第六章隧道钻爆法开挖施工技术(共9页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上第六章 隧道钻爆法开挖施工技术6.1 隧道爆破的基本概念隧道开挖爆破是单自由面条件下的岩石爆破，爆破条件往往是很差的，要求的爆破技术较高。特点是：爆破自由面少，一般只有一个自由面，而且是大致与炮眼方向垂直。炮眼数目与炸药消耗量多。隧道开挖爆破涉及的主要名词如下：掏槽、光面爆破、预裂爆破。循环进尺：一次开挖爆破的隧道进尺。炮眼间距：同一并排两相邻炮眼的中心距离。抵抗线：药包中心至自由面的最小距离。炮眼利用率：实际循环进尺与炮眼深度之比。掏槽眼：开挖断面中部偏下，最先起爆的炮眼。辅助眼：掏槽眼之外、周边眼之内的所有炮眼。周边眼：周边轮廓线上的炮眼。底板眼：隧道底边上的炮眼。炸药的敏感度。爆力和猛度。炸药爆炸的稳定性。6.2.1.1 全断面开挖法适用条件：岩石坚固性中等以上、裂隙节理不发育、围岩整体性较好、断面小于100M2。优点：可采用深孔爆破、空间大、通风容易、宜采用大型机械。6.2.1.2 台阶开挖法适用条件：岩石坚固性中等以下、裂隙节理发育、围岩整体性较差。台阶开挖法又分为：正台阶开挖法反（倒）台阶开挖法6.2.1.3 导洞开挖法导洞开挖法：根据主导洞位置分为上导洞、下导洞、侧导洞。6.2.2 影响开挖方法的因素一、地质条件二、洞室的断面面积三、洞室的支护形式四、装运条件五、施工队伍与设备条件6.3 隧道爆破技术工作面的炮眼根据不同的功能分为：（1）掏槽眼（又名掏心眼）（2）辅助眼（又名崩落眼） （3）周边眼。6.3.1 爆破参数隧道掘进爆破技术主要包括以下几个问题：正确确定爆破参数；选择合理的炮眼排列方式；采用有效的控制轮廓措施；解决施工操作中的安全问题。一、爆破参数的确定原则其主要标志应当是：炮眼利用率高，应在90%以上；巷道断面轮廓合乎规格，超欠挖量不大，对围岩破坏小；岩堆比较集中，岩块大小合适，有利于装岩运输；炮眼数目少，爆破材料消耗少。二、爆破参数爆破参数是指爆破工作中的主要技术指标。它包括：炸药消耗量、炮眼直径、炮眼深度、炮眼数目、炮眼利用率、最小抵抗线等。6.3.2 爆破参数的估算1、炸药消耗量的确定通常采用爆下1M3岩石所需炸药的公斤数作为指标，用符号q表示，叫做：单位炸药消耗量，单位为：kg/M3。也有的来用掘进每米巷道消耗多少炸药作为指标，单位为：kg/M。q值的大小与下列因素有关：岩石性质、巷道断面大小、炮眼深度和直径、炸药性质、掘进方向等。参考平巷炸药和雷管消耗定额P21，表3-2。从表中可以看到岩石性质、断面大小、掘进方向对q值的影响规律。还须根据本企业实际消耗、技术条件来综合确定。根据经验公式计算：见P20，3-1、3-2、3-3。6.3 隧道爆破技术2、孔炮眼数目的确定掘进工作面上所需的炮眼数目，显然是愈少愈好，即在能保证爆破效果的前提下，应当尽量减少炮眼数。炮眼数目过少，装药集中、爆破震动大。炮眼数目过多，凿岩（钻眼）时间增加，进度慢、成本高。确定炮眼数目的方法最主要的还是根据经验。因为影响确定炮眼数目的因素很多，如岩石性质、炸药威力、眼深与掘进时间的关系、巷道断面、自由面状况、炮眼深度、装药系数、装药方式等。这些因素中最重要的是岩性、巷道断面大小和装药条件三者。（1）也可以采用经验公式计算：P21，3-4。P22，3-5。（2）根据炸药定额一循环爆破岩石所需总装药量按下式计算：=qsl 式中q单位炸药消耗量，kg/m3；s巷道掘进断面面积m2；l炮眼的平均深度m；炮眼利用率，=l/l0l0一茬炮进尺，m。