CN114264202B - 一种岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法，涉及钻爆法岩巷掘进技术领域，可以提高掏槽眼的炮眼利用率，有利于提高单循环爆破进尺及水平。包括：在巷道起拱线和中心线交点处下方钻设至少三组呈四边形布置的掏槽孔；在各掏槽孔中分层装药；先起爆第一掏槽区的2至5号孔的上层；利用1号掏槽孔引导控制2号至5号掏槽孔上层炸药起爆形成的爆炸应力波沿到1号掏槽孔中心连线方向冲击碎岩，在第一掏槽区形成第一槽腔；利用第一槽腔形成的新自由面引导6号至11号孔爆破；利用2至5号孔下层形成的空孔及上层爆破后形成的新自由面，引导控制1号、6至11号孔下层起爆后定向碎岩。本发明适用于硬岩井巷、隧道及峒室等爆破掘进工程中。

Description

一种岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法

技术领域

本发明涉及钻爆法岩巷掘进技术领域，尤其涉及一种岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法。

背景技术

长期以来，钻爆法岩巷掘进水平徘徊在70m/月的水平，导致采掘失衡，严重制约了煤矿的接续生产。岩巷掘进施工技术的发展对岩巷掘进水平的提高及缓解采掘矛盾至关重要。其中，钻爆法掘进工艺成熟，成本低廉，在岩巷掘进中占据主导地位。而掏槽又是岩巷钻爆法掘进的重要环节之一。现阶段，随着炮眼深度的不断增加，在硬岩条件下一般采用钻爆法施工。

现有的掏槽方式主要包括斜眼掏槽和直眼掏槽两大类。其中，斜眼掏槽的特点是掏槽眼同自由面斜交,较普遍采用的便是楔形掏槽。这种掏槽的主要特点是以工作面为自由面,并且掏槽眼齐爆。炸药起爆后，在应力波和爆生气体的共同作用下，楔形区内岩石破碎。在良好堵塞情况下，由于爆轰气体产物在炮眼中较长时间地维持高压状态,将楔形内破碎的岩石抛出，形成槽腔,以达掏槽目的。而直眼掏槽的特点是以空眼作为主要自由面的爆破，由于掏槽眼是相互平行的,因此从眼口到眼底最小抵抗线是相同的,形成的槽腔形状规整。起到掏槽的作用。

目前，如图1所示，斜眼掏槽一般在巷道腰线以下布置3对掏槽眼，深度比其他炮眼深100mm，掏槽眼的间距一般保持在400mm左右，眼底距一般要求控制在200mm，掏槽眼采用1段瞬发雷管起爆，中间空孔若装药采用2段雷管起爆，比掏槽眼延后25ms。如图2所示，以菱形掏槽为例，在直眼掏槽技术中，掏槽眼的布置一般在巷道起拱线以下，巷道中心线附近布置五个炮孔，四个掏槽孔和一个中心孔，掏槽眼眼间距一般保持在400mm左右。中间空孔比掏槽眼要深100mm。掏槽眼采用1段瞬发雷管起爆，中心空孔视情况决定装药与否。

目前岩石井巷爆破以毫秒电雷管，尤其是煤矿中受到总延时130ms的限制，雷管的段别不超过5段。所以段别之间的延期时间较为固定，不能按需求调整。

但是，在岩巷围岩掏槽爆破掘进技术中，无论采用上述哪种掏槽方式，均存在掏槽眼的炮眼利用率低的问题，不利于提高单循环爆破进尺及水平，影响岩巷掘进施工进度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法，可以提高掏槽眼的炮眼利用率，从而有利于提高单循环爆破进尺及水平。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法，包括步骤：

在巷道起拱线和中心线交点处下方钻设至少三组呈四边形布置的掏槽孔；其中，第一组掏槽孔由1号、2号、3号、4号及5号掏槽孔组成，形成第一掏槽区，所述2号、3号、4号及5号掏槽孔为第一组掏槽孔的外围掏槽孔，呈四边形布设，1号掏槽孔为第一组掏槽孔的中心孔，位于2号、3号、4号及5号掏槽孔围成的四边形的中心；第二组掏槽由1号、5号、6号、7号及8号掏槽孔组成，形成第二掏槽区，所述1号、6号、7号及8号掏槽孔为第二组掏槽孔的外围掏槽孔，呈四边形布设，5号掏槽孔为第二组掏槽孔的中心孔，位于1号、6号、7号及8号掏槽炮围成的四边形的中心；第三组掏槽孔由1号、3号、9号、10号及11号组成，形成第三掏槽区，所述1号、9号、10号及11号掏槽孔为第三组掏槽孔的外围掏槽孔，呈四边形布设，3号掏槽孔为第三组掏槽孔的中心孔，位于1号、9号、10号及11号掏槽孔围成的四边形的中心；所述第一掏槽区域位于所述第二掏槽区域与第三掏槽区域之间，相邻组掏槽孔具有重叠掏槽区域，第一掏槽区域与第二掏槽区域的第一重叠掏槽区域为第一组掏槽孔与第二组掏槽孔共同的1号掏槽孔和5号掏槽孔围设形成的，第一掏槽区域与第三掏槽区域的重叠掏槽区域为第一组掏槽孔与第三组掏槽孔共同的1号掏槽孔和3号掏槽孔围设形成的，各掏槽孔垂直于工作面设置；

