1、井巷掘进爆破技术与安全管理,提 纲,一、我国煤矿岩巷掘进爆破技术发展现状二、工业炸药及起爆器材三、井巷掘进爆破技术 1、掏槽爆破技术 2、微差爆破技术 3、中深孔爆破技术 4、光面爆破技术四、煤矿井下爆破拒爆的原因及预防五、煤矿爆破中的安全管理,一、我国煤矿岩巷掘进爆破技术发展,钻眼爆破法是我国煤矿井巷掘进的主要破岩方法。据统计,近年我国煤矿井下每年的岩巷、煤巷掘进90%以上是用钻眼爆破法完成的。钻眼爆破法以其施工机具结构简单、轻便灵活、操作容易、维修方便、耗能少、效率高,而非常适宜于煤矿井下凿岩爆破作业。新型的爆破器材、先进的爆破技术不断在煤矿爆破中的应用,给钻眼爆破法注入了新的活力,使其在2、煤矿建设和煤矿生产中的作用更加突出。,公元7世纪发明黑火药13世纪经印度、阿拉伯传入欧洲1627年匈牙利将黑火药用于采掘工程1831年发明了导爆索1827年瑞典诺贝尔发明火雷管及硝化甘油1919年出现了泰安为药芯的导爆索1927年研制成功秒延期电雷管1946年出现毫秒延期电雷管1951年推广铵油炸药1956年库克发明了浆状炸药70年代初期出现了水胶炸药70年代末期出现乳化炸药80年代研制和推广了导爆管起爆系统,炸药和爆破器材的发展简史,一、工业炸药及爆破器材,一、我国煤矿岩巷掘进爆破技术发展,1、爆破器材的发展2、全断面一次起爆3、毫秒微差爆破技术4、光面爆破技术5、中深孔爆破技术6、小直径药3、卷爆破技术7、巷道掘进计算机辅助设计,爆炸及炸药的基本基本概念爆炸现象及分类 化学爆炸三要素炸药化学反应的基本形式炸药的起爆炸药的感度炸药的传爆炸药爆轰产物及氧平衡炸药的爆炸能，炸药的热化学参数,二、工业炸药及爆破器材,炸药的爆轰及爆轰参数的计算爆轰参数为：,二、工业炸药及爆破器材,炸药的爆炸作用 1、炸药爆炸的动、静作用 2、炸药的爆力 3、炸药的猛度,二、工业炸药及爆破器材,工业炸药的分类炸药的分类 按其应用范围可分为下列几类:1、起爆炸药2、猛性炸药:(1)单质猛性炸药(2)混合炸药3、发射药对工业炸药的要求(1)爆炸性能良好,具有足够的爆炸威力;(2)具有适当的感度;(3)炸药的反应应4、接近零氧平衡(4)物化安定性好;(5)原料来源丰富,制造工艺简单,价格便宜,二、工业炸药及爆破器材,铵梯炸药硝铵炸药是工业炸药中生产最多、使用最广泛的一种炸药。组成成分：硝酸铵：氧化剂。梯恩梯：氧化剂，它是一种单质猛性炸药，提高炸药的感度和威力。木粉：松散剂，用以阻止炸药的结块。石蜡和沥青：抗水剂，常用在抗水铵梯炸药，用以阻滞硝铵的吸潮。食盐：消焰剂，它不参加爆炸反应，主要作用是降低炸药的爆炸温度，以不致因炸药爆炸引起瓦斯、煤尘爆炸。因此，常作为井下炸药的添加剂。铵梯炸药是一类较安全的工业炸药。它对撞击、摩擦等比较钝感，遇到火焰和火星也不易引燃。但受到强烈的撞击,二、工业炸药及爆破器材,铵松蜡5、炸药 铵松蜡炸药由于硝酸铵、松香、石蜡和木粉组成，也可添加适量柴油。铵松蜡炸药的爆破性能良好，能接近2号岩石炸药，适用于中硬以上岩石的爆破。它的突出优点是防潮抗水性能强，原料来源广，易加工，成本低和使用安全等。铵沥蜡炸药 铵沥蜡炸药由硝酸铵、沥青、石蜡以及木粉组成。对于有瓦斯和矿尘爆炸危的井下，不宜采用铵沥蜡炸药作为抗水炸药。,二、工业炸药及爆破器材,铵油炸药 铵油炸药是50年代发展起来的一种新型硝铵类炸药，是以硝酸铵和燃料油混合而成的不含敏感剂的炸药。这种炸药原料丰富，成本低，容易加工制造，使用安全。目前用量约占世界工业炸药总量的50%左右。60年代起，它在我国矿山、铁道和水利部门的露天矿得6、到了广泛的应用，取得了良好的经济效果。,二、工业炸药及爆破器材,浆状炸药 浆状炸药是由于氧化剂水溶液、敏化剂和胶凝剂为基本成分组成的混合炸药。外观呈现浆状糊流质状态，故得名浆状炸药。在浆状炸药四，硝酸铵制成饱水溶液后，就不再吸收水分。在敏经剂作用下达到能瀑炸的程度时，即使侵入水中也同样爆炸。,二、工业炸药及爆破器材,水胶炸药 水胶炸药是70年代在浆状炸药基础上发展起来的一类含水炸 药，它与浆状炸药不同之处是使用于新的无毒的水溶液的敏化剂硝酸甲铵。使氧化剂同还原剂的耦合状况大为改善。其特点是：相当于硝化甘油胶质炸药的威力；优于常用工业炸药的抗水性能；有毒气体生成量比铵梯炸药小；危险性高于纯硝酸铵7、而低于铵油炸药；适应性强，可以调整装药的密度和配方。水胶炸药的组分的性能:水胶炸药由水、氧化剂、粘胶剂、,二、工业炸药及爆破器材,乳化炸药 乳化炸药也叫乳胶炸药，它是70年代末含水炸药的最新发明。