《巷道破岩山科》PPT课件.ppt

1 井巷工程 第三章巷道破岩 3 1爆破破岩3 2掘进机破岩 2 3 1爆破破岩 3 1 1爆破破岩原理3 1 2炸药基本知识3 1 3炸药起爆知识3 1 4钻眼爆破技术3 1 5爆破事故的防治 3 1 自由面和最小抵抗线 如果将一个球形或立方体形炸药包 爆破上称之为集中药包 埋入岩石中 岩石与空气接触的表面称为自由面 药包中心到自由面的垂直距离W称为最小抵抗线 3 1爆破破岩3 1 1爆破破岩原理 4 2 爆破作用下的岩石破碎几种情况 当最小抵抗线W1很大时 自由面对爆破不产生影响 由药包中心向外依次形成粉碎区 裂隙区 震动区 爆破的破坏范围较小 5 当最小抵抗线W2逐渐减小 应力波在自由面处反射形成拉伸波 产生了由自由面向药包一层层剥落的拉伸破坏 拉断区 剥落的拉伸破坏 拉断区 当最小抵抗线W3再小一些 拉断区和裂隙区连接起来 通过爆生气体的做功 形成爆破漏斗 岩石只产生松动叫松动漏斗 图c 不但松动而且抛出岩石的叫抛掷漏斗 图d 山东科技大学资源与环境工程学院 6 通常把爆破漏斗半径r与最小抵抗线w的比值叫做爆破作用指数n 爆破作用指数r 爆破漏斗半径 w 最小抵抗线 当n 1时 形成标准抛掷漏斗 图c 1 n 3时 形成加强抛掷漏斗 图d 0 75 n 1时 形成减弱抛掷漏斗 图b n 0 75时 岩石只形成松动而不形成抛掷 叫做松动漏斗 图a n 0 75时 爆破漏斗不能形成 7 3 自由面数对爆破效果的影响 如果自由面不止一个 则应力波在各个方向都能形成反射 也都能形成由自由面向药包中心的拉断破坏区 因此增加自由面就可使炸落单位体积岩石的炸药消耗量降低 而且岩石的块度比较小而均匀 有些资料认为 两个自由面的炸药消耗量只是一个自由面的60 三个自由面可以降低到40 实际上由于其它因素影响 只接近这个数字 因此 在爆破工程实践中 使几个炮眼首先爆破 为后继炮眼的爆破创造附加的自由面 这种方法称之为掏槽 8 3 1 2炸药基本知识 一 炸药爆炸原理二 炸药的分类三 炸药的氧平衡和爆热四 炸药的爆轰五 炸药的猛度和爆力六 炸药的敏感度 山东科技大学资源与环境工程学院 9 爆炸 物质发生快速的物理或化学变化 瞬间放出大量能量 借助于系统原有气体或生成的气体的膨胀 对周围介质做功 使之发生巨大的破坏效应 同时可能伴随有声光热效应 爆炸现象可分为三类 物理爆炸 如锅炉爆炸等化学爆炸 如炸药爆炸等炸药爆炸的三个基本特征 原理 1 反应放出大量热 2 反应生成大量气体 3 反应过程必须高速进行 反应的快速性 核爆炸 山东科技大学资源与环境工程学院 炸药 在一定条件 能够发生快速的化学反应 放出能量 生成气体产物 显示爆炸效应的化合物或混合物 主要元素C H O N 爆炸过程的实质是H C被氧化的过程 O是炸药本身所含有 自带氧 3 1 2 1炸药爆炸原理 10 11 3 1 2 2炸药的分类 1 炸药按其组成成分分类1 单质炸药 单体炸药 如硝化甘油 梯恩梯 2 混合炸药硝酸铵类炸药 硝化甘油类炸药 2 炸药按其用途分类 起爆药雷汞 Hg CNO 2 叠氮化铅Pb N3 2 和二硝基重氮酚C6H2 NO2 2N2O等 2 猛炸药黑索金梯恩梯 3 发射药 火药 如黑火药 12 3 1 2 3炸药的氧平衡 1 炸药氧平衡的概念炸药氧平衡是表示炸药内含氧量与充分氧化可燃元素所需氧量之间的关系 通常用每克炸药不足或多余氧的克数来表示 2 单质炸药的分子式 通式 单质炸药的分子式可写成 a b c d分别代表一个炸药分子中碳 氢 氮 氧的原子个数 或一摩尔质量炸药中 碳 氢 氮 氧的克原子数 3 单质炸药氧平衡计算公式 山东科技大学资源与环境工程学院 CaHbNcOd 13 Kb 0时 正氧平衡 剩余的氧和N反应生成NO和N2O5等有害物质 吸热反应 氮氧化物还对瓦斯爆炸起催化作用 Kb 0时 负氧平衡 生成CO C H2 Kb 0时 零氧平衡 充分氧化 生成大量热 这时 C O2 CO2 395KJ mol 2H2 O2 2H2O 240 7KJ mol N N2 山东科技大学资源与环境工程学院 4 混合炸药的氧平衡计算混合炸药的氧平衡值按各组成成分的百分比与其氧平衡乘积之和计算 式中mi ki 第i种组分的百分比和氧平衡值 工业炸药中常用成分的氧平衡值见表3 1 14 表3 1工业主要常用成分的氧平衡值 15 例题 计算硝酸铵 NH4NO3 的氧平衡值 在铵油炸药中 硝酸铵和柴油混合物 加入4 的木粉做松散剂 按氧平衡配方 x 92 21克 y 3 79克 NH4NO3 92 2 柴油 3 8 木粉 4 设100g中 NH4NO3x克 柴油y克 解 查表3 1NH4NO3 0 2g g 柴油 3 42g g 木粉 1 37g g 山东科技大学资源与环境工程学院 16 3 1 2 4炸药的爆炸作用 炸药爆炸时形成的爆轰波和高温高压的爆轰产物对周围介质 例如岩石 产生的破坏作用 称为炸药的爆炸作用 以猛度与爆力 做功能力 来表示 1 炸药的猛度炸药的猛度是指炸药爆炸瞬间爆轰波和爆轰产物对邻近的局部固体介质的破碎能力 它反应的是炸药爆炸作用的动作用 炸药的猛度是用一定规格的铅柱被压缩的程度来表示 