在各掏槽孔中分层布置炸药；其中，1号掏槽孔上层不装药，下层装药；2号、3号、4号和5号掏槽孔上层装药，下层不装药；其余掏槽孔上、下层分别装药，且上、下层装药部之间隔离；

先起爆第一掏槽区的2号、3号、4号及5号掏槽孔的上层装药部；在第一掏槽区的外围掏槽孔上层装药部起爆过程中，所述1号掏槽孔上层不装药起到中心空孔的作用；

在2号、3号、4号及5号掏槽孔起爆后，利用1号掏槽孔引导控制2号、3号、4号及5号掏槽孔上层炸药起爆形成的爆炸应力波沿到1号掏槽孔中心连线方向冲击碎岩，在第一掏槽区形成第一槽腔；

之后，起爆第二组掏槽孔的6号至8号掏槽孔及第三组掏槽孔的9至11号掏槽孔的上层装药部，在6号至11号掏槽孔的上层装药部起爆时，利用位于中心的第一掏槽区形成的第一槽腔形成的新自由面引导6号至11号掏槽孔的上层装药部爆破，完成各掏槽区的掏槽孔的上层爆破；

在各掏槽区的上层爆破完成后，开始准备进行掏槽区下层爆破：起爆1号、6号、7号、8号、9号、10号及11号掏槽孔的下层装药部，此时，2号、3号、4号及5号掏槽孔的下层均为空孔；

利用2号、3号、4号及5号掏槽孔下层形成的空孔及各掏槽区上层爆破完成后形成的新自由面，引导控制1号、6号、7号、8号、9号、10号及11号掏槽孔下层炸药起爆后定向碎岩。

可选地，所述第一掏槽区的2号、3号、4号及5号掏槽孔的上层装药部采用1号雷管起爆，第二组掏槽孔的6号至8号掏槽孔及第三组掏槽孔的9至11号掏槽孔的上层装药部采用2号雷管起爆；掏槽区下层爆破采用3号雷管；其中，2号雷管比1号雷管延期10～15ms；3号雷管比1号雷管延期20～30ms；

在采用2号雷管对第二组掏槽孔的6号至8号掏槽孔及第三组掏槽孔的9至11号掏槽孔起爆后，利用延期时长内2号、3号、4号及5号掏槽孔在先爆破的残余能量，形成应力波的叠加，增加冲击碎岩的能量。

可选地，所述利用2号、3号、4号及5号掏槽孔下层形成的空孔及各掏槽区上层爆破完成后形成的新自由面，引导控制1号、6号、7号、8号、9号、10号及11号掏槽孔下层炸药起爆后定向碎岩包括：

利用2号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、6号及11号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到2号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩；

利用3号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、9号、10号及11号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到3号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩；

利用4号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、8号及9号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到4号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩；

利用5号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、6号、7号及8号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到5号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩。

可选地，每组掏槽孔的相邻外围掏槽孔之间的间距为300mm，1号、2号、3号、4号和5号掏槽孔上层与下层深度占孔深的比例为6:4；其余掏槽孔上层与下层深度占孔深的比例为1:1，且上、下层之间用炮泥封堵隔离；

2号、3号、4号和5号掏槽孔上层装药部的装药量是6号至11号掏槽孔上层装药部的装药量的1.2～1.5倍，6号至11号掏槽孔的上层装药部的装药量是下层装药部的装药量之比为2:3。

可选地，所述2号和4号掏槽孔下层装药，且上、下层装药部之间隔离，所述2号和4号掏槽孔下层采用4号雷管最后起爆。

可选地，所述1号掏槽孔为空孔，所述3号和5号掏槽孔下层装药，且上、下层装药部之间隔离；

在起爆第一掏槽区的2号、3号、4号及5号掏槽孔的上层装药部之后，形成第一槽腔，其余的起爆步骤替换为：采用2号雷管起爆2号、3号、4号及5号掏槽孔的下层装药部，利用1号掏槽孔下层空孔及第一掏槽区上层装药部起爆后形成的第一槽腔提供的新自由面引导2号、3号、4号及5号掏槽孔的下层爆破，形成第二槽腔；