按炮眼实际装药总装药量用下式计算：=al/m 式中炮眼总数；a装药系数，为炮眼里的装药长度对眼长度之比，一段取0.50.7；m每个药卷的长度，m；每个药卷的质量，kg；两式相等得炮眼总数为=qsm/a（3）根据巷道断面积大小和岩石坚固性系数确定眼数。工作面上每单位面积所需的可用简单的经验公式求出式中 n单位面积所需要的炮眼数（个）；f岩石坚固性系数；S巷道断面积（米2）；N工作面上炮眼总数（个）。3、炮眼直径炮眼直径的大小直接影响到炮眼数目、单位炸药消耗量、凿岩工劳动生产率、井巷轮廓整齐性等。我国在浅眼爆破中多用直径为32mm的标准药包，与之相适应的炮眼直径为3842mm，炮眼开口部分直径可达4448mm。国外一些国家，由于采用轻型高频凿岩机，使用高威力高感度炸药，所以，多采用2434毫米的小直径钎头，取得高速掘进的效果。在我国，由于受下列两方面因素的限制，未能出现更小的炮眼直径。（1）我国低感度炸药的临界直径值不允许太小。（2）钎杆质量还不够高，直径过小时钎杆易断。为了管理方便，根据凿岩设备、技术和药包直径，确定炮眼直径，使规格单一化，以便制备钎头，使工作效率提高。6.3 隧道爆破技术4、炮眼深度合理确定炮眼深度，对于提高掘进速度和炮眼利用率、降低掘进成本都有重大影响。眼深一经确定，就同时决定了循环时间、每班循环次数等掘进工作组织参数。所以，实践中往往用调整炮眼深度来确保正规作业，加强技术管理和劳动组织，以提高掘进速度。国内外平巷掘进采用的眼深为1.23.5米。决定眼深的因素主要是工作组织、劳动力配备和凿岩设备机械化程度，尤其是设备问题是主要因素。5、炮眼间距与抵抗线炮眼间距与抵抗线的确定，是根据炮孔数量，结合开挖断面。采用不同的掏槽方式，结合辅助眼，周边眼眼距与抵抗线要求来确定。6.3.3 布孔技术将炮眼布置在工作面上，使之符合爆破效果要求，叫布孔技术，也称为炮眼排列。炮眼排列的方式很多，合理的炮眼排列方式应满足以下几个要求：1）炮眼利用率高，爆破效果好，材料消耗省；2）眼距合适（最小抵抗线恰当），不致带炮或挤死邻炮眼；3）巷道轮廓整齐，超欠挖量小，爆堆集中；4）便于凿岩操作。一、掏槽眼的布置掏槽眼的作用是增加第二个自由面、扩大自由面，它直接影响爆破效果。1）掏槽眼一般布置在开挖断面中部或偏下的位置。2）掏槽眼应比其他炮眼深1520cm，叫做超深。超深的作用是形成的自由面使其他炮眼利用率提高。一）小断面浅眼掏槽小断面浅眼掏槽：是指断面面积小于20m2，炮孔深度小于2.5m。1）尽量利用裂隙、软岩夹层等有利条件布置掏槽位置。2）根据掏槽眼与工作面的夹角，分为斜眼掏槽和直眼掏槽两大类。下面介绍掏槽眼布置的一些类型。（1）斜眼掏槽掏槽眼不是垂直工作面，而是与工作面斜交，使爆破后有一个向巷道方向的分力能使岩碴向空间方面抛出。此法使用的掏槽眼数少，有利于掏出槽子，但打眼不方便，掏槽深度受到限制，炮眼角度不易掌握。多用在工作面面积较大处。斜眼掏槽又有多种形式。掏槽形或的选择主要决定于巷道断面和地层条件。 斜眼掏槽的主要优点是：1、适用于任何岩石并能获得较好的掏槽效果；2、能将槽洞内破碎了的岩石全部或部分抛出，形成有效自由面，为崩落眼创造有利的破岩条件；3、槽眼位置和倾角的精确度对掏槽效果的影响较小。