实验测定如下图所示 炸药爆炸后量出铅柱压缩前后的高度差 即炸药的猛度 H H1 H2 17 2 炸药的爆力 做功能力 炸药的爆力 做功能力 是指爆生气体在高温下膨胀做功破坏周围介质的能力 它反应的是炸药爆炸作用的静作用 常用铅铸扩孔法来衡量 如下图所示 铅铸扩孔法测定爆力 炸药爆炸后 孔眼扩大成梨形 可用量筒向内注水测得其容积 从中减去原孔眼体积 和雷管扩孔体积 即为炸药爆力数据 单位为mL 试验时标准温度为15 若试验时的温度不同于标准温室 扩孔值应进行修正 炸药爆力 做功能力 测定爆炸前的铅铸爆炸后的铅铸 V V1 V2 山东科技大学资源与环境工程学院 18 3 炸药的感度 炸药在外界起爆能的作用下 发生爆炸的难易程度 称为炸药的感度 热 敏 感度 加热感度 通常用爆发点来表示 用爆发点测定器 炸药温度升高后 自行加速分解 转为爆炸时的温度 称为爆发点 火焰感度 是炸药在明火 火焰 火星 作用下发生爆炸的难易程度 常以导火索燃烧时喷出的火焰点燃0 5g炸药试样的最大距离来表示 热安定度 炸药试样在75 C时加热48小时 称其质量失重的百分数 并与质量可靠的炸药失重的百分数进行对比 山东科技大学资源与环境工程学院 19 爆发点测定器1 合金浴锅 2 电热丝 3 隔热层 4 铜试管 5 温度计 山东科技大学资源与环境工程学院 5 20 机械感度 机械感度是炸药对冲击 摩擦 挤压 针刺等机械作用的敏感程度 其中最主要的是冲击感度 常以立式落锤仪测定 即以10kg落锤自25cm的高度自由下落 冲击位于砧子和冲杆之间的0 05g炸药试样 重复试验 25次 用25次实验中炸药试样发生爆炸的百分数表示该炸药的冲击感度 21 起爆 爆轰 感度 起爆感度是指炸药对别的炸药爆炸时所产生的爆轰波的敏感程度 单质炸药 通常用起爆它所需要的最小起爆药量来表示 混合炸药 用殉爆距离来表示 殉爆 装有雷管的主动药包爆炸时 能使相隔一定距离的另一同种药包发生爆炸的现象 22 殉爆距离的测定 山东科技大学资源与环境工程学院 殉爆距离 装有雷管的主动药包爆炸时 能使相隔一定距离的另一同种药包连续三次发生殉爆的最大距离 殉爆安全距离 装有雷管的主动药包爆炸时 使相隔一定距离的另一同种药包百分之百不能发生爆炸的最小距离 23 矿用工业炸药基本都是以硝酸铵 NH4NO3 为主要成分的混合炸药 它是由几种爆炸成分和辅助成分进行合理配比制成 辅助成分一般有 敏化剂 可燃剂 防潮剂 疏松剂等 1 矿用工业炸药的基本成分 1 硝酸铵 NH4NO3 NH4NO3作为氧化剂提供氧元素 2 梯恩梯 TNT 三硝基甲苯C6H2 NO2 3CH3 黄色晶体主要作为敏化剂和可燃剂 改善炸药性能 增加起爆感度 3 黑索金 RDX 环三次甲基三硝胺C3H6N3 NO2 3 白色晶体 不吸湿 不溶水 50 C以下长期不分解 机械感度比较高 当密度 1 66g cm3时 爆力520ml 猛度16 爆速8300m s TNT爆炸威力高 爆速大 但制造成本较高 常用作做导爆索的药芯和雷管中的加强药 也用作起爆药 山东科技大学资源与环境工程学院 3 1 2 5矿用工业炸药 24 2 矿用工业炸药简介 常用的矿用工业炸药有 1 铵梯炸药 硝铵炸药 2 铵油炸药 3 高威力硝酸铵类炸药 4 水胶炸药 山东科技大学资源与环境工程学院 25 1 铵梯炸药 硝铵炸药 组成 氧化剂 硝酸铵 NH4NO3 提供氧元素 敏化剂 TNT改善炸药性能 增加起爆感度 并兼作可燃剂 疏松剂 木粉 使硝酸铵不容易结块 平衡多余的氧 防水剂 在防水品种炸药中加入石蜡 沥青 消焰剂 在煤矿许用炸药中加入适量食盐 NaCl 吸收热量 降低爆温 防止引起瓦斯爆炸 种类 铵梯炸药分为煤矿炸药 岩石炸药 露天炸药三类 山东科技大学资源与环境工程学院 26 2 铵油炸药 组成 硝酸铵 95 与柴油 5 的混合物 为改善爆轰性能 可加一些木粉 松香以提高爆轰惑度 加一些铝粉以提高威力 加一些表面活性剂 如十二烷基磺酸钠 以拌和均匀 使爆轰更为稳定 加少许明矾及氯代十八烷胺以降低吸湿结块性 煤矿许用的铵油炸药还必需加入适量的食盐以降低爆温 应用 这类炸药因不含梯恩梯 故原料来源丰富 加工简单 使用安全 它的价格也特别低廉 因此在露天矿 金属矿 水力铁道等工程中使用较多 特点 这类炸药的不足之处是爆炸威力较低 比较钝感 易吸湿结块 贮存期短 山东科技大学资源与环境工程学院 27 3 高威力硝铵类炸药 高威力硝铵类炸药 爆速高于4000m s 猛度大于16mm 用于硬岩深孔爆破 大断面一次成巷爆破及坚硬顶板的强制放顶等 提高硝铵类炸药做功能力的途径有 1 增大密度增大密度可以操高爆轰压力 并在单位体积内容纳更多的药量 但硝铵类炸药密度增高以后起爆感度降低 起爆能量不足时爆速与猛度反而下降 故增大密度的效果是有限的 2 加入铝粉在炸药中掺入研磨极细的铝粉或铝镁合金粉 它们在氧化时产生大量的热 使爆温增高 能明显提高炸药的爆力和猛度 铝粉的掺量一般在4 7 之间 3 加入猛炸药将5 20 的黑索金混入含TNT的硝铵炸药 对提高炸药威力效果非常明显 一般可使爆速达到4000m s 猛度达16 19mm 爆力达到400 500mL 