杨眷

(皖北煤电集团前岭煤矿采煤二区安徽宿州234000)

 

摘要:巷道掘进爆破是煤矿采掘的前期主要工作,提高技术对整个采煤进程的安全有着重要的作用,本文笔者在参考大量国内外文献的基础上,总结了当前国内外掘进爆破的技术发展概况,相信对国内的相关研究有着重要的借鉴和指导意义。

 

关键词:巷道掘进爆破技术

 

中图分类号:TB41文献标识码:A文章编号:1672-3791(2008)10(b)-0094-01

 

1现代爆破理论的回顾及进展概述

 

1.1岩石爆破的破岩机理

 

当埋置在岩石内部的炸药爆炸后,瞬间对周围岩石产生强烈的冲击,形成压缩应力波,压力值能达到几千到几万个大气压,远远超过岩石的抗压强度,将药包周围的岩石击得粉碎,形成一个粉碎区。

 

在应力波以药包为中心向外传播过程中,将迫使岩石质点做径向位移,在切向上形成拉伸应力,由于岩石属于一种脆性材料,其抗拉强度仅为抗压强度的1/15～1/20,所以岩石极易受拉破坏,当拉伸应力大于岩石抗拉强度时,则发生拉伸破坏。因此,药包周围产生一系列的径向裂隙,这种裂隙一直延伸到拉应力小于岩石的抗拉极限强度处为止。

 

于爆轰波冲击围岩的同时,高温高压的爆生气体也急剧膨胀,从而加强了冲击波的破坏作用,加剧了裂隙的发展,同时迫使已破碎的岩石做径向向前运动。离药包较远处的原岩无法移动,能量以弹性能的形式存在。

 

随时间的延长,爆生气体的温度和压力迅速下降,在药包中心形成应力降低区,被压缩的岩石卸压,同时弹性能释放,岩石向药包中心移动,产生径向拉伸应力,岩石被拉断形成许多环形裂隙。

 

1.2应力波反射拉伸破坏理论和爆破漏斗理论

 

当药包处于自由面附近时,压缩应力波自药包中心向外传播到自由面后,产生反射,压缩波反射成拉伸波。此时便有一个拉伸波由自由面向药包中心传播,由于自由面岩石处于二向应力状态,其强度比三向应力条件下低,当反射的拉应力大于该处岩石的抗拉强度时,岩石被拉断,在自由面附近的岩石产生一系列的长拉裂隙。这就是应力波反射拉伸破坏原理。

 

当最小抵抗线合适时,自由面所产生的裂隙和药包周围的裂隙贯通,在爆生气体膨胀做功的作用下,将已破碎的岩石抛出,形成爆破漏斗。

 

总结上述岩石破坏过程,不难发现除药包附近的岩石属受压破坏外,岩石的破坏主要是由于受拉所致。

 

2国内巷道(隧道)爆破掘进技术现状

 

2.1概述

 

巷道(隧道)掘进爆破中的炮眼,按其作用的不同,可分为掏槽眼、辅助眼和周边眼。掏槽眼的作用是为辅助眼创造第二自由面,辅助眼是为了进一步扩大掏槽体积,周边眼是为了形成正确的井巷断面形状。

 

2.2巷道掘进爆破的掏槽方式

 

2.2.1倾斜眼掏槽方式

 

倾斜眼掏槽:倾斜眼掏槽是指掏槽眼方向与作业面斜交的掏槽方法。通常有单向掏槽、锥形掏槽和楔形掏槽等形式。掏槽眼与工作面的夹角一般为55°～75°,眼底距离为10cm～20cm。

 

倾斜眼掏槽的优点:适应性好,所需掏槽眼数较少,掏槽体积大,炮孔精度对爆破效果的影响小,抛掷阻力小,易于将岩石抛出,有利与其他炮眼的爆破,需要的雷管段数少。

 

缺点:角度控制难掌握,掏槽眼深度受巷道断面限制较大,因而影响到每个循环的进尺。另外,岩石抛距较远,岩堆分散,影响装岩效率。

 

2.2.2垂直眼掏槽方式

 