采用3号雷管起爆6号～11号掏槽孔的上层装药部，基于第一槽腔形成的新自由面引导控制6号～11号掏槽孔的上层爆破，形成第三槽腔；

采用4号雷管起爆6号～11号掏槽孔的下层装药部，利用所述第二槽腔及第三槽腔形成的新自由面引导6号～11号掏槽孔的下层爆破。

本发明实施例提供的岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法，通过各组掏槽孔分层装药与不装药(形成空孔)有机组合设置，采用梯次起爆，上一层先爆破，为下一层创造有利条件，第一组掏槽孔起爆(核心掏槽区)形成中心掏槽腔，为周边两组掏槽孔爆破提供新自由面等有利爆破条件，实现了将深孔掏槽爆破，优化为浅孔爆破，不同组掏槽孔装药与起爆顺序优化设置，先起爆为后续一层掏槽爆破创造了的自由面，在一定程度上克服掏槽爆破时围岩对被爆岩体的夹制作用，实现掏槽眼的高炮眼利用率，即可以提高掏槽眼的炮眼利用率，从而有利于提高单循环爆破进尺及水平，加快岩巷掘进施工进度。

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为典型的斜眼掏槽方案；

图2为典型的直眼掏槽方案；

图3为本发明一实施例掏槽孔布设结构示意图；

图4A与图4B为图3中第一实施例1-1、2-2、3-3、4-4、5-5及6-6剖视图；

图4C为图3中第一实施例中的2-2剖切面上的掏槽孔起爆过程的变化示意图；

图4D为图3中第一实施例中的2-2剖切面上的掏槽孔下层起爆后的效果图；

图5为图3中第二实施例1-1、2-2、3-3、4-4、5-5及6-6剖视图；

图6为图3中第三实施例1-1、2-2、3-3、4-4、5-5及6-6剖视图；

图7为本发明另一实施例掏槽孔布设结构示意图；

图8为图7中一实施例1-1、2-2、3-3、4-4、5-5及6-6剖视图

图9为本发明一实施例岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法流程示意图；

图10为本发明中一实施例专用炸药位置固定装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例提供的岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法进行详细描述。

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。

图1为典型的斜眼掏槽方案，其存在的技术缺陷为：受断面尺寸限制大，炮眼布置精度要求高：较小断面时，要实现掏槽角度和深度的要求，同时满足凿岩机械空间摆放问题，凿岩质量往往达不到设计要求；眼底距要求高：断面较大时掏槽参数易于按照设计进行布置，但是对掏槽眼与辅助眼眼底距要求较为严格，眼底要尽量布置在同一平面上。遇到硬岩爆破时，眼底距过大容易导致“留底”，炮眼利用率不高。另外，其一次起爆药量大，掏槽区岩石缺少碎涨空间，导致掏槽区岩石抛掷较远，易损坏设备及各种管线，大块率较高，不利于爆破安全及后期排矸作业。

图2为典型的直眼掏槽方案，该方法的缺点主要表现在炮眼数目较多，钻眼质量要求较高。直眼掏槽形成的槽腔小，受夹制作用较大，炸药单耗高，钻眼作业费时费力，炮眼利用率不高。

对于深孔掏槽爆破，无论斜眼掏槽还是直眼掏槽，掏槽眼缺少自由面，同时掏槽区岩石受到夹制作用明显加强，导致爆破效率较低，炮眼利用率达不到设计要求。

实施例一

为解决岩巷深孔掏槽爆破方案中存在的炮眼利用率低的问题，参看图3至图6及图9所示，本发明实施例提供的岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法，主要适用于凿岩作业、隧道、巷道作业及矿山等爆破工程作业中，特别适用于井巷爆破作业中；所述硬岩井巷，具体是指岩石的坚固性系数(普氏系数)f大于等于7的竖向井巷，也包括采用其他任意围岩分类方法确定的属于硬岩的井巷。所述深孔具体是指炮眼深度大于等于3.0m以上任意深度的炮眼，尤其指岩巷为3.0～3.4.0m深度的炮眼，井筒为6.0～10.0m深度的炮孔。

可以理解的是，井巷与普通岩巷(一般指平巷)在空间位置、地层特性、受力机理、施工装备、劳动组织以及爆破参数设计等方面有着很大的不同，爆破时需要考量的因素、爆破方案的设计以及各参数的设定均有所不同。本申请创造性地提供的岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法，解决了井巷深度大，受夹制作用明显而影响爆破效果的技术难题。

所述方法包括步骤：S21、在巷道起拱线和中心线交点处下方钻设至少三组呈四边形布置的掏槽孔，如图3所示。

其中，第一组掏槽孔由1号、2号、3号、4号及5号掏槽孔组成，形成第一掏槽区。所述2号、3号、4号及5号掏槽孔为第一组掏槽孔的外围掏槽孔，呈四边形布设，优选为正方形布设，1号掏槽孔为第一组掏槽孔的中心孔，位于2号、3号、4号及5号掏槽孔围成的四边形的中心。

