CN114909963B - 一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构及爆破方法 - Google Patents

一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构及爆破方法 Download PDF

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Abstract

一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构，其特征在于：该布置结构包括设置在巷道断面中心位置的中心空孔(1)，以及围绕所述中心空孔(1)依次布置的多个炮孔(2)；按照炮孔(2)的布置顺序，所述多个炮孔(2)各自与中心空孔(1)的距离依次增大。本发明按照与中心空孔的距离由小到大布设炮孔，各炮孔与中心空孔的间距逐步拉大，自由面逐步增大，因而采用本发明掏槽孔布置结构进行爆破，能够给爆破掏槽提供更多的自由空间，提高炮孔利用率，优化爆破效果，进而突破传统小断面巷道掘进时爆破的深度限制，将掘进进尺提高至不受巷道断面大小的影响，充分发挥凿岩孔的深度优势。

Description

一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构及爆破方法
技术领域
本发明涉及小断面巷道的爆破掘进技术，具体涉及一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构及爆破方法，属于矿山爆破技术领域。
背景技术
地下金属矿山开采过程中常常需要完成大量的巷道掘进工作。目前主要的掘进方法为钻爆法，主要施工工艺包括：凿岩、装药爆破、装岩、运输和支护等五大工序。巷道掘进速度的提高能够有效缩短矿山基建期、有效减少生产期采掘人员，在保证生产安全的前提下有效降低生产成本。从现场实践经验看，影响巷道掘进速度的主要因素包括：作业面岩石爆破不下来、爆破效率低、凿岩设备机械化程度低等。近年来，一些工程技术人员从合理选择掏槽眼方式、确定合理的装药量和装药结构、安全合适的起爆顺序、提高炮眼的封堵质量和精心施工角度开展了研究，取得了一定的成果，在一定程度上提高了掘进速度。此外，巷道掘进所用的凿岩设备也从手持式凿岩设备发展到高效的凿岩台车，进一步提高了炮孔施工速度和一次炮孔打眼深度。
然而，在巷道断面相对较小的巷道掘进过程中，虽然加大了炮孔深度，但一次爆破后，炮孔利用率偏低，残留炮孔长度过大，不仅没有充分发挥凿岩台车掘进打眼速度快的优势，在没有提高掘进进尺的同时，还造成了炮孔的大量浪费，增加了残孔处理时间，降低了巷道掘进速度。在现有技术中，对于小断面巷道掘进采用与巷道断面匹配的浅孔凿岩，凿岩设备常采用7655、YT28气腿式凿岩机，进尺控制在1.8m-2.0m，基本不采用凿岩台车；或者当采用凿岩台车时，控制凿岩深度不宜大于2.5m；因而不能充分发挥凿岩孔的深度优势。由此，如何解决小断面大进尺掘进过程中炮孔利用率低、残孔高的矛盾，是金属矿山巷道掘进领域亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构。该布置结构包括设置在巷道断面中心位置的中心空孔，以及围绕所述中心空孔依次布置的多个炮孔，且多个炮孔与中心空孔的距离依次增大。采用本发明掏槽孔布置结构，孔深可不受巷道断面限制，与凿岩台车炮孔深度充分匹配，从而能够进行较深的炮孔爆破，大大提高了巷道掘进的进尺、炮孔利用率，有效降低巷道掘进成本。
基于上述掏槽孔布置结构，本发明还提出了一种小断面大进尺巷道掏槽孔爆破方法。该爆破方法严格按照各炮孔的布置顺序，依次起爆，最后再将中心空孔起爆。采用本发明爆破方法能够为爆破掏槽孔提供更多的自由空间，提高炮孔利用率，达到优化爆破效果的目的。
根据本发明的第一种实施方案，提供一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构。
一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构，该布置结构包括设置在巷道断面中心位置的中心空孔，以及围绕所述中心空孔依次布置的多个炮孔。按照炮孔的布置顺序，所述多个炮孔各自与中心空孔的距离依次增大。
在本发明中，该布置结构包括围绕中心空孔依次布置的4个炮孔。所述4个炮孔分别为第一炮孔、第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔。其中，第一炮孔与第三炮孔相对设置，第二炮孔与第四炮孔相对设置。第一炮孔与中心空孔的距离＜第二炮孔与中心空孔的距离＜第三炮孔与中心空孔的距离＜第四炮孔与中心空孔的距离。
作为优选，该布置结构还包括设置在相邻炮孔之间的空孔。其中，第一空孔设置在第一炮孔与第二炮孔的连线中点位置。第二空孔设置在第二炮孔与第三炮孔的连线中点位置。
在本发明中，中心空孔与各空孔的深度相同，各炮孔的深度相同。其中，中心空孔与各空孔的深度大于各炮孔的深度。优选，中心空孔与各空孔的深度较各炮孔的深度加深h，h为300～600mm，优选为400～500mm。
在本发明中，中心空孔、各炮孔和各空孔的直径均为d，mm。第一炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离为L1，mm。第一炮孔的孔中心与中心空孔的孔中心之间的距离为Z1，mm。其中，0.768d≤L1≤1.708d-15.83。且Z1＝L1+d＝(1～1.8)d，即L1＝(0～0.8)d。
