CN112254598B - 一种硬岩大断面台车掘进控制爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，包括以下步骤：首先在掘进断面中心偏下位置处布置两个掏槽空孔，再在其上下各布置一个垂直掏槽眼，随后在其左右各布置一排预定倾角的微楔形孔，组成掏槽眼；然后沿掘进断面轮廓布置若干周边眼，随后在边眼、顶眼和掏槽眼之间各布置一排辅助眼；掏槽眼、辅助眼和底眼均用乳化炸药并采用连续不耦合装药，顶眼和边眼则用硝铵炸药并采用间隔一定距离的不连续不耦合装药，所有炮孔均采用反向起爆，且每个炮孔均需装一卷底药，以保证炸药顺利到达炮孔底部；掏槽眼、辅助眼和底眼采用电子雷管起爆，顶眼和边眼采用三角搭接导爆索起爆。本申请具有机械化程度高、进尺好、操作简便和成本低等优点。

Description

一种硬岩大断面台车掘进控制爆破方法

技术领域

本发明涉及井下大断面凿岩控制爆破技术领域，具体涉及一种硬岩大断面台车掘进控制爆破方法。

背景技术

本发明的发明人经过研究发现，目前井下掘进断面控制爆破通常采用垂直掏槽，其在只有一个自由面的情况下难以掏出岩石形成槽腔，从而难以为其他炮孔爆破提供足够的自由空间，进而影响掘进进尺和爆破效果；并且垂直掏槽炮孔数目多，装药量大，炸药消耗高；同时，近年来由于国外先进技术的引进，国内矿山已经大量引进凿岩台车，但是由于凿岩台车体积较大、摆臂较长，其在掘进断面中的应用较少，且难以钻凿倾斜角度较大的楔形孔。

发明内容

针对现有掘进断面控制爆破通常采用垂直掏槽，其难以掏出岩石形成槽腔，从而难以为其他炮孔爆破提供足够的自由空间，进而影响掘进进尺、爆破效果和炮孔装药量，同时掘进断面较小时凿岩台车难以钻凿倾斜角度较大楔形孔的技术问题，本发明提供一种硬岩大断面台车掘进控制爆破方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，包括以下步骤：

S1、设计炮孔的掏槽型式、辅助眼和周边眼的排列形式：

掏槽眼分为两种，一种是位于断面中间的两个掏槽空孔，另一种是位于掏槽空孔周围的一圈环形孔，掏槽空孔左右两边的环形孔采用微楔形掏槽；周边眼分为三种，一种是位于断面两帮的边眼，另一种是位于断面顶板的顶眼，再一种是位于断面底板的底眼，边眼、顶眼和底眼均与岩壁间隔0.1m；辅助眼布置在掏槽眼和边眼以及掏槽眼和顶眼之间；

S2、设计包括炮孔数量、炮孔间距、炮孔深度和炮孔装药量在内的爆破参数：

S21、掏槽眼设计：两个掏槽空孔的装药量为2～3卷乳化炸药；掏槽空孔左右两边的环形孔共六个为微楔形孔，六个微楔形孔加上掏槽空孔上下的两个垂直炮孔共八个掏槽眼，装药量均为7卷乳化炸药；掏槽眼间距为0.5m，掏槽眼前口间距为1m，掏槽眼后口间距为0.4m，所有掏槽眼皆需超深0.2m，超深后的炮孔深度为2.7m；

S22、辅助眼设计：辅助眼分为上辅助眼、左辅助眼和右辅助眼，上辅助眼、左辅助眼和右辅助眼皆为一排，上辅助眼间距为0.5m，左辅助眼和右辅助眼间距皆为0.6m，左辅助眼分别与左边微楔形孔和断面左帮边眼的间距皆为0.45m，而右辅助眼分别与右边微楔形孔和断面右帮边眼的间距皆为0.45m；所有辅助眼的炮孔深度皆为2.5m且为且垂直炮孔，装药量均为6卷乳化炸药；

S23、周边眼设计：边眼、顶眼和底眼皆为一排，边眼间距为0.5m，顶眼和底眼间距皆为0.55～0.56m，孔深皆为2.5m，边眼和顶眼装药量均为5卷膨化硝铵炸药，底眼装药量为7卷乳化炸药，边眼需向左右各偏移预定角度，顶眼需向上偏移预定角度，而底眼需向下偏移预定角度；