第二组掏槽由1号、5号、6号、7号及8号掏槽孔组成，形成第二掏槽区，所述1号、6号、7号及8号掏槽孔为第二组掏槽孔的外围掏槽孔，呈四边形布设，5号掏槽孔为第二组掏槽孔的中心孔，位于1号、6号、7号及8号掏槽炮围成的四边形的中心。

第三组掏槽孔由1号、3号、9号、10号及11号组成，形成第三掏槽区，所述1号、9号、10号及11号掏槽孔为第三组掏槽孔的外围掏槽孔，呈四边形布设，3号掏槽孔为第三组掏槽孔的中心孔，位于1号、9号、10号及11号掏槽孔围成的四边形的中心。

所述第一掏槽区域位于所述第二掏槽区域与第三掏槽区域之间，相邻组掏槽孔具有重叠掏槽区域，第一掏槽区域与第二掏槽区域的第一重叠掏槽区域为第一组掏槽孔与第二组掏槽孔共同的1号掏槽孔和5号掏槽孔围设形成的，第一掏槽区域与第三掏槽区域的重叠掏槽区域为第一组掏槽孔与第三组掏槽孔共同的1号掏槽孔和3号掏槽孔围设形成的，各掏槽孔垂直于工作面设置。

在一些实施例中，每组掏槽孔的相邻外围掏槽孔之间的间距为300mm，则使1号、3号、5号掏槽孔到其周围四个炮孔的距离相等，即212mm。

在完成掏槽孔的钻凿布置后，开始装药工序。

执行步骤S22、在各掏槽孔中分层布置炸药；如图4A及图4B所示，在一些装药方式中，1号掏槽孔上层不装药，用于形成空孔，下层装药；2号、3号、4号和5号掏槽孔上层装药，下层不装药，用于形成空孔；其余掏槽孔上、下层分别装药，且上、下层装药部之间隔离；

其中，1号、2号、3号、4号和5号掏槽孔上层与下层深度占孔深的比例为6:4，即1号至5号掏槽孔上层的长度为孔总深度的60％，其下层的长度为孔总深度的40％；其余掏槽孔上层与下层的深度占孔深的比例为1:1，即上、下层分别为孔总深度的50％；且上、下层之间用炮泥封堵隔离，炮泥长度不小于300mm；当下层不装炸药时，例如2号～5号掏槽孔，采用专用炸药位置固定装置定位。

其中，1号～5号孔直径采用不小于42mm钻头进行钻孔，优选45～50mm钻头施工，除1号孔采用35mm以上普通药卷外(1号孔在后期作为共用孔，装药量应为普通直径炮孔装药量的1.5倍)，而2～5号炮孔对应的药卷直径采用35mm以上专用大直径聚能药卷，其他炮孔采用普通药卷直径不大于35mm。所述大直径聚能药卷，沿药卷轴向含有多个聚能穴，其聚能方向均朝向1号空孔，多个聚能方向根据炮孔数量不同总的跨越角度为60～180度，背对1号孔方向为非聚能方向，采用对应力波具有高反射率的材料构成，使得炸药能量优先向1号孔方向释放。

2-5号孔采用大直径炮孔的优势在于，2～5号孔上部装药时增加了第一次爆破的线装药密度，装药量较普通炮孔提高30％～50％，提高破岩效果。同时2～5号孔下部作为空孔时，为后续爆破提供大碎胀空间和爆破效率。

所述雷管为电子雷管，可根据需要进行任意延期时间设置，突破130ms内仅有5段雷管的限制。

遇到特坚硬岩石时，为提高炮眼利用率，提高炮眼底部岩石破碎效果，1-5号炮孔外，其他炮孔也可以采用上述聚能方向朝向掏槽区内部的聚能药卷。

如图10所示，在一些实施例中，所述固定装置是两端带有底托的装置，包括：一端开口的管体100，所述管体100的直径略小于炮孔直径，所述管体100内部的空腔主要是放置炸药110，用于承托炸药110一端，所述管体100的内径至少与炸药110直径相同，且长度为一节标准炸药长度的50％；另一端为圆形平底托105，其直径比炮孔直径略小，两端之间连接的固定杆120，所述固定杆120是可伸缩的，并有刻度显示和定位销锁紧件，能方便的根据爆破方案设计中炸药位置灵活设置固定装置的长度，在装药时，该装置与装药一并放入掏槽孔130中，掏槽孔130中炮泥135位于炸药110另一端。

2号、3号、4号和5号掏槽孔上层装药部的装药量是6号至11号掏槽孔上层装药部的装药量的1.2～1.5倍，6号至11号掏槽孔的上层装药部的装药量是下层装药部的装药量之比为2:3，且6号至11号掏槽孔的装药起始位置及终止位置处于同一水平线，即其装药水平高度相同，如图4A和图4B所示。