28 4 水胶炸药 组成 水胶炸药是一种含水的高威力防水工业炸药 它是采用具有爆炸性的甲基胺硝酸盐的水溶液作为敏化剂 使氧化剂与还原剂的耦合状况大为改善 从而获得较高的爆轰感度 水胶炸药的主要组份一般为 a NH4NO3作为氧化剂 40 60 b NaNO3除了作为敏化剂外还能降低炸药的析晶点从而增大了流动性改善了工艺性 10 20 c H2O作为溶剂 8 15 甲基胺硝酸盐的比重为1 42 氧平衡 34 比硝酸铵更易溶于水 不含水时可直接用雷管起爆 当温度 95 时 浓度低于86 的甲基胺硝酸盐水溶液用雷管不能起爆 利用这种特性 采用低于86 的甲基胺硝酸盐水溶液来生产水胶炸药以保证安全 山东科技大学资源与环境工程学院 29 水胶炸药的优点 爆炸性能如爆速和起爆感度高 可用8号雷管直接起爆 抗水性强 可塑性好 使用安全 且炸药密度 爆炸性能可在较大范围内进行调节 故适应性强 水胶炸药的缺点 制造成本较高 价格较贵 爆炸产生的有害气体较多 4 适用于 井下小直径 35mm 炮眼爆破 尤其有水坚硬岩石中的深孔爆破 山东科技大学资源与环境工程学院 30 乳化炸药 是另一种含水的抗水性更强的高威力工业炸药 组成氧化剂 硝酸铵和硝酸钠 过饱和水溶液 以硝酸铵为主 并添加硝酸钠作辅助氧化剂 燃料油 柴油同石蜡的混合物 并使其具有一定的粘度 乳化剂 制造乳化炸药的关键组分 一般采用失水山梨醇单油酸脂作乳化剂效果较为理想 敏化剂 化学发泡剂或多孔性物质 空心玻璃微珠 珍珠岩等 能形成敏化气泡 特点 氧化剂水溶液与燃料油经乳化而成的油包水型乳状液是它的爆炸性基质 薄层油膜包覆在氧化剂水溶液微滴表面 既可防止内部水分蒸发 又可阻止外部水分浸入 使它具有非常好的抗水性能 山东科技大学资源与环境工程学院 31 乳化炸药分类 煤矿许用乳化炸药 岩石乳化炸药和露天乳化炸药三类 乳化炸药优点 密度可调 因而适用范围广 爆炸性能好 爆速一般可达4000 5500m s 由于爆速与密度均较高 乳化炸药猛度比2号岩石硝铵炸药高 可达15 19 可用8号雷管直接起爆 乳化炸药比浆状炸药与水胶炸药抗水性更强 生产与使用安全 不需要添加猛炸药 原料来源广 乳化炸药缺点 炸药爆力却不比铵油炸药高 故在硬岩中使用的乳化炸药应加入热值较高的物质如铝粉 硫磺粉等 山东科技大学资源与环境工程学院 32 山东科技大学资源与环境工程学院 我国大多数煤矿是瓦斯矿井 尤以高瓦斯 煤与瓦斯突出矿井居多 一般来说 井下空气中的瓦斯浓度在4 5 时 就有发生爆炸的危险 煤矿安全规程 规定 当矿井瓦斯浓度达到1 时 就应停止爆破作业 加强通风 以防止局部瓦斯浓度升高 所谓煤尘 是指在热能的作用下能够发生爆炸的细煤粉 我国通常把0 75 1 0mm以下的煤粉叫做煤尘 允许用于有瓦斯和煤尘爆炸危险的工作面的炸药应该具有如下特点 1 煤矿许用炸药的爆炸能量要有一定的限制 其爆热 爆温 爆压和爆速都要求低一些 使爆炸后不致引起矿井大气的局部高温 这就可能使瓦斯 煤尘的发火率降低 2 煤矿许用炸药应有较高的起爆感度和良好的传爆能力 以保证爆炸的完全性和传爆的稳定性 这样就使爆炸产物中未反应的炽热固体颗粒量大大减少 从而提高其安全性 3 煤矿许用炸药的有毒气体生成量应符合国家规定 其氧平衡值应接近于零 4 煤矿许用炸药组分中不能含有金属粉末 以防爆炸后生成炽热固体颗粒 我国煤矿许用炸药按瓦斯安全性进行分级 炸药的安全等级 是在特定条件下 炸药爆炸对瓦斯 煤尘的引爆能力而言的 安全等级低的炸药 在爆破时就容易引起瓦斯 煤尘爆炸 煤矿许用炸药 见下图 的瓦斯安全性分为五级 一级煤矿许用炸药 二级煤矿许用炸药 三级煤矿许用炸药 四级煤矿许用炸药和五级煤矿许用炸药 3 煤矿许用炸药简介 34 35 36 37 第二节起爆材料 一 雷管二 导爆索和继爆管 山东科技大学资源与环境工程学院 38 一 雷管 火雷管 39 电雷管 煤矿许用瞬发电雷管 煤矿许用毫秒延期电雷管 山东科技大学资源与环境工程学院 40 1 电雷管的种类和结构 1 瞬发电雷管 管壳 金属或纸制圆筒 起爆药 二硝基重氮酚 加强药 黑索金 加强帽 金属薄板电点火装置 直插式 桥丝直接插入二硝基重氮酚 脚线 密封塞 无加强帽 药头式 桥丝 脚线 密封塞 桥丝周围涂有引火药 制成圆珠状的引火头 氯酸钾 木炭 二硝基重氮酚和骨胶 有加强帽 起爆过程 药头式 脚线通电 桥丝在电流作用下点燃引火头 火焰通过加强帽的中心孔使起爆药起爆 猛炸药爆炸 直插式 脚线通电 桥丝在电流作用下使起爆药起爆 猛炸药爆炸 图3 9瞬发电雷管构造a 直插式 b 药头式1 脚线 2 密封塞 3 桥丝 4 起爆药 5 引火药头 6 加强帽 7 加强药 8 管壳 41 2 秒延期雷管 定义 通电以后经过一段时间后 才爆炸的雷管 叫延期电雷管 延期时间以秒为单位计量的 叫秒延期电雷管 结构 与瞬发雷管的不同之处在于引火头与起爆药之间有一段精致的导火索做延期药 用导火索的长度来控制延期秒量 引火头周围的管壳上有排气孔 排除燃烧生成的气体 避免压力升高 影响燃烧速度 山东科技大学资源与环境工程学院 图3 10延期电雷管构造a 秒延期电雷管1 导火索 2 排气孔 42 3 