S3、按照上述设计，采用现有凿岩台车在掘进断面上钻凿炮孔；

S4、按照设计对每个炮孔进行装药：

八个掏槽眼构成的环形掏槽眼皆装7卷乳化炸药，底眼与环形掏槽眼相同，中间的两个掏槽空孔装2～3卷乳化炸药，均采用连续不耦合装药；辅助眼装6卷乳化炸药，采用连续不耦合装药；顶眼和边眼装5卷膨化硝铵炸药，采用不连续不耦合装药，每卷炸药间隔0.5m；所有炮孔皆需装一卷底药，保证炸药顺利到达炮孔底部，最后所有炮孔用水炮泥堵塞；

S5、起爆网络和起爆顺序：

所有炮孔均采用孔底反向起爆，每个炮孔内安置一发电子雷管，微差起爆；顶眼和边眼采用光面爆破，且在孔内全长敷设导爆索，要求导爆索三角搭接，形成光面爆破起爆网络；起爆顺序为环形掏槽眼最先起爆，其次为掏槽空孔，随后为辅助眼，然后是边眼、底眼，最后是顶眼；

S6、解码数码电子雷管，随后起爆。

与现有技术相比，本发明提供的硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，一方面采用微楔形掏槽代替传统的垂直掏槽，因而具有较好的掏出岩石形成槽腔，可为后续炮孔起爆形成较大的自由空间，同时将凿岩台车与预定倾角的微楔形掏槽相结合，可解决断面较小时凿岩台车在掘进断面时摆臂难以伸展钻凿角度较大楔形孔的难题；另一方面利用凿岩台车代替传统凿岩设备，可有效提高凿岩效率，使凿岩工作更加机械化、自动化；又一方面采用电子雷管和导爆索代替常规的导爆管雷管起爆，因而可精确控制炮孔起爆时间和起爆顺序，提高控制爆破效果；再一方面采用光面爆破，因而爆破效率较高，爆破后可形成较为规整的断面。因此，本方法具有机械化程度高、进尺好、操作简便、成本低等优点。

进一步，所述步骤S1中采用微楔形掏槽设计的微楔形孔与工作面呈81～83°夹角。

进一步，所述步骤S21中掏槽眼前口间距应满足：

L₁≤2×(2L₀cotα+d)

其中，L₁为掏槽眼前口间距，L₀为同排掏槽眼间距，α为炮孔与工作面的夹角，d为掏槽眼后口间距。

进一步，所述步骤S22中辅助眼间距应大于最小抵抗线的长度，而最小抵抗线的长度计算公式如下：

其中，W为最小抵抗线的长度，r_e为装药半径，π为常数，ρ_e为装药密度，ψ为装药系数，m为炮孔密集系数，q为单位炸药消耗量，η为炮孔利用率。

进一步，所述步骤S23中边眼需向左右各偏移5°，顶眼需向上偏移5°，而底眼需向下偏移5°。

进一步，所述步骤S4中掏槽眼和辅助眼的装药量计算公式如下：

Q_i＝q_lLψ

其中，Q_i为单孔装药量，q_l为每米炮孔的线装药密度，L为炮孔深度，ψ为装药系数；

顶眼和边眼的装药量计算公式如下：

Q₃＝q_l光L

其中，q_l光为光面爆破孔的线装药密度，L为炮孔深度。

进一步，所述步骤S5中炮孔起爆间隔时间计算公式如下：

其中，W为最小抵抗线的长度，v_r为裂隙发展速度。

进一步，所述步骤S5中每段炮孔起爆时间间隔为500ms。

附图说明

图1是本发明提供的硬岩大断面台车掘进控制爆破方法流程图。

图2是本发明提供的所述炮孔设计正视示意图。

图3是本发明提供的所述炮孔设计剖面示意图。

图4是本发明提供的所述炮孔装药设计示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

请参考图1至图4所示，本发明提供一种硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，包括以下步骤：

S1、设计炮孔的掏槽型式、辅助眼和周边眼的排列形式：

掏槽眼分为两种，一种是位于断面中间的两个掏槽空孔，另一种是位于掏槽空孔周围的一圈环形孔，掏槽空孔左右两边的环形孔采用微楔形掏槽；周边眼分为三种，一种是位于断面两帮的边眼，另一种是位于断面顶板的顶眼，再一种是位于断面底板的底眼，边眼、顶眼和底眼均与岩壁间隔0.1m，以便于后续凿岩台车钻孔；辅助眼布置在掏槽眼和边眼以及掏槽眼和顶眼之间；