在分层、分区装药完成后，开始起爆。

执行步骤S23、先起爆第一掏槽区的2号、3号、4号及5号掏槽孔的上层装药部；在第一掏槽区的周边掏槽孔上层装药部起爆过程中，所述1号掏槽孔上层不装药起到中心空孔的作用，为外围掏槽孔提供碎胀空间，减轻岩石的夹制作用，从而提高掏槽效果。

步骤S24、在2号、3号、4号及5号掏槽孔起爆后，利用1号掏槽孔引导控制2号、3号、4号及5号掏槽孔上层炸药起爆形成的爆炸应力波沿到1号掏槽孔中心连线方向冲击碎岩，在第一掏槽区形成第一槽腔。

步骤S25、之后，起爆第二组掏槽孔的6号至8号掏槽孔及第三组掏槽孔的9至11号掏槽孔的上层装药部，在6号至11号掏槽孔的上层装药部起爆时，利用位于中心的第一掏槽区形成的第一槽腔形成的新自由面引导6号至11号掏槽孔的上层装药部爆破，完成各掏槽区的掏槽孔的上层爆破；示例性地，一掏槽爆破过程如图4C所示，掏槽腔逐步扩大。

本步骤中，由于在起爆6号至11号掏槽孔的上层装药部时，第一掏槽区作为中心掏槽区(或核心掏槽区)的上层已爆破完成，形成新的第一槽腔，为该步骤爆破提供了新的自由面，6号至11号掏槽孔的上层装药部起爆以后可以充分利用形成的新自由面进行爆破，有利于减轻夹制作用，提高爆破效率。

进一步地，由于该种起爆方案可以提高6号至11号掏槽孔的上层装药部的炮孔利用率，因此，其装药量可以适当减少，例如其装药量可为2号、3号、4号及5号掏槽孔上层的80％，减少掏槽区一次的起爆药量。

在一些实施例中，所述第一掏槽区的2号、3号、4号及5号掏槽孔的上层装药部采用1号雷管起爆，第二组掏槽孔的6号至8号掏槽孔及第三组掏槽孔的9至11号掏槽孔的上层装药部采用2号雷管起爆；2号雷管比1号雷管延期10～15ms；

在采用2号雷管对第二组掏槽孔的6号至8号掏槽孔及第三组掏槽孔的9至11号掏槽孔起爆后，利用延期时长内2号、3号、4号及5号掏槽孔在先爆破的残余能量，形成应力波的叠加，增加冲击碎岩的能量，至此完成掏槽区上层爆破。

本实施例中，通过相比于1号雷管起爆时间延期10～15毫秒起爆，间隔较短时间起爆，可以使第二次爆破能充分利用第一次爆破的能量，形成应力波的叠加，增加岩石破碎效果。

为取得更好的爆破效果及防止上层爆破振动对下层电子雷管起爆的影响，除要求中间堵塞段长度不小于500mm以外，至少下层炮孔起爆方式均采用反向起爆(即电子雷管位于炮孔底部，以此增加电子雷管与上层炸药的距离)，最优为上下两层均采用反向起爆。

其中，根据不同矿井起爆方式有所不同，低瓦斯矿井硬岩采用反向起爆，软岩采用正向起爆，高瓦斯矿井均采用正向装药起爆。

步骤S26、在各掏槽区的上层爆破完成后，开始准备进行掏槽区下层爆破：起爆1号、6号、7号、8号、9号、10号及11号掏槽孔的下层装药部，此时，2号、3号、4号及5号掏槽孔的下层均为空孔。

利用2号、3号、4号及5号掏槽孔下层形成的空孔及各掏槽区上层爆破完成后形成的新自由面，引导控制1号、6号、7号、8号、9号、10号及11号掏槽孔下层炸药起爆后定向碎岩。

本发明实施例提供的岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法，通过各组掏槽孔分层装药与不装药(形成空孔)有机组合设置，采用梯次起爆，上一层先爆破，为下一层创造有利条件，第一组掏槽孔起爆(核心掏槽区)形成中心掏槽腔，为周边两组掏槽孔爆破提供新自由面等有利爆破条件，实现了将深孔掏槽爆破，优化为浅孔爆破，不同组掏槽孔装药与起爆顺序优化设置，先起爆为后续一层掏槽爆破创造了的自由面，在一定程度上克服掏槽爆破时围岩对被爆岩体的夹制作用，实现掏槽眼的高炮眼利用率，即可以提高掏槽眼的炮眼利用率，从而有利于提高单循环爆破进尺及水平，加快岩巷掘进施工进度。

