率降低。为了避免这些问题，就必须在孔底段以100cm的间距精确地钻出斜孔。

在本发明中，即使在孔底处斜孔之间的间隔是30cm至50cm，爆破效率也不会降低。这样，在本发明中就没有在孔底处斜孔之间的间隔大约为10cm的要求。

围绕着工作面中心钻出适量的斜孔21，然后再在工作面上由所述斜孔21所围绕的区域中钻若干平行掏槽孔20′。在本发明中，如果可能的话最好围绕着工作面中心(即中心掏槽孔22)钻许多平行掏槽孔20′。在区域22a中的中心掏槽孔22的间隔最好是200mm至300mm。除去区域22a中的所述中心掏槽孔22之外，在区域23a和24a中的平行掏槽孔23和24的间隔为100mm至500mm，最好为400mm至500mm(参见图9，11和16)。

在本发明中当然可以根据掏槽孔钻进方向和工作条件等因素采用四段式、三段式、螺旋型、双螺旋型等等型式的平行掏槽孔。

图9A、B、C和D分别表示在一个大型工作面中、大中型工作面中、中小型工作面中和小型工作面中的平行掏槽孔的间隔和位置。

图10A、B和C分别为表示在一个大型工作面中、中型工作面中和小型工作面中钻孔的钻进间隔以及型式的示意图。

参照图10，根据采掘条件确定除所述平行掏槽孔20′之外的平行孔20之间的间隔，且如图10所示，外掏槽孔32和掏槽扩展孔31之间的间隔最好为100mm至500mm。

如图11所示，在装药时，根据采掘条件确定斜孔21中的装药程度。但在本发明中，斜孔21长度的80％都装填爆炸物，且同时为了爆破斜孔21还装入一个即发电雷管。参见图12，在间接引爆或中间引爆的情况下可在斜孔21中装入一个引爆器(起爆药包)。在以上描述中，电雷管是一个在供电的同时没有时间差被引爆的雷管。在斜孔21中的电雷管也可以是一只延时电雷管。

根据如图12所示的引爆剂的位置，可将电雷管的装填形式分为间接引爆、中间引爆和直接引爆。如图12A所示，间接引爆是将引爆剂装在孔底段；如图12B所示，中间引爆是将引爆剂装在孔底段和工作面侧的孔口之间；而如图12C所示，直接引爆则是将引爆剂装在工作面侧的孔口附近。

如图13所示，仅在中心切割孔22中从其底线至斜孔21底线之间装入炸药，并装入用于间接起爆的延迟雷管。MS(毫秒)延迟电雷管在此适用，这种雷管从引爆至爆炸的爆炸时间最短，在爆破斜孔21后立即施加爆破压力，因而易于爆破除所述中心掏槽孔22之外的其它平行掏槽孔。

在中间掏槽孔23和外部掏槽孔24中仅从孔底段至由斜孔21形成的界线处也装填有间接引爆的延迟电雷管。随着距离从平行掏槽孔向外延伸，上述延迟电雷管的类型排布是从那些短时爆破特性的到具有长爆破时间的类型。

如图16所示，最好在区域25a中的掏槽扩张孔中、区域26a中的填塞孔中以及区域27a中的轮廓孔中装填DS(分秒)延迟电雷管。在上述描述中，随着从工作面中心向外延伸的距离，MS延迟电雷管的排布顺序是从短爆炸时间的至长爆炸时间的。即使是在区域25的掏槽扩张孔中、区域26a的填塞孔以及区域27a的轮廓孔中装入MS(毫秒)延迟电雷管，在爆破效率方面也不会有大的变化。

参见图14，如已有普通爆破方法那样，在顶板填塞孔26′，壁填塞孔26″，底板填塞孔26，顶板孔27′，壁孔27″和底板扩张孔27中装入具有不同起爆指数的延迟电雷管。

通过下面根据图15所做的详细描述，可清楚地理解本发明的爆破步骤。首先，用一个瞬时电雷管同时对斜孔21进行爆破(见图15A)。由于在斜孔内的平行孔的未装填区作为自由面，所以区域21a中的斜孔很容易被爆破。假如斜孔是包括微型V型孔、主V型孔和付V型孔的V型的话，便按照从工作面内部至其外部分几步的顺序对斜孔爆破。