毫秒延期雷管 定义 通电后经过若干毫秒起爆的电雷管 结构 延期内管 固定和保护延期药 并作为容纳延期药燃烧时生成的气体的空间 保证压力不变 延期药有两种 硅铁 铅丹 硫化锑 硅藻土 过氧化钡 硫化锑 硅藻土 延期秒量根据延期药量控制 硅藻土能吸收气体 减小压力 国产延期雷管系列见表 山东科技大学资源与环境工程学院 图3 10延期电雷管构造b 毫秒延期电雷管3 延期药 4 延期内管 43 国产延期雷管的延期系列表 续表 表中的第二系列是应用最广泛的一种 但在有瓦斯或煤尘爆炸危险的工作面止只准使用该系列的前五段 45 2 电雷管主要性能参数 1 电雷管电阻 脚线电阻 包塑镀锌铁脚线 d 0 52mm 每米不大于0 6 桥丝电阻 l 4 康铜丝 d 50 m 电阻0 8 0 13 镍铬丝 d 40 m 电阻3 0 4 按脚线2m计算 康铜丝雷管电阻不大于4 镍铬丝雷管不大于6 3 煤矿安全规程 规定电雷管在发绐放炮员前 必须对电雷管进行逐个检查 严禁发放不导通和电阻不合格的电雷管 常用的检测仪器有205型爆破电桥和欧姆表等 不论用哪种仪表 测量时的工作电流都必须小于50mA 为保证起爆可靠 成组起爆力雷管 其雷管之间的电阻差不能大于0 25Q 山东科技大学资源与环境工程学院 46 2 最大安全电流和最小发火电流 最大安全电流雷管技术标准规定 通以恒定直流电5min不爆的电流值为最大安全电流 实测的最大安全电流值都在150mA以上 为了安全起见 技术标准中规定 安全电流以通入50mA直流电持续5min不爆为合格 这是雷管对于电流的安全指标 所有检测雷管的仪表 其电流值都不能超过50mA 杂散电流也不能超过这一值 最小发火电流若从最大安全电流开始 将电流逐渐增大 则雷管爆炸的百分数也逐渐增加 当电流达到某一数值时 将会达到99 9999 发火 这时的电流值称为最小发火电流 按雷管技术标准规定 以700mA的恒定直流电通入1min发火的雷管应达到上述百分数 故700mA为规定的最小发火电流 这是起爆单发雷管必须满足的电流值 47 4 传导时间和成组雷管的准爆条件 传导时间 从点火头开始燃烧到雷管爆炸或延期药点燃的这一段时间 准爆条件 tmax tmin tmin 最敏感雷管的发火时间 tmax 最钝感雷管的发火时间 传导时间 各雷管的 值也不是一致的 为使成组雷管的爆炸可靠 应取最小值 雷管技术标准规宅 直流电起爆时 串联准爆电流值 康铜丝雷管为2A 镍铬桥丝雷管为1 5A 使用交流电起爆 准爆电流值应取得高些 山东科技大学资源与环境工程学院 48 5 电雷管的起爆能力 按起爆能力 工业雷管分为10个号别 1 10号 号数愈大 起爆能力愈大 但通常只生产6号和8号两种雷管 使用最多的是8号雷管 雷管的起爆能力决定于它的装药量 8号雷管的装药量 起爆药 二硝基重氮酚 不低干0 28g 无加强帽者不低于0 32g 加强药 黑索金 不低于0 60g 雷管起爆能力通常用铅板穿孔法 图3 11 来检验验 铅板直径为30mm 厚度 6号雷管为4 8号雷管为5 起爆后 炸穿铅板的孔径不得小于雷管的外径 山东科技大学资源与环境工程学院 49 二 导爆索和继爆管 导爆索导爆索是以猛炸药为药心 外面缠绕数层纱线 纸条 并有两层防潮层而制成的绳索状起爆材料 种类 普通导爆索和安全导爆索 加裹一层食盐 两类 国产导爆索以黑索金为药心 药量不小于12g m 普通导爆索外径不大于6 2mm 爆速不低于6500m s 安全导爆索外径不大于7 3mm 爆速不低于6000m s 普通导爆索的结构 50 导爆索起爆先由雷管爆炸引爆导爆索 再由导爆索起爆炸药爆炸 起爆装药群时 可将导爆索敷设成网路 由于导爆索爆速很高 无论采取哪种网路形式 都能使各装药几乎同时起爆 51 继爆管 由消爆管和不带点火装置的毫秒延期雷管组成 对导爆索起延期作用 分单向继爆管和双向继爆管 52 多用于露天深孔爆破和硐室大爆破 近年煤矿爆破作业中 出现了深孔爆破等新技术 相应提出使用导爆索起爆问题 但煤矿井下不准使用普通导爆索 只能使用安全导爆索 导爆索和继爆管起爆 53 第五节电雷管起爆法 一 起爆电源二 电爆网路联接 山东科技大学资源与环境工程学院 54 发爆器 煤矿安全规程 规定 井下放炮都必须使用发爆器 矿用防爆型 发爆器有发电机式和电容式两类 目前常用的 几乎都是电容式的 表3 9列出了部分矿用防爆型电容式发爆器的性能指标 电容式发爆器通常由以下几部分组成 直流电源 交流器 整流线路 充电器 充电电压指示 毫秒限时开关及放电回路 防爆外壳 一 起爆电源 山东科技大学资源与环境工程学院 55 表3 9部分国产矿用电容式发爆器性能指标 56 FB系列发爆器 57 照明或动力线路电源 在开凿或延深通达地面的井筒时 无瓦斯的井底工作面中可以使用照明或动力电源爆破 但电压不得超过380V 并必须有电力爆破接线盒 煤矿立井施工过程中 接近或通过瓦斯煤层时 在接线盒上设置毫秒限时开关 电力爆破接线盒的开关应设置两重 而且应尽可能放在地面 炮响以后 立即拉开并锁闭起来 锁闭的钥匙必须由放炮员随身携带 不得转交别人 山东科技大学资源与环境工程学院 58 各种联接方式 串联 并联 串并联电路 二 