在一些实施例中，所述利用2号、3号、4号及5号掏槽孔下层形成的空孔及各掏槽区上层爆破完成后形成的新自由面，引导控制1号、6号、7号、8号、9号、10号及11号掏槽孔下层炸药起爆后定向碎岩包括：

利用2号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、6号及11号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到2号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩；

利用3号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、9号、10号及11号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到3号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩；

利用4号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、8号及9号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到4号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩；

利用5号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、6号、7号及8号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到5号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩。

本实施例中，下层起爆时，具有4个空孔，且具有上层起爆后创造的新自由面，具有充分的碎胀空间和自由面，能够充分克服岩石的夹制作用，为掏槽爆破提供了非常有利的条件，爆破后示意图如图4D所示。

根据上述方案的试验验证表明，该掏槽方法应用于岩石巷道，尤其是硬岩巷道，一般情况下，炮眼利用率达到95％以上。同时该掏槽方法，易于操作，便于施工作业。

本发明采用分层装药、有序分层分次起爆，上层掏槽为下层掏槽起爆创造有利条件，相邻掏槽区横向不同装药设置，使得先起爆掏槽区为后起爆掏槽区创造新自由面，上层掏槽深度为炮孔总深度的50％-60％，为主掏槽提供了更多自由面，相当于把主掏槽的深孔爆破转变为浅孔爆破，减少了掏槽区岩石的夹制作用。

一些实验表明夹制作用减少50％左右；掏槽爆破后掏槽效率显著高于一般楔形掏槽和直眼掏槽，尤其是硬岩巷道，掏槽效率提高20％以上，炮眼利用率达到95％以上。

实施例二

参看图5所示，本发明实施例提供的方案与实施例一的技术方案类似，不同之处在于，所述2号和4号掏槽孔下层也装药，且上、下层装药部之间隔离，所述2号和4号掏槽孔下层采用4号雷管最后起爆。

2号、3号、4号和5号掏槽孔上层装药部同时采用1号电子雷管起爆，利用1号掏槽孔上部为空孔，提高爆破效率。然后起爆6号至11号掏槽孔的上层装药部，采用2号电子雷管起爆，与前次起爆时差间隔10ms～15ms。最后起爆1下～11下，其中，3号、5号掏槽孔处于掏槽区中间，且其下层且为空孔，1号孔下层为两个掏槽区共用，1、5、6、7、8号掏空孔下层构成一个掏槽区，1、3、9、10、11掏槽孔下层构成另外一个掏槽区；采用3段雷管起爆。最后，在其它炮孔起爆完毕后再用4号电子雷管起爆孔2号和4号掏槽孔下层，与前次起爆间隔10～15ms，此时炮孔2号和4号掏槽孔下层相当于辅助掏槽孔，起到扩大槽腔的效果。

本发明实施例提供的岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法，与实施例一的技术构思基本相同，其技术效果类似，可相互参看，就不再赘述。

实施例三

参看图6所示，本发明实施例提供的方案与实施例一及二的技术方案基本相同，不同之处在于，所述1号掏槽孔整体为空孔，即不装药；所述3号和5号掏槽孔下层装药，且上、下层装药部之间隔离。

在起爆第一掏槽区的2号、3号、4号及5号掏槽孔的上层装药部之后，形成第一槽腔，其余的起爆步骤替换为：采用2号雷管起爆2号、3号、4号及5号掏槽孔的下层装药部，利用1号掏槽孔下层空孔及第一掏槽区上层装药部起爆后形成的第一槽腔提供的新自由面引导2号、3号、4号及5号掏槽孔的下层爆破，形成第二槽腔；

采用3号雷管起爆6号～11号掏槽孔的上层装药部，基于第二槽腔形成的新自由面引导控制6号～11号掏槽孔的上层爆破，形成第三槽腔；

采用4号雷管起爆6号～11号掏槽孔的下层装药部，利用所述第三槽腔及第三槽腔形成的新自由面引导6号～11号掏槽孔的下层爆破。

本发明实施例提供的方案，第一次爆破充分利用为中心空孔的1号掏槽孔，第二次爆破利用第一次爆破形成的新自由面和1号掏槽孔下半部分；第三次爆破利用第一次和第二次爆破形成的槽腔为自由面进行爆破；第四次爆破利用第三次爆破和第二次爆破形成的自由面进行爆破。通过以上步骤，逐次起爆，可以效地逐步扩大槽腔，解决因掏槽区岩石受到的夹制作用影响爆破效率的问题。

实施例四

如图7和图8所示，本发明实施例提供的岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法，与实施例一至三的技术构思基本相同，也是综合利用中心空孔与掏槽孔按预定规则设置，采用分层、分梯次起爆掏槽区，将深孔爆破逐步转变为浅孔爆破，减少了掏槽区岩石的夹制作用，提高炮孔利用率。不同之处在于，本实施例中，掏槽孔的数量与具体布设与实施例一至三有所不同。

