CN113551571A - 一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法，在超前护壁孔(1)内装有聚能管(2)，沿轴线方向在聚能管(2)底部均匀间隔布置乳化炸药(3)、降尘袋(4)，导爆管雷管(5)、抗水导爆索(6)在聚能管(2)内侧底部穿过并插入位于底部的乳化炸药(3)内，从而沿轴线方向形成“炸药(3)‑降尘袋(4)‑炸药(3)”的间隔装药布置结构；超前护壁孔(1)、掏槽孔、辅助孔依次顺序起爆。本发明有效地控制巷道爆破成型，减少爆破对巷道周边岩体的损伤，降低爆破粉尘的产生量，减小地下矿山爆破通风时间和耗电量，减少炸药使用量，经济效益、环境效益显著，可在可在黑色、有色、黄金等露天和地下开采矿山中广泛应用。

Description

一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法

技术领域

本发明属于工程爆破技术领域，具体涉及一种控制地下掘进爆破断面成型效果和降低爆破粉尘危害的爆破方法，特别适用于破碎或较破碎岩体的矿山巷道、斜坡道及隧道等地下爆破工程，可在黑色、有色、黄金等金属露天和地下开采矿山中广泛应用，也可应用在隧道爆破作业中。

背景技术

由于地质条件复杂，岩体结构、节理发育及爆破作业共同的影响，破碎或较破碎岩体的巷道超挖现象较为普遍，难以控制巷道断面成型效果，从而增大了巷道喷浆支护工作量和支护成本。因地下岩体岩性变化较大，采用常规爆破法掘进，造成炮孔利用率低、超挖现象时有发生，严重影响巷道掘进速度。在爆破荷载作用下，破碎或较破碎岩体结构稳定性受到影响，后期巷道修理及维护成本较高。

爆破作业时，岩体在爆破功作用下，产生大量裂隙、孔隙，并被破碎成粉尘颗粒和碎石屑；在强大爆炸冲击波作用下，粉尘和碎石屑被细化分解，裂解成粒径更小的浮尘。爆炸冲击波不但会产生大量粉尘，而且会扬起岩壁和地表附着的粉尘。据统计，每吨炸药爆炸后，会产生54.2kg爆破粉尘，其中80％以上为粒径小于10μm的呼吸性粉尘，该粒径范围的显微粉尘和超显微粉尘可进入呼吸道深部，长时间积累会破坏人体肺部细胞，引发尘肺、矽肺等不可治愈疾病，直接威胁生命安全。

为减少炸药爆炸对地下掘进巷道周边破碎或较破碎岩体产生损伤、破坏，设计在巷道开挖轮廓线上布置超前护壁孔，护壁孔最先起爆，降低后爆炮孔产生的爆炸压力对岩体的影响，实现对巷道边帮爆破损伤效应的控制，继而实现控制巷道成型效果。安全环保问题事关企业的安全生产，直接关系到广大企业职工的生命和财产安全，对于维护企业正常生产秩序和社会稳定意义重大。

为了降低爆破产生的粉尘危害，中国专利申请号为201720926235.2、名称为一种爆破降尘装置公开了一种爆破降尘装置，包括爆破水袋、炸药和注水装置，所述爆破水袋的注水口处设置有注水口密封部件，所述注水装置用于向爆破水袋内部注水，所述炸药设置于所述爆破水袋与建筑物之间；本实用新型提供的一种爆破降尘装置，装置结构简单，操作简单，降尘施工效率高，并且能够达到很好的降尘效果。但是现有的爆破降尘装置只能对小型爆破工程进行降尘，不能大范围，大面积的降尘，而且降尘不彻底，以及不能改变降尘的方位等问题。而且该爆破降尘装置用于地下工程爆破作业时，无法控制地下掘进爆破断面成型效果。

因此，针对破碎或较破碎岩体，亟待采取有效的控制爆破技术手段，一方面提高地下掘进爆破断面轮廓平整度，降低掘进超欠挖率，提高周边围岩稳定性；另一方面降低爆破粉尘危害，创造优良的作业环境，并降低掘进爆破综合成本。

发明内容

为控制破碎或较破碎岩体掘进爆破断面成型效果，避免超挖，实现对爆破损伤效应的控制，同时降低矿山爆破作业产生的粉尘对人体及环境造成的危害，创造良好的生产作业环境，提高地下空间生产作业效率及经济效益，降低地下爆破通风时间，本发明提供一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法。

为实现本发明的上述目的，本发明一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法采用以下技术方案：

本发明一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法，一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法，其特征在于采用以下步骤：