第二炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离为L2，mm。第二炮孔的孔中心与中心空孔的孔中心之间的距离为Z2，mm。其中，1.708d-15.83≤L2≤2.114d。且Z2＝L2+d＝(2～3.5)d，即L2＝(1～2.5)d。
第三炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离为L3，mm。第三炮孔的孔中心与中心空孔的孔中心之间的距离为Z3，mm。其中，L3≥2.114d。且Z3＝L3+d＝(3～4.5)d，即L3＝(2～3.5)d。
第四炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离为L4，mm。第四炮孔的孔中心与中心空孔的孔中心之间的距离为Z4，mm。其中，Z4＝L4+d＝(4.5～5.5)d，即L4＝(3.5～4.5)d。
作为优选，该布置结构还包括设置在第三炮孔与第四炮孔连线中点的第三空孔。
作为优选，该布置结构还包括设置在第四炮孔与第一炮孔连线中点的第四空孔。
根据本发明的第二种实施方案，提供一种小断面大进尺巷道掏槽孔爆破方法。
一种小断面大进尺巷道掏槽孔爆破方法或使用第一种实施方案中所述的掏槽孔布置结构进行爆破的方法，该方法包括以下步骤：
1)布置中心空孔和炮孔：使用凿岩台车在巷道断面的中心位置钻凿中心空孔，并围绕中心空孔依次钻凿第一炮孔、第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔。
2)布置空孔：在第一炮孔与第二炮孔的连线中点位置钻凿第一空孔。在第二炮孔与第三炮孔的连线中点位置钻凿第二空孔。中心空孔与各空孔的深度较各炮孔的深度加深h。
3)装药：第一炮孔、第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔均为全孔装填炸药。中心空孔内较炮孔加深的深度h中装填炸药，即中心空孔内与炮孔平齐的深度不装药。第一空孔和第二空孔均不装药。
4)起爆：按照第一炮孔、第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔、中心空孔的顺序依次起爆。
在本发明中，步骤2)中还包括对空孔数量进行校验的步骤，具体包括以下子步骤：
①计算依次布置的4个炮孔围成的岩石面积S1，mm2：
按照炮孔的布置顺序，第一炮孔至第四炮孔围成的岩石面积S1＝0.5×(L1+L3+3d)×(L2+L4+3d)。
②计算中心空孔与各空孔的面积之和S2，mm2：
中心空孔、第一空孔、第二空孔的面积之和S2＝3×π(0.5d)2＝2.355d2。
③通过比较(S1-S2)×(k-1)与S2的大小进行校验：
若(S1-S2)×(k-1)＜S2，则表示校验成功。此时空孔数量为2个，即包括第一空孔和第二空孔。继续进行步骤3)-4)。
式中：d为中心空孔、炮孔、空孔的直径，mm。L1为第一炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm。L2为第二炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm。L3为第三炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm。L4为第四炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm。k为岩石的松散系数，可通过掏槽孔爆破后测试松散后体积与实方体积之比确定，例如k的取值为1～2。
作为优选，在子步骤③中，若(S1-S2)×(k-1)≥S2，则表示校验失败。此时空孔数量不满足要求，需要增加空孔个数，即在第三炮孔与第四炮孔的连线中点位置布置第三空孔。
增加第三空孔后，重复子步骤①-③，比较(S1-S2)×(k-1)与S2的大小进行校验。若校验成功，则空孔数量为3个，即包括第一空孔、第二空孔和第三空孔。
若校验失败，则继续增加空孔个数，即在第四炮孔与第一炮孔的连线中点位置布置第四空孔。此时空孔包括第一空孔、第二空孔、第三空孔和第四空孔。
在本发明的步骤3)中，各炮孔从孔底往孔口方向装药，孔口采用炮泥堵塞。中心空孔内较炮孔加深的深度h中装填炸药和堵塞炮泥。其中，各炮孔与中心空孔中炮泥的堵塞长度a均为100～200mm。
作为优选，中心空孔、各炮孔和各空孔的直径d为35～45mm，优选为38～42mm。各炮孔的深度H为3.5～6m，优选为4～5.8m。中心空孔与各空孔的深度较各炮孔的深度加深h，h为300～600mm，优选为400～500mm。
针对现有技术中存在的小断面掘进时，普通装药爆破方法受到四面围岩大的夹制作用，较大的炮孔深度难以被爆破充分利用，导致掘进进尺较小、掘进速度慢、成本高，难以充分发挥凿岩台车掘进炮孔深度大的优势等问题，本发明提出了一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构。所述小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构包括设置在巷道断面中心位置(即巷道掘进工作面的中心)的中心空孔，以及围绕所述中心空孔依次布置的多个炮孔。按照炮孔的布置顺序，所述多个炮孔各自与中心空孔的距离依次增大。例如，本发明围绕中心空孔依次布置4个炮孔，即第一炮孔、第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔。其中，第一炮孔与中心空孔的距离＜第二炮孔与中心空孔的距离＜第三炮孔与中心空孔的距离＜第四炮孔与中心空孔的距离。本发明按照与中心空孔之间的距离由小到大布设炮孔，第一炮孔与中心空孔距离最近，自由面最小，爆破最难，炸药单耗最大；后续第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔与中心空孔的间距逐步拉大，炸药单耗逐步降低，自由面逐步增大，进而改善爆破效果。因而采用本发明掏槽孔布置结构进行优化爆破，能够提高炮孔利用率，突破传统小断面巷道掘进时爆破的深度限制，将掘进进尺提高至不受巷道断面大小的影响，从而能够与凿岩台车炮孔深度充分匹配，大大提高巷道掘进的进尺、巷道掘进速度，有效降低巷道掘进成本。