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平行,其中有一个或数个不装药的空眼,作为装药眼的临时自由面。垂直眼掏槽有龟裂掏槽、桶形掏槽和螺旋掏槽三种形式。

 

龟裂掏槽:炮孔布置在一条直线,彼此间严格平行,装药眼与空眼间隔布置,爆破后形成一条槽逢。龟裂掏槽体积小,故常被桶形掏槽所代替。

 

桶形掏槽:又称角柱型掏槽,各掏槽眼间相互平行且成对称形式。空眼孔径可与装药眼相同,也可采用75mm～100mm的大直径空眼,以便增强自由面的作用。

 

螺旋掏槽:是由桶形掏槽发展而来的,其特点是各装药眼到空孔的距离依次递增,呈螺旋线布置,并且由近及远顺序起爆,能充分利用自由面,扩大掏槽效果。常用的是大空孔螺旋掏槽。

 

优点:眼深不受巷道断面限制,可进行较深炮眼的爆破,能提高掘进循环进尺;掏槽体积内外大小一致,因而相邻炮孔的最小抵抗线也一致。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。

 

缺点:掏槽眼数量较多,掏槽体积小,对凿岩技术要求高,需要的雷管段数多。

 

2.2.3混合掏槽方式

 

混合掏槽是以上斜眼掏槽和直眼掏槽两种掏槽方式的混合使用,能够克服单独一种掏槽方式的缺点,同时有具有两种掏槽方式的优点,在特殊岩石的掘进爆破工程中有用。

 

3国外巷道掘进技术的发展概述

 

国外煤矿现代巷道掘进施工方法主要有钻爆法和综合机械化掘进法(简称综掘法)。岩巷掘进仍采用钻爆法,普遍采用高

 

频液压凿岩机、凿岩台车等设备。煤和半煤岩巷广泛采用掘进机,英国采用掘进机掘进煤和半煤岩巷的比例己达85%。综掘法是近二三十年间迅速发展起来的一种先进的巷道掘进技术。其主要设备是掘进机,它是一种集切割岩石、装载及转运岩渣、降尘等功能为一体的大型高效联合作业机械设备,能实现连续掘进,目前国际先进水平已实现自动控制及离机遥控操作。但是,关于巷道掘进的基础爆破机理方面的研究没有突破性进展,爆破方法跟国内基本相同。尽管如此在巷道爆破经济技术精确控制、探测手段爆破质量管理爆破公害控制、巷道地压规律研究、岩石可爆性研究等方面,却取得了较好的成绩。

 

3.1岩体性质对掘进爆破的影响及评价系统该研究确定了多个反映爆破效果的参数:掘进效率、超挖、和HCF(半孔率)等。

 

反映岩体性质的参数RMR(岩体分级)和岩体强度。通过观察不同条件和爆破方式下的各参数关系,得出在岩体和爆破效果间存在着一定的关系。证明岩体结构对爆破有着不可忽视的影响作用,同时,HCF指数是表示和评价巷道爆破效果和围岩保护效果的敏感参数。

 

3.2连续钻孔成槽实现低震动爆破技术

 

该技术是在凿眼过程中,使用连续钻孔的方式形成槽缝。槽缝沿巷道轮廓、作业面分块切割布置。由于有良好的自由面,使炸药单耗大大降低,降低了爆破震动的传递。此技术在城市和居民区地下开挖工程中应用效果十分明显。

 

3.3爆破超挖的研究

 

钻孔爆破法无疑是最经济最高效的地下工程开挖方式,但由于爆破参数和岩石自身稳定性差等原因造成超挖是个大问题。该研究找到了爆破破坏的预测和控制参数,既超挖度和半孔率等。该研究对岩石损伤评估有非常重要的意义。

 

4结语

 

本文在参考国内外大量相关研究报告后,总结了当前国内外掘进技术的发展状况,相信对相关行业的研究者有着重要的借鉴和指导意义。

 

参考文献

 

[1]张守中.爆炸基本原理[M].北京:国防工业出版社,1988.

 

[2]齐景岳.隧道爆破现代技术[M].北京:中国铁道出版社,1995.

 

[3]戴俊.爆破工程[M].北京:机械工业出版社,2005,1.