1)根据地下爆破工程现场岩性条件，并依据设计的爆破孔网参数：孔径、孔距、孔深、装药结构，在距巷道开挖轮廓线内侧S₁＝(0.1～0.2)m位置处布置超前护壁孔，超前护壁孔的直径为d_孔，超前护壁孔(1)的间距S₂＝(8～15)d_孔；按照设计布设掏槽孔、辅助孔；

2)根据现场施工机械情况，调整超前护壁孔的深度L；单炮孔内装药量Q＝q*L，q＝(0.25～0.4)kg/m，线装药密度q根据岩性选择；现场施工机械采用YT-27或YSP-45型手持式风动凿岩机，炮孔深度L＝(2.0～2.5)m；现场施工机械采用CYTJ-76型液压掘进钻车，炮孔深度L＝(3.0～3.5)m；

采用的超前预裂护壁装药装置结构为：在超前护壁孔内装有聚能管，所述的聚能管横断面形状为“半壁椭圆形”的薄壁结构，管壁两侧向内凹陷，形成聚能穴状；沿轴线方向在聚能管底部均匀间隔布置乳化炸药、降尘袋，导爆管雷管、抗水导爆索在聚能管内侧底部穿过并插入位于底部的乳化炸药内，所述的降尘袋、乳化炸药绑扎在抗水导爆索上，从而沿超前护壁孔轴线方向形成“炸药-降尘袋-炸药”的间隔装药布置结构；在超前护壁孔的孔口填塞有炮泥；导爆管雷管自孔底布置至孔口外，抗水导爆索自孔底布置至炮泥填塞处；

3)起爆方式为：确保炮孔堵塞长度及堵塞质量，经检查无误后，超前护壁孔、掏槽孔、辅助孔依次顺序起爆，具体延期时间依据掘进断面布置情况优化调整。

4)爆破后，采用粉尘监测仪、钢卷尺或其它长度测量工具，测量爆破后的粉尘浓度及巷道轮廓尺寸；

5)针对不同岩性开展15～40次现场爆破试验，提高实验数据的可靠性；现场爆破试验次数过少，对准确度、可靠度有影响；次数过多，现场试验时间长，成本高；

6)对现场试验测得的巷道断面偏差S进行回归分析，回归得到超前护壁孔(预裂孔)孔间距S₂与巷道断面偏差S的回归方程：

S＝A₁+B₁·S₂·(L₁/L)，其中L为炮孔深度，L₁为炸药与降尘袋总长度，A₁和B₁为回归数值。

试验结果表明，本发明方法通过大量的现场爆破试验数据进行回归分析，并经试验验证，具有很高的可靠性和可信度。

进一步地，所述的聚能管的长轴外径35～40mm，短轴外径34～35mm，壁厚2～3mm，适用于超前护壁孔炮孔直径为38～45mm。

为提高抑尘效果，降尘袋内装有降尘乳胶剂、胶状水溶液，降尘袋采用可降解的柔性材料包装。

本发明一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法设计的炸药和降尘袋构成的间隔布置方案，可以使降尘袋相对均匀分布于炸药中，爆炸产生的粉尘与降尘胶体发生充分雾化、吸附结合，大幅地降低爆破粉尘在空气中含量，改善井下掘进作业面环境。具体来说，本发明一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法采用以上技术方案后，具有下列积极效果：

(1)爆炸产生的高温高压气体的膨胀作用、通过聚能管形成的高能气流的气刃作用及护壁炮孔中的水袋在爆破作用下产生“水楔”效应，促使岩石初始裂缝沿既定的方向延伸扩展，最终控制地下掘进爆破断面成型质量。同时通过形成的初始裂缝有效阻隔后爆炮孔产生的爆破振动的传播，降低爆破振动对掘进壁面的损害。

(2)有效地控制掘进断面成型效果，降低巷道断面尺寸偏差，减少巷道喷浆支护工作量和支护成本；通过水介质作为传能介质，可提高炸药爆破能量的使用率，有效地减少矿山爆破炸药使用量。同时围岩破碎均匀和大块率降低，可有效提高机械化出碴效率，节约施工作业循环时间，能显著提高巷道掘进的经济效益。

(3)在爆轰波作用下降尘袋发生雾化，雾化水颗粒吸附漂浮在空气中粉尘，降低空气中粉尘浓度，改善作业环境中的空气质量，为后续施工作业创造良好的环境和劳动卫生条件，提高生产作业效率和作业安全，同时降低地下爆破通风时间，有助于实现节能减排绿色发展。