为了给爆破掏槽提供更多的自由空间，优化爆破效果，本发明在中心空孔和炮孔的基础上布设空孔。例如，在本发明中，空孔主要包括第一空孔和第二空孔。其中，第一空孔设置在第一炮孔与第二炮孔的连线中点位置。第二空孔设置在第二炮孔与第三炮孔的连线中点位置。空孔的增设，还能够克服炮孔爆破后在孔中存留被压实的岩碴，有利于将岩碴抛出巷道断面外。一般来说，岩石破碎后体积会发生膨胀，而膨胀部分的体积要小于空孔的总体积。基于此，本申请中所述的空孔数量还能按需进行调整，当设置第一空孔和第二空孔即能够满足上述要求，此时空孔数量即为2个，另外还包括中心空孔。当布设2个空孔不能满足上述要求，此时可以按需增设第三空孔。所述第三空孔设置在第三炮孔与第四炮孔的连线中点位置。当布设3个空孔仍不能满足上述要求，此时需要增设第四空孔。所述第四空孔设置在第四炮孔与第一炮孔的连线中点位置。
在本发明中，中心空孔与各空孔的深度相同，各炮孔的深度相同。而为了进一步给爆破掏槽提供更多的自由空间，同时提高炮孔利用率，本申请将中心空孔与空孔布置的比炮孔深一些。例如，在本申请中，中心空孔与各空孔的深度较各炮孔的深度加深300～600mm，优选为400～500mm。而采用断面中心布置中心空孔，则更有利于爆破作用推力的平衡，当掏槽孔爆破后，能够更好地将破碎岩石有效抛出巷道断面外。
在本发明中，根据掘进凿岩台车配置钻机型号、掘进技术要求等确定掘进炮孔直径d，mm。d的取值范围为35～45mm，优选为38～42mm。其中，中心空孔、各空孔和各炮孔的直径可以按需进行设计，即三者的直径大小可以相同，也可以不相同。为了便于施工，中心空孔、各空孔和各炮孔可以取同样的直径大小，即中心空孔、各炮孔及各空孔的直径均为d，mm。第一炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离为L1，mm。第一炮孔的孔中心与中心空孔的孔中心之间的距离为Z1，mm。根据各炮孔与中心空孔之间的距离经验关系，首先选用抛掷区公式0.768d≤L1≤1.708d-15.83计算L1的值，同时采用第一炮孔与中心空孔的孔中心间距Z1＝L1+d＝(1～1.8)d进行校验，从而确定第一炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离L1的取值范围。第二炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离为L2，mm。第二炮孔的孔中心与中心空孔的孔中心之间的距离为Z2，mm。选用破碎区公式1.708d-15.83≤L2≤2.114d计算L2的值，同时采用第二炮孔与中心空孔的孔中心间距Z2＝L2+d＝(2～3.5)d进行校验，从而确定第二炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离L2的取值范围。第三炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离为L3，mm。第三炮孔的孔中心与中心空孔的孔中心之间的距离为Z3，mm。选用塑性变形区公式L3≥2.114d计算L3的值，同时采用第三炮孔与中心空孔的孔中心间距Z3＝L3+d＝(3～4.5)d进行校验，从而确定第三炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离L3的取值范围。第四炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离为L4，mm。第四炮孔的孔中心与中心空孔的孔中心之间的距离为Z4，mm。按照第四炮孔与中心空孔两孔的孔中心间距Z4＝L4+d＝(4.5～5.5)d计算L4的值，进而确定L4的取值范围。对于各炮孔与中心空孔的距离，本发明均设定了明确的间距范围。如果各炮孔与中心空孔的间距小于上述区间将会造成岩石过度粉碎，炸药过度消耗，掏槽成本过高；反之，如果各炮孔与中心空孔的间距大于上述区间将会形成大块岩石或爆破不下来，使得掏槽失败，从而不能给后续爆破提供自由面。
基于前述小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构，本发明还提出了一种小断面大进尺巷道掏槽孔爆破方法。所述爆破方法主要包括布置中心空孔和炮孔、布置空孔、装药、起爆等步骤。首先，根据掘进凿岩台车配置钻机型号、掘进技术要求等确定掘进炮孔直径d(例如d为38～42mm)，中心空孔与空孔的直径也为d；然后根据凿岩台车凿岩高效区间、技术需求选择炮孔深度H(例如H为4～6m)，中心空孔与空孔比炮孔加深h(例如h为400～500mm)。本发明中掏槽孔深度由凿岩设备可以钻凿的最大深度来确定，通常技术条件下钻孔太深将无法爆破，故而本申请的优势是钻孔深度可不受设备要求，该技术可以为大深度的凿岩机的开发与应用提供可能。