斜眼掏槽具有以下缺点：1、钻眼方向难以掌握，要求钻工具有较熟练的技术水平，掏槽型式和参数也全凭经验选择；2、当巷道断面和炮眼深度变化时，必须相应修改掏槽爆破的几何参数，不可能设计出适用于任何断面和炮眼深度的标准掏槽方式；3、掏槽深度受巷道断面的限制；4、全断面巷道爆破下岩石的抛掷距离较大，爆堆分散，因此，除给清道和装岩造成困难外，还容易崩坏支架和设备。（2）直眼掏槽掏槽眼垂直于工作面，深度不受巷道断面的限制。随着深眼爆破的发展，直眼掏槽的应用将愈来愈广泛。这种掏槽由于受到自由面限制，通常都有空眼（不装药的炮眼），用以增大自由面。1、直眼掏槽的特点2、布孔参数固定，适用于机械凿岩、循环进尺变化时，不需调整布孔参数，只需调整炮孔深度、炸药药量3、抛渣距离较小4、炮眼数量较多。5、炮孔精度要求较高，要求熟练的钻眼技术。（3）掏槽爆破减震技术掏槽爆破炸药药量一般较大，在软岩中，对围岩造成震动破坏较大。为了降低爆破震动对围岩造成的破坏，采用分多段爆破，增加炮孔数量，减少药量实施减震爆破。（4）掏槽形式的选择开挖断面大小、地质岩体条件、施工机械设备、钻眼爆破技术水平、开挖技术条件二）大断面中深眼掏槽（1）眼掏槽类型V型掏槽、扇形掏槽、大直径直眼掏槽6.3 隧道爆破技术三）全断面深眼掏槽爆破技术（1）岩石性质（2）空眼直径与数量（3）起爆眼与空眼的距离（4）炸药性能与药量（5）殉爆与瞎炮（6）管道效应（7）钻眼偏差（8）起爆顺序与时差（9）正向起爆与反向起爆6.3.4 光面爆破技术光面爆破简称光爆，是一种合理利用炸药能量的控制爆破技术。用光面爆破法开掘出来的井巷成形规整，符合设计的断面轮廓尺寸，岩壁无明显的爆震龟裂，保护了围岩的整体性，提高了围岩的稳定性与自承能力。（一）光爆的发展光面爆破在我国的发展，是随着我国推广应用锚喷支护而相应发展起来的。光爆是锚喷支护的重要前提和基础，光爆和锚喷的有机结合，构成了“光爆锚喷”新技术，这是我国锚喷支护技术的进一步发展。煤矿安全规程第四十一条规定：采用锚杆、锚喷等支护形式时，应遵守下列规定：（二）采用钻爆法掘进的岩石巷道，必须采用光面爆破。（二）光爆的类型1.按爆破时序分类（1）周边后裂法，又称修边法。（2）周边先裂法，又称预裂法。2.按爆破深度分类（1）浅孔光爆法。孔深不大于22.5m的简易光面爆破。（2）中深孔光爆法。孔深大于2.5m、小于56m的极限深度的深循环掘进光面爆破。（3）特深孔光爆法，又称超深光爆法。一次钻爆掘进深度可达6m以上的光面爆破。（三）光爆的标准原煤炭工业部在光爆锚喷试行规程中对光爆的标准规定了三项指标：（1）眼痕率不少于50。（2）超挖尺寸不得大于150mm，欠挖尺寸不得超过质量标准要求。在井巷施工验收规范中对欠挖标准规定如下：巷道高度：欠挖应小于30mm。巷道宽度：主要巷道欠挖应小于20mm；一般巷道应小于50mm。（3）岩面上不应有明显的炮震裂缝。（四）光爆的优点光爆与普通爆破相比，具有以下四方面的优点：（1）由于光爆巷道成形规整，消除围岩凸凹处的应力集中，最大限度地保持了围岩自身强度，从而增强了围岩自承能力，为锚喷支护提供了基础。（2）由于光爆大大地减少了掘进超挖量（一般普通爆破的超挖量为2030，而光爆的超挖量只有46），因此可减少材料（支护和炸药等）消耗，从而降低成本，加快掘进速度。（3）光爆可有效地减少对工作面围岩的破坏，使井巷围岩较为稳定，有利于施工和安全。同时也减少了井巷的维修量，降低了井巷的失修率。（4）光爆消除了围岩的凸凹不平，从而减少了通风阻力和瓦斯聚集，有利于安全。三、光爆原理（一）光爆的原理1.周边眼同时起爆原理2.