如图7所示，具体的，待掏槽区内设置21个炮孔，将待掏槽区分成上下两大部分，上下两大部分的掏槽区对称设置，且分别以相同方式布设9个掏槽孔，在对称中心轴线上间隔布设3个孔，分别为1号、14号及19号，其中1号掏槽孔位于14号及19号中间，如图7所示，以4-4为对称中心轴对称分布；

其中，上部分掏槽区的9个掏槽孔以相连的菱形布设方式布设，该9个掏槽孔分别为：3号、4号、7号至9号、15号至18号，其共用一个节点掏槽孔，即7号掏槽孔；下部分掏槽区的9个掏槽孔也以相连的菱形布设方式布设，该9个掏槽孔分别为：2号、5号、6号、10号至13号、20和21号，其也共用一个节点掏槽孔，即6号掏槽孔。其中，8～11号掏槽孔为空孔，其余均分上下层装药，6号和7号掏槽孔的起爆的装药量为上、下部分掏槽区中的其它炮孔的1.2～1.5倍。

首先起爆界线4-4上下两部分掏槽孔，以界线4-4上方的掏槽孔为例进行说明：第一次起爆，孔4号、7号、10、15号及16号上层和孔3号、7号、17号、18号掏槽孔的上层分别利用空孔8和9号掏槽孔的空孔效应进行爆破，形成掏槽腔。

第二次起爆孔1、14、19号掏槽孔上层，利用该三个孔两侧形成的所述掏槽腔提供的新自由面，减少了本次掏槽孔起爆时周边的岩石夹制作用，爆破较容易；1、14、19号三个孔装药量与7号掏槽孔上层装药量相同。

然后基于第一次起爆的方式起爆下部分掏槽区的掏槽孔，起爆顺序如第一次起爆，直到全部炮孔起爆完毕，掏槽完成。

本发明实施例提供的岩巷深眼掏槽爆破方法，通过采用上述掏槽孔布设及装药方式，上、下部分掏槽区的掏槽孔利用空孔效应以及分层、分梯次起爆，上一层先爆破，为下一层创造有利条件，将深孔掏槽爆破，优化为浅孔爆破，先起爆为后续一层掏槽爆破创造了的自由面，能够克服掏槽爆破时围岩对被爆岩体的夹制作用，实现掏槽眼的高炮眼利用率，提高爆破效率与爆破掘进水平。

需要说明的是，本实施例提供的技术方案，具体爆破过程中更详尽的爆破方案，与实施例一的方案中爆破的机理基本相同，例如，在起爆4号、7号、10、15号掏槽孔上层时，类似实施例一中起爆利用1号掏槽孔引导控制2号、3号、4号及5号掏槽孔上层，不同之处在于，本实施例起爆中，是利用为中心空孔的7号掏槽孔引导控制4号、7号、10号、15号掏槽孔上层炸药起爆形成的爆炸应力波沿到7号掏槽孔中心连线方向冲击碎岩，形成一个槽腔；其它的也类似，因此，未详尽描述之处请参看实施例一的描述。

需要说明的是，本发明各个实施例所描述的侧重点不同，但是相互之间存在关联，可相互参照。另外，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素

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 (7)

1.一种岩石井巷深孔分层掏槽爆破方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

在巷道起拱线和中心线交点处下方钻设至少三组呈四边形布置的掏槽孔；其中，第一组掏槽孔由1号、2号、3号、4号及5号掏槽孔组成，形成第一掏槽区，所述2号、3号、4号及5号掏槽孔为第一组掏槽孔的外围掏槽孔，呈四边形布设，1号掏槽孔为第一组掏槽孔的中心孔，位于2号、3号、4号及5号掏槽孔围成的四边形的中心；第二组掏槽由1号、5号、6号、7号及8号掏槽孔组成，形成第二掏槽区，所述1号、6号、7号及8号掏槽孔为第二组掏槽孔的外围掏槽孔，呈四边形布设，5号掏槽孔为第二组掏槽孔的中心孔，位于1号、6号、7号及8号掏槽炮围成的四边形的中心；第三组掏槽孔由1号、3号、9号、10号及11号组成，形成第三掏槽区，所述1号、9号、10号及11号掏槽孔为第三组掏槽孔的外围掏槽孔，呈四边形布设，3号掏槽孔为第三组掏槽孔的中心孔，位于1号、9号、10号及11号掏槽孔围成的四边形的中心；所述第一掏槽区域位于所述第二掏槽区域与第三掏槽区域之间，相邻组掏槽孔具有重叠掏槽区域，第一掏槽区域与第二掏槽区域的第一重叠掏槽区域为第一组掏槽孔与第二组掏槽孔共同的1号掏槽孔和5号掏槽孔围设形成的，第一掏槽区域与第三掏槽区域的重叠掏槽区域为第一组掏槽孔与第三组掏槽孔共同的1号掏槽孔和3号掏槽孔围设形成的，各掏槽孔垂直于工作面设置；