附图说明

图1是本发明方法采用的地下掘进爆破超前护壁的炮孔装药结构横剖面示意图；

图2是图1中的A-A纵剖面示意图；

图3是图1中的B-B纵剖面示意图；

附图标记为：1-超前护壁孔；2-聚能管；3-炸药；4-降尘袋；5-导爆管雷管；6-抗水导爆索；7-炮泥。

具体实施方式

为更好地描述本发明，下面结合附图对本发明一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法做进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

由图1所示的本发明方法采用的地下掘进爆破超前护壁的炮孔装药结构横剖面示意图并结合图2、图3看出，本发明一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法，采用以下步骤：

1)根据地下爆破工程现场岩性条件，并依据设计的爆破孔网参数：孔径、孔距、孔深、装药结构，在距巷道开挖轮廓线内侧S₁＝(0.1～0.2)m位置处布置超前护壁孔1，超前护壁孔1的直径为d_孔，超前护壁孔1的间距S₂＝(8～15)d_孔；按照设计布设掏槽孔、辅助孔；

2)根据现场施工机械情况，调整超前护壁孔1的深度L；单炮孔内装药量Q＝q*L，q＝(0.25～0.4)kg/m，线装药密度q根据岩性选择；现场施工机械采用YT-27或YSP-45型手持式风动凿岩机，炮孔深度L＝(2.0～2.5)m；现场施工机械采用CYTJ-76型液压掘进钻车，炮孔深度L＝(3.0～3.5)m。

采用的超前预裂护壁装药装置结构为：为提高掘进断面成型效果，在超前护壁孔1内装有由可降解纤维、淀粉塑料或热塑性淀粉树脂等环保材料制备而成的聚能管2，所述的聚能管2的长轴外径35～40mm，短轴外径34～35mm，壁厚2～3mm，适用于超前护壁孔1炮孔直径为38～45mm。所述的聚能管2横断面形状为“半壁椭圆形”的薄壁结构，管壁两侧向内凹陷，形成聚能穴状；沿轴线方向在聚能管2底部均匀间隔布置乳化炸药3、降尘袋4，为确保乳化炸药3、降尘袋4与聚能管2紧密接触，利用绝缘胶布绑扎；降尘袋4内装有降尘乳胶剂、胶状水溶液，降尘袋4采用可降解的柔性材料包装；为便于井下施工操作，导爆管雷管5、抗水导爆索6在聚能管2内侧底部穿过并插入位于底部的乳化炸药3内，所述的降尘袋4、乳化炸药3绑扎在抗水导爆索6上，从而沿超前护壁孔1轴线方向形成“炸药3-降尘袋4-炸药3”的间隔装药布置结构；在超前护壁孔1的孔口填塞有炮泥7；导爆管雷管5自孔底布置至孔口外，抗水导爆索6自孔底布置至炮泥7填塞处；

考虑到地下掘进中有水存在，炸药3选用抗水乳化炸药，药卷直径为32mm，药卷长度有20cm、30cm，根据现场进行调整；降尘袋4直径为32mm，长度分别10cm、15cm、20cm、25cm，根据实际情况优选。

3)起爆方式为：确保炮孔堵塞长度及堵塞质量，经检查无误后，超前护壁孔1、掏槽孔、辅助孔依次顺序起爆，具体延期时间依据掘进断面布置情况优化调整。

4)爆破后，采用粉尘监测仪、钢卷尺或其它长度测量工具，测量爆破后的粉尘浓度及巷道轮廓尺寸；

5)针对不同岩性开展15～40次现场爆破试验，提高实验数据的可靠性；

6)对现场试验测得的巷道断面偏差S进行回归分析，回归得到超前护壁孔(1)孔间距S₂与巷道断面偏差S的回归方程：

S＝A₁+B₁·S₂·(L₁/L)，其中L为炮孔深度，L₁为炸药与降尘袋总长度，A₁和B₁为回归数值。

为便于现场施工操作方便，将导爆管雷管5、抗水导爆索6一并插入底部药卷内，避免导爆管雷管5、抗水导爆索6连接，底部药卷起爆后，通过抗水导爆索6引超前护壁孔1内炸药，并传递至孔口，实现了孔底反向起爆，增加能量利用率。在聚能管2两侧分别制作三角凹槽，炸药爆炸产生的爆轰产物沿着三角凹槽表面垂直的方向飞出，爆轰产物汇聚在一条轴线上，汇聚成一股速度和压力都很高的聚能流，促使岩体沿既定的方向延深扩展。随后在爆生气体的作用下，该方向的裂纹不断延伸，直到与其他炮孔形成的裂纹交汇为止。在围岩方向，由于护壁套管的存在，能吸收和反射部分能量，减少由于冲击波对孔壁的直接作用而形成的微裂隙，同时阻隔了爆生气体对孔壁裂隙的楔入和膨胀作用，有利于保护巷道上部围岩的稳定。