确定钻孔直径和深度后，使用凿岩台车按照设定参数进行钻凿工作。凿岩台车根据前述掏槽孔布置结构在巷道断面中心位置布设中心空孔，然后围绕中心空孔依次布设4个炮孔，即第一炮孔、第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔，而后在第一炮孔与第二炮孔的连线中点位置布设第一空孔，在第二炮孔与第三炮孔的连线中点位置布设第二空孔。待中心空孔、各炮孔和各空孔布设完毕，开始装填炸药。其中，第一炮孔、第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔均为全孔装药，装药线密度为0.6kg/m。各炮孔从孔底往孔口方向装药，孔口采用炮泥堵塞，各炮孔中炮泥的堵塞长度a为100～200mm。中心空孔内较炮孔加深的深度h中装填炸药和堵塞炮泥，即中心空孔内与炮孔平齐的深度位置不装药，中心空孔中炮泥的堵塞长度a为100～200mm(当h为400～500mm时，即中心空孔的装药长度为200～400mm，例如300mm)。本申请将中心空孔与各炮孔的炸药装填深度位置错开，能够给爆破掏槽提供更多的自由空间，同时提高炮孔利用率。而且，本申请将中心空孔布置在巷道断面的中心位置，并在中心空孔的孔底深度位置装填部分炸药，更有利于爆破作用推力的平衡，故而当掏槽孔爆破后，能够将破碎岩石有效抛出巷道断面外。
装药完成后，按照第一炮孔、第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔、中心空孔的顺序依次起爆。在本申请中，起爆顺序必须严格按照该拟定顺序进行，即按照与中心空孔的距离由小到大依次起爆，第一炮孔距离中心空孔最近，自由面最小，爆破最难，炸药单耗最大；后续第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔各自与中心空孔的间距逐步拉大，炸药单耗逐步降低，自由面逐步增大。因而，按照该拟定顺序进行起爆，爆破效果也会越来越好，若起爆顺序出错甚至顺序弄反，则会因为缺乏自由空间而导致爆破挤死，爆破效率大大降低。
作为优选方案，基于掏槽爆破后破碎岩石被推出的难易程度和炸药消耗程度的角度考虑，本发明所述爆破方法在布置空孔这一步骤中，还包括对空孔的设置数量进行校验的步骤，即在保证爆破效果的同时，还能够避免空孔设置过密，使得掏槽成本过高。一般来说，岩石破碎后体积会发生膨胀，而膨胀部分的体积要小于空孔的总体积(其中，空孔的总体积包括中心空孔和各空孔的体积)。因而，校验的原理即通过比较岩石破碎后膨胀部分的体积(S1-S2)×(k-1)与空孔总体积S2的大小，若(S1-S2)×(k-1)＜S2，则表示校验成功，此时的空孔设置数量满足要求，继续进行后续的装药和起爆步骤。若(S1-S2)×(k-1)≥S2，则表示校验不成功，此时的空孔设置数量不满足要求，需要增加空孔数量(即在第一空孔和第二空孔的基础上增设第三空孔，第三空孔布置在第三炮孔与第四炮孔的连线中点位置)。增加第三空孔后，再次对空孔设置数量进行校验，同样的，此时若(S1-S2)×(k-1)＜S2，则表示校验成功；若(S1-S2)×(k-1)≥S2，则表示校验不成功，仍然需要增加空孔数量(即在第一空孔、第二空孔、第三空孔的基础上增设第四空孔，第四空孔布置在第四炮孔与第一炮孔的连线中点位置)。在前述校验公式中，k为岩石的松散系数，可通过掏槽孔爆破后测试松散后体积与实方体积之比确定，例如k的取值为1～2，例如，当岩石为风化类岩石，此时岩石的松散系数k为1.3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明按照与中心空孔的距离由小到大布设炮孔，各炮孔与中心空孔的间距逐步拉大，自由面逐步增大，因而采用本发明掏槽孔布置结构进行爆破，能够给爆破掏槽提供更多的自由空间，提高炮孔利用率，优化爆破效果，进而突破传统小断面巷道掘进时爆破的深度限制，将掘进进尺提高至不受巷道断面大小的影响，充分发挥凿岩孔的深度优势。
2、为了进一步给爆破掏槽提供更多的自由空间，优化爆破效果，本发明在中心空孔和炮孔的基础上布设空孔；而且，本发明中心空孔与空孔的深度大于炮孔的深度，有利于提高炮孔利用率，还能够克服炮孔爆破后在孔中存留被压实的岩碴，有利于将岩碴抛出巷道断面外。
3、为保证爆破效率及爆破效果，本发明明确设定了各炮孔与中心空孔的间距范围。若各炮孔与中心空孔的间距小于设定区间将会造成岩石过度粉碎，炸药过度消耗，掏槽成本过高；反之，若各炮孔与中心空孔的间距大于设定区间将会形成大块岩石或爆破不下来，使得掏槽失败，从而不能给后续爆破提供自由面。
4、本发明按照第一炮孔、第二炮孔、第三炮孔、第四炮孔、中心空孔的顺序依次起爆，即起爆过程中各炮孔与中心空孔的间距逐步拉大，炸药单耗逐步降低，自由面逐步增大，因而按照该拟定顺序进行起爆，能够给爆破掏槽提供较多的自由空间，大大提高炮孔利用率，爆破效果也越来越好。
5、基于掏槽爆破后破碎岩石被推出的难易程度和炸药消耗程度的角度考虑，本发明提出校验公式对空孔的设置数量进行校验，在保证爆破效果的同时，还能够避免空孔设置过密，使得掏槽成本过高。
6、采用本发明结构及方法进行爆破，突破了传统掘进时一次爆破的深度限制，将掘进进尺提高至不受巷道断面大小的影响，从而能够与凿岩台车炮孔深度充分匹配，大大提高巷道掘进的进尺、巷道掘进速度，有效降低巷道掘进成本。即本发明中掏槽孔深度由凿岩设备可以钻凿的最大深度来确定，通常技术条件下钻孔太深将无法爆破，故而本申请的优势是钻孔深度可不受设备要求，本申请技术可以为大深度的凿岩机的开发与应用提供可能。
附图说明
图1为本发明一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构示意图；
图2为本发明中炮孔内部装填炸药示意图。
附图标记：
1：中心空孔；2：炮孔；201：第一炮孔；202：第二炮孔；203：第三炮孔；204：第四炮孔；3：空孔；301：第一空孔；302：第二空孔。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案进行举例说明，本发明请求保护的范围包括但不限于以下实施例。
根据本发明的第一种实施方案，提供一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构。