S2、设计包括炮孔数量、炮孔间距、炮孔深度和炮孔装药量在内的爆破参数：

S21、掏槽眼设计：两个掏槽空孔的装药量为2～3卷乳化炸药；掏槽空孔左右两边的环形孔共六个为微楔形孔，六个微楔形孔加上掏槽空孔上下的两个垂直炮孔共八个掏槽眼，装药量均为7卷乳化炸药；掏槽眼间距为0.5m，掏槽眼前口间距为1m，掏槽眼后口间距为0.4m，所有掏槽眼皆需超深0.2m，超深后的炮孔深度为2.7m；

S22、辅助眼设计：辅助眼分为上辅助眼、左辅助眼和右辅助眼，上辅助眼、左辅助眼和右辅助眼皆为一排，上辅助眼间距为0.5m，左辅助眼和右辅助眼间距皆为0.6m，左辅助眼分别与左边微楔形孔和断面左帮边眼的间距皆为0.45m，而右辅助眼分别与右边微楔形孔和断面右帮边眼的间距皆为0.45m；所有辅助眼的炮孔深度皆为2.5m且为且垂直炮孔，装药量均为6卷乳化炸药；

S23、周边眼设计：边眼、顶眼和底眼皆为一排，边眼间距为0.5m，顶眼和底眼间距皆为0.55～0.56m，孔深皆为2.5m，边眼和顶眼装药量均为5卷膨化硝铵炸药，底眼装药量为7卷乳化炸药，边眼需向左右各偏移预定角度，顶眼需向上偏移预定角度，而底眼需向下偏移预定角度；

S3、按照上述设计，采用现有凿岩台车在掘进断面上钻凿炮孔，现场可根据实际情况对炮孔间距、倾角等进行调整；

S4、按照设计对每个炮孔进行装药：

八个掏槽眼构成的环形掏槽眼皆装7卷乳化炸药，底眼与环形掏槽眼相同，中间的两个掏槽空孔装2～3卷乳化炸药，均采用连续不耦合装药；辅助眼装6卷乳化炸药，采用连续不耦合装药；顶眼和边眼装5卷膨化硝铵炸药，采用不连续不耦合装药，每卷炸药间隔0.5m；所有炮孔皆需装一卷底药，保证炸药顺利到达炮孔底部，最后所有炮孔用水炮泥堵塞，以充分利用炸药性能，提高断面爆破效果；

S5、起爆网络和起爆顺序：

所有炮孔(包括掏槽眼、辅助眼和周边眼)均采用孔底反向起爆，每个炮孔内安置一发电子雷管，微差起爆；顶眼和边眼采用光面爆破，且在孔内全长敷设导爆索，要求导爆索三角搭接，形成光面爆破复式起爆网络，由此可以提高光爆效果，形成较为规整的轮廓面；起爆顺序为环形掏槽眼最先起爆，其次为掏槽空孔，随后为辅助眼，然后是边眼、底眼，最后是顶眼；

S6、解码数码电子雷管，随后起爆；其具体解码电子雷管方法为本领域技术人员熟知，在此不再赘述。

与现有技术相比，本发明提供的硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，一方面采用微楔形掏槽代替传统的垂直掏槽，因而具有较好的掏出岩石形成槽腔，可为后续炮孔起爆形成较大的自由空间，同时将凿岩台车与预定倾角的微楔形掏槽相结合，可解决断面较小时凿岩台车在掘进断面时摆臂难以伸展钻凿角度较大楔形孔的难题；另一方面利用凿岩台车代替传统凿岩设备，可有效提高凿岩效率，使凿岩工作更加机械化、自动化；又一方面采用电子雷管和导爆索代替常规的导爆管雷管起爆，因而可精确控制炮孔起爆时间和起爆顺序，提高控制爆破效果；再一方面采用光面爆破，因而爆破效率较高，爆破后可形成较为规整的断面。因此，本方法具有机械化程度高、进尺好、操作简便、成本低等优点。

作为具体实施例，图2所示为硬岩大断面台车掘进控制爆破炮孔设计正视图。其中，Ⅰ为环形掏槽眼，Ⅱ为掏槽空孔，Ⅲ为辅助眼，Ⅳ为边眼，Ⅴ为底眼，Ⅵ为顶眼；数字1～8为炮孔起曝顺序；标号9为围岩。采用现有凿岩台车钻凿炮孔时，首先在断面中间偏下钻凿掏槽空孔，随后以此为基础钻凿环形掏槽眼，所有掏槽眼皆需超深0.2m，超深后的炮孔深度为2.7m，炮孔上下左右间距皆为0.5m；然后沿断面轮廓以0.55m为间距均匀布置顶眼，以0.5m为间距在断面两帮均匀布置边眼，并以0.56m为间距均匀布置底眼，顶眼需向上偏移一定角度，边眼则需向左右偏移一定角度；最后按照图示在掏槽眼和边眼之间以0.6m为间距以及在掏槽眼和顶眼之间以0.5m为间距均匀布置辅助眼，辅助眼孔深皆为2.5m。