在各掏槽孔中分层布置炸药；其中，1号掏槽孔上层不装药，下层装药；2号、3号、4号和5号掏槽孔上层装药，下层不装药；其余掏槽孔上、下层分别装药，且上、下层装药部之间隔离；

先起爆第一掏槽区的2号、3号、4号及5号掏槽孔的上层装药部；在第一掏槽区的外围掏槽孔上层装药部起爆过程中，所述1号掏槽孔上层不装药起到中心空孔的作用；

在2号、3号、4号及5号掏槽孔起爆后，利用1号掏槽孔引导控制2号、3号、4号及5号掏槽孔上层炸药起爆形成的爆炸应力波沿到1号掏槽孔中心连线方向冲击碎岩，在第一掏槽区形成第一槽腔；

之后，起爆第二组掏槽孔的6号至8号掏槽孔及第三组掏槽孔的9至11号掏槽孔的上层装药部，在6号至11号掏槽孔的上层装药部起爆时，利用位于中心的第一掏槽区形成的第一槽腔形成的新自由面引导6号至11号掏槽孔的上层装药部爆破，完成各掏槽区的掏槽孔的上层爆破；

在各掏槽区的上层爆破完成后，开始准备进行掏槽区下层爆破：起爆1号、6号、7号、8号、9号、10号及11号掏槽孔的下层装药部，此时，2号、3号、4号及5号掏槽孔的下层均为空孔；

利用2号、3号、4号及5号掏槽孔下层形成的空孔及各掏槽区上层爆破完成后形成的新自由面，引导控制1号、6号、7号、8号、9号、10号及11号掏槽孔下层炸药起爆后定向碎岩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一掏槽区的2号、3号、4号及5号掏槽孔的上层装药部采用1号雷管起爆，第二组掏槽孔的6号至8号掏槽孔及第三组掏槽孔的9至11号掏槽孔的上层装药部采用2号雷管起爆；掏槽区下层爆破采用3号雷管；其中，2号雷管比1号雷管延期10～15ms；3号雷管比1号雷管延期20～30ms；

在采用2号雷管对第二组掏槽孔的6号至8号掏槽孔及第三组掏槽孔的9至11号掏槽孔起爆后，利用延期时长内2号、3号、4号及5号掏槽孔在先爆破的残余能量，形成应力波的叠加，增加冲击碎岩的能量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用2号、3号、4号及5号掏槽孔下层形成的空孔及各掏槽区上层爆破完成后形成的新自由面，引导控制1号、6号、7号、8号、9号、10号及11号掏槽孔下层炸药起爆后定向碎岩包括：

利用2号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、6号及11号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到2号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩；

利用3号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、9号、10号及11号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到3号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩；

利用4号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、8号及9号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到4号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩；

利用5号掏槽孔下层形成的空孔引导控制1号、6号、7号及8号掏槽孔下层炸药起爆后爆炸应力波沿到5号掏槽孔的中心连线方向定向碎岩。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每组掏槽孔的相邻外围掏槽孔之间的间距为300mm，1号、2号、3号、4号和5号掏槽孔上层与下层占孔深的比例为6:4；其余掏槽孔上层与下层占孔深的比例为5:5，且上、下层之间用炮泥封堵隔离；

2号、3号、4号和5号掏槽孔上层装药部的装药量是6号至11号掏槽孔上层装药部的装药量的1.2～1.5倍，6号至11号掏槽孔的上层装药部的装药量是下层装药部的装药量之比为2:3。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述2号和4号掏槽孔下层装药，且上、下层装药部之间隔离，所述2号和4号掏槽孔下层采用4号雷管最后起爆。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述1号掏槽孔为空孔，所述3号和5号掏槽孔下层装药，且上、下层装药部之间隔离；

在起爆第一掏槽区的2号、3号、4号及5号掏槽孔的上层装药部之后，形成第二槽腔，其余的起爆步骤替换为：采用2号雷管起爆2号、3号、4号及5号掏槽孔的下层装药部，利用1号掏槽孔下层空孔及第一掏槽区上层装药部起爆后形成的第二槽腔提供的新自由面引导2号、3号、4号及5号掏槽孔的下层爆破，形成第三槽腔；

采用3号雷管起爆6号～11号掏槽孔的上层装药部，基于第三槽腔形成的新自由面引导控制6号～11号掏槽孔的上层爆破，形成第四槽腔；

采用4号雷管起爆6号～11号掏槽孔的下层装药部，利用所述第三槽腔及第三槽腔形成的新自由面引导6号～11号掏槽孔的下层爆破。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，4号雷管比1号雷管延期40～50ms。

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