以静压为主的光爆原理（二）实现光爆应采取的措施选用合适的炸药，控制装药量，合理选择装药结构，使爆破作用于炮孔壁岩石上的巨大压力衰减，就能够使岩石不受破坏或少受破坏。2.促进两炮眼间形成贯穿裂缝光爆炮眼的同时起爆，也是产生光滑的贯穿裂缝的关键。时差小于10ms的光爆效果最好。从大量实践经验看，时差1020ms也是可以，故应采用毫秒电雷管。3.防止两炮眼之间发生欠挖和超挖光面层的厚度（即最小抵抗线）与光爆炮眼间距之间要有一个合适的比例。这个比例叫做光爆炮眼的密集系数，即/ 式中炮眼密集系数；周边眼间距；最小抵抗线。当=0.81时才能获得较好的光爆效果。如果过大就会在两眼之间留下岩石残根形成欠挖，掘进断面出现凹凸不平。过小就会在两眼之间由于爆破而形成超挖。四、光爆参数（一）光爆炸药光爆炸药应具有的性能是：高爆力，低猛度，低爆速，低密度，起爆容易，传爆性能好，爆轰稳定，临界直径较小（便于制成小直径药卷作不耦合装药使用）。（二）雷管采用的雷管是6号或8号电雷管。（三）联线方式常用的联线方式有串联和串并联两种。 （四）炮眼间距与装药系数光爆参数的选择主要是对炮眼布置与装药量的合理选择。1.掏槽眼直眼掏槽的眼距一般等于破碎圈的直径，即为100250mm（硬岩取小值，软岩取大值）。掏槽眼的装药系数为6075（软岩取小值，硬岩取大值）。2.辅助眼（又称扩槽眼）辅助眼的个数为46个（软岩取小值，硬岩取大值）；辅助眼的间距一般为200350mm（硬岩取小值，软岩取大值），是掏槽眼距的两倍左右；装药系数为5060（软岩取小值，硬岩取大值）。 3.三圈眼一般双轨巷道（宽度3.54.5m）辅助眼以外布置三圈眼，其抵抗值略小于临界抵抗值，一般为600750mm（硬岩取小值，软岩取大值）。三圈眼的间距略大于抵抗值，一般为650800mm（硬岩取小值，软岩取大值）。即= 11.1。装药系数为4055（软岩取小值，硬岩取大值）。4.二圈眼（又称抵抗眼）三圈眼以外或单轨巷道（宽度3.5m以下）辅助眼以外布置二圈眼。二圈眼是确保光爆层厚度的重要参数。特别是松软围岩，应从二圈眼开始尽量减少装药量。一般有“二圈周边三比一”的规律，即二圈眼的装药量为周边眼装药量的3倍，约为150600g/m。其抵抗值为500600mm（硬岩取小值，软岩取大值）。二圈眼的间距略大于抵抗值，一般为550650mm（硬者取小值，软岩取大值）。5.周边眼周边眼一般布置在巷道轮廓线附近。硬岩可布置在轮廓线以外，与轮廓线外接；软岩可布置在轮廓线以里，与轮廓线外切。周边眼与围岩稳定性直接相关，因此其参数应严加控制。其抵抗值一般为400500mm（硬岩取小值，软岩取大值）。周边眼的间距为350450mm（与一般规律相反，软岩取小值，硬岩取大值）；软岩或裂隙发育处应加空心眼起导向作用，眼距缩为200300mm。炮眼密集系数，在硬岩中可取0.81.0；在软岩中可取0.60.7。周边眼的装药量随其间距与抵抗值的减小而尽量减少。装药量一般为：硬岩：150250g/m；中硬岩：100150g/m；软岩：50100g/m。不同岩石各种炮眼光爆参数表（五）装药结构装药结构对围岩的破坏影响较大，要取得较好的光爆效果，必须选择合理的装药结构。1.正向装药与反向装药2.不耦合装药不耦合系数=炮眼直径/药卷直径不耦合系数越大，周边眼留下半边眼痕越多，光爆效果越好。3.眼底集中空气柱装药（六）起爆光面爆破可采取全断面一次爆破和预留光面层的二次爆破。6.3.5 爆破设计一、爆破设计程序：准备阶段：图纸、基本条件、施工组织设计。