一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构，该布置结构包括设置在巷道断面中心位置的中心空孔1，以及围绕所述中心空孔1依次布置的多个炮孔2。按照炮孔2的布置顺序，所述多个炮孔2各自与中心空孔1的距离依次增大。
在本发明中，该布置结构包括围绕中心空孔1依次布置的4个炮孔2。所述4个炮孔2分别为第一炮孔201、第二炮孔202、第三炮孔203、第四炮孔204。其中，第一炮孔201与第三炮孔203相对设置，第二炮孔202与第四炮孔204相对设置。第一炮孔201与中心空孔1的距离＜第二炮孔202与中心空孔1的距离＜第三炮孔203与中心空孔1的距离＜第四炮孔204与中心空孔1的距离。
作为优选，该布置结构还包括设置在相邻炮孔2之间的空孔3。其中，第一空孔301设置在第一炮孔201与第二炮孔202的连线中点位置。第二空孔302设置在第二炮孔202与第三炮孔203的连线中点位置。
在本发明中，中心空孔1与各空孔3的深度相同，各炮孔2的深度相同。其中，中心空孔1与各空孔3的深度大于各炮孔2的深度。优选，中心空孔1与各空孔3的深度较各炮孔2的深度加深h，h为300～600mm，优选为400～500mm。
在本发明中，中心空孔1、各炮孔2和各空孔3的直径均为d，mm。第一炮孔201的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L1，mm。第一炮孔201的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z1，mm。其中，0.768d≤L1≤1.708d-15.83。且Z1＝L1+d＝(1～1.8)d，即L1＝(0～0.8)d。
第二炮孔202的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L2，mm。第二炮孔202的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z2，mm。其中，1.708d-15.83≤L2≤2.114d。且Z2＝L2+d＝(2～3.5)d，即L2＝(1～2.5)d。
第三炮孔203的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L3，mm。第三炮孔203的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z3，mm。其中，L3≥2.114d。且Z3＝L3+d＝(3～4.5)d，即L3＝(2～3.5)d。
第四炮孔204的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L4，mm。第四炮孔204的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z4，mm。其中，Z4＝L4+d＝(4.5～5.5)d，即L4＝(3.5～4.5)d。
作为优选，该布置结构还包括设置在第三炮孔203与第四炮孔204连线中点的第三空孔。
作为优选，该布置结构还包括设置在第四炮孔204与第一炮孔201连线中点的第四空孔。
实施例1
如图1所示，一种小断面大进尺巷道掏槽孔布置结构，该布置结构包括设置在巷道断面中心位置的中心空孔1，以及围绕所述中心空孔1依次布置的4个炮孔2。所述4个炮孔2分别为第一炮孔201、第二炮孔202、第三炮孔203、第四炮孔204。其中，第一炮孔201与第三炮孔203相对设置，第二炮孔202与第四炮孔204相对设置。第一炮孔201与中心空孔1的距离＜第二炮孔202与中心空孔1的距离＜第三炮孔203与中心空孔1的距离＜第四炮孔204与中心空孔1的距离。
实施例2
重复实施例1，只是该布置结构还包括设置在相邻炮孔2之间的空孔3。其中，第一空孔301设置在第一炮孔201与第二炮孔202的连线中点位置。第二空孔302设置在第二炮孔202与第三炮孔203的连线中点位置。
实施例3
如图2所示，重复实施例2，只是中心空孔1与各空孔3的深度相同，各炮孔2的深度相同。其中，中心空孔1与各空孔3的深度大于各炮孔2的深度。
实施例4
重复实施例3，中心空孔1与各空孔3的深度较各炮孔2的深度加深h，h＝400mm。
实施例5
重复实施例3，只是中心空孔1与各空孔3的深度较各炮孔2的深度加深h，h＝600mm。
实施例6
重复实施例3，只是中心空孔1与各空孔3的深度较各炮孔2的深度加深h，h＝450mm。
实施例7
重复实施例3，只是中心空孔1与各空孔3的深度较各炮孔2的深度加深h，h＝500mm。
实施例8
重复实施例6，只是中心空孔1、各炮孔2和各空孔3的直径均为d＝38mm。第一炮孔201的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L1，mm。第一炮孔201的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z1，mm。根据0.768d≤L1≤1.708d-15.83，Z1＝L1+d＝(1～1.8)d，确定L1＝30mm。
第二炮孔202的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L2，mm。第二炮孔202的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z2，mm。根据1.708d-15.83≤L2≤2.114d，Z2＝L2+d＝(2～3.5)d，确定L2＝60mm。