作为具体实施例，请参考图3所示，所述步骤S1中采用微楔形掏槽设计的微楔形孔与工作面呈81～83°夹角，由此适用于凿岩台车的小断面，掏槽效果较好。

作为具体实施例，请参考图3所示，所述步骤S21中掏槽眼前口间距应满足：

L₁≤2×(2L₀cotα+d)

其中，L₁为掏槽眼前口间距，L₀为同排掏槽眼间距，α为炮孔与工作面的夹角，d为掏槽眼后口间距。式中取L₀＝0.5m，α＝83°，d＝0.4m，代入计算可知掏槽炮孔(即微楔形孔)前口间距取1m为宜。

作为具体实施例，请参考图2所示，所述步骤S22中辅助眼间距应大于最小抵抗线的长度，而最小抵抗线的长度计算公式如下：

其中，W为最小抵抗线的长度，r_e为装药半径，π为常数，ρ_e为装药密度，ψ为装药系数，m为炮孔密集系数，q为单位炸药消耗量，η为炮孔利用率；式中取r_e＝32mm，π＝3，ρ_e＝265kg/m³，ψ＝0.7，m＝0.9，q＝2.96kg/m³，η＝0.88，代入计算可得W＝0.49m，因此本实施例辅助眼间距取0.5m。

作为具体实施例，所述步骤S23中边眼需向左右各偏移5°，顶眼需向上偏移5°，而底眼需向下偏移5°，由此可以保证断面轮廓不缩小和凿岩台车的操作净空，利于下一循环周边孔的钻凿。

作为具体实施例，所述步骤S4中掏槽眼和辅助眼的装药量计算公式如下：

Q_i＝q_lLψ

其中，Q_i为单孔装药量，q_l为每米炮孔的线装药密度，L为炮孔深度，ψ为装药系数；本实施例掏槽眼装药量计算时取q_l＝0.97kg/m，ψ＝0.8，L＝2.7m，代入计算得Q_i＝2.1kg，因底眼需向上抛出岩石，夹制作用大，因此底眼装药量与掏槽眼相同；辅助眼装药量计算时取q_l＝1.02kg/m，ψ＝0.7，L＝2.5m，代入计算得Q_i＝1.8kg。

顶眼和边眼的装药量计算公式如下：

Q₃＝q_l光L

其中，q_l光为光面爆破孔的线装药密度，L为炮孔深度；本实施例顶眼和边眼装药量计算时取q_l光＝0.3kg/m，L＝2.5m，代入计算得Q₃＝0.75kg。

因此，请参考图4所示，本发明实施例掏槽眼单孔装药量为2.1kg，共需7卷乳化炸药，底眼与其相同，两个掏槽空孔装少许炸药，即装2～3卷乳化炸药即可，由此可减少掏槽眼底部岩石的夹制作用；辅助眼单孔装药量为1.8kg，共需6卷乳化炸药；顶眼和边眼单孔装药量为0.75kg，共需5卷膨化硝铵炸药。掏槽眼、辅助眼、底眼采用连续不耦合装药结构，而顶眼和边眼采用间隔0.5m的不连续不耦合装药结构，以达到光面爆破效果；所有炮孔均需装一卷底药，以保证炸药顺利到达炮孔底部，且均采用反向起爆形式，所有炮孔均需水炮泥堵塞，以充分利用炸药性能，提高断面爆破效果。

作为具体实施例，所述步骤S5中炮孔起爆间隔时间计算公式如下：

其中，W为最小抵抗线的长度，v_r为裂隙发展速度。作为具体实施方式，式中取W＝0.5m，v_r＝1.1m/s，代入计算得Δt＝500ms，即所述步骤S5中每段炮孔起爆时间间隔为500ms，由此使得爆破效果最好。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设计炮孔的掏槽型式、辅助眼和周边眼的排列形式：

掏槽眼分为两种，一种是位于断面中间的两个掏槽空孔，另一种是位于掏槽空孔周围的一圈环形孔，掏槽空孔左右两边的环形孔采用微楔形掏槽；周边眼分为三种，一种是位于断面两帮的边眼，另一种是位于断面顶板的顶眼，再一种是位于断面底板的底眼，边眼、顶眼和底眼均与岩壁间隔0.1m；辅助眼布置在掏槽眼和边眼以及掏槽眼和顶眼之间；