在区域21a中的斜孔被爆破之后，立刻利用一个延迟电雷管最好是MS雷管对区域22a中的中心掏槽孔进行爆破，由此形成具有漏斗或凹坑形的第二自由面。这样，便可容易地利用斜孔的爆破压力爆破区域22a中的平行中心掏槽孔(参见图15B)。在以上描述中，装在中心掏槽孔22中的MS电雷管的爆炸时间(从起爆至爆破)在0.01-0.05秒之间。这样，由于中心掏槽孔22是用MS电雷管在斜孔爆破之后以毫秒的时间差内立即爆破的，所以两个爆破压力是相互增加的。由此即使是孔底段也可被有效地爆破。其结果就是如图15B所示的那样，可以容易地获得漏斗形的第二自由面。

接着，参见图15C，为了扩展第二自由面接着爆破区域23a中的中间掏槽孔。

接下来再爆破区域24a中的外部掏槽孔，从而形成如图15D所示的立方形的第二自由面。

图15A至15D为表示掏槽孔爆破过程的示意图。

如上所述，本发明的特征在于，首先两个自由面都是由爆破掏槽孔得到的。一旦围绕着工作面中形成一个立方形的第二自由面，由于如图17A所示的那样爆破压力直接作用于该自由面，所以即使用少量的炸药也可以完全取得掏槽扩张孔25的爆破。但是，假如如图17B所示的那样在一个自由面上进行爆破的话，就会有下列问题：钻孔被爆破成凹坑形、炸药必须装填紧、空炮的可能性高。

参考图16E至G，利用MS或DS电雷管顺序爆破区域25a中的掏槽扩张孔、区域26a中的填塞孔和区域27a中的轮廓孔。

根据本发明的实施例的用于采掘工作面的方法与现有方法相比具有下列优点。下面以列表方式给出所进行的各种试验的结果。

              表I^*用于大截面的全断面掘进放炮(采用14吋悬臂)

              表II^*用于中型截面的全断面掘进放炮(采用14吋悬臂)

             表III^*用于大截面的全断面掘进放炮(采用18吋悬臂)

          表IV^*用于中型截面的全断面掘进放炮(采用18吋悬臂)

(1)钻孔易于实施且钻孔时间缩短。

(i)在平行空炮眼掏槽方法中，钻孔必须使得在释负炮眼周围的导向钻孔的间隔为5至7cm。在斜炮眼掏槽中，斜孔的间隔在孔底段上也必须大约为10cm。这样，以上的爆破方法需要复杂的钻孔技术和机器。另一方面，根据本发明，斜孔间隔在孔底段超过30至50cm。即使是斜孔的钻孔角度相互不同和/或斜孔没有排在一条直线上，爆破结果仍表明爆破效率没有降低。

(ii)在斜炮眼掏槽方法中，必须在掏槽扩张孔中紧密地装填炸药，因此需要若干炮眼。而在平行空炮眼掏槽法中，又必须钻若干大直径的释负炮眼。另一方面，在本发明中因为不需要上述释负炮眼所以钻孔时间减少。(2)所需炸药量低。