第三炮孔203的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L3，mm。第三炮孔203的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z3，mm。根据L3≥2.114d，Z3＝L3+d＝(3～4.5)d，确定L3＝81mm。
第四炮孔204的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L4，mm。第四炮孔204的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z4，mm。根据Z4＝L4+d＝(4.5～5.5)d，确定L4＝152mm。
实施例9
重复实施例7，只是中心空孔1、各炮孔2和各空孔3的直径均为d＝45mm。第一炮孔201的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L1，mm。第一炮孔201的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z1，mm。根据0.768d≤L1≤1.708d-15.83，Z1＝L1+d＝(1～1.8)d，确定L1＝35mm。
第二炮孔202的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L2，mm。第二炮孔202的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z2，mm。根据1.708d-15.83≤L2≤2.114d，Z2＝L2+d＝(2～3.5)d，确定L2＝90mm。
第三炮孔203的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L3，mm。第三炮孔203的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z3，mm。根据L3≥2.114d，Z3＝L3+d＝(3～4.5)d，确定L3＝135mm。
第四炮孔204的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离为L4，mm。第四炮孔204的孔中心与中心空孔1的孔中心之间的距离为Z4，mm。根据Z4＝L4+d＝(4.5～5.5)d，确定L4＝180mm。
实施例10
重复实施例9，只是该布置结构还包括设置在第三炮孔203与第四炮孔204连线中点的第三空孔。
实施例11
重复实施例10，只是该布置结构还包括设置在第四炮孔204与第一炮孔201连线中点的第四空孔。
实施例12
一种小断面大进尺巷道掏槽孔爆破方法，该方法包括以下步骤：
1)布置中心空孔和炮孔：使用凿岩台车在巷道断面的中心位置钻凿中心空孔1，并围绕中心空孔1依次钻凿第一炮孔201、第二炮孔202、第三炮孔203、第四炮孔204。
2)布置空孔：在第一炮孔201与第二炮孔202的连线中点位置钻凿第一空孔301。在第二炮孔202与第三炮孔203的连线中点位置钻凿第二空孔302。中心空孔1与各空孔3的深度较各炮孔2的深度加深h。
3)装药：第一炮孔201、第二炮孔202、第三炮孔203、第四炮孔204均为全孔装填炸药。中心空孔1内较炮孔2加深的深度h中装填炸药，即中心空孔1内与炮孔2平齐的深度不装药。第一空孔301和第二空孔302均不装药。
4)起爆：按照第一炮孔201、第二炮孔202、第三炮孔203、第四炮孔204、中心空孔1的顺序依次起爆。
实施例13
重复实施例12，只是步骤2)中还包括对空孔3数量进行校验的步骤，具体包括以下子步骤：
①计算依次布置的4个炮孔2围成的岩石面积S1，mm2：
按照炮孔2的布置顺序，第一炮孔201至第四炮孔204围成的岩石面积S1＝0.5×(L1+L3+3d)×(L2+L4+3d)。
②计算中心空孔1与各空孔3的面积之和S2，mm2：
中心空孔1、第一空孔301、第二空孔302的面积之和S2＝3×π(0.5d)2＝2.355d2。
③通过比较(S1-S2)×(k-1)与S2的大小进行校验：
若(S1-S2)×(k-1)＜S2，则表示校验成功。此时空孔3数量为2个，即包括第一空孔301和第二空孔302。继续进行步骤3)-4)。
式中：d为中心空孔、炮孔、空孔的直径，mm。L1为第一炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm。L2为第二炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm。L3为第三炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm。L4为第四炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm。k为岩石的松散系数，k＝1.3。
实施例14
重复实施例13，只是在子步骤③中，若(S1-S2)×(k-1)≥S2，则表示校验失败。此时空孔3数量不满足要求，需要增加空孔3个数，即在第三炮孔203与第四炮孔204的连线中点位置布置第三空孔。
增加第三空孔后，重复子步骤①-③，比较(S1-S2)×(k-1)与S2的大小进行校验。若校验成功，则空孔3数量为3个，即包括第一空孔301、第二空孔302和第三空孔。
若校验失败，则继续增加空孔3个数，即在第四炮孔204与第一炮孔201的连线中点位置布置第四空孔。此时空孔3包括第一空孔301、第二空孔302、第三空孔和第四空孔。
实施例15
重复实施例14，只是在步骤3)中，各炮孔2从孔底往孔口方向装药，孔口采用炮泥堵塞。中心空孔1内较炮孔2加深的深度h中装填炸药和堵塞炮泥。
实施例16