其内部结构是油包水型，而浆状炸药、水胶炸药是水包油型结构。,二、工业炸药及爆破器材,硝化甘油炸药 硝化甘油炸药是以硝化甘油C3H5（ONO2）3为主要成分，以硝酸钾、硝酸钠或硝酸铵为氧化剂，以硝化棉、硅藻土等物质为吸收剂，加入少量木粉组成的炸药。掺与适量的二硝化乙二醇，可制成耐冻的硝化甘油类炸药。该炸药的特点是：具有良好的抗水性、密度，并且具有可塑性，爆破威力大。故用于潮湿有水的坚硬和极硬的岩石中。然8、而，由于它对冲击、摩擦，火花感度高，并且易于干结硬化，所以具有安全性差，价格昂贵等缺点。近数十年来已逐渐被硝铵类炸药所代替。,二、工业炸药及爆破器材,煤矿许用炸药主要是指经国家检测机关按特定的试验条件检验合格，允许在井下有瓦斯、煤尘爆炸危险条件下进行爆破作业时的炸药。它对爆炸生成的有毒气体、炸药的威力、爆温、火焰长度及持续时间有严格规定。根据炸药的组成和性质，煤矿许用炸药可分为五类。(1)粉状硝铵类许用炸药，（2）许用含水类炸药，（3）离子交换炸药，（4）被筒炸药，（5）当量炸药。,二、工业炸药及爆破器材,工程爆破中炸药的选择炸药品种很多，性能各异。炸药性能和质量，对爆破效果和安全有很大影响。9、因此，出现了工程爆破中合理选择炸药的问题。选择炸药应考虑爆破介质及炸药性能两大类因素，其原则是：选择破碎单位岩石成本最低的炸药，且岩石的破碎和崩落能满足工程需要。为此，要不断加强对爆破理论和炸药在介质中能量转化过程及其分配规律的研究，充分了解岩石和炸药的性能及两者参数间的匹配关系，使炸药的能量在爆轰过程中有效地破碎与抛掷岩石，减少转化为无用功的能量。这就需要研究不同爆破方法的破岩机理，掌握能量传递过程与效应的规律性，弄清具体爆破工程的综合要求，这样才能较好的解决炸药品种的选择问题。,二、工业炸药及爆破器材,炸药岩石阻抗匹配与爆炸作用岩石爆破效果受到多种因素的影响，而岩石与炸药性质是诸因素中最主10、要的因素，尤其是岩石性质直接影响着炸药能量在岩石中的传播和分配。炸药的特性波阻抗与被爆岩石的特性波阻抗的良好匹配是最佳爆破效果的重要条件之一，也是进行爆破作业优化设计首先要考虑的问题。所谓炸药与岩石的匹配，就是因为不同的炸药在同一岩石中或同一炸药在不同岩石中爆炸所激起的冲击波不同，则炸药爆炸能量转换成粉碎、破坏和抛掷岩石的能量各异，故对一定性质的岩石，应采用与之适应的特定爆速和爆热的炸药，才能取得最佳的破碎和抛掷效果，这就是炸药和岩石的匹配问题。,P0=,二、工业炸药及爆破器材,炸药与岩石的合理匹配：炸药与岩石阻抗匹配问题，目前一平面应力波的正入射理论。认为当炸药、岩石阻抗相等，即炸药、岩石阻11、抗匹配系数等于1时，炸药爆炸后其冲击波全部透射到岩石中去，能量传递系数最高，但在采掘爆破工程中，一般的高阻抗岩石均在100Mpa/s以上，目前普遍采用的硝铵炸药，其波阻抗为36Mpa/s，水胶炸药、乳化炸药的波阻抗一般也只有50Mpa/s左右，因此，在中、高阻抗岩石中炸药岩石匹配系数达到1目前不容易实现。,二、工业炸药及爆破器材,从爆破能量传递和波动理论出发，合理的炸药岩石匹配应体现两方面：1.炮孔中炸药爆轰后，炸药能量能够充分地通过孔壁传到岩石中去；2.另一方面是炸药爆炸后在岩石激起的冲击波和应力波能够达到岩石破裂所要求的强度和作用时间。使作用在岩石上的压力（应力）刚好达到或略大于岩石破裂的12、强度极限。将炸药爆能合理地分配到爆破应力场中。,二、工业炸药及爆破器材,起爆器材及起爆方法,利用工业炸药爆破施工时，必须借助起爆器材来激发炸药爆炸。根据所用起爆器材的不同，将构成不同的起爆方法。本章将对各种起爆方法逐一进行详细的阐述。其中，主要地讲述各种起爆器材的结构和性能。所谓起爆器材，是用来产生足够的能量供给炸药、引起炸药爆炸的材料，包括点火、引爆、传爆等环节所用的器材，如导火索、雷管、导爆索、导爆管、继爆管等，其中雷管起主要的作用。,二、工业炸药及爆破器材,雷管用来引爆炸药、导爆索、导爆管、继爆管等，是工业炸药爆破的一种起爆器材，其种类很多。工业雷管按用途的不同，可作如下分类。,二、工业13、炸药及爆破器材,导火索 导火索是以粉状或粒状黑火药为药芯，以棉线、麻纤维、纸条、沥青等材料被覆而成的索状起爆器材。导爆索 导爆索又叫传爆索、导爆线。它是一种传导爆轰的索状起爆材。它与导火索类似，本质区别是其药芯是高猛炸药：黑索金或泰安。,二、工业炸药及爆破器材,导爆管是用莎纶或高压聚乙烯挤出的管子，其外径3mm，内径约1.5mm。