电爆网路的联接方式及其计算 59 电爆网络的安全 1 通过每个电雷管的电流 安全起爆电流 直流电 2A 交流电 2 5A 2 同厂 同类型 同批生产 电阻差 康铜 0 3 镍铬 0 8 3 电缆 绝缘良好 截面大小合适 接头部位用绝缘胶布包好 4 电源接通前 检查串并联电阻 保证电阻值和设计值一致 山东科技大学资源与环境工程学院 60 巷道掘进的最主要工序 良好的钻眼爆破工作应该是 第三节钻眼爆破技术 爆破后所形成的巷道断面应符合设计要求和 井巷工程施工及验收规范 的标准 巷道的方向与坡度应符合设计规定 对巷道围岩的震动和破坏要小 以利于巷道的维护 爆下的岩石块度应有利于提高装岩生产率 岩石堆积状况便于组织装运 便于钻眼与装岩平行作业 爆破单位体积的岩石所需的炸药和雷管的消耗量要低 钻眼工作量要小 炮眼利用率要达到85 以上 山东科技大学资源与环境工程学院 61 一 炮眼布置技术二 爆破器材和爆破参数的确定三 装药结构与起爆四 爆破说明书及爆破图表五 钻眼工作六 钻眼爆破安全技术 第三节钻眼爆破技术 山东科技大学资源与环境工程学院 62 1 柱状装药的岩石爆破原理 掘进井巷时所打的炮眼是一些圆柱形的孔洞 所装炸药也是细长圆柱形药卷 在爆破上称为柱状装药 柱状装药可以看作是若干个小的集中药包 见下图 最接近眼口的几段 抗线短 具有加强抛掷的作用 接近眼底的几段 由于抵抗线大 可能只具有松动作用 炮眼最底部的药包甚至不能形成爆破漏斗 总的爆破漏斗形状就是这些漏斗的外部轮廓线 大致呈喇叭形 眼底破坏极少 形成残孔 通常把实际爆落深度与炮眼深度之比叫炮眼利用系数 3 1 4 1炮眼布置技术 63 2 光面爆破 定义根据施工图纸的要求 在巷道及地下工程掘进爆破后 成形规整 轮廓线以外的岩石不受扰动或破坏很小 尽可能地保持围岩自身强度 这种人为控制爆破的方法 叫做光面爆破 质量标准光面爆破的质量标准为 1 围岩面上留下均匀眼痕的周边眼数应不少于其总数的50 2 越挖尺寸不应大于150 欠挖尺寸不得超过质量标准规定 3 围岩面上不应有明显的炮震裂缝 山东科技大学资源与环境工程学院 64 三 光面爆破施工方法先用一般的爆破方法在巷道内部做出巷道的毛断面 给周边留下一个厚度比较均匀的光爆层 然后再由布置在光爆层上的周边眼爆出整齐的巷道轮廓 这些周边眼就是光面爆破的炮眼 它的爆破参数要慎重选取 才能达到既降低对围岩的破坏 又能在周边眼间形成贯穿裂缝 把光爆层整齐地切割下来 全断面一次爆破时 按起爆顺序分别装入多段毫秒电雷管 起爆顺序为掏槽眼 辅助眼 周边眼 山东科技大学资源与环境工程学院 65 四 光面爆破的机理 当周边眼同时起爆后 在各炮眼的眼壁上产生细微的径向裂隙 沿相邻两炮眼连心线的那条径向裂隙得到优先发展 并在爆生气体的静压作用下扩展 形成贯穿裂缝 如下图所示 为保证贯穿裂缝的形成 在光面爆破中应尽量减少光爆炮眼的起爆时差 光爆炮眼之间的距离要适当减小 具体尺寸视岩石性质 炮眼直径 炸药性能而定 轮廓线曲线段的炮眼应比直线段稍微密一些 山东科技大学资源与环境工程学院 66 67 3 毫秒爆破 利用毫秒雷管或其他设备控制放炮的顺序 使每段之间只有几十毫秒的间隔 叫做毫秒爆破或微差爆破 由于顺序起爆的时间间隔为毫秒级 从而有以下良好效果 1 增加了破碎作用 能够减小岩石的爆破块度 降低单位炸药消耗量 2 能够降低爆炸产生的地震效应 防止对井巷围岩或地面建筑物造成破坏 3 减小了抛掷作用 爆堆集中 既能提高装岩效率 又能防止崩坏支架或损坏其他设备 4 在有瓦斯与煤尘的工作面采用毫秒爆破 可实现全断面一次爆破 缩短爆破和通风的时间 提高掘进速度 为保证安全 使用毫秒电雷管的总延期时间必须在130ms以内 山东科技大学资源与环境工程学院 68 掏槽眼1 斜眼掏槽法 单向掏槽法 多向掏槽法2 直眼掏槽法 直线掏槽 螺旋掏槽 角柱式掏槽3 混合式掏槽 4 工作面炮眼布置 山东科技大学资源与环境工程学院 69 4 工作面炮眼布置 掏槽眼 辅助眼 周边眼 70 一 掏槽眼 掏槽眼的作用是首先在工作面上将某一部分岩石破碎并抛出 在一个自由面的基础上崩出第二个自由面来 为其它炮眼的爆破创造有利条件 掏槽效果的好坏对循环进尺起着决定性作用 掏槽眼一般布置在巷道断面中央靠近底板处 这样便于打眼时掌握方向 并有利于其它多数炮眼的岩石能借助于自重崩落 在掘进断面中如果存在有显著的软弱岩层 一般应将掏槽眼布置在这些软弱层中 山东科技大学资源与环境工程学院 71 1 斜眼掏槽法 单向掏槽法 这种方法炸药集中程度低 在均质坚硬的岩石中很少使用 只是在有明显松软夹层时才能取得良好的爆破效果 山东科技大学资源与环境工程学院 72 多向掏槽法 1 斜眼掏槽法 续 73 特点 可充分利用自由面 逐步扩大爆破范围 掏槽面积较大 适用于较大断面的巷道 但因炮眼倾斜 掏槽眼深度受到巷道宽度的限制 循环进尺也同样受到限制 碎石抛掷距离大 易损伤设备和支护 当掏槽眼角度不对称时尤其如此 1 斜眼掏槽法 续 74 2 直眼掏槽法 直线掏槽螺旋掏槽 75 三角柱掏槽菱形掏槽五星掏槽 2 直眼掏槽法 续 76 2 直眼掏槽法 续 混合式掏槽 77 特点 所有掏槽眼都垂直于工作面 