重复实施例15，只是各炮孔2与中心空孔1中炮泥的堵塞长度a均为200mm。中心空孔1、各炮孔2和各空孔3的直径d为42mm。各炮孔2的深度H为6m。中心空孔1与各空孔3的深度较各炮孔2的深度加深h，h＝550mm。
实施例17
重复实施例15，只是各炮孔2与中心空孔1中炮泥的堵塞长度a均为100mm。中心空孔1、各炮孔2和各空孔3的直径d为35mm。各炮孔2的深度H为4m。中心空孔1与各空孔3的深度较各炮孔2的深度加深420mm。
实施例18
重复实施例15，只是各炮孔2与中心空孔1中炮泥的堵塞长度a均为160mm。中心空孔1、各炮孔2和各空孔3的直径d为38mm。各炮孔2的深度H为4.8m。中心空孔1与各空孔3的深度较各炮孔2的深度加深470mm。
应用实施例1
一种小断面大进尺巷道掏槽孔爆破方法，该方法包括以下步骤：
1)布置中心空孔和炮孔：使用凿岩台车在巷道断面的中心位置钻凿中心空孔1，并围绕中心空孔1依次钻凿第一炮孔201、第二炮孔202、第三炮孔203、第四炮孔204。
2)布置空孔：在第一炮孔201与第二炮孔202的连线中点位置钻凿第一空孔301。在第二炮孔202与第三炮孔203的连线中点位置钻凿第二空孔302。
其中，中心空孔1、炮孔2、空孔3的直径d＝38mm。第一炮孔201的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离L1＝30mm。第二炮孔202的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离L2＝60mm。第三炮孔203的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离L3＝81mm。第四炮孔204的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离L4＝152mm。
各炮孔2的深度H为5m。中心空孔1与各空孔3的深度较各炮孔2的深度加深h，h＝450mm。
3)装药：第一炮孔201、第二炮孔202、第三炮孔203、第四炮孔204均为全孔装填炸药。中心空孔1内较炮孔2加深的深度h中装填炸药，即中心空孔1内与炮孔2平齐的深度不装药。第一空孔301和第二空孔302均不装药。
其中，各炮孔2从孔底往孔口方向装药，孔口采用炮泥堵塞。中心空孔1内较炮孔2加深的深度h中装填炸药和堵塞炮泥。各炮孔2与中心空孔1中炮泥的堵塞长度a均为150mm。
4)起爆：按照第一炮孔201、第二炮孔202、第三炮孔203、第四炮孔204、中心空孔1的顺序依次起爆。
其中，步骤2)中还包括对空孔3数量进行校验的步骤，具体包括以下子步骤：
①计算依次布置的4个炮孔2围成的岩石面积S1，mm2：
按照炮孔2的布置顺序，第一炮孔201至第四炮孔204围成的岩石面积S1＝0.5×(L1+L3+3d)×(L2+L4+3d)＝36675mm2。
②计算中心空孔1与各空孔3的面积之和S2，mm2：
中心空孔1、第一空孔301、第二空孔302的面积之和S2＝3×π(0.5d)2＝2.355d2＝3400.62mm2。
③通过比较(S1-S2)×(k-1)与S2的大小进行校验：
经过计算，(S1-S2)×(k-1)＝3327.44mm2，由此，(S1-S2)×(k-1)＜S2，即表示校验成功。此时空孔3包括第一空孔301和第二空孔302。继续进行步骤3)-4)。
式中：k为岩石的松散系数，k＝1.1。
应用实施例2
重复应用实施例1，只是中心空孔1、炮孔2、空孔3的直径d＝42mm。第一炮孔201的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离L1＝33mm。第二炮孔202的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离L2＝84mm。第三炮孔203的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离L3＝126mm。第四炮孔204的孔壁与中心空孔1的孔壁之间的距离L4＝168mm。
步骤2)中还包括对空孔3数量进行校验的步骤，具体包括以下子步骤：
①计算依次布置的4个炮孔2围成的岩石面积S1，mm2：
按照炮孔2的布置顺序，第一炮孔201至第四炮孔204围成的岩石面积S1＝0.5×(L1+L3+3d)×(L2+L4+3d)＝53865mm2。
②计算中心空孔1与各空孔3的面积之和S2，mm2：
中心空孔1、第一空孔301、第二空孔302的面积之和S2＝3×π(0.5d)2＝2.355d2＝4154.22mm2。
③通过比较(S1-S2)×(k-1)与S2的大小进行校验：
经过计算，(S1-S2)×(k-1)＝4971.08mm2，由此，(S1-S2)×(k-1)＞S2，即表示校验失败。此时空孔3的设置数量不满足要求，需要增加空孔3的个数，即在第三炮孔203与第四炮孔204的连线中点位置布置第三空孔。
增加第三空孔后，重复子步骤①-③进行校验，此时S2＝4×π(0.5d)2＝2.355d2＝5538.96mm2，(S1-S2)×(k-1)＝4832.60mm2，即得到(S1-S2)×(k-1)＜S2，表示校验成功。此时空孔3的设置数量满足要求，空孔3包括第一空孔301、第二空孔302和第三空孔。继续进行步骤3)-4)。
式中：k为岩石的松散系数，k＝1.1。
在应用实施例1中，凿岩台车的凿岩深度达到5m，掘进进尺达到4.6m，炮孔利用率达到92％，爆破效率达到92％；在应用实施例2中，凿岩台车的凿岩深度达到5m，掘进进尺达到4.75m，炮孔利用率达到95％，爆破效率达到93％。显然，采用本发明所述结构及方法进行爆破，能够有效提高炮孔利用率，充分发挥凿岩孔的深度优势，提高小断面巷道掘进的进尺，提高巷道掘进的速度，降低掘进成本。

Claims (9)