内管壁表面涂有一薄层起爆药，采用奥克托金与铝粉的混合物或黑索金与铝粉的混合物，药量为1620mg/m。导爆管内所含炸药量极少，而远远小于炸药稳定爆轰的临界直径，故按经典爆轰理论，不可能产生稳定爆轰。按管道效应原理，导爆管可以传播空气冲击波。导爆管中激发的冲击波以16014、02000m/s的速度传播，发出白色的光而声响不大，波动过程中冲击波能量的衰减可由管壁内表面加强药粉的爆破能来补充。冲击波传播后导爆管仍然完整无损。,二、工业炸药及爆破器材,1、火雷管与导火索起爆方法2、导爆索起爆法3、电力起爆法4、导爆管起爆系统,常用的起爆方法,二、工业炸药及爆破器材,二、工业炸药及爆破器材,炸药爆炸可能引起瓦斯与煤尘爆炸的因素(1)爆生气体的直接作用，(2)爆炸空气冲击波的作用，(3)炽热固体颗粒的作用。煤矿许用炸药的特点：（1）能量要有一定的限制；（2）有较高的敏感度和较好的传爆能力；（3）爆生有毒气体少；（4）组分中不含有金属粉末。煤矿许用炸药的种类：（1）粉状硝铵类15、许用炸药；（2）许用含水炸药；（3）离子交换炸药；（4）被筒炸药；（5）当量炸药,目前的状况,目前，随着资源开采越来越向深部发展，掘进技术面临着一些新的难题，突出表现在岩巷掘进效率不高，施工水平有待进一步提高，接续紧张，从而极大地影响了生产的可持续性。如何实现巷道的优质高效掘进，是矿山生产的一个重要问题。,三、井巷掘进爆破技术,爆破的内部作用,1、几个基本概念,（1）最小抵抗线W；,（2）临界抵抗线WC；,三、井巷掘进爆破技术,内部作用的范围,（1）扩大的空腔 RK；,（2）压碎圈；,（3）裂隙圈；,（4）震动圈。,三、井巷掘进爆破技术,岩石爆破破坏的几种假说,1、爆生气体膨胀作用理论2、爆炸16、应力波发射拉伸作用理论3、爆生气体和应力波综合作用理论,（1）、高阻抗：15105 25105g/cm3cm/s（2）、低阻抗：5105g/cm3cm/s（3）、中等阻抗：510515105 g/cm3cm/s,三、井巷掘进爆破技术,破裂区裂隙形成应力示意图,三、井巷掘进爆破技术,RK-空腔半径，RC-压碎圈半径；RP-裂隙圈半径；1-扩大空腔；2-压碎圈；3-裂隙圈；4-震动圈,三、井巷掘进爆破技术,快速掘进的内容与我们的目标,.研究工作对象的性质岩石（岩性，深度，断面）。.设计合适爆破参数。.挑选优良的掘进设备。.优化劳动组织。我们的目标是；打眼要少，装药要少，炮眼利用率要高，要符合掘进的17、配套机具。概括地讲“爆的进去，运的出来”,三、井巷掘进爆破技术,目前巷道爆破存在的一些问题,1.综合因素的影响与统一的爆破图表;2.掏槽布置形式;3.炸药的问题;4.微差起爆与雷管的段数;5.丢炮与盲炮问题;6.掏槽眼的正，反向起爆问题,三、井巷掘进爆破技术,问题1：综合因素与统一的爆破图表综合因素：(岩性，埋藏深度，断面面积）.岩性（强度，层理，破碎度）岩石强度的性质：使岩石发生破坏（脆性破坏或塑性破坏）所需的载荷值，是影响破坏效果的一个重要因素。无论对岩石施加何种载荷，破坏的类型只有三种：1，断裂破坏，断裂面垂直于主拉应力；2，剪切破坏，剪切面倾斜于主应力方向；3，复杂破坏，同时具有断裂和18、剪切破坏的特点。因此，无论在岩体内产生的应力状态如何，破坏都是由于拉应力或剪应力引起的。真正压坏的情况很少。岩石强度性质的特点是，抗压强度抗剪强度抗拉强度。且抗压强度和抗拉强度的比值一般为8-14。,三、井巷掘进爆破技术,例如当压缩应力波在杆的自由表面反射成拉伸应力波时，则在反射的自由表面附近形成较大的拉应力，一当满足动态断裂准则，在该处引起破裂。大多数工程材料能承受相当强的压缩应力波作用不致破坏，而不能承受同样强度的拉伸应力波的作用。层裂的产生在于压缩应力波在自由面反射时，形成足以满足动态断裂的拉应力。解决办法：尽量创造自由面,三、井巷掘进爆破技术,.开挖深度，围岩应力的作用,已有岩体力学理19、论说明1.通常，岩体中初始应力场表现为三轴不等压的空间应力场，其最大水平主应力很多情况下大于竖向主应力，而最小水平主应力的数值变化不大。2.上覆岩层的重量是岩体中初始应力的主要成因之一。一般认为，岩体中竖向初始主应力等于上覆的重量z据世界范围内的统计资料显示竖向初始主应力随埋深的增大大致呈线性增加，基本相当于按照地壳中岩层平均容重7吨/立方米，计算出来的自重力z。水平主应力随埋深的增大也呈线性增加，多数情况下最大水平主应力随深度变化的梯度小于竖向主应力随深度变化的梯度，所以当超过临界深度（最大水平主应力=竖向主应力）时竖向主应力便成为最大主应力。