各炮眼之间保持平行 炮眼深度不受断面限制 利于采用中 深孔爆破 便于采用高效凿岩机和凿岩台车钻眼 直眼掏槽炮眼眼距较小 每一个装药炮眼的爆炸都可以破坏两个炮眼之间的岩石 直眼掏槽一般都有不装药的空眼 它起者附加自由面的作用 空眼的作用 一方面对爆炸应力和爆破方向起集中导向作用 另一方面使受压岩石有必需的碎胀补偿空间 2 直眼掏槽法 续 缺点 凿岩工作量大 钻跟技术要求高 一般需要雷管的段数也较多 山东科技大学资源与环境工程学院 78 辅助眼 辅助眼又称崩落眼 既是大量崩落岩石和继续扩大掏槽的炮眼 辅助眼要均匀布置在掏槽眼与周边眼之间 其眼距一般为500 700 炮眼方向一般垂直于工作面 装药系数 装药长度与炮眼长度之比 一般为0 5 0 6 如采用光面爆破 则紧邻周边眼的辅助眼要为周边眼创造一个理想的光面层 即光面层厚度要比较均匀 且等于周边眼的最小抵抗线 山东科技大学资源与环境工程学院 79 周边眼 爆落巷道周边岩石 最后形成巷道断面设计轮廓的炮眼 K 为炮眼密集系数 一般为0 8 1 0 岩石坚硬时取大值 较软时取小值 E 为周边眼间距 一般取400 600 W 为最小抵抗线 现在光面爆破已较成熟 一般应按光爆要求进行周边眼布置 光面爆破周边眼间距与其最小抵抗线存在着一定的比例关系 即 80 光面爆破周边眼满足以下要求 周边眼中心都应应布置在巷道设计掘进断面轮廓线上 而眼底应稍向轮廓线外偏斜 一般不超过100 150mm 可使下一循环打眼时凿岩机有足够的工作空间 同时要尽量减少超挖量 煤矿巷道常遇岩层的光面爆破参数见表3 10 周边眼 续 山东科技大学资源与环境工程学院 81 5 爆破器材和爆破参数的确定 1 爆破器材的选择 2 爆破参数的确定 山东科技大学资源与环境工程学院 82 1 爆破器材的选择 我国目前使用的矿用炸药有硝铵类炸药和含水炸药 乳化 水胶炸药 当穿过有瓦斯地段时 应采用煤矿许用炸药 对于坚硬岩石可考虑采用粉状高威力炸药 硝铵类炸药价格较为低廉 为煤矿普遍使用 一般装成直径32 35 38 重量100 150 200g的药卷 有效使用期为6个月 起爆材料一般采用8号电雷管 在穿过有瓦斯地层时 为避免因电雷管爆炸引爆瓦斯的可能性 应采用煤矿许用电雷管 煤矿许用电雷管只有瞬发和总延期时间在130ms以内的毫秒延期电雷管 不能选用秒延期电雷管 山东科技大学资源与环境工程学院 煤矿巷道掘进电爆网络的起爆电源 主要采用防爆型电容式发爆器 电容式发爆器的起爆能力取决于主电容的充电电压和电容量 电容式发爆器所能提供的电流不太大 一般只用于起爆串联网络的电雷管 83 2 爆破参数的确定 1 炮眼直径2 炮眼深度3 炮眼数目4 炸药消耗量 山东科技大学资源与环境工程学院 84 1 炮眼直径 炮眼直径的大小对钻眼效率 全断面炮眼数目 单位炸药消耗量和爆破岩石块度与岩壁平整度等均有影响 因此 应根据巷道断面大小 块度要求 炸药性能和凿岩机性能等综合考虑 进行选择 炮眼直径大 可减少炮眼数目 炸药能量相对集中 也可提高爆破效率 但钻速下降 影响爆破质量和降低围岩稳定性 目前国内岩巷掘进均采用32 35 两种药卷 以炮眼直径比药卷直径大6 8mm为宜 所以目前的炮眼直径多采用40 42 煤矿岩石巷道掘进中 在断面小于12m2的条件下应用小直径药包 25 27 炮眼直径为30 山东科技大学资源与环境工程学院 85 2 炮眼深度 我国煤矿巷道掘进中 通常是以计划月进度和凿岩 装岩设备的能力来综合确定每一循环的炮眼深度 按计划月进度确定 即l 采用气腿式轻型凿岩机 炮眼深度以1 8 2 5m为宜 采用凿岩台车时 应向深眼发展 炮眼深度可达3 0m 通常掏槽眼要比其他炮眼加深200 300mm 山东科技大学资源与环境工程学院 l 炮眼深度 m L 计划月进度 m N 每月实际用于掘进的天数 30天 k 正规循环率 n 每日完成掘进循环数 次 炮眼利用系数 86 3 炮眼数目 炮眼数目也可以根据单位炸药消耗量 按下式估算后 再按上述经验方法确定炮眼数目 N 炮眼总数 Q 单位炸药消耗量 kg m3 S 巷道掘进断面积 m 每个药卷的长度 m 炮眼利用系数 a 炮眼的平均装药系数 一般取0 5 0 6 P 每个药卷的质量 kg 87 4 炸药消耗量 炸药消耗量q是爆破1m3实体岩石所需要的炸药量 也就是工作面一次爆破所需的总炸药量Q和工作面一次爆下的实体岩石总体积V之比 即 P 所用炸药的爆力 mL 这是一个很重要的参数 它将直接影响到爆破岩石的块度 钻眼和装岩的工作量 炮眼利用系数 巷道轮廓的整齐程度 围岩的稳定性以及爆破成本等 单位炸药消耗量一般按定额选用 见表3 11 表中所列定额是按2号岩石钱梯炸药 毫秒延期电雷管制定的 若采用其他炸药时 需要根据装药做功能力大小适当加以修正 即 88 4 炸药消耗量 续 山东科技大学资源与环境工程学院 89 6 装药结构与起爆 1 掏槽眼与辅助眼的装药结构2 周边眼的装药结构3 炮眼的填塞4 起爆方法 山东科技大学资源与环境工程学院 90 1 掏槽眼与辅助眼的装药结构 正向装药 a 反向装药 b 山东科技大学资源与环境工程学院 91 2 周边眼装药结构 单段空气柱式装药 a 这种装药结构简单易行 