S2、设计包括炮孔数量、炮孔间距、炮孔深度和炮孔装药量在内的爆破参数：

S21、掏槽眼设计：两个掏槽空孔的装药量为2～3卷乳化炸药；掏槽空孔左右两边的环形孔共六个为微楔形孔，六个微楔形孔加上掏槽空孔上下的两个垂直炮孔共八个掏槽眼，装药量均为7卷乳化炸药；掏槽眼间距为0.5m，掏槽眼前口间距为1m，掏槽眼后口间距为0.4m，所有掏槽眼皆需超深0.2m，超深后的炮孔深度为2.7m；

S22、辅助眼设计：辅助眼分为上辅助眼、左辅助眼和右辅助眼，上辅助眼、左辅助眼和右辅助眼皆为一排，上辅助眼间距为0.5m，左辅助眼和右辅助眼间距皆为0.6m，左辅助眼分别与左边微楔形孔和断面左帮边眼的间距皆为0.45m，而右辅助眼分别与右边微楔形孔和断面右帮边眼的间距皆为0.45m；所有辅助眼的炮孔深度皆为2.5m且为且垂直炮孔，装药量均为6卷乳化炸药；

S23、周边眼设计：边眼、顶眼和底眼皆为一排，边眼间距为0.5m，顶眼和底眼间距皆为0.55～0.56m，孔深皆为2.5m，边眼和顶眼装药量均为5卷膨化硝铵炸药，底眼装药量为7卷乳化炸药，边眼需向左右各偏移预定角度，顶眼需向上偏移预定角度，而底眼需向下偏移预定角度；

S3、按照上述设计，采用现有凿岩台车在掘进断面上钻凿炮孔；

S4、按照设计对每个炮孔进行装药：

八个掏槽眼构成的环形掏槽眼皆装7卷乳化炸药，底眼与环形掏槽眼相同，中间的两个掏槽空孔装2～3卷乳化炸药，均采用连续不耦合装药；辅助眼装6卷乳化炸药，采用连续不耦合装药；顶眼和边眼装5卷膨化硝铵炸药，采用不连续不耦合装药，每卷炸药间隔0.5m；所有炮孔皆需装一卷底药，保证炸药顺利到达炮孔底部，最后所有炮孔用水炮泥堵塞；

S5、起爆网络和起爆顺序：

所有炮孔均采用孔底反向起爆，每个炮孔内安置一发电子雷管，微差起爆；顶眼和边眼采用光面爆破，且在孔内全长敷设导爆索，要求导爆索三角搭接，形成光面爆破起爆网络；起爆顺序为环形掏槽眼最先起爆，其次为掏槽空孔，随后为辅助眼，然后是边眼、底眼，最后是顶眼；

S6、解码数码电子雷管，随后起爆。

2.根据权利要求1所述的硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，其特征在于，所述步骤S1中采用微楔形掏槽设计的微楔形孔与工作面呈81～83°夹角。

3.根据权利要求1所述的硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，其特征在于，所述步骤S21中掏槽眼前口间距应满足：

L₁≤2×(2L₀cotα+d)

其中，L₁为掏槽眼前口间距，L₀为同排掏槽眼间距，α为炮孔与工作面的夹角，d为掏槽眼后口间距。

4.根据权利要求1所述的硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，其特征在于，所述步骤S22中辅助眼间距应大于最小抵抗线的长度，而最小抵抗线的长度计算公式如下：

其中，W为最小抵抗线的长度，r_e为装药半径，π为常数，ρ_e为装药密度，ψ为装药系数，m为炮孔密集系数，q为单位炸药消耗量，η为炮孔利用率。

5.根据权利要求1所述的硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，其特征在于，所述步骤S23中边眼需向左右各偏移5°，顶眼需向上偏移5°，而底眼需向下偏移5°。

6.根据权利要求1所述的硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，其特征在于，所述步骤S4中掏槽眼和辅助眼的装药量计算公式如下：

Q_i＝q_lLψ

其中，Q_i为单孔装药量，q_l为每米炮孔的线装药密度，L为炮孔深度，ψ为装药系数；

顶眼和边眼的装药量计算公式如下：

Q₃＝q_l光L

其中，q_l光为光面爆破孔的线装药密度，L为炮孔深度。

7.根据权利要求1所述的硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，其特征在于，所述步骤S5中炮孔起爆间隔时间计算公式如下：

其中，W为最小抵抗线的长度，v_r为裂隙发展速度。

8.根据权利要求1所述的硬岩大断面台车掘进控制爆破方法，其特征在于，所述步骤S5中每段炮孔起爆时间间隔为500ms。

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