,三、井巷掘进爆破技术,3.坚硬而完整的岩体可以20、积聚大量应变能而产生较高的初始地应力，较软弱而结构很不连续的岩体所积聚的应变能很小而只能变成十分低初始低应力。4.温度。岩体中温度应力随埋深的加大而增加。在埋深相同的条件下，温度应力为竖向自重应力的1/9左右。此外温度应力场相当与静水压力。所以岩体中温度应力场可以与自重应力场实施叠加。,三、井巷掘进爆破技术,这种围压作用的结果是脆性破坏岩石的极限强度随着围压的加大增长很快，近似线性互增。且岩石的破坏表现为由脆性破坏向延性破坏转变。,三、井巷掘进爆破技术,这种围压的作用在岩石爆破又有什么表现呢？研究表明：1.初始压应力使得爆炸时产生的破碎区增大。2.同时可看出相同时刻,在初始压应力条件下的反射拉21、伸波区要比自由边界条件下的反射拉伸波区范围小,这说明初始压应力使得反射拉伸波作用不明显,从而削弱了爆破时的抛掷作用。3.虽然初始压应力使得破碎区增大,但削弱了爆破抛掷作用,在有初始压应力(2025)作用下的岩石爆破中,破碎范围要比无初始应力条件下的爆破破碎范围大,相应的扰动也增大,但抛掷效果要比无初始应力情况下相对差些。4.这些现象与现场施工中深孔掏槽比较困难,而在周边眼爆破时又易超挖的实际现象是一致的。,三、井巷掘进爆破技术,解决办法：综合解决（掏槽方式，装药量等）。,三、井巷掘进爆破技术,结论：(1).爆炸初期是以爆炸产生的动应力为主作用于岩石介质,爆炸后期初始压应力才得以干涉爆炸动应力。22、(2).初始压应力使得爆炸扰动增强,爆破破碎区增大。(3).初始压应力使得反射拉伸波作用减小,削弱了爆破抛掷作用。,三、井巷掘进爆破技术,.断面面积，巷道断面积的影响,1.小断面，巷道的卸压范围小，应力集中度高即夹制力大。2.自由面积减少影响爆破的拉伸破坏。3.断面积小，抛渣困难碎，岩石脱离岩体的时间加大影响自由面的形成。4.断面积小，相对掏槽面积增加炸药也就增加。反之则不然。举例；隧道比巷道好爆（断面大，压力小）解决方法：可适当提高槽眼位置,三、井巷掘进爆破技术,掏槽布置形式,一般为单楔形掏槽，也有平行双楔形掏槽。.掏槽间距大；.中心眼未超深；.未能合理发挥爆破漏斗的作用。效果：.炮眼利用率23、低；.出现鼓肚现象；.有效自由面不够。,三、井巷掘进爆破技术,试验证明，利用中心孔装有少量炸药扩大槽腔仍是有必要的对于爆破中心孔的作用主要有以下两点：1）可以克服岩石的“再生”现象。使得掏槽眼起爆起到后续抛渣作用，有利于槽腔的清渣，为后续爆破创造条件；即对于掏槽爆破讲，保证槽腔成型质量及提高底部破岩能力是很重要的，根据槽腔形成机理，掏槽爆破后，只有炮眼上端部炸药使岩石破碎，形成弱抛掷，产生爆破漏斗，而柱形装药则仅产生挤压破碎作用，只有极少的能量用于岩石的抛出，绝大部分破碎岩石仍滞留于掏槽眼内，这时对后续辅助眼和周边眼的爆破极为不利的，为使槽腔体积大，底部有效破岩，并克服岩石的“再生”现象，在掏24、槽部中心钻一同直径、深为L（100300）mm的中心孔，堵塞，在中心孔中适当装入一定量，延迟起爆的炸药，以加强抛渣作用，而且还能把装药孔破碎的岩石进一步破碎抛出槽外，从而大大加深掏槽的有效深度。,三、井巷掘进爆破技术,2）由于中心孔为后炸孔，因此中心孔又起到空孔的导向作用。这种空孔的导向作用对于破碎岩石是有利的。具体分析如下：由爆炸孔发出的径向压缩波遇到空孔后反射成拉伸波，反射波的强度随空孔的直径的增大而增加，并随传播距离的增加而迅速衰减，反射波在两孔连线上的切向应力亦是以拉伸为主。在空孔附近，由于应力波叠加和孔边动应力集中场共同作用，使孔边的切向拉应力明显增大。使得槽腔的破碎更加充分。,三、25、井巷掘进爆破技术,三、井巷掘进爆破技术,井巷掘进中的炮眼排列 井巷掘进中的炮眼，按其作用的不同，可分为掏槽眼、辅助跟和周边眼掏槽眼是为辅助眼创造第二个自由面，辅助眼是为了进一步扩大掏槽的体积，面周边眼是为形成正确的井巷断面形状对于干巷和斜井而言，周边跟又可分为顶眼、底眼和帮眼各类炮眼及其作用范围参见图,布置及排列基本要求：先掏槽、次周边、再崩落。具体要求：l掏槽眼：巷道断面中央偏下位置l周边眼：巷道断面轮廓线上l崩落眼：是以槽腔为中心，在掏槽眼 与周边眼之间层层均匀布置。,三、井巷掘进爆破技术,常用术语装药系数 装药不偶合系数炮眼密集系数装药集中度炮眼利用率周边眼痕率单位炸药消耗量,三、井巷掘26、进爆破技术,三、井巷掘进爆破技术,井巷掘进爆破一般只有一个自由面，爆破条件困难。