降尘袋4中降尘胶体又具有缓冲和均匀传递爆炸压力的作用，相较于空气强烈压缩后，爆炸能量高度集聚，其作用于岩石时，水能使冲击能量和压力较平缓和均匀地作用在岩石上，准静态压力、增加持续时间以及定向裂纹断裂距离，使岩石均匀的破碎并大大降低过度破碎的有害效应。在地下破碎岩体中，可减少炸药使用量，通过水介质将能量传递至掘进岩体中，增加爆炸的能量利用率，降低炸药单耗，减少超前护壁炮孔数目。

Claims (6)

1.一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法，其特征在于采用以下步骤：

1)根据地下爆破工程现场岩性条件，并依据设计的爆破孔网参数：孔径、孔距、孔深、装药结构，在距巷道开挖轮廓线内侧S₁＝(0.1～0.2)m位置处布置超前护壁孔(1)，超前护壁孔(1)的直径为d_孔，超前护壁孔(1)的间距S₂＝(8～15)d_孔；按照设计布设掏槽孔、辅助孔；

2)根据现场施工机械情况，调整超前护壁孔(1)的深度L；单炮孔内装药量Q＝q*L，q＝(0.25～0.4)kg/m，线装药密度q根据岩性选择；

采用的超前预裂护壁装药装置结构为：在超前护壁孔(1)内装有聚能管(2)，所述的聚能管(2)横断面形状为“半壁椭圆形”的薄壁结构，管壁两侧向内凹陷，形成聚能穴状；沿轴线方向在聚能管(2)底部均匀间隔布置乳化炸药(3)、降尘袋(4)，导爆管雷管(5)、抗水导爆索(6)在聚能管(2)内侧底部穿过并插入位于底部的乳化炸药(3)内，所述的降尘袋(4)、乳化炸药(3)绑扎在抗水导爆索(6)上，从而沿超前护壁孔(1)轴线方向形成“炸药(3)-降尘袋(4)-炸药(3)”的间隔装药布置结构；在超前护壁孔(1)的孔口填塞有炮泥(7)；导爆管雷管(5)自孔底布置至孔口外，抗水导爆索(6)自孔底布置至炮泥(7)填塞处；

3)起爆方式为：确保炮孔堵塞长度及堵塞质量，经检查无误后，超前护壁孔(1)、掏槽孔、辅助孔依次顺序起爆，具体延期时间依据掘进断面布置情况优化调整。

2.一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法，其特征在于还采用以下步骤：

4)爆破后，采用粉尘监测仪、钢卷尺或其它长度测量工具，测量爆破后的粉尘浓度及巷道轮廓尺寸；

5)针对不同岩性开展15～40次现场爆破试验，提高实验数据的可靠性；

6)对现场试验测得的巷道断面偏差S进行回归分析，回归得到超前护壁孔(1)孔间距S₂与巷道断面偏差S的回归方程：

S＝A₁+B₁·S₂·(L₁/L)，其中L为炮孔深度，L₁为炸药与降尘袋总长度，A₁和B₁为回归数值。

3.如权利要求1或2所述的一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法，其特征在于：所述的聚能管(2)的长轴外径35～40mm，短轴外径34～35mm，壁厚2～3mm，适用于超前护壁孔(1)炮孔直径为38～45mm。

4.如权利要求3所述的一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法，其特征在于：所述的降尘袋(4)内装有降尘乳胶剂、胶状水溶液，降尘袋(4)采用可降解的柔性材料包装；所述的聚能管(2)由可降解纤维、淀粉塑料或热塑性淀粉树脂等环保材料制备而成。

5.如权利要求4所述的一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法，其特征在于：步骤2)中，现场施工机械采用YT-27或YSP-45型手持式风动凿岩机，炮孔深度L＝(2.0～2.5)m。

6.如权利要求4所述的一种地下掘进爆破超前护壁抑尘的方法，其特征在于：步骤2)中，现场施工机械采用CYTJ-76型液压掘进钻车，炮孔深度L＝(3.0～3.5)m。

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