(i)根据本发明，因为由V型孔围绕的若干平行掏槽孔的未装药部分起自由面的作用，所以即便用少量的炸药也可以获得有效的爆破。

(ii)在V型孔底部以下的平行掏槽孔的爆破由V型孔中的爆破压力增加，从而有效地爆破V型孔底部之下的平行掏槽孔。这样在爆破后将没有炮窝。

(iii)由中心掏槽孔使第二自由面呈立方体形。因而减少爆破周围孔所需的炸药量。

(iv)爆破效率得以最大程度的改进，因而在采掘中所需的炸药量要小于已有技术中的方法。(3)爆破效率高。

(i)中心掏槽孔被全部挖出，不留炮窝，所以爆破效率高。

(ii)钻眼工作容易，并且即使是炮孔中出现交叉的情况也不会改变爆破效率。

(iii)无论什么样的钻孔条件，均可获得有效的爆破，所以爆破效率不变。(4)因为工作面和周围的岩石的危险区很小，所以加固工作简单。

(i)由于有了平行孔，所以到达孔底段的深度是恒定的且爆破压力朝向重力方向作用。这样工作面的危险区非常小。

(ii)因为在周围炮孔没有紧密装药的条件下获得有效的爆破，所以周围岩石的危险区小。

(iii)由于中心掏槽孔以相互间毫秒级或分秒级的时间差顺序爆破，所以减少了爆破压力。这样便明显地降低了爆破的振动。

(iv)因为岩石中的危险区小，所以限制了二次变形，因而使加固工作(岩石锚固、喷射混凝土、混凝土衬层等)简化。(5)因为破碎的岩石量小，所以防止了意外事故的危险。

(i)因为工作面和周围岩石的危险区小，所以破碎的岩石量少。这样便减少了塌落的危险。

(ii)由于破碎的岩石量少，所以剥落时间(人力或机器)减少。

(ii)因为破碎的岩石量小且过限爆破低，所以工作面中的爆破面良好。(6)崩落的岩石的飞行距离短，所以对设备的危险降低。崩落物的大小适宜，因而易于清送。

(i)崩落物的飞行距离短到可以在工作面附近安设通风管。这样，由于爆破后易于通风，所以提高了工作效率。

(ii)由于空气管路，钻机水管和钻孔及加固工作的电控台等均可设在工作面附近，所以可以有效地完成工作。这样也可以在适宜的时间内完成加固工作。

(iii)由于崩落物的飞行距离短且按照V型孔中未装药孔将岩石爆破成适宜的尺寸，所以易于清送崩落物。(7)每个采掘循环的工作时间减少，因而可降低采掘成本。

(i)因为钻孔时间、清送崩落的时间、装填时间以及加固时间等都缩短了，所以减少了每个采掘循环的工作时间。

(ii)因为每个采掘循环的工作时间、炸药成本、加固成本、清送破碎岩石的时间以及清送崩落物的时间被减少了，所以降低了采掘成本。

如上所述，在本发明中由于由斜孔围绕的平行掏槽孔的未装药区起自由面的作用平行掏槽孔的孔底区装药并通过几步连续地爆破工作面的中心区，所以可完全掏掉工作面的中心区域。

也就是说，在中心区中的未装药孔是分几步爆破的且在平行掏槽孔底部中最终完成的爆破使工作面的中心区光滑地可控地爆破。

这样，既完美地形成第二完成自由面。也可从内向外分几步连续地爆破工作面的外部区域。

因为上述原因，本发明是用于开采在隧道具有一个自由面的工作面的新型集合爆破技术。

虽然已经结合一定的优选实施例详细地描述了本发明，但可以由普通技术人员在本发明范围做出各种变型和变化。这样，所附权利要求覆盖落入本发明实质精神和范围之内的所有变型和变化。

Claims (11)

1.用于在具有一个自由面的工作面中钻掏槽孔的方法，包括以下步骤：

围绕工作面中心区域以水平斜炮眼掏槽型式或垂直斜炮眼掏槽型式以预定角度钻若干斜孔；

在工作面中于由所述斜孔所围的区域内钻若干平行掏槽孔。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，斜孔的间隔在孔底段为30至50cm。

3.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述平行掏槽孔的间隔在工作面中于所述斜孔围绕的区域的中心部分中为20至30cm，在所述区域的其它部分中为10至50cm。

4.用于在具有一个自由面并装有电雷管的工作面中钻掏槽孔的方法，包括以下步骤：

在工作面中心区域周围以水平斜炮眼掏槽型式或垂直斜炮眼掏槽型式按预定角度钻若干斜孔并在工作面中由所述斜孔围绕的区域内钻若干平行掏槽孔；

在斜孔和平行掏槽孔中装填电雷管和炸药，其中，在间接起爆情况下在所述平行掏槽孔中从平行掏槽孔的底线至斜孔底线装填炸药。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在间接起爆或中间起爆前在斜孔中装入炸药。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，斜孔中的电雷管是延迟电雷管或瞬时电雷管。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在平行掏槽孔中的电雷管是延迟电雷管或瞬时电雷管。

8.用于爆破具有一个自由面的工作面中的掏槽孔的方法，包括：

在工作面中心区域附近爆破斜孔，以便形成一个斜的自由表；

爆破平行掏槽孔之外的中心掏槽孔，以形成漏斗型自由表；

顺序爆破平行掏槽之外的中间掏槽孔和外部掏槽孔，以形成一个立方体空间。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，以毫秒至分秒的时间差顺序爆破所述中间掏槽孔和外部掏槽孔。

10.采掘一个工作面的方法，包括：

在工作面中心区域周围以水平斜掏槽型式或垂直斜掏槽型式按预定角度钻若干斜孔，在工作面的由所述斜孔周围的区域内钻若干平行掏槽孔，在掏槽孔的外侧钻平行掏槽扩张孔、填塞孔和轮廓孔；

在斜孔中装入电雷管并在直接起爆情况下在平行掏槽孔中直至斜孔的底部装填炸药，再装填所述掏槽扩张孔、填塞孔和轮廓孔；

爆破斜孔以形成一个斜的自由面；

爆破平行掏槽孔之外的中心掏槽孔，以便形成一个漏斗型自由面；

顺序爆破平行掏槽之外的中间掏槽孔和外部掏槽孔以便形成一个立方体的空间；顺序爆破所述掏槽扩张孔、填塞孔和轮廓孔。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，以毫秒至分秒的时间差顺序爆破所述中心掏槽孔，中间掏槽孔和平行掏槽孔的外部掏槽孔。

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