为了创造第二个自由面，可以在掘进工作面的某一适当布置少量炮眼，爆破时首先起爆，在工作面形成一个槽口，为其余的炮眼爆破创造有利条件，这些首先起爆的少量炮眼称为掏槽眼 可分成倾斜眼掏槽和垂直眼掏槽两大类，此外还有两者结合的混合式掏槽,三、井巷掘进爆破技术,斜眼掏槽 斜眼掏槽是指掏槽眼方向与工作面斜交的掏槽方法通常有单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽几种形式。1单向掏槽,三、井巷掘进爆破技术,锥形掏槽,三、井巷掘进爆破技术,楔形掏槽,三、井巷掘进爆破技术,斜眼掏槽的优点是：所需掏槽眼数较少，掏槽体积大，易将岩石抛出，有利于其它27、炮眼的爆破，缺点是：掏槽眼深度受到巷道断面限制，因而影响到每个掘进循环的进尺；岩石抛掷距离远，岩堆分散，影响装岩效率。,三、井巷掘进爆破技术,垂直眼掏槽 垂直眼掏槽也称直线掏槽所有掏槽眼均垂直于工作面，炮眼之间相距较近且保持互相平行，其中有一个或数个不装药的空眼，作为装药炮眼爆破时的辅助自由面垂直眼掏槽有龟裂掏槽、桶形掏槽和螺旋形掏槽三种类型 1龟裂掏槽 掏槽眼布置在一条直线上，彼此间严格平行，装药眼与空眼间隔布置，爆破后形成一条槽缝，故又称缝形掏槽掏槽眼数目与巷道断面大小及岩石坚固性成正比，通常为37个眼眼间距离一般取815cm，龟裂掏槽体积较小故常被桶形掏槽所代替。,三、井巷掘进爆破技术,28、三、井巷掘进爆破技术,空眼的导向作用应力波过圆孔时,在孔两侧产生压应力集中,应力集中点随着应力波的传播而在空孔壁上移动,当应力波过空孔后,压应力集中点位于与空孔和炮孔连心线大约成45角的射线上(该射线始于空孔圆心)。孔内侧由反射波叠加而产生的拉应力集中位于炮孔与空孔连心线上,并且拉应力集中系数大于压应力集中系数。由于岩石的动态抗拉强度远小于其动态抗压强度,所以空孔导向作用而将空眼与掏槽眼之间的岩石炸碎,起到掏槽的作用。,三、井巷掘进爆破技术,桶形掏槽,三、井巷掘进爆破技术,三、井巷掘进爆破技术,螺旋形掏槽,三、井巷掘进爆破技术,三、井巷掘进爆破技术,深孔直眼分段微差掏槽技术 为了寻求更合理的深29、孔爆破掏槽方式，根据理论分析，笔者提出了孔内微差分段掏槽方式。即在两阶同深筒形掏槽方式的第一阶掏槽眼内采用分段装药，微差起爆，孔内微差分段掏槽爆破在改变重要能量及岩石抗爆力分布的同时，也改变了岩石的破坏方式，增大了岩石的拉伸作用和脆断作用。微差爆破原理(1)自由面增加原理(2)应力波叠加原理(3)岩块碰撞原理(4)地震波的干扰,炮泥,炮泥,1段起爆,2段起爆,三、井巷掘进爆破技术,图2-6 柱状装药两种爆破形式下岩石抗爆力分布示意a连续装药，单次起爆 b分段起爆，微差起爆,三、井巷掘进爆破技术,影响直眼掏槽爆破效果的因素根据大量有关文献和爆破工程实践分析，我们认为在岩石性质一定的条件下，影响直30、眼掏槽爆破效果的主要因素为：爆破参数、装药结构、起爆方式和起爆顺序。掏槽的主要作用是形成槽腔，为后爆孔创造自由面和岩石破碎补偿空间。因此，掏槽爆破效果的好坏，关系到整个井巷掘进爆破的成败。,三、井巷掘进爆破技术,垂直掏槽与倾斜掏槽相比，其优点是：眼深不受巷道断面限制，可进行较深炮眼的爆破加大一个掘进循环的进尺；掏槽体积里外大小较一致，因面相邻炮眼的最小抵抗线里外也较一致，使爆落的矿岩块度均匀，不会抛掷太远，爆堆集中在工作面附近，有利于装岩，其缺点是：掏槽眼数较多，掏槽体积小，装药眼和空眼的间距不能太大且需相互平行，要求要有较高的钻眼技术,三、井巷掘进爆破技术,混合掏槽 混合掏槽是指两种以上的掏31、槽方式混合使用在遇到岩石特别坚硬或巷道断面较大时，可以采用如图所示的复式楔形掏槽或捅形与锥形混合掏槽,三、井巷掘进爆破技术,炮眼深度l 合理的炮眼深度应与具体的施工条 件相适应 l 合理的炮眼深度应与循环作业方式 相适应,三、井巷掘进爆破技术,装药结构l 偶合装药和不偶合装药l 正向装药和反向装药l 软垫层装药l 炮泥填堵,三、井巷掘进爆破技术,三、井巷掘进爆破技术,起爆顺序 起爆顺序为：掏槽眼-崩落眼-帮眼-顶眼-底眼。,三、井巷掘进爆破技术,光面爆破光面爆破机理 l 应力波叠加原理 l 应力波与爆生气体综合作用原理,三、井巷掘进爆破技术,光面爆破参数 l 装药不偶合系数 l 炮眼间距 l 32、最小抵抗线 l 装药集中度 l 周边眼同段起爆,三、井巷掘进爆破技术,光面爆破参数,三、井巷掘进爆破技术,光面爆破装药结构l光爆专用药卷 l普通药卷软垫层l小直径药卷（或普通药卷）轴向间隔 软垫层作用：l缓冲和均布爆炸压力，减少孔壁岩石 破坏；l延长爆炸压力作用时间，提高能量利 用率。