适用于1 5 2 0m深的炮眼 空气间隔分段装药 b 两药卷的间隔距离 小于该种炸药在炮眼内的殉爆距离 不耦合装药 92 3 炮眼的填塞 山东科技大学资源与环境工程学院 装药之前必须吹洗炮眼 将眼中的岩粉和水吹洗干净 装药后应对炮眼进行填塞 填塞就是用翁土 砂或土砂混合材料将装好炸药的炮眼封闭起来 所用材料统称为炮泥 炮眼的填塞质量对提高爆破效率和减少爆破有害气体也有很大作用 特别是在有瓦斯与煤尘爆炸危险的工作面上 炮眼必须填塞 这样可以阻止灼热的固体颗粒从炮眼中飞出 93 4 起爆方法 工作面的炮眼应按掏槽眼 辅助眼 帮眼 顶眼 底眼的顺序先后起爆 以使先爆炮眼所形成的槽腔作为后爆炮眼的自由面 起爆时差和起爆系统的可靠性 是影响爆破安全和爆破效果的重要因素 起爆药卷必须按照规定要求制作 煤矿巷道掘进中 使用多段毫秒电雷管时 应按照爆破图表规定的起爆顺序全断面一次起爆 在有瓦斯的工作面起爆时 电雷管的总延期时间不得超过130ms 山东科技大学资源与环境工程学院 94 7 爆破说明书及爆破图表 爆破说明书和爆破图标是指导 检查和总结爆破工作的技术文件 爆破说明书的主要内容有 1 掘进井巷名称 用途 位置 断面形状和尺寸 穿过岩层的性质 地质条件以及瓦斯情况 2 选用的炸药 雷管的品种 凿岩机具的型号和性能等 3 爆破参数的计算选择 4 掏槽方法和掏槽参数 炮眼直径 深度 数目 单位炸药消耗量 装药结构等 5 爆破网络的计算和设计 6 安全措施 爆破作业图表是在爆破说明书的基础上编制出来的 一般包括炮眼布置图 装药结构图 爆破原始条件 炮眼布置参数 装药参数的表格 以及预期的爆破效果和经济指标等 山东科技大学资源与环境工程学院 95 7 爆破说明书及爆破图表 续 爆破原始条件表 装药量及起爆顺序表 预期爆破效果表 徐州马坡矿 250m水平总回风巷采用直眼掏槽 光面爆破 其各项爆破参数 见表3 12 表3 14 工作面炮眼布置如图3 26所示 96 工作面炮眼布置图 山东科技大学资源与环境工程学院 97 3 1 4 2钻眼技术 1 风动凿岩机2 液压凿岩机3 煤电钻4 钻眼工具5 钻眼工作 山东科技大学资源与环境工程学院 98 1 风动凿岩机 见下图 1 破岩原理与类型风动凿岩机是以压缩空气为动力的钻眼机具 用钢管和软管将压气输人凿岩机 使其产生冲击和旋转作用 带动钎杆和钻头凿出炮眼 如图所示 按支架方式分为 手持式 气腿式 向上式 导轨式 按冲击频率分为 低频 2000次 min以下 中频 2000 2500次 高频 超过2500次 min 山东科技大学资源与环境工程学院 99 风动凿岩机 气腿式凿岩机 山东科技大学资源与环境工程学院 2 构造及工作原理以YT 23 7655 型气腿凿岩机为例 100 1 风动凿岩机 续 冲击机构 由气缸 活塞和配气系统组成 借助配气系统自动变换压气进入气缸的方向 使活塞完成往复运动 冲程和回程 冲击作用原理 转钎机构 YT23 7655 型采用棘轮 螺旋棒 并利用活塞的往复运动 经过转动套筒等运动来转动钎子 见转钎机构及炮眼形成过程 排粉机构 湿式排粉 利用轴向供水系统 水经过柄体上的给水接头和水道进入水针 水针插入钎子中心内 水经由钎子中心孔进入钻眼的眼底 注水与岩粉形成浆液后从钎杆与钻眼壁之间的间隙流出孔外 见排粉系统 润滑系统 凿岩机正常工作减少机件磨损 延长机件寿命 现代凿岩机均采用独立的自动注油器实现润滑 悬挂式注油器见图 101 102 山东科技大学资源与环境工程学院 103 转钎机构及冲击式凿岩炮孔形成过程 104 山东科技大学资源与环境工程学院 105 压气与油雾 山东科技大学资源与环境工程学院 悬挂式注油器1 气孔 2 油室 3 出油孔 4 输油管 106 2 凿岩机的架支机构 常用的架支机构有气腿 凿岩台车和伞形钻架 气腿倾斜支撑在凿岩机下面 气腿的推力可以分解为架支凿岩机和推进凿岩机两个分力 故气腿既是架支设备 也是推进设备 如图所示 若要架支力和推进力都合适 气腿的支设角度 应在30 50 之间 过大则推进力不足 过小又会影响支承能力 凿岩台车基本结构由推进器 支臂 钻臂 车体 行走机构和供风 供水及液压操纵系统等组成 107 2 凿岩机的架支机构 续 108 2 液压凿岩机 见下图 优点 钻速高 噪音低 无油雾水汽 适用 深度大 直径大的炮孔 1 冲击机构 液压凿岩机借助配油阀使高压油交替地进人活塞的前后油腔形成压力差 使活塞做往复运动 当高压油进人活塞后腔 则推动活塞做冲程运动 冲击钎尾 当高压油进人活塞前腔 则使活塞做回程运动 2 转钎机构 液压凿岩机的转钎机构都是采用独立机构 由液压马达带动一组齿轮从而带动钎子转动 3 排粉系统 由于结构上的特点 液压蜚岩机无法使用轴向供水 只能采用侧向供水排除岩粉 109 图CMJ 17煤矿用全液压掘进钻车 山东科技大学资源与环境工程学院 110 3 煤电钻 破岩原理 切割型钻头在轴压力P作用下 侵入h 然后 在回转力Pc的作用下 克服岩石的抗切削强度 将岩石一层层的切割下来 钻头运行轨迹是沿螺旋线前进 破碎的岩屑被排至孔外 山东科技大学资源与环境工程学院 111 构造 电动机 减速器 散热风扇 开关 手柄 