设计阶段：开挖方案、循环进尺、爆破参数。二、设计内容爆破参数表炮眼布置图技术经济指标设计说明一）确定爆破参数：炸药消耗量 炮眼直径 炮眼深度 炮眼数目 炮眼利用率 最小抵抗线等。二）炮眼布置的方法：1）掏槽眼应比其他炮眼深1520厘米，叫做超深。超深的作用是使其他炮眼利用率提高；2）辅助眼与周边眼眼底应落在同一平面上，以保持掘进工作面的平整。眼距以0.40.8米为宜；3）周边眼口距巷道轮廓边缘1020厘米，以利凿岩机械操作，其方向应向巷道轮廓以外稍有偏斜，以保证断面轮廓不缩小；4）尽量利用裂隙、软岩夹层等有利条件布置掏槽位置。三）炮眼布置的顺序：通常所称“抓两头、顾中间”。1）首先，选择合理的掏槽形式，布置掏槽眼；2）然后布置周边眼，周边眼间距控制在500600mm；密集系数在1.01.2之间；3）在掏槽眼和周边眼之间均匀布置崩落眼；4）崩落眼眼间距控制在500700mm；四）各炮眼药量分配装药系数通常：掏槽眼0.60.7、辅助眼0.50.6、周边眼0.30.5。1）首先，计算炮眼平均药量，作为辅助眼的药量；2）然后确定掏槽眼的药量；3）最后确定周边眼的药量；五）绘制爆破图表六）爆破说明1）技术说明，保证爆破效果措施等；2）爆破安全、预防处理措施；3）预案；七）爆破说明书及爆破图表示例煤矿安全规程第三百一十七条规定：爆破作业必须编制爆破作业说明书，说明书必须符合下列要求：（一）炮眼布置图必须标明采煤工作面的高度和打眼范围或掘进工作面的巷道断面尺寸，炮眼的位置、个数、深度、角度及炮眼编号，并用正面图、平面图和剖面图表示。（二）炮眼说明表必须说明炮眼的名称、深度、角度，使用炸药、雷管的品种，装药量，封泥长度，连线方法和起爆顺序。（三）必须编入采掘作业规程，并及时修改补充。 爆破工必须依照说明书进行爆破作业。八）装药结构1、掏槽眼和崩落眼（辅助眼）装药结构2、周边眼的装药结构九、炮眼的堵塞将炮眼内装药后留下的空间用一定材料充填起来，这个工作叫做堵塞，或叫填塞，又叫充填。用炮泥封闭和不用炮泥比较试验，若使两种情况下的爆破效果相等，不堵塞的情况下炸药消耗量要增大1050倍。在无堵塞条件下往往反应不完全，产生毒气量大，炸药潜在能力发挥不足，可燃物不能充分氧化，也降低了炸药的爆能利用率。煤矿安全规程第三百二十八条规定，炮眼封泥应用水炮泥，水炮泥外剩余的炮眼部分，应用粘土炮泥封实。封泥长度应按煤矿安全规程执行。炮眼封泥也可用不燃性的、可塑性松散材料，如砂子、粘土和砂子的混合物等制成的粘土炮泥。严禁用煤粉、块状材料或其他可燃性材料作炮眼封泥。无封泥、封泥不足或不实的炮眼严禁爆破。 煤矿安全规程第三百二十九条规定，炮眼深度和炮眼的封泥长度，应符合下列要求：（1）炮眼深度小于0.6m时，不得装药、爆破。在特殊条件下，如挖底、刷帮、挑顶确需浅眼爆破，必须制订安全措施，报矿总工程师批准，可以小于0.6m，但必须封满炮泥。（2）炮眼深度为0.6m1m时，封泥长度不得小于炮眼深度的1/2。（3）炮眼深度超过1m时，封泥长度不得小于0.5m。（4）炮眼深度超过2.5m时，封泥长度不得小于1m。（5）光面爆破时，周边光爆炮眼应用炮泥封实，且封泥长度不得小于0.3m。（6）工作面有2个或2个以上自由面时，在煤层中最小抵抗线不得小于0.5m，在岩层中最小抵抗线不得小于0.3m，浅眼装药爆破大岩块时，最小抵抗线和封泥长度都不得小于0.3m。6.4 凿岩机械与工具6.4.1 凿岩机械钻眼机械按使用的动力不同可分为：气动凿岩机、电动凿岩机、液压和内燃凿岩机。