1.一种小断面大进尺巷道掏槽孔爆破方法，该方法包括以下步骤：
1)布置中心空孔和炮孔：使用凿岩台车在巷道断面的中心位置钻凿中心空孔(1)，并围绕中心空孔(1)依次钻凿第一炮孔(201)、第二炮孔(202)、第三炮孔(203)、第四炮孔(204)；
2)布置空孔：在第一炮孔(201)与第二炮孔(202)的连线中点位置钻凿第一空孔(301)；在第二炮孔(202)与第三炮孔(203)的连线中点位置钻凿第二空孔(302)；中心空孔(1)与各空孔(3)的深度较各炮孔(2)加深的深度h；
对空孔(3)数量进行校验的步骤，具体包括以下子步骤：
①计算依次布置的4个炮孔(2)围成的岩石面积S1，mm2：按照炮孔(2)的布置顺序，第一炮孔(201)至第四炮孔(204)围成的岩石面积S1＝0.5×(L1+L3+3d)×(L2+L4+3d)；
②计算中心空孔(1)与各空孔(3)的面积之和S2，mm2：中心空孔(1)、第一空孔(301)、第二空孔(302)的面积之和S2＝3×π(0.5d)2＝2.355d2；
③通过比较(S1-S2)×(k-1)与S2的大小进行校验：若(S1-S2)×(k-1)＜S2，则表示校验成功；此时空孔(3)数量为2个，即包括第一空孔(301)和第二空孔(302)；继续进行步骤3)-4)；若(S1-S2)×(k-1)≥S2，则表示校验失败；此时空孔(3)数量不满足要求，需要增加空孔(3)个数，即在第三炮孔(203)与第四炮孔(204)的连线中点位置布置第三空孔；
式中：d为中心空孔、炮孔、空孔的直径，mm；L1为第一炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm；L2为第二炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm；L3为第三炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm；L4为第四炮孔的孔壁与中心空孔的孔壁之间的距离，mm；k为岩石的松散系数；
3)装药：第一炮孔(201)、第二炮孔(202)、第三炮孔(203)、第四炮孔(204)均为全孔装填炸药；中心空孔(1)内较炮孔(2)加深的深度h中装填炸药，即中心空孔(1)内与炮孔(2)平齐的深度不装药；第一空孔(301)和第二空孔(302)均不装药；
4)起爆：按照第一炮孔(201)、第二炮孔(202)、第三炮孔(203)、第四炮孔(204)、中心空孔(1)的顺序依次起爆。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在子步骤③中，增加第三空孔后，重复子步骤①-③，比较(S1-S2)×(k-1)与S2的大小进行校验；若校验成功，则空孔(3)数量为3个，即包括第一空孔(301)、第二空孔(302)和第三空孔；
若校验失败，则继续增加空孔(3)个数，即在第四炮孔(204)与第一炮孔(201)的连线中点位置布置第四空孔；此时空孔(3)包括第一空孔(301)、第二空孔(302)、第三空孔和第四空孔。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在步骤3)中，各炮孔(2)从孔底往孔口方向装药，孔口采用炮泥堵塞；中心空孔(1)内较炮孔(2)加深的深度h中装填炸药和堵塞炮泥；其中，各炮孔(2)与中心空孔(1)中炮泥的堵塞长度a均为100～200mm。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：中心空孔(1)、各炮孔(2)和各空孔(3)的直径d均为35～45mm；各炮孔(2)的深度H为3.5～6m；中心空孔(1)与各空孔(3)的深度较各炮孔(2)加深的深度h均为300～600mm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：中心空孔(1)、各炮孔(2)和各空孔(3)的直径d均为38～42mm；各炮孔(2)的深度H为4～5.8m；中心空孔(1)与各空孔(3)的深度较各炮孔(2)加深的深度h均为400～500mm。
6.根据权利要求1-2、4-5中任一项所述的方法，其特征在于：第一炮孔(201)与第三炮孔(203)相对设置，第二炮孔(202)与第四炮孔(204)相对设置。
7.根据权利要求1-2、4-5中任一项所述的方法，其特征在于：第一炮孔(201)与中心空孔(1)的距离＜第二炮孔(202)与中心空孔(1)的距离＜第三炮孔(203)与中心空孔(1)的距离＜第四炮孔(204)与中心空孔(1)的距离。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：第一炮孔(201)与中心空孔(1)的距离＜第二炮孔(202)与中心空孔(1)的距离＜第三炮孔(203)与中心空孔(1)的距离＜第四炮孔(204)与中心空孔(1)的距离。
9.根据权利要求1-2、4-5、8中任一项所述的方法，其特征在于：第一炮孔(201)的孔中心与中心空孔(1)的孔中心之间的距离为Z1，mm；其中，0.768d≤L1≤1.708d-15.83；且Z1＝L1+d＝(1～1.8)d；
第二炮孔(202)的孔中心与中心空孔(1)的孔中心之间的距离为Z2，mm；其中，1.708d-15.83≤L2≤2.114d；且Z2＝L2+d＝(2～3.5)d；
第三炮孔(203)的孔中心与中心空孔(1)的孔中心之间的距离为Z3，mm；其中，L3≥2.114d；且Z3＝L3+d＝(3～4.5)d；
第四炮孔(204)的孔中心与中心空孔(1)的孔中心之间的距离为Z4，mm；其中，Z4＝L4+d＝(4.5～5.5)d。
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