钻杆 山东科技大学资源与环境工程学院 112 山东科技大学资源与环境工程学院 113 4 钻研工具 两种 组合钎子和整体钎子 1 凿岩机的钎子 b 整体钎子1 钎头 2 钎杆 3 钎肩 4 钎尾 山东科技大学资源与环境工程学院 114 一 钎头 钎头形状 一字型 十字型和球齿钎头 115 钎头结构参数指标刃角 钎头两个刃面夹角 一般90 120 多为110 隙角 钎头体两侧面夹角 3 球齿钎头7 钎刃 端面为一字型做成曲率为18 的弧型 球齿钎头周边齿向外倾斜30 35 钎头直径 38 43 保证药卷装入炮眼 排粉沟 布置在钎头顶端和侧面的排出底部岩浆的沟槽 钎头材料 除硬质合金片外的钎头部分称为钎头体 合金钢 镶嵌在钎头上的硬质合金为钨钴类合金 炭化钨高硬度 高耐磨性 高抗压强度 钴韧性好 山东科技大学资源与环境工程学院 116 山东科技大学资源与环境工程学院 117 二 钎杆 承受活塞冲击力和回转力矩 传递到钎头上去的细长杆体 两种 中空六角形和中空圆形 材料 钎钢 中空8铬 中空55硅锰钢 中空40硅钼钒 三 钎尾 承受和传递能量的部位 钎尾规格和淬火硬度对凿岩速度有很大的影响 四 钎肩 六角形钎杆用环行钎肩 圆形钎杆用耳形钎肩 山东科技大学资源与环境工程学院 118 a 环形钎肩的钎尾 b 耳形钎肩的钎尾 c 无钎肩的钎尾 山东科技大学资源与环境工程学院 119 1 测量工作 为了在工作面上正确布置炮眼位置和掌握巷道的方向和坡度 钻眼前应将巷道的中线和腰线引到工作面 根据中线定出周边眼 辅助眼和掏槽眼的位置 巷道坡度可用腰线来控制 1 巷道中线的延长方法三点延线法2 巷道腰线的延长方法延长腰线的方法可用倾斜仪挂在腰线上延至工作面 巷道腰线的标定 4 钻研工具 120 激光指向仪标定示意图 2 凿岩机的选择 巷道掘进中 当采用气腿式凿岩机时 为提高掘进速度 缩短钻眼时间 采用多台凿岩机同时作业是行之有效的措施 一般情况下 每台凿岩机所占的面积为1 5 2 0 耐 在坚硬岩石中可减到1 0 1 5 气腿式凿岩机机动性强 辅助工时短 便于组织快速施工 因此对于月进度要求达到百米以上的工程 可以满足要求 3 工作面供风 供水设备 121 3 1 5爆破事故的防治 山东科技大学资源与环境工程学院 3 1 5 1拒爆的处理 通电起爆后 工作面的电雷管全部或少数不爆称为拒爆 拒爆的处理应按 煤矿安全规程 进行 即 1 由于连线不良造成的拒爆 可重新连线起爆 2 在距拒爆炮眼0 3m以外另打与拒爆炮眼平行的新炮眼 重新装药起爆 3 严禁用镐刨或从炮眼中取出原放置的起爆药卷或从起爆药卷中拉出电雷管 不论有无残余炸药 严禁将炮眼残底继续加深 严禁用打眼的方法往外掏药 严禁用压风吹拒爆 残爆 炮眼 4 处理拒爆的炮眼爆炸后 爆破工必须详细检查炸落的煤 歼 收集未爆的电雷管 5 在拒爆处理完毕以前 严禁在该地点进行与处理拒爆无关的工作 122 爆炸材料比预定起爆时间提前爆炸的现象 这种事故很可能造成人身伤亡 发生原因 1 器材问题炸药雷管变质 雷管外壳破损 装药时 起爆药受到冲击 摩擦 雷管脚线绝缘损坏 装药时误触带电设备等都可能引起早爆 因此 质量有问题的器材应该报废 不应凑合使用 2 操作问题如砸碰雷管 装引药时冲击挤压了雷管 加深炮窝子 瞎炮未及时处理或采用拉出雷管等危险办法进行处理 放炮器管理不严 放炮信号不明确等都可能产生早爆造成事故 3 杂散电流影响井下杂散电流多由设备漏电 电车线漏电等引起 化学电 硝铵类炸药溶解形成正负离子 在大地正负极的作用下向两极移动 形成电流 山东科技大学资源与环境工程学院 3 1 5 2早爆的处理 123 3 2掘进机破岩 3 2 1概述3 2 2掘进机的功能3 2 3掘进机破岩机理 山东科技大学资源与环境工程学院 3 2 1概述 124 岩石掘进机是靠旋转刀盘上的盘形滚刀破碎岩石而使巷道一次成型的大型机械设备 由于它集开挖 出砰和衬砌于一体 能实现破岩 装岩 运输 支护 喷雾除尘等全部工序 因此是自动化程度较高的地下工程施工设备 广泛应用于矿山 铁路隧道 煤矿巷道 水利水电隧道 锄洞和城市地下工程等的建设 岩石掘进机具有机械化程度高 施工速度快 效率高和工作安全等优点 国内外的一些较长的隧道工程已广泛使用 钻眼爆破法与掘进机法两种施工方法的适用范围 掘进速度 人员配备 准备工作 支护衬砌 大修周期 安全 质量的技术比较见表3 19 由表看出 对于长度超过3krn以上的长巷道 掘进机法是首选的方案 125 山东科技大学资源与环境工程学院 EBZ220悬臂式掘进机 126 127 3 2 2掘进机的功能 128 1 掘进功能掘进功能分为破碎工作面岩石的功能和不断推进掘进机前进的功能 2 出矸功能出矸功能细分为导矸 铲矸 溜矸和运矸 3 导向功能导向功能细分为方向的确定 方向的调整和偏转的调整 4 支护功能支护功能又可分为掘进前未开挖地质的预处理 开挖后的局部支护和全部酮壁的衬砌 129 3 2 3掘进机的破岩机理 3 2 3 1刀具破岩原理 刀具是岩石掘进机破碎岩石的工具 是掘进机的关键部件和易损部件 岩石巷道一般采用滚刀破岩 其中盘形滚刀应用得比较广泛 它有单刃 双刃和三刃之分 目前 全断