按破岩机理可分为：冲击式、旋转式和旋转冲击式三类。井巷掘进在岩石上钻眼，主要采用冲击式气动凿岩机；在煤和软岩中钻眼则主要采用旋转式煤电钻。一、冲击式凿岩机械冲击式凿岩机械，按安设与推进方式可分为：手持式、气腿式、向上式和导轨式四种。 国产风动凿岩机的主要技术特征见P76表335。适用范围见P76表336。二、冲击式凿岩机破岩原理 三、电动凿岩机和液压凿岩机 （一）电动凿岩机（二）液压凿岩机液压凿岩机技术性能见P77，表3-37。四、提高凿岩效率的措施 1、合理选择和使用凿岩机2、保证气压3、合适的推力4、合理的炮眼直径和深度5、劳动组织6、快速排除故障6.4.2 冲击式凿岩工具冲击式钻眼工具，又称钎子。 一、钎头 (一)钎头的类型：钎头的形状较多，常用的有一字形和十字形。 (二)钎头结构与几何参数(1)刃角。即钎头两个刃面的夹角，一般为110°。(2)隙角。即钎头体两侧面的倾角。 (3)钎头直径。为保证药卷顺利装入炮眼，钎头直径一般为3843mm。(4)排粉沟和吹洗孔。排粉沟一般布置在钎头的顶部和侧面。吹洗孔可布置在钎头中心或两侧，以便吹洗岩粉。二、钎杆 三、钎尾和钎肩 6.4.3 旋转式钻眼工具三、钻眼工具：(一)钻头 (二)钻杆 四、影响钻眼速度的因素：(一)轴推力与钻速 (二)转数(三)轴推力与转数6.5 隧道钻爆法施工通风与防尘6.5.1 施工通风在施工中，为使工作面保持适当的温度、保证有足够的新鲜空气流过、并尽快排出放炮时所产生的有害气体和粉尘，以改善劳动条件，都必须进行机械通风。一、施工作业环境：P79。三、通风设施1、局部通风机轴流式局部通风机。2、风筒（刚性、柔性）材质：金属风筒、帆布风筒、胶质风筒、抗静电塑料风筒。直径：400600mm。五、通风管理1、风筒接头2、风筒吊挂平直3、风筒转弯缓慢4、维修、管理5、局部通风机管理6.5.2 综合防尘掘进岩石巷道时，在钻眼、爆破、装岩、运输等工作中，不可避免地要产生大量的岩石粉尘。煤矿安全规程739条规定：在工作面，若粉尘中含游离二氧化硅小于10%或大于10%时，都必须采用综合防尘措施将粉尘浓度分别降低到每立方米10毫克或2毫克以下。 综合防尘措施有：（1）湿式钻眼是综合防尘最主要的技术措施。（2）喷雾、洒水，对防尘和降尘都有良好的作用。（3）加强通风排尘工作。（4）加强个人防护工作。装渣与运输：出渣是施工中的辅助作业之一。出渣工作一般占整个循环工作的4060%，直接影响施工速度。出渣装运分为：有轨（轨道式）和无轨（轮式、履带式、皮带式）两类。见P87，表3-47。装渣与运输：出渣作业可分为：装渣、运输、卸渣三个环节。6.6.1 装渣在确认没有瞎炮、炮烟已被排除并清除了顶板边的浮石之后才进行装渣（装岩）。6.6.2 运输一、有轨运输方式：运输安全：P91。车辆、载重、安全距离、车辆距离等。二、无轨运输方式6.6.3 有轨运输调车一、调车器具（一）浮放道岔1、对称浮放道岔2、扣道式浮放道岔3、菱形浮放道岔（二）翻框式调车器二、调车工作：调车工作 调车场三、转载设备：1、胶带式转载机2、梭式矿车6.7 钻爆法开挖机械方案配套6.7.1 方案配套原则1高效快速掘进，降低综合成本，提高综合经济效果。2掘进、支护施工工序3凿岩（打眼）装药、放炮、装渣（装岩）、运输（调车）、卸渣（排矸）、支护（衬砌）等。分析个工序中影响速度的工序，提高效率，各工序之间配套。6.7 钻爆法开挖机械方案配套专心-专注-专业