,三、井巷掘进爆破技术,光面爆破施工 l 钻眼要求：“平、直、齐、准”l 预留光爆层分次爆破 l 周边眼预裂爆破 低密度光面爆破专用炸药,三、井巷掘进爆破技术,定向断裂成型爆破聚能爆破 l 原理 l 聚能流 l 作用,三、井巷掘进爆破技术,巷道定向断裂控制爆破l 原理 l 特点 l 形式 l 炮孔切槽参数和工艺 33、l 聚能药包参数 l 切缝药包参数,三、井巷掘进爆破技术,切缝机理,切缝药包,刻槽爆破的断裂力学模型示意图,三、井巷掘进爆破技术,井下石灰岩刻槽爆破的孔壁槽口效果,三、井巷掘进爆破技术,爆破施工过程,一、装药前的准备工作炮眼装药前应认真做好准备工作首先要对炮眼参数进行检查验收，测量炮眼位置、炮眼深度是否符合设计要求然后对钻好的炮眼进行清碴和排水可用长柄掏勺掏出眼内留有的岩碴，再用布条缠在掏勺上，将眼内的存水吸干或用压气管通入眼底，利用压气将眼内的岩碴和水分吹出二，装药 待准备工作完毕并确认炮眼合格后，即可进行装药工作装药时一定要严格按照预先计算好的每个炮眼装药量装填。装药结构可以是连续装药，也34、可以是间隔装药，总的装药长度不宜超过眼深的23在干燥的炮眼内装药时，可将药卷的包皮用小刀划开少许裂缝，装入炮眼后，在放入起爆药包之前，用木制炮棍压紧，以增加炮眼的装药密度。在有水或潮湿的炮眼中，不能采用这种装药方法，以免破裂的药包受潮。水很大时，应采取防水措施或改用能防水的炸药,三、井巷掘进爆破技术,反向起爆：起爆药包靠近眼底，常放在眼底的第二药包位置并将雷管聚能穴朝向眼口，称为反向起爆。正向起爆：起爆药包放在靠近眼口的第一或第二个药包位置，雷管聚能穴朝向眼底，称为正向起爆。过去多用正向起爆，但国内外实践经验证明，反向起爆能提高炮眼利用率，减小岩石破碎块度，增大抛碴距离，降低炸药消耗量。这是因35、为，反向起爆时，爆轰波的传播方向和岩石向自由面运动的方向一致，这有利于在自由面形成反射拉伸应力波，从而提高了自由面附近岩石的破碎效果。同时，眼底起爆时，药包距自由面较远，爆轰气体不会立即从眼口冲出，因而爆炸能量得到了较充分的利用，增大了炮眼底部爆炸作用能力和作用时间应该指出，反向起爆也有不足之处，如：雷管脚线长，装药不方便；在有水炮眼中起爆药包易受潮拒爆,三、井巷掘进爆破技术,掏槽眼的正，反向起爆问题,三、井巷掘进爆破技术,堵塞有堵塞炮泥的爆破比不堵塞爆破经济效益有明显提高。炮眼装药后眼口末装药部分应该用堵塞物进行堵塞良好的堵塞可以提高炸药的爆轰性能，使炮眼内的炸药反应完全面产生较高的爆轰压力36、，还能阻止爆轰气体产物过早地从炮眼口冲出，提高焊炸能量的利用率 常用的堵塞材料有砂子、粘土、岩粉、尾矿砂等。而小直径炮眼则常用炮泥堵塞炮泥是用砂子和粘土混合配制而成的，其重量比为3：1，再加上20的水混合均匀后再揉成直径稍小于炮眼直径的炮泥段。堵塞时将炮泥段送入炮眼，用炮棍适当加压捣实炮眼堵塞长度可以是全部堵塞，也可以是部分堵塞，但堵塞过短则起不到堵塞作用，堵塞以不能被爆轰气体直接冲出眼口为宜堵塞应是连续的，中间不要间断,三、井巷掘进爆破技术,堵塞炮泥有以下几方面的意义:(1)良好的堵塞可以阻止爆炸气体过早地从炮孔冲出,延长了炮孔内高温高压气体的作用时间,从而提高有效破碎能量比率,更为重要的是37、封闭的高温高压气体能显著增强破碎岩块的抛掷作用。这一作用对掏槽眼和底板眼爆破尤为重要。掏槽眼一般装药量较大,把岩石爆碎不成问题,但若没有良好的堵塞,槽内破碎岩石不能被完全抛出,照样不能为辅助眼爆破创造良好的临空面,这会使得爆破进尺大打折扣,所以掏槽眼的堵塞必不可少。同样,底板眼无堵塞或堵塞不充分,翻碴效果就不好,会给装碴运输造成困难。(2)良好的堵塞可以使爆破产生的空气冲击波明显减弱,个别飞石距离减小。这对保护靠近掌子面段的风管和其它设备非常有利,同时提高了爆破作业人员的安全感。(3)良好的堵塞使炮孔内高温高压状态时间延长,促进化学爆炸反应更加完全,这样不仅能提高炸药爆速和殉爆距离,还能减少从38、孔口冲出尚未反应完全的有毒气体量。,三、井巷掘进爆破技术,三、井巷掘进爆破技术,几点认识和体会(1)、对于实际工程来说,理论的应用一定要与实际情况相结合。例如在光面爆破中,理论上要求使用小直径的光爆专用炸药,实践中往往做不到,只能使用普通药卷。因此,在使用理论公式的同时,必须通过现场不断地试验和改进,才能获得比较符合现场条件的爆破参数,最终取得预期的光面爆破效果。(2)、中深孔爆破时周边眼采用分段装药结构可获得较好的爆破效果，否则易造成,装药处的孔壁破坏较严重,此点对于软岩巷道的开挖尤为关键。,三、井巷掘进爆破技术,(3)、对装药炮孔进行堵塞,可延长爆生气体的作用时间,提高炸药能量利用率。(439、)、在巷道掘进施工中,采用预留适当厚度光爆层、空气间隔不耦合装药以及分段装药结构的光面爆破技术,能够保护围岩的完整性和稳定性,减小围岩的超欠挖。(5)、光面爆破要达到好的效果,不但要选用合理的爆破参数,而且要有高素质的施工队伍,特别是钻孔位置、深度、角度等重要因素必须准确无误,不然达不到理想的效果。要克服重视拱圈忽视侧墙的倾向。,三、井巷掘进爆破技术,（6）、影响爆破效果的参数是根据围岩类别,节理发育程度不断变化,施工中必须进行反复试验,才能取得比较合理的参数,获得好的效果。（7）、巷道进行光面爆破时会经常遇到裂隙、裂隙与巷道轴线垂直或基本垂直,对光爆影响不大,若裂隙与巷道轴成平行或基本平行,40、对光爆就影响比较大,特别是裂隙在边墙部位,影响就更大,在这种条件下进行光爆时,要采取打超前锚杆,周边孔中间加空孔,采用间隔装药等措施才能获得好的效果。（8）、周边眼同时起爆。,三、井巷掘进爆破技术,（9）、注意打眼时的工程质量。因此要求打眼工在操作时必须树立严细、认真的作风,保证各炮眼达到准、平、直、齐,并严格按爆破图表作业。为了保证打眼质量,可采取如下施工组织管理措施,(1)准确看线托尺定位。在开工前准确地将中腰线引到工作面上,然后按中腰线定出周边眼、二圈眼、辅助眼和掏槽眼的位置,并在工作面上做出标记。(2)打好第一个定向眼。首先打正顶眼,作为定向眼。为了保证第一个正顶眼沿巷道轴向钻进,打眼41、时在距工作面1m处悬挂一临时中线。第一个正顶眼打好后,插上炮棍作为其它炮眼的标志方向。周边眼开眼位置,硬岩石开在设计轮廓线上,眼底落在周边眼轮廓线外100mm;在软岩层开在设计轮廓线内100mm,眼底落在周边眼轮廓线上。(3)预量钎杆长,作好标记号,保证各炮眼深度一致,眼底落在同一平面上。(4)划分区域,定人、定眼位、定眼数,以便打眼工熟练操作,掌握规律,提高打眼速度和准确性,保证眼位、眼深及其方向的准确。(5)装药量、炮泥充填长度、联线方式、起爆顺序等必须严格按爆破说明书执行。,三、井巷掘进爆破技术,管道效应：许多实验证明，在不偶合装药的传爆过程中，装药与孔壁之间存在着超前空气冲击波。超前高42、压（气体）带的存在说明从爆轰波到高压（气体）带这一段药柱处于受压状态。实际上，超前高压带的前沿就是空气冲击波的波头。药柱经过一定时间的高压作用，产生塑性变形，密度增大，当炸药的密度达到临界值时，爆轰中断。对与我们特定的情况来说：1，提高炸药的临界密度。2，增大药径提高爆速。,三、井巷掘进爆破技术,三、井巷掘进爆破技术,爆破图表的设计计算要点,总的原则是要做细化的工作，依据是不同的岩性，断面和埋藏深度。1,掏槽形式的确定；2，炸药品种的选用；3，炸药单耗的计算（kg/m3）；4，装药长度的计算5、微差爆破的设计。,三、井巷掘进爆破技术,盲炮产生的原因及其预防和处理(一)盲炮产生的原因 在爆破过程43、中，炮眼装药未能被引爆，称为拒爆，拒爆的炮眼称为盲炮或瞎炮拒爆有三种情况；一种是雷管未爆，因而炸药也末爆，称为全拒爆，一种是雷管爆炸了，而炸药未被引爆，称为半爆；另一种是，雷管爆炸后只引爆了部分炸药，剩有部分炸药未被引爆，称为残爆当导火索受潮、导爆管被折断或漏气、电雷管失效或脚线被拉断，均能引起全拒爆；炸药过期、受潮、感度降低，或雷管起爆能不足，或导爆索未贴紧药包等原因，均能引起半拒爆：起爆能不足，炸药未能达到稳定爆轰，或因不耦合装药产生管道效应，造成炮眼中的装药在爆轰过程中熄灭，致使炮眼内留下部分未爆的残药,四、煤矿井下爆破拒爆的预防,盲炮的预防 预防盲炮首先应该对储存的爆破材料定期检验，爆44、破前选用合格的炸药和雷管以及其它起爆材料；在爆破施工过程中，要清理好炮眼中的积水；在装药和堵塞时，必须仔细进行，注意每一个环节，防止损坏起爆药包和折断雷管的起爆线路。,四、煤矿井下爆破拒爆的预防,盲炮的处理 产生盲炮后，应立即封锁现场，由原施工的人员针对装药时的具体情况，找出拒爆原因，采取相应措施处理处理盲炮一般可采用二次爆破法、炸毁法及冲洗法等三种方法属于漏点火的拒爆药包，可再找出原来的导火索、导爆索、导爆管或雷管脚线，经检查确认完好后，进行二次起爆；对于不防水的硝铵炸药，可用水冲洗炮眼中的装药，使其失去爆炸能力：对防水炸药装填的炮眼，可用掏勺细心地掏出堵塞物，再装入起爆药包将其炸毁如果拒爆45、眼周围岩石尚未发生松动破碎，可以在距拒爆眼30cm处，钻一平行新眼重新装药起爆，将拒爆眼炸毁,四、煤矿井下爆破拒爆的预防,雷管方面的原因 雷管是起爆元件,煤矿井下爆破作业,只能用电雷管,多以串联或串并联形式连接在爆破网路中,一发拒爆就有可能使炸药全部拒爆或部分拒爆。1)违反煤矿安全规程规定,选用了“三不同”雷管(不同厂家、不同品种、不同批次)或雷管的电阻值相差较大(0.3以上)。2)电雷管质量不合格,又未经质量性能检测。3)雷管起爆能力不够。4)电雷管受潮或因雷管密封不实防水失效、或过了雷管的有效贮存使用期限。,四、煤矿井下爆破拒爆的预防,起爆电源方面的原因 煤矿井下只能使用防爆型电容式发爆器46、。1)通过雷管的起爆电流值太小,或通电时间过短。2)发爆器内电池电压不足、充电时间过短,未达到规定的电压值便放电起爆。3)发爆器的输出功率不足、起爆能力不够。4)发爆器管理保养不当。,四、煤矿井下爆破拒爆的预防,电爆网路方面的原因 电爆网路有串联、并联、串并联和并串联,使用发爆器时为多采用串联,使用交流电时多采用并联、起爆雷管数量较多时可采用串并联或并串联。主要有爆破母线不合格,电阻过大;网路短路;错接或漏接;接头不牢、不洁净,有水或油腻等导致网路电阻增大,这些都能造成全部和部分雷管拒爆。,四、煤矿井下爆破拒爆的预防,预防拒爆的主要措施针对以上拒爆产生的原因的分析,可从以下几个方面预防拒爆的产47、生:1)优选爆破材料。2)加强雷管检测。3)正确地选用发炮器。4)进行爆破网路准爆电流的计算,注重电爆网路的连接质量。,四、煤矿井下爆破拒爆的预防,正确处理拒爆的方法 每次爆破作业完成后,都要认真检查现场是否有拒爆,如果发现拒爆,首先要科学地分析拒爆产生的原因,并根据原因有针对性地采取正确的方法及时处理。煤矿安全规程中有关拒爆(新版称拒爆)的处理有如下规定:处理拒爆、残爆时,必须在班组长指导下进行,并应在当班处理完毕。如果当班未处理完毕,当班爆破工必须向下一班爆破工交接清楚。处理拒爆时,必须遵守下列规定:,四、煤矿井下爆破拒爆的预防,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48、至少0.3处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,都严禁在炮眼残底继续加深;严禁用打眼方法往外掏药;严禁用压风吹拒爆(或残爆)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、矸,收集未爆的电雷管。5)在拒爆处理完毕前,严禁在该地点进行同处理拒爆无关的工作。,四、煤矿井下爆破拒爆的预防,处理拒爆时,一定要慎之又慎,因处理不当而造成人员伤亡事故时有发生,据文献4介绍,1987年7月28日,某矿一号井掘进四区在-100水平南翼工作面处理拒爆时,新打炮眼距拒爆炮眼仅0.1,且不与拒爆炮眼平行,以致49、钻钎钎头打在拒爆药上,引起爆炸,打眼工当场死亡。还有一例,1986年8月24日,某矿掘进二区2201运输机道掘进工作面在出完矸石后打眼时,忽然发现有一根200长的红色雷管脚线,用手去拉没能拉动,认定是拒爆,班长拿镐就刨,引起爆炸,班长和附近一名清矸工人当场死亡。血的教训,应该牢记。,四、煤矿井下爆破拒爆的预防,煤矿爆破安全技术管理，是指煤矿在整个爆破作业过程中为了防止与放炮有关事故的繁盛而进行的一系列组织活动。它是以爆破技术为主的安全管理措施，是根治爆破事故和瓦斯煤尘爆炸事故发生的重要一环。统计表明，在瓦斯煤尘爆炸事故中因爆破作业而引起的约占三分之一。同时，爆破事故发生的过程比较短暂，人为因素比较多，给安全管理工作带来了很大困难。这也是爆破事故同其他事故的主要区别。因此，熟悉爆破材料的性能，掌握有关爆破作业的安全技术知识，遵守煤矿安全规程、作业规程、操作规程，加强爆破安全管理，才能实现安全爆破，达到安全生产的目的。主要从以下几个方面做起：（1）严格使用符合要求的煤矿许用炸药和电雷管（2）做好放炮员的管理工作（3）堵塞的材料和长度必须符合煤矿安全规程中的要求（4）实行“一炮三检制”和“三人连锁放炮制”,五、煤矿爆破安全技术管理,谢谢大家！,